致命细菌新用途,炭疽毒素在动物实验中展现止痛剂潜力

炭疽病(anthrax)主要是由於炭疽杆菌(Bacillus anthracis)感染所引起,最为人所熟知的症状是侵袭肺部,或是在皮肤造成小脓疱或丘疹、最後溃烂形成黑色焦痂。此外,炭疽杆菌也被用在某些恐怖攻击中做为生化武器而出名,使得炭疽病因而恶名昭彰、令人闻之色变。
不过一项由哈佛医学院与多个单位合作进行,於去(2021)年12月发表於《自然神经科学》(Nature Neuroscience)的新研究则指出,炭疽杆菌这种恐怖的微生物也能有意想不到的益处──它的部分毒素成分有机会消除动物的多种疼痛。这项研究表明,这些炭疽毒素可以改变传送痛觉到中枢与周边神经系统神经元的讯号,因此能够缓解动物的疼痛。

(123RF)

团队还进一步利用炭疽毒素能将物质送进神经细胞的能力,尝试结合不同类型的分子货物(molecular cargo),试验其效果。这项技术可用於开发精准痛觉治疗的药物,非常专一性的针对痛觉受体运作,不像目前现有的止痛药,例如鸦片类药物(Opioid analgesics)皆属全身性的作用。
鸦片类药物至今仍然是最有效的止痛药,但它们有危险的副作用──最明显的是会影响大脑的奖励中枢,使得这类药物非常容易成瘾,并且也有抑制呼吸危及生命的可能性。因此开发不会成瘾的止痛药,对於临床疼痛管理而言,仍是非常迫切的需求。
许多微生物与宿主的神经以及免疫系统,都有一定程度的沟通互动,过去的研究就发现,某些致病的细菌会影响神经系统、放大神经讯号。因此本次研究团队进一步寻找有可能减轻或阻止疼痛的微生物,首先搜寻基因表达的数据资料库,发现痛觉神经纤维的表面具有炭疽毒素的受体,因此由结构推估,痛觉神经纤维非常可能与炭疽杆菌有互动。
研究结果表明,当负责将疼痛讯号传递到脊髓的感觉神经元与炭疽杆菌产生的特定蛋白质结合时,疼痛讯号就会被抑制。当炭疽杆菌产生的保护性抗原(protective antigne, PA)与神经细胞受器结合的时候,会形成孔洞让另外两种细菌产生的蛋白质水肿因子(edema factor, EF)、致死因子(lethal factor, LF)进到神经细胞中,这两者统称为水肿毒素(edema toxin),进入神经细胞以抑制疼痛。
透过一系列的实验,研究人员发现炭疽毒素可以改变培养皿中的人类神经细胞讯号,而在活体动物中也有类似的效果。将炭疽毒素注射到小鼠的下脊(lower spine)可以止痛,避免动物感觉到高温或是机械刺激;更重要的是,动物的其他生命迹象,像是心率、体温、运动协调性都没有受到影响。此实验结果显示,使用炭疽毒素於痛觉神经止痛,具有高度的选择性与精确性,而且没有广泛的全身反应。
此外,小鼠注射炭疽毒素对於一些疼痛症状,如发炎引发的疼痛与神经细胞损伤这两者,皆有缓解的效果。後者常见於外伤、某些病毒感染的後遗症,或是糖尿病或癌症治疗的并发症。研究人员还观察到,使用完炭疽毒素止痛後,神经细胞在生理上的功能仍旧如常,显示此止痛效果源自於短暂改变了内部的神经讯号,而非永久性破坏神经细胞。
最後,研究人员还根据炭疽毒素的原理设计了一款囊泡,可以将其他的化学物质送到神经细胞中。他们采用肉毒杆菌毒素(boutlinum toxin)进行测试,发现也有为小鼠止痛的效果,显示炭疽毒素有潜力作为一种针对疼痛治疗的新型载体。
由目前的成果看来,炭疽毒素是种针对止痛极具潜力的系统,但考虑到炭疽杆菌在感染期间有可能会破坏血脑障壁(blood-brain barrier, BBB),进入应用之前其安全性需要经过仔细的监测。透过此研究,也揭露了微生物世界很可能还存在着更多药物应用的潜力,有待未来科学家发掘。

(123RF)

参考资料
1. Ekaterina Pesheva, Can a dangerous microbe quell pain? study shows toxin from anthrax microbe affects pain in mice, Harvard medicine press release, 2021/12/20.
2. Nicole J. Yang et al., Anthrax toxins regulate pain signaling and can deliver molecular cargoes into ANTXR2+ DRG sensory neurons, Nature Neuroscience, 2021.

0 0 投票数
Article Rating
订阅评论
提醒
guest
0 Comments
内联反馈
查看所有评论