摘要：PSI的研究人员发现了一种令人惊讶的方法，可以扩大肉毒杆菌毒素A1(俗称肉毒杆菌素)作为一种活性物质的医疗用途。
PSI的研究人员发现了一种令人惊讶的方法，可以扩大肉毒杆菌毒素A1(俗称肉毒杆菌素)作为一种活性物质的医疗用途。他们已经开发出类似抗体的蛋白质，可以加速这种酶对神经信号传递的作用。举例来说，这表明肉毒杆菌毒素可能能够比以前更快地缓解疼痛。这项研究现已发表在该杂志上Nature Communications。
肉毒杆菌神经毒素A1，更广为人知的商标是肉毒杆菌，实际上是一种由细菌产生的神经毒素。它作为一种化妆品获得了广泛的公众意识。许多人把它注射到皱纹中，让他们看起来更年轻。这种物质阻断了从神经到肌肉的信号传递，从而放松肌肉，使面部特征看起来平滑。鲜为人知的是:肉毒杆菌素也经常用于治疗药物中，用于治疗可追溯到肌肉痉挛或神经信号错误的疾病，包括疼痛、痉挛、膀胱无力、磨牙和错位，例如眼睛。肉毒杆菌素甚至被用于治疗胃癌，以阻断迷走神经，从而减缓肿瘤的生长。
图1 DARPin促进肉毒杆菌神经毒素A1作用的更快发作
在任何治疗中，以非常有针对性的方式和谨慎的剂量使用这种高效药物是至关重要的，因为肉毒杆菌毒素是所有天然神经毒素中最有效的，它可能导致临床上称为肉毒中毒的危险瘫痪。只要静脉注射100毫微克左右就足以杀死一个人，因为这种毒素会使呼吸肌和其他肌肉瘫痪。
不同种类的肉毒杆菌
肉毒杆菌神经毒素被分为7个所谓的血清型组，用字母A到G来表示。化妆品中使用的肉毒杆菌毒素来自第一组。确切地说，它被指定为亚型A1。众所周知，另外三种血清型——B型、E型和F型——也会导致人体肉毒中毒，其中E型和F型的作用速度明显快于A型和B型，但作用时间短于A型和B型。效果在几小时后就会起作用，持续几周，这为疼痛治疗和整形外科等领域开辟了重要的选择。C型和D型对鸟类等一些动物有效;到目前为止，还没有G型肉毒杆菌中毒的病例。
血清型主要由不同的肉毒杆菌菌株产生。这些微生物是厌氧繁殖的，也就是说，在没有氧气的情况下，它们主要存在于土壤、海洋和河流沉积物中。如果它们进入食品并储存在密封容器中，就像保存产品一样，就有被毒素污染的风险。食用它会导致肉毒中毒。然而，这种疾病很少发生;在过去的十年里，瑞士每年只有一到两个病例。
令人惊讶的结果
在一个研究项目中，由PSI生物分子研究实验室的Richard Kammerer领导的一个团队想要调查是否有可能影响毒素的作用。为此，我们与苏黎世大学的生物化学家Andreas Plückthun一起生产了25个所谓的DARPins。
DARPins是人工制造的小蛋白质，其作用与抗体相似。它们用于治疗和诊断以及基础医学研究。
他们的想法是通过切割特定的蛋白质，找到选择性地与肉毒杆菌A1血清型的所谓催化区域结合的DARPins，这部分酶负责对神经产生影响。“我们预计DARPins会抑制这一功能。在体外——也就是说，在试管中的单个样本上——我们已经确定了一种合适的候选药物，可以限制肉毒杆菌毒素的功能，”Kammerer说。
通过PSI的瑞士光源SLS的研究，研究人员能够精确地观察到DARPin和催化结构域的复合物，直到分子水平，并找出DARPin如何阻止裂解。但是，当研究人员与意大利帕多瓦大学生物医学研究所的一个团队合作，在细胞培养中测试这种DARPin时，一种完全不同的效果——实际上是相反的——突然变得明显起来:肉毒杆菌毒素的毒性作用——对神经信号传递很重要的蛋白质的切割——比平时更快地起作用。
图2 DARPin-F5对BoNT/A1和重组LC/A1的酶活性的抑制作用
“起初，我们认为我们做错了什么，”该研究的第一作者、PSI生物分子研究实验室的博士后研究员Oneda Leka说。但进一步的实验证实了这个矛盾的发现:肉毒杆菌酶的毒性不但没有减弱，反而加速了。
现在，研究人员用真正的肌肉——小鼠的横膈膜——重复了这个实验。这些细胞在营养液中可以保存很长时间，是测试神经毒素影响的理想模型。这里的结果也表明，使用DARPin后，毒素的麻痹效果比使用DARPin快两倍多。
肉毒杆菌疗法的新选择
现在最大的问题是:为什么会这样?可能的解释是非常复杂的生物化学。简单地说，就是DARPins实际上以一种方式破坏毒素的稳定，使它们更快地被运送到神经细胞内部。因此，毒素会更快地起作用。
“出于这个原因，我们认为DARPin可以扩大肉毒杆菌神经毒素的可能用途范围，”Oneda Leka说。尽管研究人员没有在本研究的框架内进行任何比较测试，但似乎含有DARPin的肉毒杆菌神经毒素A1比没有抗体的A1起作用要快得多。与此同时，效果的持续时间比E和f的持续时间要长得多。因此，这种DARPin的添加提供了一种介于血清型A和血清型E和f之间的中间变体。这一结果出人意料，为治疗多种疾病开辟了新的可能性。Richard Kammerer说:“在止痛药中，一种添加剂可以加速一种长效的、非常有效的药物的效果，这可能是我们感兴趣的。”
参考资料
[1] A DARPin promotes faster onset of botulinum neurotoxin A1 action
摘要：PSI的研究人员发现了一种令人惊讶的方法，可以扩大肉毒杆菌毒素A1(俗称肉毒杆菌素)作为一种活性物质的医疗用途。
PSI的研究人员发现了一种令人惊讶的方法，可以扩大肉毒杆菌毒素A1(俗称肉毒杆菌素)作为一种活性物质的医疗用途。他们已经开发出类似抗体的蛋白质，可以加速这种酶对神经信号传递的作用。举例来说，这表明肉毒杆菌毒素可能能够比以前更快地缓解疼痛。这项研究现已发表在该杂志上Nature Communications。
肉毒杆菌神经毒素A1，更广为人知的商标是肉毒杆菌，实际上是一种由细菌产生的神经毒素。它作为一种化妆品获得了广泛的公众意识。许多人把它注射到皱纹中，让他们看起来更年轻。这种物质阻断了从神经到肌肉的信号传递，从而放松肌肉，使面部特征看起来平滑。鲜为人知的是:肉毒杆菌素也经常用于治疗药物中，用于治疗可追溯到肌肉痉挛或神经信号错误的疾病，包括疼痛、痉挛、膀胱无力、磨牙和错位，例如眼睛。肉毒杆菌素甚至被用于治疗胃癌，以阻断迷走神经，从而减缓肿瘤的生长。
图1 DARPin促进肉毒杆菌神经毒素A1作用的更快发作
在任何治疗中，以非常有针对性的方式和谨慎的剂量使用这种高效药物是至关重要的，因为肉毒杆菌毒素是所有天然神经毒素中最有效的，它可能导致临床上称为肉毒中毒的危险瘫痪。只要静脉注射100毫微克左右就足以杀死一个人，因为这种毒素会使呼吸肌和其他肌肉瘫痪。
不同种类的肉毒杆菌
肉毒杆菌神经毒素被分为7个所谓的血清型组，用字母A到G来表示。化妆品中使用的肉毒杆菌毒素来自第一组。确切地说，它被指定为亚型A1。众所周知，另外三种血清型——B型、E型和F型——也会导致人体肉毒中毒，其中E型和F型的作用速度明显快于A型和B型，但作用时间短于A型和B型。效果在几小时后就会起作用，持续几周，这为疼痛治疗和整形外科等领域开辟了重要的选择。C型和D型对鸟类等一些动物有效;到目前为止，还没有G型肉毒杆菌中毒的病例。
血清型主要由不同的肉毒杆菌菌株产生。这些微生物是厌氧繁殖的，也就是说，在没有氧气的情况下，它们主要存在于土壤、海洋和河流沉积物中。如果它们进入食品并储存在密封容器中，就像保存产品一样，就有被毒素污染的风险。食用它会导致肉毒中毒。然而，这种疾病很少发生;在过去的十年里，瑞士每年只有一到两个病例。
令人惊讶的结果
在一个研究项目中，由PSI生物分子研究实验室的Richard Kammerer领导的一个团队想要调查是否有可能影响毒素的作用。为此，我们与苏黎世大学的生物化学家Andreas Plückthun一起生产了25个所谓的DARPins。
DARPins是人工制造的小蛋白质，其作用与抗体相似。它们用于治疗和诊断以及基础医学研究。
他们的想法是通过切割特定的蛋白质，找到选择性地与肉毒杆菌A1血清型的所谓催化区域结合的DARPins，这部分酶负责对神经产生影响。“我们预计DARPins会抑制这一功能。在体外——也就是说，在试管中的单个样本上——我们已经确定了一种合适的候选药物，可以限制肉毒杆菌毒素的功能，”Kammerer说。
通过PSI的瑞士光源SLS的研究，研究人员能够精确地观察到DARPin和催化结构域的复合物，直到分子水平，并找出DARPin如何阻止裂解。但是，当研究人员与意大利帕多瓦大学生物医学研究所的一个团队合作，在细胞培养中测试这种DARPin时，一种完全不同的效果——实际上是相反的——突然变得明显起来:肉毒杆菌毒素的毒性作用——对神经信号传递很重要的蛋白质的切割——比平时更快地起作用。
图2 DARPin-F5对BoNT/A1和重组LC/A1的酶活性的抑制作用
“起初，我们认为我们做错了什么，”该研究的第一作者、PSI生物分子研究实验室的博士后研究员Oneda Leka说。但进一步的实验证实了这个矛盾的发现:肉毒杆菌酶的毒性不但没有减弱，反而加速了。
现在，研究人员用真正的肌肉——小鼠的横膈膜——重复了这个实验。这些细胞在营养液中可以保存很长时间，是测试神经毒素影响的理想模型。这里的结果也表明，使用DARPin后，毒素的麻痹效果比使用DARPin快两倍多。
肉毒杆菌疗法的新选择
现在最大的问题是:为什么会这样?可能的解释是非常复杂的生物化学。简单地说，就是DARPins实际上以一种方式破坏毒素的稳定，使它们更快地被运送到神经细胞内部。因此，毒素会更快地起作用。
“出于这个原因，我们认为DARPin可以扩大肉毒杆菌神经毒素的可能用途范围，”Oneda Leka说。尽管研究人员没有在本研究的框架内进行任何比较测试，但似乎含有DARPin的肉毒杆菌神经毒素A1比没有抗体的A1起作用要快得多。与此同时，效果的持续时间比E和f的持续时间要长得多。因此，这种DARPin的添加提供了一种介于血清型A和血清型E和f之间的中间变体。这一结果出人意料，为治疗多种疾病开辟了新的可能性。Richard Kammerer说:“在止痛药中，一种添加剂可以加速一种长效的、非常有效的药物的效果，这可能是我们感兴趣的。”
参考资料
[1] A DARPin promotes faster onset of botulinum neurotoxin A1 action
