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间斑寇蛛(L.tredecimguttatus)俗称黑寡妇蜘蛛或黑毒蜘蛛,是一种中型蜘蛛。在分类学上隶属于节肢动物门,蛛形纲,蜘蛛目,球蛛科,寇蛛属。间斑寇蛛是目前世界上已知毒性最强的蜘蛛之一,与其他有毒动物不同的是,不仅在其毒腺毒液中存在毒性成分,而且在身体的其他组织(如腿、腹部组织等)以及卵粒中也存在毒性成分。二十世纪七十年代,美国学者采用化学与生物药理学等方法对间斑寇幼蛛和成蛛的蛛卵粒和腹部等组织中的毒性成分进行了初步的分离纯化研究,但到目前为止还没有对间斑寇蛛卵粒毒素成分进行系统分离纯化和结构与功能分析的相关报道。在本文中,我们采用溶液抽提方式获得卵粒提取物,对提取物的生物学活性等特征做了较为详细的研究;采用凝胶过滤层析和离子交换层析等方法对卵粒提取物中的蛋白质与多肽类成分进行了分离纯化研究,并对分离纯化得到的活性成分进行了结构与功能研究。
蛋白质定量测定表明,间斑寇蛛卵粒提取物干物质蛋白质含量为34.23%。卵粒提取物对小鼠具有较强的毒性,腹腔注射小鼠的LD50值为3.23 mg/kg。小鼠经腹腔注射卵粒提取物后,出现昏睡,体温下降,身体蜷缩,呼吸急促,活动力减弱,身体抽搐,喘式呼吸,大小便失禁,尾巴发紫,毛发皱褶等一系列症状。酶活性分析发现卵粒提取物具有多种酶活性,包括透明质酸酶、乙酰胆碱酯酶、酸性磷酸酶、碱性磷酸酶、蛋白水解酶等。电生理实验发现,250μg/mL卵粒提取物可以在12.0±1.5 min内完全阻断小鼠膈神经一膈肌标本的神经肌肉的接头信号传递。用台式液洗涤后再刺激膈神经,发现这种阻断效应可以部分消除。
用SDS-聚丙烯酰胺凝胶电泳对卵粒提取物进行分离后图像分析发现卵粒提取物中分子量大于10 kDa的蛋白质含量丰富,而分子量低于10 kDa的低分子量蛋白质和多肽含量较少。从图像上可以看到8个染色较深的蛋白质条带以及10个以上染色较淡的蛋白质条带。在随后的凝胶过滤层析中,卵粒提取物通过Sephacryl S-100 HighResolution Hiprep26/60柱分离得到7个组分(命名为P1~P7),通过SDS-聚丙烯酰胺凝胶电泳分析发现分子量不同的组分得到了较好的分离。其中P1~P4为分子量大于10 kDa的大分子蛋白质成分,P5~P7为分子量小于10 kDa的低分子量成分。通过电生理检测发现,大分子成分都能阻断小鼠膈神经-膈肌的神经肌肉传递。当加入1.15mg/mL的P1成分时,完全阻断时间为17.0 min,用台式液漂洗不能消除其阻断效应;分别加入1.50 mg/mL的P2成分或1.33 mg/mL的P3成分后,都能在30 min内完全阻断神经肌肉传导,台式液漂洗都能恢复电刺激引起的膈肌收缩。而P4成分毒性较弱,添加1.10 mg/mL的P4成分后,其阻断时间超过80 min。
随后,我们通过DEAE离子交换对P3中的成分进行了进一步的分离纯化,得到5个主要分离峰(命名P3-1至P3-5),其中P3-1,P3-2,P3-4(约20 kDa)在SDS-PAGE电泳中显示单一蛋白质条带,提示蛋白质成分已得到有效的分离纯化。利用电生理、N末端测序和蛋白质组学方法等多种策略对纯化的蛋白质进行了系统的结构与功能分析。电生理活性分析发现,P3-1成分不能阻断膈神经-膈肌接头传导。P3-4成分浓度为1.26×107-4g/mL(约6.3μ mol/L)时,能在40 min内完全阻断小鼠膈神经-膈肌标本的神经肌肉信号的传递,用台氏液洗涤可部分消除这种阻断效应。此外,膜片钳实验结果表明,P3-4能激活DRG细胞膜上的TTX-S型Na+离子通道。采用Edman降解测序获得了P3-4成分N-端的部分氨基酸序列为NSIADDRYR(P)(W)(G)YPGAG…,并采用Mascot和BLAST软件对P3-4成分进行了序列搜寻与同源性分析,未发现完全匹配的蛋白质,说明P3-4是从间斑寇蛛卵粒中分离与鉴定的一种新的活性蛋白。