游识猷 25-11-17 17:23
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看到一个新研究,研究者们利用骆驼科动物体内一种独特的“迷你抗体”,成功研制出一种实验性的“超级抗蛇毒血清”。

它仅由8种精确设计的分子构成,却能有效中和非洲大陆上几乎所有(18种里的17种)致命眼镜蛇、曼巴蛇和环颈蛇的毒液,并且首次高效地阻止了会导致截肢的皮肤坏死。

未来的抗蛇毒血清,将变得更安全(过敏反应大大减少)、更便宜(生产成本骤降)、更有效(一剂通杀多种蛇毒),甚至可能不再需要冰箱冷藏。 这会拯救许多生命,也让很多人免于残障。

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▍古老的蛇毒,和落后的抗蛇毒血清

人类对蛇的恐惧,是被演化刻在基因里的。

蛇毒确实可怕,有些成分,比如神经毒素(neurotoxins),会直奔受害者的神经系统,切断大脑与呼吸肌肉之间的信号。很快,受害者会感到眼皮沉重,说话含糊,最终无法呼吸,窒息而亡。这通常是曼巴蛇和一些眼镜蛇的杀手锏。

另一些蛇毒成分,则会破坏受害者的组织。比如一些细胞毒素( cytotoxins)会在被咬的伤口周围大肆破坏,在细胞上打孔,引发剧痛、肿胀和组织坏死。另一种叫磷脂酶A₂(Phospholipase A₂, PLA₂)的毒素,则专门溶解构成细胞膜的磷脂,导致细胞成片地“倒塌”。伤口会变黑、腐烂,散发出恶臭。这就是非洲射毒眼镜蛇的。即使受害者侥幸活下来,也可能因为组织大面积坏死而不得不截肢。

面对可怕的蛇毒,唯一的救命药是抗蛇毒血清(antivenom)。它的制造工艺,近百年来几乎没有变过。

流程大致是这样的:
▪️ 找一匹马(或其他大型动物)。

▪️ 给它注射一点点稀释过的蛇毒,剂量小到不足以杀死它。

▪️ 马的免疫系统会把蛇毒当成入侵者,产生大量的抗体来对抗它。

▪️ 几周后,从马的身上抽取大量的血液。

▪️ 分离出血液中富含抗体的血浆,经过粗略纯化,装瓶。

抗蛇毒血清确实能救命,但缺点包括:
❌ 副作用风险高: 抗蛇毒血清里除了有效的抗体,还混杂着大量的马的蛋白质,很多人的免疫系统会把这些外来蛋白质当成敌人,引发严重的过"血清病",甚至休克。

❌ 效率低下: 一瓶抗蛇毒血清里,真正能中和蛇毒的“有效成分”(特异性抗体)可能只占不到10%。需要注射非常大的剂量,这不仅增加了过敏风险,也让治疗变得极其昂贵。

❌ “多价性”有限: 一种蛇的毒液和另一种蛇的毒液成分可能天差地别。用A蛇毒制造的抗蛇毒血清,对B蛇的咬伤可能完全无效。虽然有“多价”抗蛇毒血清(用多种蛇毒去免疫马),但它的覆盖范围依然有限,而且效果往往会被稀释。医生还常常面临一个难题:他们根本不知道病人是被哪种蛇咬的。

❌ 对“烂肉”几乎无效: 这是最令人绝望的一点。目前的抗蛇毒血清对神经毒素效果尚可,但对于那些导致皮肤坏死的细胞毒素和PLA₂,效果非常差。因为这些针对组织的毒蛋白起效太快,等抗蛇毒血清通过血液循环到达伤口时,组织破坏已经发生了,使得许多幸存者不得不截肢。

❌ 生产和储存困难: 依赖大型动物,生产周期长,批次之间质量不稳定,而且大多数抗蛇毒血清都需要严格的冷链运输和储存。在电力不稳的偏远和穷困地区,这几乎是不可能的。

有没有更好的抗蛇毒血清呢?

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▍骆驼和羊驼,能制造纳米抗体

研究者们决定彻底抛弃“马血清”这条老路。他们的目光,投向了骆驼科动物,比如骆驼和羊驼。

这些动物体内隐藏着一个惊人的秘密。除了和人类一样,能产生那种Y形的大个子抗体外,它们还能产生一种非常独特的、更小、更简单的抗体——纳米抗体(Nanobody),又叫VHH。

可以把我们人类的Y形抗体想象成一个有两个“手臂”的机器人,而纳米抗体就像是这个机器人被拆下来的单只“手臂”。

这只小小的“手臂”,优点十分突出:

✅ 体型小巧: 它的体积只有普通抗体的十分之一。这意味着它更容易穿透组织,直达蛇毒的破坏现场。

✅ 极其稳定: 纳米抗体异常坚固。把它煮沸,它冷却后还能恢复功能。这意味着用它制造的药品可能不再需要冰箱,可以摆脱冷链的束缚,在炎热的气候下长期保存。

✅ 容易“编辑”: 因为结构简单,研究者们可以像编辑代码一样,轻松地在实验室里对它进行改造和优化。

✅ 生产简单廉价: 可以把制造纳米抗体的基因指令植入到大肠杆菌或酵母里,然后像酿造啤酒一样,在巨大的发酵罐里大规模生产。这彻底摆脱了对马的依赖,让成本有望降低几个数量级。

接下来,研究者需要从骆驼和羊驼体内,找到能够打败18种不同蛇毒的“天选纳米抗体”。

1️⃣ 打造一个巨大的“抗体基因图书馆”

首先,研究者们给骆驼和羊驼注射了一个包含18种非洲致命蛇毒的“鸡尾酒疫苗”。这会刺激它们的免疫系统,产生数百万种针对不同蛇毒成分的纳米抗体。

然后,他们从骆驼身上抽血,找到所有编码这些纳米抗体的基因。

接下来,他们把每一个纳米抗体的基因,都植入到一种叫做“噬菌体”的病毒上。这种病毒很特别,它只会感染细菌,对人类无害。

最终,他们得到了一个装着数亿个不同噬菌体的试管。这个试管,就是一个巨大的“纳米抗体海选现场”。

2️⃣设置极其严苛的“面试关”

现在,研究者们要从这个巨大的海选现场里,挑出最有潜力的“超级抗体”。

他们把那些从蛇毒里提纯出来的、最致命的毒素分子固定在盘子上,然后把整个“噬菌体海选大军”倒进去。

那些表面“穿着”能够识别并结合毒素的纳米抗体的噬菌体,就会像磁铁一样被吸附在盘子上。而那些“才艺不精”的,则会被冲洗掉。

3️⃣寻找“全能型选手”

只找到能结合一种蛇毒的抗体还不够,研究者的目标是“通用”抗蛇毒血清。所以,他们设计了类似多轮面试的“交叉淘选(cross-panning)”。

比如,他们先用A眼镜蛇的神经毒素,筛选出了一批能结合它的抗体。

然后,他们把抗体们带去测试 B曼巴蛇的神经毒素。只有那些既能结合 A蛇毒素,又能结合 B蛇毒素的“全能型选手”,才会被留下来。

这种方法之所以能成功,是因为毒素的保守性。尽管不同蛇的毒液千差万别,但负责关键“杀伤功能”的毒素区域(称为“表位”)在进化中是高度相似的。

经过精挑细选,研究者最终锁定了8位最优秀的纳米抗体,它们分别针对7个最关键的蛇毒(亚)家族,包括神经毒素、细胞毒素和磷脂酶A₂。

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▍发现 1:能防住17种致命蛇毒

接下来的考验,必须在生物体内进行。

研究者们使用了一个叫LD₅₀(半数致死剂量)的指标。1个LD₅₀,就是能杀死50%实验动物的毒液剂量。研究者们给小鼠注射的,是3倍的LD₅₀——这是一个足以确保杀死150%小鼠的超大致命剂量。

研究者们先做了“小鼠预孵育实验”:把3倍LD₅₀的蛇毒,和他们新研制的“8抗体鸡尾酒”在试管里先混合一下,然后注射到小鼠体内。

结果是,对于来自非洲大陆的18种最主要的致命眼镜蛇、曼巴蛇和环颈蛇,这种新抗蛇毒血清防住了其中17种的攻击!

在实验中,所有接受了这种“预保护”的小鼠都活蹦乱跳,它们的生存率在24小时后稳稳地保持在100%。

而那些只注射了蛇毒的对照组小鼠,则无一幸免,生存率迅速降到了0%。

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▍发现 2:8个精英胜过千军万马

一个由8种VHHs组成的、成分明确的寡克隆混合物,足以实现广泛的物种覆盖和效力,这挑战了中和复杂蛇毒需要高度多样的多克隆抗体的传统观念。

过去我们认为,蛇毒这杯“毒素鸡尾酒”太复杂了,里面有上百种不同的蛋白质,所以必须用同样复杂的“抗体鸡尾酒”(也就是马血清里成千上万种不同的抗体)去对抗它。这是一种“人海战术”。

而这项研究证明,“精确打击”远胜于“人海战术”。研究者们通过前期的蛋白质组学分析,锁定了蛇毒里的7个关键毒素家族。8个纳米抗体,每一个都有明确的目标。结果,这8个抗体,干掉了成百上千种分子组成的蛇毒。

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▍发现 3:首次攻克“皮肤坏死”难题

还记得让伤口腐烂、最终导致截肢的细胞毒素和PLA₂吗?该重组抗蛇毒血清在体内实验中显著减少了由细胞毒性蛇毒引起的皮坏死。

研究者在实验中给小鼠注射了射毒眼镜蛇的毒液。对照组小鼠的皮肤上出现了明显的大面积深色坏死斑块,面积在20-25平方毫米。

而在接受了新抗蛇毒血清治疗的小鼠身上,坏死区域“显著减小”,病变面积普遍小于5平方毫米,意味着病变面积减少了超过80%。有时甚至几乎看不到任何损伤。

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▍发现 4:新王登基——在“头对头”对决中完胜现役冠军

研究者们让新型“8抗体鸡尾酒”,去挑战目前在非洲使用最广泛、被认为是金标准的商业抗蛇毒血清“Inoserp PAN-AFRICA”(一种马源抗蛇毒血清)。

比赛采用的是“解救模型(rescue model)”。这不再是让解药和毒药在战场外先打一架,而是模拟真实世界:先给小鼠注射致命剂量的蛇毒,等毒素在它体内开始扩散了,5分钟后,再火速给它注射抗蛇毒血清。

比赛结果,毫无悬念。

以黑曼巴蛇(D. polylepis)为例,接受了新型重组抗蛇毒血清治疗的小鼠,虽然也出现了延迟死亡,但表现仍优于商业抗蛇毒血清。

而在对抗其他多种蛇毒,如林眼镜蛇(N. melanoleuca)时,新抗蛇毒血清组有60%的小鼠存活,而商业抗蛇毒血清组的存活率是0%。

在对抗皮肤坏死的实验中,对于莫桑比克射毒眼镜蛇(N. nigricollis)的毒液,新抗蛇毒血清显著减小了坏死面积(p<0.001),而商业抗蛇毒血清的效果则没有统计学意义(NS),跟没治差不多。

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▍发现 5:纳米抗体平台本身就极为重要

VHH抗体格式具有低免疫原性、高生物物理稳定性以及可在微生物系统中低成本生产的优势,为开发下一代抗蛇毒血清提供了一个理想的平台。

这项研究不仅创造出了一个具体的产品,更在于它验证了一个平台的巨大潜力。这个平台,就是“纳米抗体技术”。

这个“系统”的优势:

✅ 更安全: 纳米抗体更接近人源,引发过敏反应的风险极低。

✅ 更稳定: 不怕热,可能无需冷链,能轻松送到世界上任何一个偏远的角落。

✅ 更便宜: “细菌酿造”的生产方式,让成本有望从每剂几百美元,降到普通人能负担得起的水平。

✅ 更快速: 小巧的体积让它能更快地从血液中渗透到组织,去中和那些正在搞破坏的细胞毒素。

这个平台不仅可以用来制造抗蛇毒的抗体,理论上,也可以用来设计对抗蝎子毒、蜘蛛毒,甚至是细菌毒素、病毒的“纳米抗体鸡尾酒”。它为我们对抗各种疾病,打开了一扇全新的大门。

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▍研究的局限性是什么?

▪️ 小鼠不是人: 目前所有的实验都是在小鼠身上完成的。虽然小鼠是标准的临床前模型,但药物在人体内的反应可能会有所不同。下一步,必须进行更大规模的动物实验,并最终走向人体临床试验,这需要数年的时间和大量的资金。

▪️ 还有一个“漏网之鱼”: 在18种蛇毒中,有一种东非绿曼巴(Dendroaspis angusticeps)的毒液,新抗蛇毒血清没能完全防住。这说明它的毒液里可能有一些独特的、未被这8种抗体覆盖的毒蛋白。

▪️ 生产和监管的挑战: 从实验室的成功,到能够大规模生产、符合各国药监局标准的合格药品,还有一条漫长的路要走。

未来可以继续优化什么?

▪️ 继续优化“鸡尾酒”配方: 研究者们可以尝试寻找更强大的纳米抗体,或者调整8种抗体的比例,甚至尝试将几种纳米抗体“焊接”在一起,创造出功能更强的“多功能抗体”,看看能否用更少的分子实现同样甚至更好的效果。

▪️ 进军亚洲及其他大陆: 非洲的问题解决了,但亚洲、澳洲和美洲也有各自的毒蛇。这个成功的技术平台,完全可以被复制,去开发针对其他地区蛇种的“通用抗蛇毒血清”。

▪️ 超越蛇毒: 这个平台可以被用于对抗各种毒素。未来可能会有针对黑寡妇蜘蛛、巴西漫游蜘蛛,甚至是剧毒蘑菇的“纳米抗体急救针”。

📄 Ahmadi, S., Burlet, N. J., Benard-Valle, M., Guadarrama-Martínez, A., Kerwin, S., Cardoso, I. A., ... & Laustsen, A. H. (2025). Nanobody-based recombinant antivenom for cobra, mamba and rinkhals bites. Nature, 1-10.

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发布于 福建