研究歷史
人類社會利用蜂毒的歷史悠久，同時人們對蜂毒和蜂毒肽的研究也在不斷深入。自從1952 年Neuman等人用電泳法分離獲得蜂毒肽以來，關於蜂毒肽的研究拉開了帷幕，很多研究發現蜂毒肽對體內外多種腫瘤細胞都有殺傷作用。
1972 年，Haberman報導1 μmol/L 的蜂毒肽就能阻止腫瘤細胞增殖但卻不抑制正常細胞的生長與克隆率。
1996 年，Arora通過對正常大鼠肝細胞與大鼠肝癌細胞抗缺氧損傷能力的實驗對比，證實蜂毒肽激活磷脂酶 A2（PLA2）能夠解除肝癌細胞對缺氧的抵抗。Dunn 等將來自於鼠抗人骨髓瘤細胞和淋巴瘤細胞表面特異蛋白的抗體 SCFV 基因同蜂毒肽基因相融合，構建了能殺腫瘤細胞的抗毒素基因，大腸桿菌中融合基因並表達，精製的抗毒素顯示了體外殺死腫瘤細胞的效能 。
1999 年， Kubo 等通過 5 種細胞毒的測定方法對蜂毒肽與嗜酸性粒細胞的主要鹼性蛋白進行比較，結果證實蜂毒肽能插入 K562 細胞的胞膜中進而形成孔道，引起 Ca2+內流，使胞內 Ca2+濃度升高，細胞裂解，最後導致在 1 h 內蜂毒肽對實驗的白血病細胞均具殺傷效果。同年，Shamsher 等研究發現蜂毒肽可激活磷酸脂酶 D 進而裂解人單核白血病細胞（U937）。
2001年，黃雪強等[6]通過人白血病細胞觀察蜂毒肽促凋亡的作用，結果發現對白血病細胞 5 mg/mL 蜂毒肽作用 4 h 與4μg/mL 蜂毒肽作用24h 都可見典型凋亡特徵，進一步實驗發現其誘導細胞凋亡同 bcl-2 基因表達顯著下降相關。
2003年，劉嶺等通過MTT 法對 SMMC-7721、BEL-7402 和 Hep-3B 三種肝癌細胞系進行研究，考察蜂毒肽抑制腫瘤的量效關係，結果顯示：在 8～64 μg/mL 劑量時，蜂毒肽的抑瘤率直線上升，在體外表現顯著的抗瘤效果。據此推測，可能與在高濃度中蜂毒肽的自聚集相關，高濃度下多呈四聚體的狀態，與單體相比更能與細胞膜有效地結合，進而形成離子通道，改變胞膜通透性，裂解胞膜，表現出極強的體外殺傷腫瘤的效果。2004年，陳永強等利用不同濃度的蜂毒肽對敏感細胞系 U2OS 進行處理，64 mg/L 時對 U2OS 分別作用12 h 和24 h，其壞死率高達 80 %以上，而 16 mg/L 與 32 mg/L 劑量時對細胞增殖有顯著抑制效果，還能夠誘導細胞凋亡及壞死。Don Rivett 博士領導的分子生物學研究小組對蜂毒肽抗癌作用進行了研究，研發出以蜂毒肽為“彈頭”的抗毒素，對前列腺癌、乳腺癌、膀胱癌都具很好的療效。
2009年8月11日英國《每日郵報》報導，日前美國華盛頓大學的科學家公布一項有意義的研究成果——他們藉助納米技術，開發出一種在顯微鏡下才能看到的“納米蜜蜂”。“小蜜蜂”能鑽進癌細胞，釋放出殺癌良藥，將癌細胞一個個消滅掉。而小蜜蜂比人的髮絲還要小几千倍。
“小蜜蜂”背上有一個特殊的包裹，包裹里裝的是令常人聞之色變的蜂毒肽。研究人員稱，蜂毒肽是非常好的殺癌良藥。“小蜜蜂”內部還有專門的定位物質，能夠指引它一路前行，直達患處。在實驗中，納米蜜蜂”已經令患有乳腺癌的小白鼠體內的癌細胞減少了45%，而患有皮膚癌的小白鼠體內的癌細胞則銳減了75%之多。
結構介紹
蜂毒肽是由 26 個胺基酸殘基組成的多肽,分子量 2 840 , 其一級結構的胺基酸殘基順序為
NH2- GLY- ILE- GLY- ALA- VAL- LEU- LYS- VAL- LEU- THR- THR- GLY- LEU- PRO- ALA- LEU- ILE- SER-TRP- ILE- LYS- ARG- LYS- ARG- GLN- GLN- COOH。在通常情況下, C- 末端有 4 個胺基酸殘基攜帶正電荷,N- 末端有 2 個胺基酸殘基攜帶正電荷, 整個分子 帶 6 個正電荷。
蜂毒肽的 N- 末端起前 20 個胺基酸殘基主要是疏水的, C- 末端的 6 個胺基酸殘基主要是親水的。分子的 3 個賴氨酸和 2 個精氨酸殘基使其成為強鹼性肽，在中性水溶液中, 蜂毒肽作為單體是以隨機的捲曲結構存在的, 而隨著 pH 值以及離子強度的增高, 蜂毒肽自我交聯, 形成螺旋的四聚體結構，有研究發現在不同的溶液中蜂毒肽的螺旋結構區域及螺旋間的角度是不同的。 螺旋結構中前 21 個胺基酸是極性的, 位於螺旋的表面, 而非極性胺基酸在螺旋的另一面。這個兩親性(am-phiphilie)是膜結合肽和膜蛋白跨膜螺旋的特徵。所以這個特性決定蜂毒肽既可以溶於水中, 又可以與膜自然結合, 進而溶解細胞。
毒理學
藥物機理
輔致癌因素抗生素的毒性很小，由於β-內醯胺類作用於細菌的細胞壁，而人類只有細胞膜無細胞壁，故對人類的毒性較小，除能引起嚴重的過敏反應外，在一般用量下，其毒性不甚明顯.是化療指數最大的抗生素。但其青黴素類抗生素常見的過敏反應在各種藥物中居首位，發生率最高可達5%～10% ，為皮膚反應 ，表現皮疹、血管性水腫，最嚴重者為過敏性休克，多在注射後數分鐘內發生，症狀為呼吸困難、發紺、血壓下降、昏迷、肢體強直，最後驚厥，搶救不及時可造成死亡。各種給藥途徑或套用各種製劑都能引起過敏性休克，但以注射用藥的發生率最高。過敏反應的發生與藥物劑量大小無關。對該品高度過敏者，雖極微量亦能引起休克。注入體內可致癲癇樣發作。大劑量長時間注射對中樞神經系統有毒性(如引起抽搐、昏迷等)，停藥或降低劑量可以恢復。
蜂毒肽是迄今為止人類所知的抗炎活性最強的物質之一，其抗炎活性是氫化可的松的100倍，可以抑制20多種革蘭氏陰性和陽性細菌的生長繁殖，尤其是蜂毒肽可以抗對青黴素具有耐藥性的金黃色葡萄球菌。蜂毒肽還能增強磺胺類和青黴素類藥物的抗菌效力，對多種真菌、病毒也具有毒性。它具有類激素樣的作用，但無激素的不良反應。蜂毒肽的鎮痛作用也十分顯著，其對前列腺素合成酶的抑制作用是吲哚鎂辛的70倍，鎮痛強度為嗎啡的40%，鎮痛持續時間較長。實驗研究證明，全蜂毒、蜂毒肽、神經毒多肽、MCD均能刺激垂體腎上腺系統使皮質激素釋放增加而產生抗炎作用。蜂毒肽還能抑制白細胞轉移，從而抑制了局部的炎症反應。
蜂毒肽可以作用於神經系統，其對N-膽鹼受體有選擇性阻滯作用，使中樞神經系統的興奮傳導阻滯，並表現出中樞性菸鹼型膽鹼受體阻滯作用；蜂毒肽還能抑制周圍神經衝動傳導。
用蜂毒肽代替蜂毒全毒不僅對輻射有預防作用，而且還有治療作用。高純度的蜂毒肽可以明顯提高抗輻射效應，而且和全蜂毒比較差別非常明顯。蜂毒肽對腫瘤細胞的毒性作用也引起了人們的注意。蜂毒肽具有膜活性，直接對細胞的磷脂膜起溶解作用，抑制細胞發育，對腫瘤細胞有強烈的細胞毒素作用。蜂毒肽分子量小，免疫原性低，不易產生過敏反應；因其是破壞細胞膜而導致細胞的死亡，因此它不用進入細胞，在細胞外即可顯示出其破壞腫瘤細胞毒性。澳大利亞聯邦科學與工業研究組織(CSIRo)DE Riven博士領導的分子生物學研究小組正在對蜂毒肽的抗癌作用進行研究，他們製造的以蜂毒肽為“彈頭”的抗毒素也可對前列腺癌、膀胱癌、乳腺癌產生療效。《中國醫藥報》也曾報導，蜂毒素可抑制肝癌細胞的生長、增殖，並且減少增殖細胞中和抗原附性細胞的表達，影響細胞周期的比率，為蜂毒素臨床套用於抗腫瘤提供了實驗依據。
生物機制
至今為止，對於蜂毒素的殺菌及溶血機理仍然很不確定，以往研究認為，抗細菌素類是通過穿孔模型形成膜空洞機制引起殺菌的。但深入研究發現，有些抗細菌素與細胞膜的作用方式與穿孔模型有明顯不同，後來便提出了一種新的作用模式--地毯模式。
目前，抗細菌素侵膜機理占主導地位的觀點仍然是穿孔模型和地毯模式機理。根據蜂毒素的這種侵膜機制，趙亞華等通過實驗有目的地改造了蜂毒素的胺基酸的一級結構序列以及所要表達的蜂毒素基因。儘量使蜂毒素在與細菌細腦膜相互作用時，主要採取地毯模式侵膜而引起殺菌，同時，由於帶電荷數與分子構象的改變，大大降低了它與血細胞膜兩親性作用的幾率，從而達到抑制溶血性的目的。改造後的蜂毒素的溶血性與標準樣品的溶血活性相比，有較大幅度降低，大約降低了14.3倍。
蜂毒肽發揮其眾多功能的主要機理是因為蜂毒肽可以使細腦膜的透性增加，細胞內容物泄露，細胞裂解所以蜂毒肽與天然或是模型膜的作用成為蜂毒肽研究的熱點。Benachir等利用鈣黃綠素作為螢光標記物，系統研究了蜂毒肽誘導的膜滲漏。他們認為蜂毒肽與囊泡的結合會非常迅速，因為在蜂毒肽作用幾分鐘之後，內容物的流出達到最大值，並且停止；而且蜂毒肽誘導的磷脂雙分子層的裂解的發生機制是“全或無”，也就是說蜂毒肽作用下，有的囊泡的內容物全部釋放，而有的則保持完整，沒有滲漏，這與Schwarz 等觀察的一致。內容物釋放的比例與蜂毒肽/脂質的摩爾比率有關，只有達到一定量的蜂毒肽才可能有內容物滲出。更為特別的是蜂毒肽可以區別出完整的和已經有物質滲出的囊泡，說明這兩類脂質雙分子層的性質有很大的不同。最近有很多報導認為，微粒表面的負電荷可以抑制蜂毒肽對細胞的裂解作用，Benachir等的工作表明卵磷脂雙分子層表面負電荷的存在對蜂毒肽的裂解能力有抑制作用，並且與負電荷的密度成一定比例。這可能是由於靜電作用吸附蜂毒肽，而不能更加深入破壞囊泡而形成滲漏。
蜂毒肽可以作用多種酶及細胞蛋白，在裂解的細胞中蜂毒肽能結合或改變幾種蛋白質功能。如蜂毒肽可以抑制蛋白激酶C；與鈣調蛋白(calmodulin)具有高度親極性。Fukushi-ma實驗中觀察到蜂毒肽抑制小鼠大腦皮質的突觸膜上依賴鳥苷酸的腺苷酸環化酶活性；還發現蜂毒肽能明顯刺激Gil和Gll活性，但卻抑制Gs活性。動力學研究表明蜂毒肽抑制Gs活性是因為抑制GDP的釋放，從而增加了鳥苷酸造成的。而激活Gi與抑制Gs很可能與抑制腺苷酸環化酶的活性有關。細胞脂酶的活性產物包括三磷酸肌醇(IP3)、甘油二酯(DG)和脂肪酸(FA)等是細胞生理活動重要的第二信使系統，而有實驗表明蜂毒肽可以激活細胞脂酶，包括磷脂酶C(PLC)、磷脂酶D(PLD)、磷脂酶Az(PLAJ及甘油三酯酶等。磷脂和甘油三酯是細胞內主要的醯化酯(包含脂肪酸)。而甘油三酯的相對含量可占細胞總脂量的5%～60%。
套用
基因工程
生物工程技術的發展為獲得蜂毒肽提供了一條新的途徑，Kindas等從處女蜂王的毒腺中提取得到了總mRNA，發現蜂毒肽mRNA含大約400個鹼基對和1個短的poly A尾。Vlasak等用mRNA-DNA逆轉錄的方法，利用質粒pBR322構建了蜂王毒腺的cDNA文庫，用蜂王毒腺總mRNA製作探針從此文庫中分離得到了蜂毒肽的cDNA，再進一步將其克隆到質粒pUC18上進行DNA序列分析，由DNA的序列分析結果推測出的蜂毒肽序列與實際測得的完全相同。張青文從1991年開始提取了蜂王毒腺的RNA，用於棉鈴蟲卵中的轉譯，成功地合成了Promelittin，並對提取的mRNA成分進行了研究，結果發現總RNA在除去rRNA後就可得到高純度的蜂毒肽mRNA。李繼周等於1997年通過mRNA-cDNA反轉錄的方法合成了蜂毒肽基因，用lgtll 建立了蜂毒肽的cDNA文庫，並用抗體探針篩選出了附性克隆。陳仲兵等進一步將蜂毒肽cDNA克隆到大腸桿菌質粒Pucl8上，並進行了序列分析。王關林等從蜜蜂毒腺中提取總RNA，通過RT-PCR方法擴增得到了蜂毒肽前體蛋白的cDNA，再進一步通過定點誘變在蜂毒肽序列前引入了經胺裂解位點，構建了與 β-半乳糖昔酶部分序列相融合的蜂毒肽誘變蛋白表達載體，序列分析結果表明，成功地引入了目的密碼子，且與 β-半乳糖苷酶部分序列構成正確的讀碼框，並在大腸桿菌中表達了誘變蛋白。王關林克隆了蜂毒肽前體蛋白的cDNA，並在大腸桿菌中表達了與 β-半乳糖苷酶部分序列相融合的蜂毒肽前體蛋白。王秋波等報導通過人工合成含特異性酶切位點的AB兩條寡核苦酸片段，在Klenow 酶作用下形成目的基因，用限制型內切酶Hind Ⅲ，Xmn Ⅰ同時酶切目的基因和表達載體Pmalp2質粒，在T4連線酶的作用下構建兩者的重組體，通過 α-互補篩選出附性克隆，並通過特異性酶切和測序分析進行鑑定，獲得重組蜂毒肽的原核表達克隆。
蜂毒肽的溶血作用限制了它的臨床套用。為克服其溶血毒副作用，人們嘗試通過改變蜂毒素分子構像，將蜂毒素分子與腫瘤特異性抗體偶聯成免疫毒素或製成緩釋劑等方法來減輕其不良反應，增強抗腫瘤活性的目的。
趙亞華等為獲得保留有抗菌活性而降低溶血作用的蜂毒素，對蜂毒素的分子結構進行了改造。將第5位的Val變為Arg，第15位Ala變為Arg，刪除了第16位的Leu。用PCR技術獲得了改造後的蜂毒素基因，將其複製人酵母表達載體pPICZa-A，獲得重組表達質粒PPICZa-A-MEA。該質粒轉化畢赤酵母菌GS115，甲醇誘導下表達，發酵上清液經抑菌活性、溶血活性測定及親和層析純化，結果表明，蜂毒素基因成功地在畢赤酵母中表達，經改造後表達的蜂毒素保留了抗菌活性且溶血活性顯著降低，經純化後用Bradford法測定表達蜂毒素的含量約為0.29 mg/mL。
李柏、張晨等套用基因工程，構建攜蜂毒素基因及甲胎蛋白(AFP)啟動子(rAFP)的重組腺病毒載體，探討rAFP驅動的蜂毒素基因在體外對肝癌細胞的特異性殺傷作用。結果發現：攜蜂毒素基因重組腺病毒載體構建成功，MTr實驗證明攜蜂毒素基因重組腺病毒轉染後，AFP附性肝癌細胞的增殖受到明顯抑制，而對AFP陰性肝癌細胞及正常肝細胞無明顯影響；無蜂毒素基因的重組腺病毒轉染，則對各種細胞增殖均無抑制作用，他們等還發現蜂毒素基因重組腺病毒轉染BEL-7402細胞後，肝癌細胞周期受到不同程度的影響，Go/G期細胞增多，細胞增殖核抗原(PCNA)標記指數較對照組明顯下降，提示癌細胞較多被阻滯於G期，蜂毒素基因在癌細胞內的表達干擾了其細胞周期，抑制了癌細胞的增殖，而抑制PCNA的合成可能是其作用機制之一。細胞增殖與凋亡的失衡決定了腫瘤的生長速率。凋亡不僅直接影響著機體組織的正常發育、分化與死亡，它在腫瘤治療中的作用已受到極大的重視。研究證明，蜂毒素具有誘導腫瘤細胞凋亡的作用。經攜蜂毒素基因重組腺病毒轉染後，倒置相差顯微鏡下觀察到部分肝癌細胞出現凋亡形態學變化，體積變小、變圓，染色質邊集等現象。攜蜂毒素基因重組腺病毒可有效誘導肝癌細胞凋亡，凋亡率在20%左右，高於不捨蜂毒素基因重組腺病毒和未轉染重組腺病毒對照組，提示誘導腫瘤細胞凋亡亦是蜂毒素基因治療發揮作用的機制之一。
遏制愛滋
血液中的愛滋病毒。2013年3月，美國科學家宣布，可以利用在蜂刺毒素中發現的化學物質毀滅愛滋病毒，防止愛滋病傳播，但又不傷及周圍正常細胞。美國華盛頓大學醫學院的科學家經長期研究發現，蜂刺中的化學物質蜂毒肽可以刺穿愛滋病毒的保護外層，毀滅愛滋病毒。科學家們把這種毒素注入納米粒中，上面配有特製的“緩衝器”，使之能夠彈離正常細胞，從而避免傷及正常細胞。當較小的愛滋病毒與它們接觸時，會從緩衝器之間滑過，遭到毒素攻擊。此前，大多數藥物只能減緩愛滋病毒的生長，而最新研究出的這種蜂毒能夠攻擊並殺死病毒，第一時間防止感染。
合作撰寫研究報告的醫學院專家約書亞·胡德介紹說，這種毒素可以用於製作防止愛滋病傳播的凝膠。“我們希望，在愛滋病迅速傳播的地區，人們能夠利用這種凝膠作為阻止其初期感染的預防措施。我們破壞的是愛滋病毒的物理性能。從理論上說，愛滋病毒沒有任何辦法適應蜂毒的攻擊。”
該研究報告發表在《抗病毒療法》雜誌上。科學家們認為，它有可能是開發遏制愛滋病毒猖獗傳播藥劑的重要步驟。醫生們還認為，可以進一步開發納米粒子，嘗試殺死腫瘤細胞。
