《Toxins》：Curcumin Mitigates Fumonisin B1-Induced Ovarian Toxicity in Peak-Laying Ducks via Hormone Metabolic Protection and Enhanced Reproductive Resilience
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本综述系统阐述了肉毒杆菌神经毒素（BoNTs）与破伤风神经毒素（TeNT）的结构、穿越肠道屏障的机制、神经元细胞表面受体（如SV2、Syt）的特异性结合、以及其细胞内活动（如SNARE蛋白切割）。文章重点揭示了这些强效毒素（BoNT/TeNT）致病性的多重步骤累积效应，并探讨了其作为重要治疗工具（如BoNTs在临床的应用）的工程化前景，为相关疾病（肉毒中毒、破伤风）的防治及神经科学工具开发提供了更新见解。
1. 梭菌神经毒素及相关蛋白的结构
梭菌神经毒素包括肉毒杆菌神经毒素（BoNTs）和破伤风神经毒素（TeNT），它们是已知最强大的毒素之一。BoNTs根据其中和抗体反应性分为七种毒素型（BoNT/A至BoNT/G），而TeNT多样性有限。这些毒素均以约150 kDa的蛋白质前体形式合成，随后被蛋白酶激活为通过二硫键连接的重链（HC，约100 kDa）和轻链（LC，约50 kDa）。LC含有催化锌结合基序（HExxH），是细胞内活性域。HC是运输和定位模块，包含HCN和HCC两个主要结构域。HCN参与LC通过囊泡膜的易位，HCC则包含受体结合位点。
BoNTs通过非共价键与非毒性蛋白（ANTPs）结合，形成大小不同的肉毒杆菌复合物（即前体毒素）。中型复合物（M复合物）由BoNT和非毒性非血凝素成分（NTNH）组成。NTNH与BoNT结构相似，但在酸性环境下能与BoNT形成紧密的互锁复合物，保护BoNT免受蛋白酶降解。大型复合物（L复合物）则由M复合物与血凝素成分（HAs）或OrfX/p47蛋白结合形成。L/HA复合物具有三叶草样折叠结构，其HA33和HA70组分具有碳水化合物结合位点，能介导与肠道细胞的结合。L/OrfX复合物包含OrfX1、OrfX2、OrfX3和P47蛋白，这些蛋白含有管状脂质结合（TULIP）样结构域，但其具体组装方式尚不完全清楚。
2. 肉毒杆菌神经毒素穿越肠道屏障
肉毒中毒可通过摄入预形成的BoNT（食源性肉毒中毒）或肠道定植的肉毒梭菌产毒（婴儿肉毒中毒、成人肠道肉毒中毒）等方式获得。BoNT穿越肠道上皮屏障是其致病的关键初始步骤。研究表明，单独BoNT可通过受体介导的转胞吞作用以极低效率（小于1%）穿越肠道上皮细胞，其受体可能是GD1a/GD1b/GT1b系列神经节苷脂。
L/HA复合物能显著增强BoNT的肠道通过率。HA复合物能结合肠道黏液和微绒毛上的碳水化合物，其中HA33与岩藻糖基化聚糖的结合特性可能受FUT2酶多态性影响，这或许是人群对肉毒中毒易感性的一个因素。更重要的是，HA复合物能结合肠上皮细胞基底侧的E-钙黏蛋白，破坏E-钙黏蛋白的相互作用和紧密连接，从而通过细胞旁路途径促进BoNT的渗透。不同型别的HA复合物表现出宿主特异性，这解释了为何A型和B型肉毒中毒在人类中流行，而C型和D型则极罕见。肠道pH值影响BoNT复合物的稳定性，进而影响其吸收，这也是一个值得深入研究的因素。
L/OrfX复合物中的OrfX/P47蛋白对BoNT/E的口服毒性至关重要，能特异性增强毒素的肠道吸收。其TULIP结构域可能通过与脂质相互作用来介导这一过程。
3. 肉毒杆菌神经毒素的神经元细胞表面受体
梭菌神经毒素能特异性靶向特定神经元类型，其高亲和力受体遵循双受体模型，即同时结合神经节苷脂和膜蛋白。BoNTs优先结合GT1b、GD1b、GD1a等神经节苷脂，TeNT则结合GT1b、GD1b、GQ1b。TeNT和大多数BoNTs在其HCCC结构域顶端含有一个保守的神经节苷脂结合核心基序SxWY。
BoNTs的蛋白受体部分包括突触囊泡蛋白2（SV2）和突触结合蛋白（Syt）。例如，BoNT/A、E、F以SV2（SV2A、SV2B、SV2C）为受体，而BoNT/B、DC、G则以Syt（Syt-I、Syt-II）为受体。SV2的糖基化（如SV2C的N559糖基化）对BoNT/A的高亲和力结合至关重要，而BoNT/E则需要SV2A的N573糖基化才能进入神经元。对于BoNT/B，其高亲和力受体是由Syt-I或Syt-II与神经节苷脂（如GT1b）预先组装而成的复合物，GT1b能诱导Syt胞外域形成α-螺旋构象，这是BoNT/B结合所必需的。
最新研究表明，BoNT/A进入神经元需要神经节苷脂、糖基化SV2以及Syt-I的协同作用。BoNT/A与神经节苷脂-Syt-I复合物和SV2结合后，会促进Syt-I与SV2在质膜上形成纳米簇，从而触发毒素内化进入突触囊泡。BoNT/A与SV2结合后的构象呈pH依赖性：中性pH下为开放构象，酸性pH（5.5）下变为半封闭构象，有利于HCN和LC与囊泡膜相互作用及LC的易位。
4. 破伤风神经毒素的神经元受体及BoNT与TeNT的逆行运输
TeNT进入运动神经元后，通过非酸化内吞囊泡进行逆行轴突运输，抵达中枢神经系统（CNS）的抑制性中间神经元。在CNS，TeNT通过酸性途径进入抑制性中间神经元，导致LC易位至胞质并切割VAMP，阻断甘氨酸和GABA的释放。
TeNT在神经肌肉接头处与细胞外基质中的巢蛋白（nidogen-1/-2）结合，进而与神经元表面的LAR和PTPRδ受体相互作用。这一复合物被分选入依赖于发动蛋白、AP-2和AP180的特殊网格蛋白途径，进入用于逆行运输的中性囊泡，该途径涉及神经营养因子受体TrkB和p75NTR以及Rab7、动力蛋白等马达分子。
进入CNS后，完整的TeNT被释放到细胞外间隙，再通过其特异性受体进入抑制性中间神经元。TeNT与SV2A或SV2B结合，但其结合模式与BoNT/A和BoNT/E不同：TeNT的HCCC结合SV2A LD4结构域的N端β链，而BoNT/A和BoNT/E则结合其糖基化的C端β链。
研究表明，BoNTs（如BoNT/A）也能进行逆行和跨突触运输至CNS，这解释了其治疗作用（如治疗运动障碍和神经性疼痛）中的中枢效应。BoNT/A可能通过成纤维细胞生长因子受体3（FGFR3）或自噬体等途径进入逆行运输通路。
5. 梭菌神经毒素的细胞内活动：BoNT/A与BoNT/E的比较
LC是锌依赖性金属蛋白酶，能特异性切割SNARE蛋白（VAMP、SNAP-25、syntaxin），从而阻断神经胞吐作用。BoNT/A和BoNT/E虽都切割SNAP-25，但位点不同：BoNT/A切割Gln197-Arg198，释放9个C端氨基酸；BoNT/E切割Arg180-Ile181，释放26个残基。
两者活性持续时间差异显著。BoNT/A在神经元中的作用持久，部分原因是其LC/A能抵抗泛素-蛋白酶体降解，并定位于质膜。此外，BoNT/A切割产生的SNAP-251-197片段可作为显性负效因子，形成稳定的无活性SNARE复合物，且其Ser187磷酸化后与质膜和syntaxin-1A的亲和力增强。相反，BoNT/E切割产生的SNAP-251-180失去与syntaxin的结合能力，从膜上解离并迅速降解，因此其作用短暂。
7. 结论
梭菌神经毒素的极端效力并非源于某个超强毒性步骤，而是多个连续步骤（包括肠道屏障穿越、特异性神经元靶向、细胞内作用等）累积效应的结果。对它们作用机制的深入理解，不仅有助于开发更有效的肉毒中毒和破伤风防治策略，也推动了BoNTs作为治疗工具在更多临床适应症中的应用，例如通过蛋白质工程改造获得具有更长作用时间、更高人类活性或新靶向特性的重组毒素。这些毒素也是探索神经元膜受体组织和细胞内运输机制的宝贵工具。
