Science：逮住元凶！揭示一种蓝细菌神经毒素导致空泡性髓鞘病

2021年3月28日讯/生物谷BIOON/---空泡性髓鞘病（vacuolar myelinopathy, VM）是一种以脑白质广泛空泡化为特征的神经系统疾病。1994年，它首次在秃鹰身上确诊，此后在美国东南部蔓延。除了水鸟和飞禽等鸟类外，VM还被发现影响两栖动物、爬行动物和鱼类。尽管研究工作十分深入，但这种神秘疾病的原因一直难以捉摸。在死亡的动物身上既没有检测到传染性病原体，也没有检测到外来物质，但现场和实验室研究表明，VM可以通过食物链从草食性鱼类和野生动物转移到食肉鸟。

VM的发生与人造水体中的入侵植物轮叶黑藻（Hydrilla verticillata）上生长的蓝细菌（Aetokthonos hydrillicola，下称AH蓝细菌）有关。众所周知，蓝细菌会产生强效毒素，因此，来自德国、美国和捷克的研究人员在一项新的研究中推测由这种附生性蓝细菌产生的神经毒素会导致VM。相关研究结果发表在2021年3月26日的Science期刊上，论文标题为“Hunting the eagle killer: A cyanobacterial neurotoxin causes vacuolar myelinopathy”。

在美国东南部进行的实地研究证实，在一半以上的流域，轮叶黑藻与AH蓝细菌一起定植。只有在轮叶黑藻和AH蓝细菌群体密集分布的水库，才会发生野生动物因患上VM而死亡。实验室生物测定证实了在VM爆发期间收集的AH蓝细菌-轮叶黑藻生物量粗提物的神经毒性，但在无VM地点的样品中未检测到神经毒性。然而，AH蓝细菌的实验室培养物并没有引起VM。随后，通过质谱成像分析在VM阳性水库收集的轮叶黑藻上生长的AH蓝细菌，发现这种蓝细菌菌落与一种溴化代谢物共定位。

给AH蓝细菌实验室培养物补充溴化钾可显著地导致这种代谢物的生物合成。轮叶黑藻从环境中超量积累溴化物，可能为这种蓝细菌提供这种用于生物合成的前体分子。对这种代谢物的分离和结构阐明揭示了一种结构上不寻常的五溴化双吲哚生物碱（pentabrominated biindole alkaloid），这些作者称之为aetokthonotoxin（AETX）。通过对AH蓝细菌的基因组测序，确定了AETX生物合成基因簇。对在该基因簇中检测到的一种卤化酶（halogenase）的生化特征分析表明，它以预期的取代模式对色氨酸进行溴化。AETX对秀丽隐杆线虫[中位致死浓度(LC50)40 nM]和斑马鱼(Danio rerio；LC50 275 nM)有剧毒。用AETX灌胃的来亨鸡（Gallus gallus）出现了VM特征性的脑部病变，而在对照来亨鸡中没有观察到病变。通过脑组织的透射电子显微镜验证了对经过AETX处理的来亨鸡的VM诊断。

从AH蓝细菌到秃鹰：AETX神经毒素通过食物链传播。图片来自Science, 2021, doi:10.1126/science.aax9050。

由此可知，这些作者证实，AETX是VM的致病因子。AETX的生物合成依赖于溴的可用性。促进AH蓝细菌产生毒素的季节性环境条件是流域特有的。应进一步调查地质和人为来源（如水处理厂和发电厂）的溴化物升高对VM 的影响。值得注意的是，控制轮叶黑藻的综合化工厂管理计划应避免使用含溴化学物（如二溴杀草快）。AETX具有亲脂性，在通过食物网转移的过程中可能产生生物累积，因此哺乳动物也可能面临风险。应加强对轮叶黑藻和AETX的监测和提高公众认识，以保护野生动物和人类健康。（生物谷 Bioon.com）

参考资料：

Steffen Breinlinger et al. Hunting the eagle killer: A cyanobacterial neurotoxin causes vacuolar myelinopathy. Science, 2021, doi:10.1126/science.aax9050.