自史前时期以来,人们就对有毒动物感到敬佩和恐惧,它们的毒液被用来造福或者损害人类健康:在公元前326年,亚历山大大帝在印度的战役中遇到了毒箭,根据垂死士兵的症状判断,这些箭头很可能带有蝰蛇的毒液;相比之下,自公元前7世纪以来,蛇毒液在阿育吠陀医学中一直被用于以延长生命、治疗关节炎和胃肠道疾病,而在美洲中部、南部及墨西哥地区的传统医学中则常使用狼蛛毒液进行疾病治疗。
到目前为止,现代的毒液研究已经生产出六种毒液衍生药物。最近的研究工作对毒液的作用进行了生物学阐述,提供了多样性的新候选治疗药物。
世界上已知的有毒动物物种超过22万种,占地球上所有已知动物生物多样性的15%,有毒动物几乎无所不在,然而我们对它们的毒液了解甚少。这种忽视在很大程度上是由于缺乏适当的技术来研究小动物身上提取的少量毒液。
最近组学技术(基因组学、转录组学、蛋白质组学)的发展使人们能够在实验室研究量小或者稀有的动物毒液。这些调查为毒液的多样性、进化生物学和药理学提供了新的研究视角(见图)。
在对刺胞门动物毒液的研究表明不同时期的毒液在作用速度、方式和性质上存在差异,进化历史上更古老的毒液相对更加多样化。这一现象使得人们对的毒素需要重新考虑生物进化对毒素的选择性。
最近对唇足类、甲壳类动物毒液的研究证明毒液的研究必须对广泛的生物进行广泛的研究得出有力的假设,以描述地球上动物的巨大生物多样性,因为毒液涉及物种多样性和捕食者-猎物之间的相互作用。
另外有毒生物都进化出一种产毒的器官或结构以利于毒液的产生和释放,唇足类(蜈蚣)将第一对行走的腿进化成附属物或者毒牙能够传递、储藏毒液,猎蝽科动物有两个明显的毒腺,能产生两种不同的毒液:一种毒液用于捕,另一种毒液用于防御食肉动物。同样锥形蜗牛的毒腺可以细分为远端和近端部分提供捕食或防御所需的毒液毒素。了解毒液使用的附属结构对于破译毒液是如何进化的有重要意义的。
毒液的获得是动物进化过程中的一个变革性事件,因为它将捕食者与猎物的相互作用从物理战斗重塑为生化战斗,使毒液动物能够捕食和抵御更大的动物。
有毒动物和猎物之间正在进行一场军备竞赛,掠食者可以进化出对毒液的抵抗力,毒素也在效力和靶点分子上不断进化,导致毒液极其复杂。
毒液肽与靶向分子的结合具有特异性高、效力强、稳定性高和速度快的特点使其成为治疗药物的理想选择。毒液肽在指导人类治疗方面的价值的包括美国食品药品监督管理局FDA批准的艾塞那肽药物是一种来自毒蜥的抗糖尿病多肽药物,以及齐可诺肽是一种来自圆锥蜗牛的镇痛肽。
对其他物种的毒液的研究也取的了可喜的进展。毒液研究是一项高度跨学科的事业,需要研究毒液的结构和性质,生物学、生态学、药理学及毒液的病理生理效应等方面知识,以及猎物和食肉动物方面的影响。
随着组学技术的发展,将产生一个具有新作用机制的分子大数据库,这一新兴领域面临的一个主要挑战将是开发强大的高通量检测以确定这些新化合物的分子靶点。
最近的进展大大扩大了已知的毒液毒素分子靶点,并突出了毒液作为药理工具和药物来源的价值。同样该领域将不得不开发新的方法来模拟毒素及其分子目标的相互作用以降低成本、劳动力、识别选择性高的毒液肽,为进化生物学、生物疗法的发现带来变革性的发展。