本文发表于《大众科学》的前博客网络，反映作者的观点，不一定反映《大众科学》的观点
没有什么比水母蜇伤更能迅速地将海滩上的美好一天变成噩梦了，夏威夷大学的研究员安吉尔·柳泽原（Angel Yanagihara）在 1997 年于凯马纳海滩游泳时亲身体验了这一点。在被严重蜇伤之前，她从未听说过最可怕的水母——立方水母（俗称箱型水母）。“我剧痛难忍地回到了海滩，然后失去了知觉，”她回忆道。“我卧床了好几天，疼痛难忍，我尝试的任何方法都没有缓解。”尽管这次遭遇是毁灭性的，但作为一名生物化学家，柳泽原对此很感兴趣。她开始查阅科学文献，想找出导致她创伤性经历的原因，结果发现没有人知道箱型水母的毒液中有什么成分。从那时起，她一直在研究这种动物。
当人体皮肤接触到水母的触须时，水母携带的微小刺细胞（称为刺细胞）可以在短短 700 纳秒内释放出其疼痛的毒液。在冬季，澳大利亚水域是世界上最致命的水母——箱型水母（Chironex fleckeri）的家园，已知它可以在不到五分钟的时间内杀死一个人。
Chironex 看上去也很可怕，其钟状体可以像篮球一样大，触须长达十英尺，携带数百万计的刺细胞。但 Chironex 赢得世界最致命水母的称号并非只是因为外表。任何接触过 Chironex 的人都知道，它可怕的名声是名副其实的，即使是轻微的蜇伤也令人痛苦难忍。然而，尽管进行了几十年的研究，Chironex 和其他水母如何造成有时致命的打击仍然是一个可怕的谜。
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柳泽原解释说：“60 多年来，研究人员一直试图了解澳大利亚箱型水母毒液的可怕速度和效力，它可以说是世界上毒性最强的动物。”这并不是说科学家们无法分离出任何毒素。柳泽原最初的研究发现，在相关物种（Carybdea alata）中存在一种称为穿孔素的成孔毒素，能够撕裂血细胞，而且科学家们在他们研究过的每种水母物种中都发现了类似的穿孔素。难题在于，严重的蜇伤受害者并没有遭受严重的红细胞破坏，似乎可以排除穿孔素是致命蜇伤的原因。但如果不是穿孔素，水母毒液中是什么在作怪？它为何如此迅速地发挥作用，导致如此突然的心血管衰竭？我们有什么办法可以减缓或阻止其致命的活动吗？
现在，在今天发表在《PLOS ONE》上的一篇新论文中，柳泽原和她来自夏威夷大学的同事揭示了 Chironex 毒液（特别是被忽视的穿孔素）迅速破坏心血管系统的关键机制。凭借生理学知识，该团队能够找到一种安全的治疗方法，可用于提高蜇伤受害者的生存率。
如果不先了解毒素是什么，就几乎不可能找到一种好的治疗方法。因此，柳泽原的第一步是分离水母毒液，并弄清楚穿孔素是否是真正的罪魁祸首。对于像蛇和蜘蛛这样的物种来说，这是一个简单的过程，因为它们拥有含有大量毒液的腺体。但是，你不能只是让水母咬一个容器，或者用注射器从刺细胞中提取毒液；微量的毒液成分储存在微观的隔间中，混杂在大量的其他身体部位中——细胞碎片堆中的致命针头。柳泽原花了数年时间排除故障，并完善了一种新的毒液提取方法，以产生尽可能不含杂质的有效毒液。有了这个，她能够开发出测定方法，以可视化毒液如何作用于红细胞和活体动物模型。柳泽原使用电子显微镜来可视化毒液对血细胞的影响，并且正如预期的那样，发现毒液穿孔素会产生导致细胞破裂的孔。但正如之前的临床研究表明的那样，细胞破裂并不是真正的问题；柳泽原发现，在它们破裂之前的几分钟内，红细胞会泄漏钾。动物模型证实，血液中钾的突然升高（称为高钾血症）是导致心率和功能快速变化以及最终导致水母死亡的心血管衰竭的原因。随着蜇伤的生理学原理被揭示，柳泽原终于可以开始寻找阻止毒液发挥作用的艰巨任务了。
水母并不是唯一产生穿孔素的动物。“立方水母穿孔素的结构基序让我想起了细菌穿孔素，”柳泽原说。“我查阅了相关文献，寻找这些成孔毒素自组装的抑制剂，并发现早在 1890 年代的 1940 年代就有研究表明锌离子可用于抑制细菌驱动的溶菌反应。”柳泽原测试了 100 多种化合物，以观察它们是否能抑制水母毒液，并发现最安全的化合物之一——葡萄糖酸锌效果很好。
科学家们还不 100% 确定锌化合物如何抑制穿孔素，但他们认为锌会破坏蛋白质组装形成孔隙所需的结合域。在体外模型中，柳泽原发现低剂量的葡萄糖酸锌完全阻止了毒液的血细胞破裂效应。然后，她在动物模型中测试了该化合物，发现它比市售的箱型水母蜇伤抗毒素效果更好，使小鼠的存活时间比抗毒素长两倍以上。
柳泽原现在正在研究如何将该化合物转化为人类蜇伤的治疗方法。她创造了一种局部使用的版本，在极限游泳运动员戴安娜·尼亚德（Diana Nyad）试图从古巴游到佛罗里达州 103 英里破纪录的游泳时进行了测试。尼亚德在 2011 年尝试游泳，但在第一天在水中被箱型水母严重蜇伤，不得不停下来，当时已经过去了 29 小时。这一次，有了柳泽原的治疗方法，她游了三个晚上，穿过密集的水母聚集地，并坚持游泳了总共 51 个小时，覆盖了 60 多英里的路程才放弃。尼亚德报告说，这种治疗方法足以减轻她暴露的嘴唇和面部的蜇伤，让她继续前进。
葡萄糖酸锌不是万能的；它不会阻止与严重蜇伤相关的所有剧烈疼痛，受害者仍然有休克和心血管衰竭的风险。但是，柳泽原希望用葡萄糖酸锌治疗可能足以延长严重蜇伤受害者的生存时间，以便将他们送往可以挽救他们生命的医疗专业人员那里，并可能为轻微蜇伤受害者提供欢迎的缓解。目前，醋用于治疗水母蜇伤，尽管它只能防止未发射的刺细胞导致蜇伤，并且不会作用于毒液本身。热水可以提供暂时的缓解，但柳泽原希望锌治疗能够证明是一种更可行的解决方案。
在澳大利亚和太平洋其他 Chironex 出没的地区，迫切需要这样的解决方案。尽管是世界上 10 种最致命蛇类的家园，但自 1980 年以来，澳大利亚因水母死亡的人数多于因蛇咬伤死亡的人数，据估计，菲律宾每年有 20-50 人死于箱型水母蜇伤。更糟糕的是，近年来，科学家报告说，由于海洋洋流的变化、其他物种的过度捕捞以及气候变化导致的海洋温度升高，许多水母物种的活动范围正在扩大。美国国家科学基金会估计水母造成了数亿美元甚至数十亿美元的医疗损失、渔业影响和旅游业损失。这项突破性的治疗方法比以往任何时候都更加重要，并有望帮助缓解世界各地每年发生的数千起蜇伤事件。
引用：Yanagihara AA, Shohet RV (2012) 立方水母毒液引起的心血管衰竭是由高钾血症引起的，并且在小鼠中可被葡萄糖酸锌预防。PLoS ONE 7(12): e51368。DOI: 10.1371/journal.pone.0051368.t002
图片来源：安吉尔·柳泽原，劳拉·阿圭昂拍摄；Chironex fleckeri，罗伯特·哈威克博士拍摄；箱型水母采集，凯奥基·斯坦德拍摄；RBC 中的孔洞，来自论文本身；柳泽原准备治疗，克里斯蒂·巴利拍摄（所有图片均由安吉尔·柳泽原提供）