1978年9月7日中午，流亡于英国的保加利亚持不同政见者格奥尔基·马尔科夫在位于伦敦市中心的滑铁卢桥等公交车的时候，他的大腿后部被一名男子的雨伞尖“无意”刺中，四天后，马尔科夫中毒身亡，时年49岁。此案堪称冷战期间最蹊跷、最神秘的谋杀案之一，史称“雨伞谋杀案”。

马尔科夫神秘死亡后，伦敦警察局的法医们进行了详细尸检，终于在马尔科夫被雨伞尖扎伤的皮肤内发现了一粒直径约为1.6毫米的金属球，小球内有微量的蓖麻毒蛋白（Ricin），这种毒素具有强烈的细胞毒性，其毒性要比砒霜强千倍，是眼镜蛇毒素的2-3倍 ，是暗杀届的“完美毒药”。

(资料图片)

为什么如此少量的蓖麻毒素就能让一名成年男性在短短几天内丧命呢？让我们一起来认识蓖麻毒蛋白并揭开其致命之谜。

蓖麻蕴含致命毒素，不过全身都是宝贝，具有很高的经济价值，在世界上被誉为十大油料作物之一。而且蓖麻植株对环境要求很低，种植不需要什么成本，在当时的迫切需要发展经济的背景下，国家也鼓励人们积极种植。

蓖麻毒素也是一种核糖体失活蛋白，它几乎可以和所有真核细胞结合，呈现细胞毒性作用。蓖麻毒蛋白是一种植物糖蛋白，全毒素是由具有催化活性的A链（RTA）和具有细胞识别功能的B链（RTB）组成的异二聚体，二者之间通过二硫键相连接。其中，A链含有267个氨基酸，是一个N-糖苷水解酶，可以切断真核细胞核糖体大亚基28S rRNA上的一个共价键，移除4324位的腺嘌呤残基，阻止翻译延伸因子eEF-2 结合到核糖体的GTP 酶活性中心，从而使核糖体失活，终止细胞内蛋白质合成，导致细胞死亡。所以蓖麻毒蛋白也是一种核糖体失活蛋白（Ribosome-inactivating Protein，RIP）。

蓖麻毒蛋白与真核细胞的识别依赖于B链，B链含有262个氨基酸，具有凝集素活性，是半乳糖结合蛋白，能与细胞表面的半乳糖/N-乙酰半乳糖胺残基结合，使蓖麻毒蛋白通过受体介导的内吞方式进入靶细胞，从而发挥致毒作用。

蓖麻毒蛋白是在蓖麻种子的胚乳中合成并储存在成熟蓖麻种子的液泡中。我们都知道分泌蛋白在核糖体上起始合成后，信号肽会指导蛋白质转移到内质网，然后边合成边转运进入内质网腔，在内质网腔中折叠、加工，经膜泡运输到达高尔基体后，进一步加工成为成熟的蛋白质，最后经分泌泡分泌到细胞外，这就是蛋白质的共翻译转运途径。

有关蓖麻毒素的二级结构研究显示，蓖麻毒素是典型的II型RIP，RTA和RTB通过二硫键相连接。起初，在植物细胞中合成的一条单链前体称为preproricin，RTA序列含有26个氨基酸的信号肽和9个氨基酸的前肽，在RTA和RTB之间有个12个氨基酸残基组成的连接肽。

信号肽转导蛋白进入内质网后，前体蛋白的信号肽切除，初级N-糖基化及分子间二硫键形成，对于蛋白的四级结构的形成是非常重要的。此时的前肽和连接肽依然存在，可以维护RTA为非活性状态，保护植物细胞免遭毒性作用。进而,糖基化的毒素前体由囊泡转运至高尔基复合体，最终进入空泡。此过程中完成了进一步的糖基修饰、N端前肽和连接肽清除最终形成了II型RIP。

蓖麻毒蛋白在蓖麻细胞内的内质网附着核糖体上首先合成一条含有RTA 和RTB 序列的多肽链前体，这一前体包含576个氨基酸残基。多肽链N-末端的35 个氨基酸残基包含一段26 个残基组成的N-末端信号肽（SS）和一段9 个残基组成的前导肽。后面紧跟着267 个氨基酸残基的RTA 序列，12 个氨基酸残基组成的连接肽，以及262 个残基组成的RTB 序列。12 个氨基酸残基组成的连接肽包含了引导蓖麻毒蛋白进入液泡的目标序列。在内质网腔中26 个残基的信号肽被信号肽酶切除后，蓖麻毒蛋白前体（Proricin）还被N-糖基化修饰。最后，蛋白二硫键异构酶催化蛋白内RTA 和RTB之间二硫键的形成。

糖基化的前肽通过运输小泡从内质网转运至高尔基体，蛋白在高尔基体中进一步被修饰、加工。蓖麻毒蛋白最终被小泡转运到达液泡后，前肽被内肽酶剪切、加工，去除RTA 和RTB之间的连接序列以及前肽N-末端的9 个氨基酸残基，液泡加工酶（VPE）将前肽中C-末端的天冬氨酸残基剪切掉，使得蛋白成为具有活性的成熟形式。

蓖麻细胞本身的核糖体对于RTA也十分敏感，但由于前肽中的RTA与RTB 连接，RTB 通过空间位阻效应妨碍了RTA 活性位点的暴露，从而抑制了A 链的催化活性。正是在蓖麻毒蛋白合成和运输过程中的这种隐藏活性位点的无活性形式阻止了蓖麻细胞内自身核糖体的失活，所以蓖麻毒蛋白不作用于自身细胞。

在作用于哺乳动物细胞时，蓖麻毒蛋白的RTB 亚基上半乳糖残基结合位点与哺乳动物细胞表面数量丰富的β-1，4-半乳糖残基即受体结合，通过内吞作用进入哺乳动物细胞内。蓖麻毒蛋白最先出现在早期内吞泡中，从早期内吞泡开始，毒蛋白可能有几种命运，一部分蓖麻毒蛋白从早期内吞泡经过晚期内吞泡进入溶酶体，被酶解降解。一部分蓖麻毒蛋白从早期内吞泡进入回收内吞泡，并返回细胞表面，完成一个无用的进出循环。只有一小部分蓖麻毒蛋白从早期内吞泡进入到高尔基体反面网状结构中，再逆向运输转运到内质网进入内质网腔。这是蓖麻毒蛋白导致细胞毒性的关键。

在内质网腔中，RTA和RTB之间的二硫键被二硫键异构酶还原而分离，使得RTA释放，暴露出其C端的疏水区，并与内质网相互作用，RTA的构象进一步展开，可能类似错误折叠的蛋白质。我们知道错误折叠的蛋白质会被内质网相关的蛋白降解（ER-associated protein degradation，ERAD）通路识别，经多聚泛素化后被蛋白酶体降解，多聚泛素链通常添加在赖氨酸残基上。然而RTA 具有低赖氨酸特征，使得一部分RTA以ERAD通路从内质网逃离，逃脱被泛素降解的命运。进入胞液中的RTA与核糖体结合，使rRNA的4324位腺嘌呤脱去，导致核糖体失活，蛋白质合成终止，最终细胞死亡。这就是RTA经逆向转运过程，从细胞表面到高尔基体再到内质网进入胞液发挥毒性作用的机理。

学习了蓖麻毒蛋白合成及顺向运输，了解了蓖麻毒蛋白发挥致毒作用的逆向转运过程，揭开了雨伞谋杀案之谜。蓖麻毒蛋白从合成后到进入靶细胞发挥作用这整个过程非常复杂，在蓖麻细胞的合成过程中，蓖麻毒蛋白从内质网、到高尔基体再到液泡采取顺向转运。在蓖麻细胞转运过程中，要保证蓖麻毒蛋白不与细胞内自身核糖体发生作用，影响蛋白合成。而当它毒害哺乳动物细胞时，毒蛋白经历了从细胞表面到内质网的逆向转运过程，并进一步转运进入胞液后发挥其毒性作用。在这一系列有趣而又不寻常的过程中还隐藏着很多未知的问题有待被发现，

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