《毒特物種》:我們的免疫細胞無法辨識蛇毒,反而讓身體組織傷得更重

《毒特物種》:我們的免疫細胞無法辨識蛇毒,反而讓身體組織傷得更重
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我們想讓你知道的是

身體的免疫細胞經過訓練,能盡全力殺死對手,這在對抗細菌和病毒時是好事,但遇到毒液時卻沒出現真正的對手。毒液分子是各自作戰的蛋白質,而不是匯集在一起的入侵大軍,可是我們身體裡的軍隊無法區分。

文:克莉絲蒂・威爾科克斯(Christie Wilcox)

第一次聽到響尾蛇的警告聲,就讓我難忘。憤怒響尾蛇發出的滋滋聲,就算之前從來沒有聽過,也能瞬間辨認出來,這種顫動的噪音讓人發自內心感到震動,油然而生的恐懼之情讓人噁心反胃。我的感官馬上凍結了,無法辨認那個可怕聲音的方向與距離。那個聲音……真的很響。我怕得不得了,低頭看著鞋子,怕是有條蛇在我的兩腳之間。

「注意腳步。」我想起15分鐘前奇普・科克蘭(Chip Cochran)的話,那時我們在他位於加州洛瑪林達(Loma Linda)的家,正準備要去爬屋後長滿灌木的山丘。他說:「千萬不要踩到響尾蛇。」

我和科克蘭是在數年前的國際毒素學會(International Society on Toxinology,注意拼法,不是「毒物學」〔Toxicology〕。毒物學研究的是毒物與其效應,毒素學研究的是所有細菌、植物和動物的毒素)會議上認識的。他完全不符合我對玩蛇人的印象。我認為喜歡玩蛇的人通常身材魁梧高大,皮膚粗厚到鋒利的毒牙都無法刺穿。科克蘭完全不是這樣,他只比我高一點點,留著金色短髮,臉上有酒窩,眼睛是淡藍色的,散發出小男孩的魅力。

科克蘭在飯店的陽臺上,他喝著啤酒,興高采烈地向我和兩名研究生解釋他的研究計畫:班點響尾蛇(speckled rattlesnake)的毒液變化。他回憶在自己的「兩爬」生涯中所見到的蛇類。他說到與每種毒蛇遭遇的往事(例如一條曼巴蛇突然欺進他的面前),眼睛閃現淘氣的光芒。我想研究毒蛇一定非常刺激,所以當他邀請我到洛瑪林達大學(Loma Linda University)的實驗室去找他、看看他做的研究時,我很高興地答應了。

我很快就出現在洛杉磯東部的沙漠地區,和他跟著他的指導教授、著名的兩爬學家比爾・海耶斯(Bill Hayes)與實驗室同伴,一起去找尋毒蛇。毒蛇似乎很容易就看漏了,這是我在一星期中第三次聽到有人警告我,要注意別踩到毒蛇。

當我站著無法動彈時,聲響還持續著。那個令人毛骨悚然的高頻聲音。慢慢地,我找出了聲音來源:我右邊的大塊石堆。科克蘭動作快多了,他已經在窺探岩堆上的縫隙,很確定地說:「她在這裡。」並且招手要我過去。我在後方遠遠的,看到一條小小的響尾蛇,身體蜷曲,尾巴舉著。那些石頭像是天然的擴音器,把她的聲音放大了,讓人覺得她體型很大。實際上她大約只有60公分長,和我的距離有一公尺多,而且縮在石縫裡,這個距離是安全的。當我確定那條蛇不會馬上造成威脅時,感覺自己的血壓和心跳速率同時減緩。

我記得美國經常發生被響尾蛇咬的事件,但很少造成死亡。事實上,每年美國發生大約8,000起毒蛇咬人事件,大部分是響尾蛇造成的,死亡案例不過十幾個。響尾蛇就和其他蝮蛇那樣,毒液多為出血性的,作用的目標是血液,而不是作用在神經上的神經性毒液。雖然人們經常提到出血性毒和神經性毒,好像這兩種性質是二元對立的,不過毒液不會只屬於兩者中的一種,而是具備不同程度的出血性與神經性。最致命的毒液是那些幾乎完全或純粹神經性的,因為這些毒液會使得傳遞到橫膈膜、胸肌和心臟等攸關性命的肌肉的神經訊息受到阻礙或是過度激發,造成麻痺。主要為出血性的毒液,引發的效果是出血和壞疽(necrosis),雖然看起來可怕,但沒那麼致命。

壞疽的定義是組織壞死,不過這個臨床定義無法完全說明這個「組織壞死」是有多麼噁心與恐怖。壞疽毒液會讓大片皮膚甚至是整個肢體腐爛敗壞,流出膿血、發出腐爛的惡臭。原本健康的粉紅色組織呈現意味死亡的黑色,液化的組織造成腫脹,最後從骨頭剝落下來,成為腐臭的肉塊。難怪醫師和科學家喜歡用「壞疽」這個詞來代替上面這樣詳細的傷口描述。

當然,毒液會有這樣的效果,一定是製造毒液者所希望的。出血性毒液會摧毀部分血肉,這是毒液的目的:幫助毒液展開消化的程序,毒液中有另一群成分與酵素專門幫忙完成這項工作。響尾蛇利用出血性毒素放倒獵物,同時進行把皮毛骨肉轉變成食物的漫長過程。有些出血性物種利用毒液讓受害者液體化,在毒液發揮作用之後,吸食那充滿營養的肉漿。不幸的是,當這些動物為了自保而咬人時,毒液中有消化能力的成分會撕裂人體組織,造成疼痛、腫脹以及壞疽。

響尾蛇屬於蝮蛇科。響尾蛇的近親粗鱗矛頭蝮,這種蛇類的毒液中滿是劇毒成分。各種成分彼此合作,使得牠的獵物體內心血管系統完全崩潰。當然,人不是蛇想要捕獲的獵物,牠們咬人只是為了保護自己。由於人類的體型比獵物大多了,不會立即死亡。粗鱗矛頭蝮和與牠同屬的矛頭蝮(Bothrops)蛇類,都以造成毀滅性的壞疽而知名。

部分原因在於有些最窮困的地區中,這些蛇類與人類共存。地方上的醫師很少,更別提備有抗毒素的醫院了。在南美洲、非洲與印度的鄉下地區,許多被蛇咬的人幾乎沒有接受治療,腿部、手上的小咬傷很快就會化膿,直到幾個星期後整個肢體幾乎全都出現壞疽,受害者才獲得被咬當天就需要接受的適當醫療。大眾媒體冷酷地稱受害者被咬傷的肢體為「黑棒」(black stick)。這個詞非常簡單粗暴,一聽就懂。那些肢體的相片,像我這樣已經麻木的生物學家看了都會作噁。

就算是接受了抗毒素的治療,蛇咬引起的壞疽依然可能非常嚴重。抗毒素能與在血液中流動的毒液成分結合,讓毒素不再造成傷害,但是對已經造成的損傷卻無能為力。出血性毒液作用的速度很快,會造成嚴重的局部損傷,抗毒素只能確保不會惡化成全身性傷害而造成死亡。更糟的是,科學家發現造成壞疽的毒液中,有些成分不會引起免疫反應,製造抗毒素動物的免疫系統會忽略這些成分,所以在抗毒素中根本沒有抑制這些成分的抗體。最糟糕的是,壞疽性毒液不但自己會破壞細胞,還會召集身體的免疫系統一起來進行破壞、造成死亡。抗毒素對此無能為力。

蛇類的壞疽性毒液從毒牙注入受害者身體時,就開始運作了。金屬蛋白酶首先展開攻擊,分解掉構成血管與組織結構的重要成分,其中包括重要的黏接蛋白(adherence protein),這種蛋白質能讓血管壁中的細胞連接在一起,血液才不會滲漏出去。微血管開始出血後,附近的部位馬上充滿體液而出現水腫。蛋白酶會繼續攻擊組織,這是經由骨骼肌的死亡所造成的,不過我們還不了解確實的作用方式。

磷脂酶也不甘示弱,開始攻擊肌肉細胞的細胞膜,造成肌肉壞死(myonecrosis)。有些磷脂酶所催化的作用是切斷磷脂,在細胞膜上造成孔洞;另一些磷脂酶不會切斷脂質,但一樣造成肌肉壞死,原因依然不明。毒液中還有玻尿酸酶與絲胺酸蛋白酶,一起加入屠殺的工作。當毒液進入的傷口周遭戰事打得火熱,毒液中其他分子並沒有加入其中,而是流到身體其他部位讓血管擴張,使得血壓快速下降,這可能會導致休克、甚至死亡,或使得全身的骨骼肌死亡,這種狀況稱為橫紋肌溶解症(rhabdomyolysis),死亡的肌肉會釋出大量肌紅蛋白,阻塞腎小管,有可能造成腎臟衰竭,令人喪命。

以上種種才只是剛開始而已。毒液中的蛋白質不只能造成損害,還能欺騙身體細胞,讓這些細胞攻擊身體。大量的細胞死亡加上毒液的某些作用,使得免疫細胞湧向傷口。在毒液的作用中,特別值得注意的是金屬蛋白酶所造成的腫瘤壞死因子(tumor necrosis factor)釋出,以及磷脂酶產生具有生物活性的脂質。

身體的免疫細胞經過訓練,能盡全力殺死對手,這在對抗細菌和病毒時是好事,但遇到毒液時卻沒出現真正的對手。毒液分子是各自作戰的蛋白質,而不是匯集在一起的入侵大軍,可是我們身體裡的軍隊無法區分。淋巴球和其他免疫細胞開始引發發炎反應,製造與釋放細胞介素(cytokine),例如介白素-6(interleukin-6),這是一種傳訊分子,能號召免疫系統展開猛攻,但實際上並沒有細菌或其他外來物可以破壞與攻擊,身體的武器缺乏目標。免疫系統想的就是要破壞入侵者,但事實上英勇的砲火射到的是友軍,讓無辜的身體組織損傷更嚴重。

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書籍介紹

本文摘錄自《毒特物種:從致命武器到救命解藥,看有毒生物如何成為地球上最出色的生化魔術師》,馬可孛羅
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作者:克莉絲蒂・威爾科克斯(Christie Wilcox)
譯者:鄧子衿

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毒特物種
Photo Credit:馬可孛羅

責任編輯:羅元祺
核稿編輯:翁世航