毒蛙为什么不会毒死自己？

亚马逊热带雨林中的毒蛙

以前看完美国电影《狂蟒之灾》后，留下最深刻印象的不是凶残的巨蟒，而是比巨蟒更加神秘莫测的亚马逊热带雨林。地球上一大半的动植物都栖息于热带雨林内，而作为地球上最大的热带雨林—亚马逊热带雨林，里面的物种更是光怪陆离。

作为亚马逊热带雨林里的美丽杀手，色彩斑斓的毒蛙几乎是地球上毒性最大的物种。一只毒蛙体内的毒素甚至可以毒死几万只老鼠，可见其毒性之烈。很多原住民部落将蛙毒涂于箭头，制成毒箭，从而大大增加了狩猎的效率。

既然这些毒素的毒性如此之大，为什么毒蛙自己没有中毒呢？

美国的科学家为这个有趣的问题找到了答案。揭晓答案之前，我们先要简单了解一下这些毒素是如何发挥作用的。

一旦捕食动物吃了毒蛙，毒蛙体内的毒素便会进入捕食者的神经系统，结合在神经细胞的表面受体上，造成神经系统的功能障碍，轻则引起血压升高、眩晕、癫痫等症状，严重时甚至会导致捕食者死亡。

在细胞的表面有各种各样的受体，它们可以与细胞外称作配体的物质结合，从而引起细胞内的相应功能的改变。如胰岛素可以与肝脏、肌肉、脂肪细胞等表面的胰岛素受体结合，导致这些细胞大量地吸收细胞外的葡萄糖，从而快速地降低血糖。

配体和受体的关系好比是钥匙和锁的关系，通常是一把钥匙只能开一把锁。换句话说，胰岛素只可以与胰岛素受体结合，却不能与雌激素受体结合。

细胞表面配体与受体工作模式图

科学家发现，毒蛙体内的毒素可以结合捕食者神经细胞表面的受体，却不可以结合自身神经细胞表面的相应受体。

原因不外乎两种，要么是钥匙变了，要么是锁变了。显然，毒素并没有什么改变，否则就不能称作毒素了。

原来，毒蛙体内和毒素结合的受体有三个氨基酸发生了突变，导致其丧失了与毒素结合的能力，也就不再受到毒素的影响了。看来，钥匙没变，锁变了，钥匙也就失效了。

别小看了这三个氨基酸的突变。毒素并不是神经细胞表面受体的天然配体，它相当于一把私自配置的钥匙，只是因为配得很像，所以也能开锁。如果锁变得太多，不仅假冒的钥匙开不了，真正的钥匙也可能开不了，那么神经系统的正常功能就会受到重大影响。而这三个氨基酸的突变则恰恰不影响天然配体与其结合。

该项研究成果也给人类的药物开发带来了宝贵的启示。目前，几乎所有的止痛药都是通过结合相应的神经受体发挥作用的。然而，大部分药物都有很强的副作用，如成瘾，因为它们不仅作用于痛觉受体，也会作用于其他的神经受体。

但是，参照毒蛙的策略，人类完全可以通过改造神经系统的表面受体，或者设计特异性更好的配体药物，开发出既能止痛而又不会导致成瘾的止痛药。

主要参考文献

Tarvin, R.D., Borghese, C.M., Sachs, W., Santos, J.C., Lu, Y., O'Connell, L.A., Cannatella, D.C., Harris, R.A., and Zakon, H.H. (2017). Interacting amino acid replacements allow poison frogs to evolve epibatidine resistance. Science 357, 1261-1266.