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沒有什麼比水母蜇傷更能迅速地將海灘上的美好一天變成噩夢了，夏威夷大學的研究員安吉爾·柳澤原（Angel Yanagihara）在 1997 年於凱馬納海灘游泳時親身體驗了這一點。在被嚴重蜇傷之前，她從未聽說過最可怕的水母——立方水母（俗稱箱型水母）。“我劇痛難忍地回到了海灘，然後失去了知覺，”她回憶道。“我臥床了好幾天，疼痛難忍，我嘗試的任何方法都沒有緩解。”儘管這次遭遇是毀滅性的，但作為一名生物化學家，柳澤原對此很感興趣。她開始查閱科學文獻，想找出導致她創傷性經歷的原因，結果發現沒有人知道箱型水母的毒液中有什麼成分。從那時起，她一直在研究這種動物。
當人體皮膚接觸到水母的觸鬚時，水母攜帶的微小刺細胞（稱為刺細胞）可以在短短 700 納秒內釋放出其疼痛的毒液。在冬季，澳大利亞水域是世界上最致命的水母——箱型水母（Chironex fleckeri）的家園，已知它可以在不到五分鐘的時間內殺死一個人。
Chironex 看上去也很可怕，其鍾狀體可以像籃球一樣大，觸鬚長達十英尺，攜帶數百萬計的刺細胞。但 Chironex 贏得世界最致命水母的稱號並非只是因為外表。任何接觸過 Chironex 的人都知道，它可怕的名聲是名副其實的，即使是輕微的蜇傷也令人痛苦難忍。然而，儘管進行了幾十年的研究，Chironex 和其他水母如何造成有時致命的打擊仍然是一個可怕的謎。
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柳澤原解釋說：“60 多年來，研究人員一直試圖瞭解澳大利亞箱型水母毒液的可怕速度和效力，它可以說是世界上毒性最強的動物。”這並不是說科學家們無法分離出任何毒素。柳澤原最初的研究發現，在相關物種（Carybdea alata）中存在一種稱為穿孔素的成孔毒素，能夠撕裂血細胞，而且科學家們在他們研究過的每種水母物種中都發現了類似的穿孔素。難題在於，嚴重的蜇傷受害者並沒有遭受嚴重的紅細胞破壞，似乎可以排除穿孔素是致命蜇傷的原因。但如果不是穿孔素，水母毒液中是什麼在作怪？它為何如此迅速地發揮作用，導致如此突然的心血管衰竭？我們有什麼辦法可以減緩或阻止其致命的活動嗎？
現在，在今天發表在《PLOS ONE》上的一篇新論文中，柳澤原和她來自夏威夷大學的同事揭示了 Chironex 毒液（特別是被忽視的穿孔素）迅速破壞心血管系統的關鍵機制。憑藉生理學知識，該團隊能夠找到一種安全的治療方法，可用於提高蜇傷受害者的生存率。
如果不先了解毒素是什麼，就幾乎不可能找到一種好的治療方法。因此，柳澤原的第一步是分離水母毒液，並弄清楚穿孔素是否是真正的罪魁禍首。對於像蛇和蜘蛛這樣的物種來說，這是一個簡單的過程，因為它們擁有含有大量毒液的腺體。但是，你不能只是讓水母咬一個容器，或者用注射器從刺細胞中提取毒液；微量的毒液成分儲存在微觀的隔間中，混雜在大量的其他身體部位中——細胞碎片堆中的致命針頭。柳澤原花了數年時間排除故障，並完善了一種新的毒液提取方法，以產生儘可能不含雜質的有效毒液。有了這個，她能夠開發出測定方法，以視覺化毒液如何作用於紅細胞和活體動物模型。柳澤原使用電子顯微鏡來視覺化毒液對血細胞的影響，並且正如預期的那樣，發現毒液穿孔素會產生導致細胞破裂的孔。但正如之前的臨床研究表明的那樣，細胞破裂並不是真正的問題；柳澤原發現，在它們破裂之前的幾分鐘內，紅細胞會洩漏鉀。動物模型證實，血液中鉀的突然升高（稱為高鉀血癥）是導致心率和功能快速變化以及最終導致水母死亡的心血管衰竭的原因。隨著蜇傷的生理學原理被揭示，柳澤原終於可以開始尋找阻止毒液發揮作用的艱鉅任務了。
水母並不是唯一產生穿孔素的動物。“立方水母穿孔素的結構基序讓我想起了細菌穿孔素，”柳澤原說。“我查閱了相關文獻，尋找這些成孔毒素自組裝的抑制劑，並發現早在 1890 年代的 1940 年代就有研究表明鋅離子可用於抑制細菌驅動的溶菌反應。”柳澤原測試了 100 多種化合物，以觀察它們是否能抑制水母毒液，並發現最安全的化合物之一——葡萄糖酸鋅效果很好。
科學家們還不 100% 確定鋅化合物如何抑制穿孔素，但他們認為鋅會破壞蛋白質組裝形成孔隙所需的結合域。在體外模型中，柳澤原發現低劑量的葡萄糖酸鋅完全阻止了毒液的血細胞破裂效應。然後，她在動物模型中測試了該化合物，發現它比市售的箱型水母蜇傷抗毒素效果更好，使小鼠的存活時間比抗毒素長兩倍以上。
柳澤原現在正在研究如何將該化合物轉化為人類蜇傷的治療方法。她創造了一種區域性使用的版本，在極限游泳運動員戴安娜·尼亞德（Diana Nyad）試圖從古巴游到佛羅里達州 103 英里破紀錄的游泳時進行了測試。尼亞德在 2011 年嘗試游泳，但在第一天在水中被箱型水母嚴重蜇傷，不得不停下來，當時已經過去了 29 小時。這一次，有了柳澤原的治療方法，她遊了三個晚上，穿過密集的水母聚集地，並堅持游泳了總共 51 個小時，覆蓋了 60 多英里的路程才放棄。尼亞德報告說，這種治療方法足以減輕她暴露的嘴唇和麵部的蜇傷，讓她繼續前進。
葡萄糖酸鋅不是萬能的；它不會阻止與嚴重蜇傷相關的所有劇烈疼痛，受害者仍然有休克和心血管衰竭的風險。但是，柳澤原希望用葡萄糖酸鋅治療可能足以延長嚴重蜇傷受害者的生存時間，以便將他們送往可以挽救他們生命的醫療專業人員那裡，並可能為輕微蜇傷受害者提供歡迎的緩解。目前，醋用於治療水母蜇傷，儘管它只能防止未發射的刺細胞導致蜇傷，並且不會作用於毒液本身。熱水可以提供暫時的緩解，但柳澤原希望鋅治療能夠證明是一種更可行的解決方案。
在澳大利亞和太平洋其他 Chironex 出沒的地區，迫切需要這樣的解決方案。儘管是世界上 10 種最致命蛇類的家園，但自 1980 年以來，澳大利亞因水母死亡的人數多於因蛇咬傷死亡的人數，據估計，菲律賓每年有 20-50 人死於箱型水母蜇傷。更糟糕的是，近年來，科學家報告說，由於海洋洋流的變化、其他物種的過度捕撈以及氣候變化導致的海洋溫度升高，許多水母物種的活動範圍正在擴大。美國國家科學基金會估計水母造成了數億美元甚至數十億美元的醫療損失、漁業影響和旅遊業損失。這項突破性的治療方法比以往任何時候都更加重要，並有望幫助緩解世界各地每年發生的數千起蜇傷事件。
引用：Yanagihara AA, Shohet RV (2012) 立方水母毒液引起的心血管衰竭是由高鉀血癥引起的，並且在小鼠中可被葡萄糖酸鋅預防。PLoS ONE 7(12): e51368。DOI: 10.1371/journal.pone.0051368.t002
圖片來源：安吉爾·柳澤原，勞拉·阿圭昂拍攝；Chironex fleckeri，羅伯特·哈威克博士拍攝；箱型水母採集，凱奧基·斯坦德拍攝；RBC 中的孔洞，來自論文字身；柳澤原準備治療，克里斯蒂·巴利拍攝（所有圖片均由安吉爾·柳澤原提供）