两栖动物为了防御捕食者，一些基因编码的多肽毒素已经进化为化学武器发挥防御功能。然而与经典有毒动物分泌的多肽毒素不同，蛙类皮肤来源多肽毒素的生物活性和毒性较弱。除了基因编码毒素外，蛙类皮肤共生的真菌能够产生结构复杂和功能多样的次级代谢产物，然而皮肤共生真菌是否参与雨蛙的防御过程仍然有待研究。近期，来自东北林业大学的研究团队在 Toxins 期刊发表了一篇文章，揭示了蕈青霉素 (Paxilline, PAX) 介导东北雨蛙化学防御的生存适应策略。

图 1. PAX 介导东北雨蛙化学防御的工作机理。(A) 东北雨蛙皮肤分泌 PAX 的纯化；(B) PAX 抑制 KCNK18 的电流图；(C) PAX 抑制 KCNK18 的浓度-效应曲线；(D) PAX 作用于 KCNK18 的结合和解离曲线；(E) PAX 作用于 KCNK18 的结合和解离时间；(F) PAX 与 KCNK18 的相互作用位点；(G) PAX 结合位点在不同物种中的同源比对。

研究过程与结果

在这项研究中，研究人员首先发现东北雨蛙皮肤分泌物能够诱发大鼠背根神经节细胞 (Dorsal Root Ganglion, DRG) 的钙荧光现象，进一步的分离纯化和功能研究表明 PAX 是诱发 DRG 产生钙荧光的有效活性成分。通过对 DRG 高表达离子通道的活性筛选，作者发现 PAX 除了能够作用于已知受体大电导钙激活钾离子通道 (BK_Ca) 外，PAX 还具有高效抑制 KCNK18 通道的生物活性。PAX 对 KCNK18 的抑制作用具有很强的专一性，对其他 KCNK 家族成员均未表现出抑制效果。进一步的门控特性研究表明 PAX 作用于 KCNK18 的解离速率慢于结合速率，此种结合解离方式有利于 PAX 对 KCNK18 的抑制作用。通过对不同物种来源的 KCNK18 同源通道的筛选，研究人员发现 PAX 对熊猫 KCNK18 不具有生物活性。因此作者将熊猫和大鼠 KCNK18 作为比较研究对象探究 PAX 抑制 KCNK18 的门控机理。通道嵌合、点突变和分子对接等实验数据表明 PAX 能够与 KCNK18 孔区的 4 个苯丙氨酸以 π-π 堆积效应进行互作，进而堵塞离子进出细胞膜的孔道，发挥抑制功能。通过对不同物种 KCNK18 通道的同源比对，作者发现 PAX 的结合位点在东北雨蛙捕食者的 KCNK18 通道中是保守的，进而可以发挥化学防御的功能。最后研究人员在活体水平检测了 PAX 的毒性，PAX 能够以剂量依赖的方式引发大鼠产生疼痛反应。

研究总结

本研究发现在东北雨蛙皮肤分泌物中存在吲哚二萜生物碱毒素 PAX，同时发现了 PAX 新的作用靶点 KCNK18，PAX 通过与 KCNK18 孔区的 4 个苯丙氨酸以 π-π 堆积效应进行互作，进而发挥抑制功能。该研究不仅揭示了 PAX-KCNK18 相互作用的分子机理，同时提出了东北雨蛙基于共生真菌毒素的化学防御策略。东北林业大学尹传玲博士研究生、黄璞祎博士和曾繁鹏本科生为该论文的共同第一作者，王云飞副教授和黄璞祎博士为该论文的共同通讯作者。

原文出自 Toxins 期刊

Yin, C.; Zeng, F.; Huang, P.; Shi, Z.; Yang, Q.; Pei, Z.; Wang, X.; Chai, L.; Zhang, S.; Yang, S.; Dong, W.; Lu, X.; Wang, Y. The Bi-Functional Paxilline Enriched in Skin Secretion of Tree Frogs (Hyla japonica) Targets the KCNK18 and BKCa Channels. Toxins 2023, 15, 70. 

Toxins 期刊介绍

主编：Jay Fox, Department of Microbiology, University of Virginia, USA

期刊主要涵盖了由生物体产生的各类毒素领域的相关研究。

2021 Impact Factor：5.075

2021 CiteScore：6.6

Time to First Decision：14.6 Days

Time to Publication：37 Days