鱟和鱟試劑細菌內(nèi)毒素檢測的發(fā)展史及在制藥和質(zhì)控檢測方面的應(yīng)用

對，沒錯，我們這次是講鱟（h-òu），不是h-ōu，更不是鱉（biē）。
硬硬的殼，尖尖的尾，四只眼，似蟹而非蟹，如同馬蹄，人稱“馬蹄蟹”。拉丁名Limulidae，英文名Horseshoe Crab，別名夫妻魚。

“馬蹄蟹”牌掃地機器人

傳奇的鱟生——笑看風(fēng)云5億載

最早的鱟化石發(fā)現(xiàn)于奧陶紀(jì)（5.05~4.38億年前），到志留紀(jì)時（4億多年前）海洋無脊椎動物發(fā)生了重要的更新，繁盛一時的三葉蟲逐漸衰退，板足鱟類開始興起，這就是現(xiàn)代鱟的祖先。4億年后，鱟沒有發(fā)生太大變化，幾乎只是玩了一把“穿越”�，F(xiàn)代鱟沒有近親，與蜘蛛、蝎子同門，僅有4個物種：美洲鱟、中國鱟、巨鱟、圓尾鱟。

圖1. 志留紀(jì)板足鱟復(fù)原圖和現(xiàn)代鱟分類學(xué)地位 [1]

在我國，關(guān)于鱟的記載由來已久。
山海經(jīng)註：鱟魚形如惠文冠，靑黑色，十二足，長五六尺，似蟹，雌常負雄，漁子取之，必得其雙。子如麻子，南人爲(wèi)醬。

那“鱟”名有啥來源？
據(jù)說在南方一些方言中，鱟和“學(xué)”字同音，所以應(yīng)該是“學(xué)”表音，“魚”表意。這樣說來，鱟還是“一種有學(xué)問的魚”了。的確，笑看風(fēng)云5億年，這種生物的存在的確蘊含著獨特的生存智慧。
幾億年間，地球上因為內(nèi)部和外部的環(huán)境變化，一共經(jīng)歷過5次生物大滅絕（6500萬年前白堊紀(jì)~4.4億年前奧陶紀(jì)晚期，行星撞擊和全球氣溫變化，導(dǎo)致約70%~90%的生物毀滅），而鱟以它堅強的意志力、無與倫比的適應(yīng)能力，保全了自己，活到現(xiàn)在，且容顏未改，純屬奇跡！

圖2. 鱟化石及化石復(fù)原圖及現(xiàn)代鱟血液系統(tǒng)[2]

（左：2021年重慶秀山，恐鱟生態(tài)復(fù)原圖，距今4.3億年[3]；中：2007年云南羅平，羅平鱟，距今2.4億年[4]；右：鱟血液循環(huán)系統(tǒng)）

至于奇跡發(fā)生的原因，大致有如下：身上長有堅硬的“盔甲”，可以防身；自然界中鱟也沒什么天敵，具有毒性一般不被人食用；繁殖能力很強，一次產(chǎn)卵200粒以上；三種棲息地（沙灘，低潮位泥質(zhì)灘涂，海域）依次渡過，避免大鱟和小鱟爭搶食物地盤，分散了競爭的壓力；除此之外，還有一個主要原因在于鱟抗菌能力。萬物都終將止于細菌，但鱟利用身體機能抵抗細菌，自然能夠存活和保全。

藍血的鱟生-默默奉獻半世紀(jì)
鱟跟人類一樣，也需要氧氣，但運載氧氣的是含銅離子的血藍蛋白，因此鱟血呈現(xiàn)出淡藍色，“藍血生物”就此得名。

鱟血最神奇的地方并不在于顏色，而是其獨一無二的抗菌能力。鱟最喜歡呆的海邊是一個極其骯臟的地方，但鱟卻不像人類一樣擁有層層防疫屏障。其血液循環(huán)系統(tǒng)是一個相對敞開的格局，所以細菌只要在鱟殼的某條縫中鉆入，它就能輕松地在鱟的體內(nèi)暢通無阻地遨游。鱟也沒有可以對抗感染的白細胞，為了不讓自身被細菌吞噬，鱟的血液也演化出了有別于人類的保護機制：一種流動性阿米巴樣細胞，與細菌接觸時不會像白細胞那樣將細菌吞噬，反而是立即萎縮破裂釋放出來的化學(xué)物質(zhì)，便會使血液局部凝固，形成血栓包住有害的細菌，阻斷疾病的傳播。龐博士（Frederic Bang）在1956年研究鱟的血液循環(huán)時，和助手小杰（Jack Levin）發(fā)現(xiàn)細菌產(chǎn)生的內(nèi)毒素導(dǎo)致的凝血機理[5]，并開發(fā)出了一種的細菌檢測劑——鱟試劑（LAL，Limulus Amebocyte Lysate，鱟阿米巴樣細胞裂解物）。
 

圖3.內(nèi)毒素檢測原理發(fā)現(xiàn)

在醫(yī)學(xué)上，鱟的珍貴藍色血液價值極大，但是這個價值在20世紀(jì)中龐博士的重大發(fā)現(xiàn)之后才被利用。此后幾十年中，鱟試劑被廣泛用于內(nèi)毒素檢測，并逐步被收載于藥典。

圖4. 鱟試劑內(nèi)毒素檢測發(fā)展史

2003年，Jeak Ling Ding等酵母重組表達C因子[6]，Lonza公司得到了該生產(chǎn)工藝的授權(quán)，并商業(yè)化了產(chǎn)品PyroGene重組C因子內(nèi)毒素檢測試劑盒，用于鱟試劑內(nèi)毒素檢測方法的有力補充。

偉大的鱟生——內(nèi)毒素檢測好幫手

內(nèi)毒素在自然界中無處不在，也是腸外藥品中最常見和最危險的熱原之一，通常指革蘭氏陰性菌細胞壁脂多糖（LPS）成分。LPS進入人體血液后，會導(dǎo)致內(nèi)毒素毒性效應(yīng)，包括發(fā)熱、腹瀉、嘔吐，以及致命的內(nèi)毒素休克。

在制藥行業(yè)，特別是注射用藥，對細菌內(nèi)毒素進行可靠和有效的檢測是重要環(huán)節(jié)。標(biāo)記為無熱原或無菌的注射或植入產(chǎn)品必須進行內(nèi)毒素檢測放行。許多原材料檢查也必須進行內(nèi)毒素檢測方能用于GMP生產(chǎn)，以達到設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)的質(zhì)量要求。

根據(jù)鱟血來源不同，一般分為LAL（美洲鱟試劑）/TAL（東方鱟鱟試劑），鱟試劑檢測法是一種可靠、靈敏、特異性強的內(nèi)毒素檢測方法，也是監(jiān)管機構(gòu)主要的推薦方法，應(yīng)用廣泛。微量的內(nèi)毒素也能觸發(fā)這種免疫反應(yīng)，通過一個復(fù)雜的凝血級聯(lián)反應(yīng)，從而形成血栓（凝膠），從而對樣品中是否存在內(nèi)毒素進行定性/定量評估。

根據(jù)鱟試驗反應(yīng)原理，目前行業(yè)內(nèi)已經(jīng)建立了四種主要的細菌內(nèi)毒素檢測方法：凝膠法、比濁法、顯色法和rFC法，并在非腸道藥物和注射器械生產(chǎn)過程控制和產(chǎn)品放行質(zhì)控檢測中有著重要的應(yīng)用。比濁法、顯色法和rFC法是定量方法，凝膠法為定性或者半定量方法。鱟試劑檢測級聯(lián)反應(yīng)和具體方法原理如下圖。我們在后期文章里面會仔細講解和分析每一種內(nèi)毒素檢測方法，在此不做太多展開。
 

 圖5. 內(nèi)毒素檢測原理及方法

Lonza內(nèi)毒素產(chǎn)品，一直走在行業(yè)尖端

Lonza（龍沙）內(nèi)毒素產(chǎn)品于1970年代面世，半個世紀(jì)以來，為全球客戶提供包括細菌內(nèi)毒素檢測試劑盒、內(nèi)毒素檢測軟件、全自動內(nèi)毒素檢測儀器在內(nèi)的一站式解決方案，符合FDA 21 CFR part 11和歐盟EU GMP 附錄11法規(guī)要求，以服務(wù)于各類細胞制劑生產(chǎn)企業(yè)、制藥企業(yè)質(zhì)控部門，可植入醫(yī)療設(shè)備和透析樣品質(zhì)控以及科研院所等相關(guān)機構(gòu)，其服務(wù)對象覆蓋70%的制藥100強企業(yè)，已用于國外大量藥物的放行上市，滿足出口型制藥企業(yè)的規(guī)�；療嵩礈y定需求。

產(chǎn)品包括：LAL血液來源的用于定量檢測的動態(tài)顯色法鱟試劑試劑盒，動態(tài)濁度法鱟試劑試劑盒，終點顯色法鱟試劑試劑盒，凝膠法鱟試劑試劑盒以及不依賴于鱟試劑的重組C因子檢測試劑盒，美洲鱟鱟試劑可以實現(xiàn)產(chǎn)品的穩(wěn)定供應(yīng)。


 
Lonza LAL鱟試劑及重組C因子內(nèi)毒素檢測系統(tǒng)產(chǎn)品特點：

下一期，我們來重點看看內(nèi)毒素到底是個啥吧。歡迎繼續(xù)關(guān)注！

參考文獻：
[1] 鱟，這個星球上的神奇物種!
[2] Krisfalusi-Gannon et al. The Role of Horseshoe Crabs in the Biomedical Industry and Recent Trends Impacting Species Sustainability. Frontiers in Marine Science, 2018, 5, 185.
[3] 我國科學(xué)家發(fā)現(xiàn)4.3億年前的“海蝎子”,新華網(wǎng) 2021.10.04
[4] 羅平生物群.成都地質(zhì)調(diào)查研究所.
[5] Bang FB. A bacterial disease of Limulus polyphemus. Bull Johns Hopkins Hosp. 1956 May;98(5):325-51.
[6] Ding,Jeak Ling, Ho,Bow(2003-11-11). Assays for endotoxin. ScholarBank@NUS Repository.