第1章 麻痺性貝類毒素的結構與性質 1

1.1 有害藻華與藻毒素 1

1.2 石房蛤毒素的首次發現(1957年) 2

1.3 麻痺性貝類毒素的種類及其結構 3

1.2.1四種常見的PSP類型 5

1.2.2 沃氏鞘絲藻毒素LWT 7

1.2.3苯甲酸酯類毒素GC 8

1.2.4 M毒素 9

1.2.5 A-D毒素 10

1.2.6 SEA毒素 10

1.2.7 STX-uk毒素 11

1.2.8 ZTX毒素 11

1.4 PSP的物理性質 12

1.5 PSP的化學性質 12

第2章 麻痺性貝類毒素的毒性與毒理 15

2.1 PSP的毒性與中毒癥狀 15

2.1.1 PSP的毒性 15

2.1.2 PSP中毒的癥狀 16

2.1.3 PSP中毒後的治療措施 18

2.2 PSP的代謝與轉化 19

2.2.1 貽貝對PSP的代謝和轉化 19

2.2.2 PSP的人體代謝研究 22

2.2.3 PSP代謝的實驗動物研究 23

2.3鈉通道Nav概述 23

2.3.1 鈉通道(Nav)的結構組成 24

2.3.2 Nav的分類與命名 26

2.3.3 人源Nav蛋白結構解析的發展歷程 27

2.3.4 人源Nav蛋白結構解析的裡程碑意義 32

2.4 PSP的毒性作用過程 32

2.4.1 Nav的受體結合位點 33

2.4.2 Nav的選擇性及PSP結合位點 35

2.4.3 PSP受體蛋白(SAX) 35

2.5 PSP與人源Nav分子對接實例 36

2.5.1 PSP與Nav1.2的分子對接 40

2.5.2 PSP與Nav1.4的分子對接分析 42

2.5.3 PSP與Nav1.7的分子對接分析 44

2.5.4 PSP分子對接結果總結 45

第3章 麻痺性貝類毒素的來源與危害 46

3.1 PSP來源的三種學術假說 46

3.2 藻內共生菌產毒假說的提出(1982年) 47

3.3 產PSP海洋甲藻 48

3.3.1 亞歷山大藻 53

3.3.2 裸甲藻 55

3.3.3 盾甲藻 55

3.3.4 甲藻基因組學研究的困境 56

3.3.5 甲藻翻譯組學研究 58

3.3.6 甲藻產生PSP的影響因素 58

3.4 產PSP的主要藍藻 60

3.4.1水華束絲藻(Aphanizomenon flos-aquae) 61

3.4.2 拉式擬柱孢藻(Cylindrospermopsis raciborskii) 62

3.4.3 沃氏鞘絲藻(Lyngbya wollei) 62

3.4.4卷曲魚腥藻(Anabaena circinalis) 63

3.5 PSP的世界性分布 63

3.6 產PSP赤潮的危害 67

3.6.1對水體生態環境的影響 68

3.6.2對海洋漁業及水產養殖業的影響 68

3.6.3 對沿海旅遊業的影響 68

3.7 PSP對主要生物類群的影響 69

3.7.1 貝類PSP抗性機制的闡明(2015年) 70

3.7.2 PSP對魚類的影響 72

3.7.3 PSP對人體的影響 72

第4章 赤潮甲藻藻際菌群的結構與功能 74

4.1 藻際(Phycosphere) 74

4.1.1 藻際(Phycosphere)的概念 74

4.1.2 藻際的結構及物質基礎 75

4.1.3 藻際的功能性內涵 75

4.2 藻際微生物群(PM) 76

4.3 產毒赤潮甲藻PM的多樣性 78

4.3.1 微小亞歷山大藻PM多樣性研究實例 80

4.3.2 鏈狀亞歷山大藻PM多樣性研究實例 83

4.3.3 塔瑪亞歷山大藻PM多樣性研究實例 86

4.3.4 甲藻PM多樣性的2 3代測序結果比較 87

4.4 可培養PM與培養組學(Culturomics) 88

4.4.1 微生物的低可培養性 89

4.4.2 提高微生物可培養性的策略 89

4.4.3 培養組學的發展歷史 91

4.4.4 大數據背景下的微生物可培養性 92

4.5 自產毒海洋細菌的發掘 92

4.6 揭示PSP來源的關鍵：藻菌關繫(ABI) 97

4.6.1 藻際中藻菌關繫的主要類型 98

4.6.2 藻菌互作過程中的信號傳導 100

4.6.3 細菌群體感應(QS) 101

4.6.4 藻菌互作中的化感作用 102

4.6.5 多維組學整合闡釋藻菌關繫 103

4.7 開展藻菌關繫研究的前提：藻的無菌化 105

4.8 赤潮甲藻的藻菌關繫研究實例 106

第5章 麻痺性貝類毒素的生物與化學合成 115

5.1藍藻PSP生物合成研究的發展 115

5.1.1藍藻PSP生物合成路線的提出(1993年) 115

5.1.2藍藻PSP生物合成路線的修正(2008年) 116

5.1.3藍藻sxt合成基因簇的發現(2008年) 117

5.1.4不同藍藻sxt合成基因簇的差異 118

5.1.5 藍藻sxt基因簇的功能研究 119

5.1.4 沃氏鞘絲藻sxt合成基因簇特征 126

5.1.5 卷曲魚腥藻AWQC131C和水華束絲藻NH-5的sxt基因簇 129

5.1.6 藍藻sxt合成基因的進化分析 131

5.1.7 PSP的分支(shunt)合成通路的發現(2016年) 131

5.1.8 PSP衍生物之間的轉化 132

5.2甲藻PSP生物合成研究面臨的挑戰 133

5.2.1 甲藻STX合成通路的推測(1997年) 133

5.2.2 甲藻PSP生物合成基因的推測 134

5.2.3 甲藻PSP生物合成蛋白的推測 136

5.2.4 甲藻sxt合成基因的進化分析 137

5.2.5 多組學技術用於甲藻STX生物合成研究 138

5.3 藍藻sxt基因的異源表達 140

5.3.1 藍藻sxt基因啟動子的異源表達 141

5.3.2 藍藻sxtA起始合成基因的異源表達 142

5.4 PSP化學合成的發展歷程 142

5.4.1 Yoshito Kishi合成法(1977年) 143

5.4.2 Peter Jacobi合成法(1984年) 144

5.4.3 Du Bois合成法(2006年) 145

5.4.4 Kazuo Nagasawa合成法(2009年) 145

5.4.5 Ryan Looper合成法(2011年) 147

5.4.6 Toshio Nishikawa合成法(2011年) 148

5.4.7 GTX3的化學合成(2009年) 149

5.4.8 11,11-dhSTX(M5)的化學合成(2016年) 149

第6章 麻痺性貝類毒素的提取與分析 151

6.1 PSP的提取方法 151

6.1.1 從貝類中提取PSP 152

6.1.2 從產毒藻培養物中提取PSP 154

6.1.3 從產毒細菌培養物中提取PSP 154

6.2 PSP分析技術的發展歷程 155

6.3 生物測定法 155

6.3.1小鼠生物測定法(MBA, 1980年) 155

6.3.2 鈉離子通道測定法(SCBA) 157

6.3.3 酶聯免疫吸附法(ELISA) 157

6.3.4 側流免疫層析分析法(LFIA) 158

6.3.5 液體陣列格式化法(Luminex XMAP) 159

6.3.6 核酸適配體分析法(SELEX) 159

6.4 化學測定法 160

6.4.1 熒光比色法 160

6.4.2 高效液相色譜法(HPLC) 160

6.4.3 液質法和串聯質譜法(LC-MS/MS) 161

6.4.4 親水相互作用色譜-質譜法(HILIC-MS) 162

6.4.5 毛細管電泳法(CE) 163

6.4.6 生物傳感器法(Biosensor) 163

6.5 赤潮藻毒素原位監測技術的發展 164

6.5.1 海洋環境自動化繫統與赤潮監測 165

6.5.2 我國海洋環境立體監測繫統的發展 165

6.5.3 美國切薩皮克海灣監測浮標繫統(CBOS) 166

6.5.4 產毒藻及藻毒素現場監測繫統的發展 167

第7章 麻痺性貝類毒素污染監測與食品安全 169

7.1 全球PSP污染事件回顧 169

7.2 全球食品中PSP限量標準概述 174

7.3 我國貝類PSP檢測標準發展歷程 177

7.3.1 SN 0352-1995 177

7.3.2 SC/T 3023-2004 177

7.3.3 SN/T 1735-2006 178

7.3.4 SN/T 1773-2006 178

7.3.5 GB/T 5009.213-2008 178

7.3.6 GB/T 23215-2008 178

7.3.7 GB 5009.213-2016 179

第8章 麻痺性貝類毒素的藥用價值與開發利用 181

8.1 PSP的應用價值 181

8.2 PSP藥效的作用機制 182

8.3 PSP的臨床應用 183

8.3.1 用於開發長效止痛藥 183

8.3.2 作為局部麻醉劑 185

8.3.3 治療慢性緊張型頭痛 186

8.3.4 治療賁門失弛緩癥 187

8.3.5 治療慢性肛裂 188

8.3.6 治療膀胱疼痛綜合征(BPS) 188

8.4 PSP快速檢測試劑的研發 189

8.4.1 PSP的膠體金快速檢測試紙 189

8.4.2 適配體納米金STX檢測生物傳感器 190

參考文獻 191

縮寫詞 197

附錄：麻痺性貝類毒素的化學結構 199

彩色插圖 215

後 記 216

自然是人類的生存之本與發展之基，而人類面臨著全球氣候變化、生物多樣性遭嚴重破壞及環境污染的巨大挑戰。如何謀求與自然的和諧共生，實現人類的可持續發展，仍是我們認識及改造世界過程中亟需解答的重要議題。 有害藻華（Harmful algal blooms，HABs）是全球性生態災害。包括海洋赤潮和淡水水華，嚴重危害水體生態環境，造成海洋漁業、近海養殖業及旅遊業等巨額經濟損失。其還引發種類繁多的藻類毒素（Phycotoxins），經食物鏈傳遞嚴重威脅人類健康與生命安全。揭示赤潮成因並探求其科學防控，已成為當今海洋科學領域的研究前沿。有害藻華是我國近海*突出的生態災害之一，隨著經濟的快速發展和生產生活等所導致的水體富營養化程度的持續加劇，我國近海有害藻華的發生規模與頻率逐年增高，受到國家與社會各界的廣泛關注。 已有藻毒素中，麻痺性貝類毒素(Paralytic shellfish poisoning toxin，PSP)的全球分布廣、毒害事件發生頻率高、對公眾的生命健康危害*為嚴重。海洋甲藻、淡水藍藻及部分海洋細菌均可產生PSP，而PSP的來源問題，目前仍懸而未決。PSP的跨界分布現像背後蘊含的自然規律是什麼？其意義及應用價值又為何？其中蘊含著諸多未解之謎。因此，隻有深入開展有害藻華基礎與應用研究，纔能早日實現其科學防控，造福人類！ 浮遊藻類與細菌均為地球早期的生命形式，兩者已共存數億年之久。浮遊藻類是海洋生態繫統中*重要的初級生產者，而海洋細菌則是生物地球化學循環的重要引擎。藻菌共同構成了海洋生態繫統結構與功能的關鍵調控者。而藻際菌群是見證藻類起源與進化的“活化石”。藻際是蘊含豐富微生物種群的特殊生態位，在此微尺度環境內演繹著復雜的動態藻菌互作(Algae-Bacterial Interactions, ABI)關繫。藻菌在進化過程中形成了互惠共生、相互競爭或抑制拮抗等復雜奧妙的微生態關繫，並隨著藻的生存環境與生長時期的改變而發生著動態演繹，凸顯了結構可變與功能可塑的智能性。浮 遊藻是藻華發生的始因，而藻菌關繫滲透於藻華發生發展、演替及衰退消亡始末。利用現代多維組學手段開展多學科交叉研究，解析此復雜的動態跨界關聯，是破解PSP產生之謎的關鍵，亦是探求赤潮科學防控的基石。而精確解讀藻際菌群的結構與功能，已成為闡釋藻菌關繫的關鍵，亦可為實現“以菌治藻”、探索有害藻華的生物防治提供重要支撐。 編者2017年創建了ABI研究組，聚焦於探索海洋赤潮甲藻藻際菌群(Phycosphere Microbiota, PM)的結構與功能。秉承嚴謹求實的科學態度與開拓創新的探索精神，通過團隊的不懈耕耘，謀求揭示藻菌關繫奧秘、拓展實際應用的新突破，為探索、利用與改造自然貢獻力量！ 當今科技發展日新月異，對麻痺性貝類毒素生物學與應用的認識亦應與時俱進。編者在長期的科學研究實踐中，深感對此更新的必要性與緊迫性。這部學術專著的出版，即是對其*新研究成果的繫統性歸納與總結。本書包括八章，第1章為麻痺性貝類毒素的結構與性質；第2章為麻痺性貝類毒素的毒性與毒理；第3章為麻痺性貝類毒素的來源與危害；第4章為赤潮甲藻藻際菌群的結構與功能；第5章為赤潮麻痺性貝類毒素的生物與化學合成；第6章為麻痺性貝類毒素的提取與分析；第7為麻痺性貝類毒素污染監測與食品安全；第8章為麻痺性貝類毒素的藥用價值與開發利用。力爭通過此書，拋磚引玉，給關注麻痺性貝類毒素生物學及其應用的讀者提供有益的幫助與啟發。 本書獲得國家自然科學基金(41876114)、舟山市科技局項目浙江海洋大學科技專項(2022C41018)、浙江海洋大學海洋科學與技術學院學科專項的資助。 本書編寫過程中，獲得了上海海洋大學何培民教授的親切指導及大力支持，同時，得到了ABI組研究生蔣志偉、馮琪、段鈺涵、齊敏、李金燕、李桂先、解鵬飛、王作春、徐嘉泉和王書恆的幫助，在此一並表示衷心感謝。 限於編者知識水平有限且成書倉促，本書存在的疏漏與不當之處，懇請同行專家和讀者們提出寶貴意見。