百日咳毒素的作用机制及在科研中的应用
2025-11-06 来源:本站 点击次数:43
提到百日咳，大家会想到由百日咳杆菌引发的儿童常见呼吸道传染病。而这种细菌还会产生一种特殊的蛋白质外毒素 —— 百日咳毒素（Pertussis Toxin，简称 PTX）。它虽由致病菌产生，却在科研领域发挥着重要作用，成为研究细胞信号通路与自身免疫疾病的关键工具。
一、百日咳毒素的基本结构
百日咳毒素属于 AB5 型外毒素，由 6 个非共价连接的亚基组成，各亚基分子量范围约为 9-28kDa，分别命名为 S1、S2、S3、S4 和 S5。天然状态下，各亚基占比为 1:1:1:2:1，其中 S4 亚基以 2 个拷贝形式存在。
其结构可分为两部分：
A 启动子（S1 亚基）：作为最大的亚基，它具有 NAD + 糖基水解酶和 ADP - 核糖基转移酶活性，能将 NAD + 的 ADP 核糖转移至特定 G 蛋白的 α 亚基。
B 寡聚体亚基：由 S2、S3、S4（2 个）、S5 组成，负责介导毒素进入细胞。从结晶结构来看，S1 亚基位于一端，中间为 S5 亚基，最外侧是 S2-S4 和 S3-S4 两个二聚体。
二、百日咳毒素的作用机制
百日咳毒素的核心功能是靶向抑制 G 蛋白及其信号通路，具体过程可分为三步：
细胞粘附与进入：B 寡聚体亚基能与细胞表面受体（如 TLR4、糖蛋白 Ib）的多糖残基结合，通过受体介导的内吞作用进入细胞。
胞内转运：进入细胞后，毒素会通过胞内体途径和高尔基体复合物，逆向转运至内质网。
发挥抑制作用：A 启动子从毒素整体上释放，穿透内质网膜，作用于 Gαi、Gαo 或 Gαt 家族 G 蛋白的 α 亚基，最终导致这些膜偶联 G 蛋白失活，抑制其在信号通路中的生理功能。
三、百日咳毒素的主要科研应用
建立自身免疫疾病模型：在鼠类动物实验中，百日咳毒素常与 MOG（35-55）、PLP（139-151）、PLP（178-191）等免疫肽联合注射，可建立实验性自身免疫性脑脊髓炎（EAE）模型。该模型是目前研究多发性硬化症（MS）最常用的动物模型之一。
细胞生物学研究工具：凭借抑制 Gi 家族蛋白偶联受体信号通路的能力，百日咳毒素成为研究细胞信号传导机制的重要工具。
传染病机制研究：它能通过调节宿主对百日咳杆菌的免疫反应，帮助科研人员解析百日咳的传染机制。
四、百日咳毒素的产品属性与生物活性
1. 产品核心属性
CAS 编号：70323-44-3
纯度：＞99%
保存与运输：产品为冻干粉，采用无菌真空密封包装；不可冻存，冻干粉需置于 4°C 条件下保存。
2. 生物活性验证
CHO 细胞实验：依照 Hewlett et al. 方法，诱导 CHO 细胞呈现簇聚生长模式所需的最低毒素浓度为 0.03ng/ml，具体数值因批次不同略有差异。
腺苷酸环化酶实验：依照 Wolff et al 方法，在含 1μM 钙调蛋白的体系中，该毒素的腺苷酸环化酶活性为 9 皮摩尔 / 分钟 / 微克，数值随批次变化。目前，优宁维平台已上线相关百日咳毒素溶液产品，如需了解产品详情或采购，可访问链接：https://www.univ-bio.com/pertussis-toxin-solution/abs42024902-0.5mL.html
Q1：百日咳毒素是导致百日咳发病的主要原因吗？
A：是的。百日咳杆菌感染人体后，产生的百日咳毒素会通过抑制 G 蛋白信号通路，干扰呼吸道黏膜的正常生理功能，同时调节宿主免疫反应，最终引发百日咳的典型症状，如剧烈咳嗽。
Q2：既然百日咳毒素有致病性，用它做实验安全吗？
A：实验用百日咳毒素产品经过纯化处理，且实验中会严格控制使用剂量和操作规范。但因其具有生物活性，操作时需遵循实验室生物安全准则，做好个人防护（如戴手套、口罩），避免直接接触或吸入。
Q3：不同批次的百日咳毒素生物活性有差异，会影响实验结果吗？
A：只要在实验前通过标准方法（如 CHO 细胞实验、腺苷酸环化酶实验）验证该批次的具体活性，并根据实际活性调整实验用量，就能有效减少批次差异对结果的影响。
Q4：百日咳毒素只能用于建立 EAE 模型吗？
A：不是。除了建立 EAE 模型研究多发性硬化症，它还可作为细胞生物学工具，用于探索 G 蛋白信号通路在细胞增殖、分化等过程中的作用，也能用于百日咳传染机制的相关研究。
Q5：百日咳疫苗和百日咳毒素有什么关系？
A：目前的百日咳疫苗多包含灭活的百日咳毒素。疫苗中的灭活毒素不会引发疾病，但能刺激人体产生针对该毒素的抗体，当人体再次接触百日咳杆菌时，抗体可快速发挥作用，预防感染。
一、百日咳毒素的基本结构
百日咳毒素属于 AB5 型外毒素，由 6 个非共价连接的亚基组成，各亚基分子量范围约为 9-28kDa，分别命名为 S1、S2、S3、S4 和 S5。天然状态下，各亚基占比为 1:1:1:2:1，其中 S4 亚基以 2 个拷贝形式存在。
其结构可分为两部分：
A 启动子（S1 亚基）：作为最大的亚基，它具有 NAD + 糖基水解酶和 ADP - 核糖基转移酶活性，能将 NAD + 的 ADP 核糖转移至特定 G 蛋白的 α 亚基。
B 寡聚体亚基：由 S2、S3、S4（2 个）、S5 组成，负责介导毒素进入细胞。从结晶结构来看，S1 亚基位于一端，中间为 S5 亚基，最外侧是 S2-S4 和 S3-S4 两个二聚体。
二、百日咳毒素的作用机制
百日咳毒素的核心功能是靶向抑制 G 蛋白及其信号通路，具体过程可分为三步：
细胞粘附与进入：B 寡聚体亚基能与细胞表面受体（如 TLR4、糖蛋白 Ib）的多糖残基结合，通过受体介导的内吞作用进入细胞。
胞内转运：进入细胞后，毒素会通过胞内体途径和高尔基体复合物，逆向转运至内质网。
发挥抑制作用：A 启动子从毒素整体上释放，穿透内质网膜，作用于 Gαi、Gαo 或 Gαt 家族 G 蛋白的 α 亚基，最终导致这些膜偶联 G 蛋白失活，抑制其在信号通路中的生理功能。
三、百日咳毒素的主要科研应用
建立自身免疫疾病模型：在鼠类动物实验中，百日咳毒素常与 MOG（35-55）、PLP（139-151）、PLP（178-191）等免疫肽联合注射，可建立实验性自身免疫性脑脊髓炎（EAE）模型。该模型是目前研究多发性硬化症（MS）最常用的动物模型之一。
细胞生物学研究工具：凭借抑制 Gi 家族蛋白偶联受体信号通路的能力，百日咳毒素成为研究细胞信号传导机制的重要工具。
传染病机制研究：它能通过调节宿主对百日咳杆菌的免疫反应，帮助科研人员解析百日咳的传染机制。
四、百日咳毒素的产品属性与生物活性
1. 产品核心属性
CAS 编号：70323-44-3
纯度：＞99%
保存与运输：产品为冻干粉，采用无菌真空密封包装；不可冻存，冻干粉需置于 4°C 条件下保存。
2. 生物活性验证
CHO 细胞实验：依照 Hewlett et al. 方法，诱导 CHO 细胞呈现簇聚生长模式所需的最低毒素浓度为 0.03ng/ml，具体数值因批次不同略有差异。
腺苷酸环化酶实验：依照 Wolff et al 方法，在含 1μM 钙调蛋白的体系中，该毒素的腺苷酸环化酶活性为 9 皮摩尔 / 分钟 / 微克，数值随批次变化。目前，优宁维平台已上线相关百日咳毒素溶液产品，如需了解产品详情或采购，可访问链接：https://www.univ-bio.com/pertussis-toxin-solution/abs42024902-0.5mL.html
Q1：百日咳毒素是导致百日咳发病的主要原因吗？
A：是的。百日咳杆菌感染人体后，产生的百日咳毒素会通过抑制 G 蛋白信号通路，干扰呼吸道黏膜的正常生理功能，同时调节宿主免疫反应，最终引发百日咳的典型症状，如剧烈咳嗽。
Q2：既然百日咳毒素有致病性，用它做实验安全吗？
A：实验用百日咳毒素产品经过纯化处理，且实验中会严格控制使用剂量和操作规范。但因其具有生物活性，操作时需遵循实验室生物安全准则，做好个人防护（如戴手套、口罩），避免直接接触或吸入。
Q3：不同批次的百日咳毒素生物活性有差异，会影响实验结果吗？
A：只要在实验前通过标准方法（如 CHO 细胞实验、腺苷酸环化酶实验）验证该批次的具体活性，并根据实际活性调整实验用量，就能有效减少批次差异对结果的影响。
Q4：百日咳毒素只能用于建立 EAE 模型吗？
A：不是。除了建立 EAE 模型研究多发性硬化症，它还可作为细胞生物学工具，用于探索 G 蛋白信号通路在细胞增殖、分化等过程中的作用，也能用于百日咳传染机制的相关研究。
Q5：百日咳疫苗和百日咳毒素有什么关系？
A：目前的百日咳疫苗多包含灭活的百日咳毒素。疫苗中的灭活毒素不会引发疾病，但能刺激人体产生针对该毒素的抗体，当人体再次接触百日咳杆菌时，抗体可快速发挥作用，预防感染。
| 名称 | 货号 | 规格 |
| 百日咳毒素溶液 | abs42024902-0.5mL | 0.5mL |
| Peroxidase-conjugated AffiniPure® Goat Anti-Mouse IgG (H+L) | 115-035-003 | 2ml |
| Protein A/G PLUS-Agarose | sc-2003 | 2ml |
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