# 中文标题 摩洛哥蝎 *Scorpio mogadorensis* (Birula, 1910) 壳聚糖的首次提取、表征及其抗急性肝衰竭与抗 *Androctonus liouvillei* 蝎毒的药理研究

《Next Materials》：Extraction, characterization, and pharmacological investigations of chitosan from the scorpion Scorpio mogadorensis (Birula, 1910)

　　

# 摘要翻译

摩洛哥的蝎子区系在物种与亚种层面极为多样，其特征之一是具有几丁质外骨骼（chitinous exoskeleton）。迄今大多数关于壳聚糖（chitosan）表征的研究局限于甲壳类动物，然而蝎子同样引起了科学家的关注。在本研究中，研究人员首次报道了从一种此前未被探索的几丁质来源——*Scorpio mogadorensis*——制备壳聚糖，并对其抗急性肝衰竭（acute liver failure, ALF）和抗 *Androctonus liouvillei* 蝎毒的活性进行了药理学评价。结果表明，从 *S. mogadorensis* 中提取的几丁质（chitin）产率为15.60%，而壳聚糖产率为76.87%。X射线衍射（X-ray Diffraction, XRD）分析显示，蝎源几丁质为α型，结晶度指数（crystallinity index, ICr）为50.34%，脱乙酰后结晶度下降，壳聚糖中降至46.15%。此外，通过Broussignac法获得的壳聚糖具有低乙酰化度（degree of acetylation, DA = 12.38%）、摩尔质量为65 kDa，且在0.2%乙酸中溶解性良好，该壳聚糖对急性肝衰竭（IHA）表现出有益效果，包括改善体重、保护肝脏和肾脏形态测量指标并减轻水肿。此外，对壳聚糖、部分黄酮类化合物及其他产品作为抗 *Androctonus liouvillei* 蝎毒药理学处理手段的评价表明，该蝎毒具有极高毒性，其半数致死剂量（LD₅₀）为0.29 mg/kg。这些初步结果值得进一步研究，以更好地彰显蝎子作为壳聚糖来源的潜力。

# 论文解读

## 一、研究背景与问题提出

全球范围内记录有超过2360种蝎子，分布于除南极洲以外的所有大陆。中东和北非（Middle East and North Africa, MENA）地区拥有世界上最丰富的蝎子种群多样性，涵盖九个科。摩洛哥是北非蝎子区系最丰富的国家之一，其更新后的名录包括超过68个种和亚种，分属12个属和两个科。蝎子的标志性特征之一是其具有由关节连接的几丁质外骨骼（chitinous exoskeleton）。

几丁质（chitin）是一种天然丰富的聚合物，由2-乙酰氨基-2-脱氧-D-吡喃葡萄糖单元组成。通过碱性脱乙酰化（deacetylation），几丁质可转化为壳聚糖（chitosan, CTS），即β-(1→4)-N-乙酰-D-葡糖胺。壳聚糖因含有功能胺基而在酸性有机溶剂中展现出增强的溶解性，其分子中具有三个反应性功能基团：C₂位的胺基以及C₃和C₆位的两个羟基。壳聚糖的生物医学应用潜力取决于其来源和生产方法，这些因素决定了最终产品的纯度、分子量（molecular weight, Mw）、结晶度（crystallinity）和脱乙酰度（degree of deacetylation, DDA）等关键参数。壳聚糖具有生物相容性、无毒、非致敏性、可生物降解以及抗真菌、抗菌、抗氧化、抗癌和抗炎等多种生物学特性，在药物递送、伤口敷料和组织工程等生物医学领域具有广泛应用前景。已有体内研究表明，壳聚糖的脱乙酰度和分子量显著影响其生物分布、生物利用度和治疗效力。

然而，目前已发表的研究大多集中于商业壳聚糖或从海洋来源（如蟹、龙虾、虾和鱿鱼）提取的壳聚糖，针对陆地动物（如蝎子）的研究极少。科研人员对蝎子的兴趣主要集中在其毒液上，而非其外骨骼。因此，探索蝎子外骨骼作为壳聚糖新型陆生来源具有重要的科学意义和应用价值。

## 二、研究目的与主要贡献

本研究首次以摩洛哥Safi地区采集的蝎种 *Scorpio mogadorensis*（蝎科Scorpionidae）为原料，从外骨骼中提取几丁质并制备壳聚糖。研究直接比较了Broussignac法和Kurita法两种脱乙酰工艺对产物理化性质的影响，并对所得壳聚糖进行了初步的多靶点生物活性表征，包括硫代乙酰胺（thioacetamide, TAA）诱导的肝毒性保护作用和抗 *Androctonus liouvillei* 蝎毒活性评价。该工作的三重创新在于：探索了此前未被充分研究的陆生几丁质来源、提供了两种脱乙酰方法的直接对比分析、以及拓展了蝎源壳聚糖的生物功能潜力评估。

## 三、关键技术方法概述

研究人员在摩洛哥Marrakech-Safi地区Safi地点采集了45只成年雄性 *Scorpio mogadorensis* 标本，经形态学鉴定确认后，将标本清洗、干燥并粉碎。几丁质提取依次经过盐酸脱矿（demineralization，0.25 M HCl，室温处理）和氢氧化钠脱蛋白（deproteinization，1 M NaOH，80–90 °C处理）两个步骤，最后以丙酮/乙醇混合液脱色。脱蛋白过程通过Bradford法监测蛋白质去除程度，脱矿滤液中矿物质元素组成采用X射线荧光光谱（X-ray Fluorescence, XRF）分析。壳聚糖制备分别采用Broussignac法（KOH/乙醇/单乙二醇混合体系，120 °C，24 h）和Kurita法（50% NaOH，120 °C，24 h，含室温预浸泡步骤）。理化表征手段包括傅里叶变换红外光谱（Fourier Transform Infrared Spectroscopy, FTIR）、扫描电子显微镜（Scanning Electron Microscopy, SEM）、X射线衍射（XRD）、乌氏粘度法测定粘均摩尔质量以及电位滴定法测定乙酰化度。药理评价采用两个动物模型：TAA诱导的急性肝衰竭模型（雄性Swiss小鼠，n = 5/组，CTS剂量100 mg/kg，灌胃给药5天）和 *Androctonus liouvillei* 蝎毒致死模型（雌性小鼠，n = 5/组，CTS剂量300 mg/kg，灌胃给药；另设黄酮类化合物及维生素C等对照组，剂量500 mg/kg）。蝎毒样本采集自摩洛哥南部Guelmim省的 *A. liouvillei* 标本，通过电刺激法提取。

## 四、主要研究结果

### 4.1 几丁质提取与壳聚糖制备

XRF分析显示，*Scorpio mogadorensis* 表皮矿物质组成以氯（67.72%）、硫（15.59%）、钙（3.77%）和磷（3.23%）为主，另含微量Cu、Zn、Fe和Cr等元素。经过三次NaOH浴脱蛋白后，滤液中蛋白质含量约为0.07%。几丁质产率为15.60%，由其制备壳聚糖的产率为76.87%。与其他已报道蝎种（如 *Mesobuthus gibbosus* 几丁质产率12.40%、壳聚糖产率78.40%；*Androctonus crassicauda* 分别为15.46%和69.26%）相比，*S. mogadorensis* 的产率处于合理范围，且壳聚糖产率较高。

### 4.2 壳聚糖理化性质表征

FTIR分析确认所得蝎源几丁质为α型，其特征峰包括3411.87 cm^?1处–NH和–OH伸缩振动、3256.25 cm^?1和3106.25 cm^?1处–NH轴向变形、1616.87 cm^?1处CO–NH变形以及1549.37 cm^?1处胺II带。脱乙酰后，Broussignac法壳聚糖（CTB）和Kurita法壳聚糖（CTK）中3411.87 cm^?1峰变宽，3106.25 cm^?1峰消失，且1616.87 cm^?1和1549.37 cm^?1峰强度降低，表明脱乙酰化成功。XRD分析显示，几丁质在9.5°和19°呈现两个强衍射峰，另在13.2°、23.2°、26.8°和40°有四个弱峰，结晶度指数为50.34%；CTB和CTK的结晶度分别降至46.15%和47.07%，弱峰消失，在10.8°和20.2°出现新峰。SEM图像显示几丁质具有排列良好的纤维网络结构，而脱乙酰后CTB和CTK的纤维结构变得紊乱，与XRD结晶度下降的结果一致。电位滴定结果表明，CTK的脱乙酰度为75.85%，CTB为78.89%；FTIR光谱法测得的DDA值更高，CTK为82.30%，CTB为87.62%。粘度法测得CTB的粘均摩尔质量为65 kDa，CTK为78 kDa。综合而言，Broussignac法在获得低乙酰化度（DA = 12.38%）和较低分子量（50–70 kDa）壳聚糖方面更具优势，因此CTB被选用于后续体内生物学评价。

### 4.3 壳聚糖对TAA诱导肝毒性的影响

#### 4.3.1 对体重变化的影响

TAA处理导致小鼠体重下降，这可能与急性肝衰竭相关的厌食和摄食减少有关。相比之下，100 mg/kg CTS预处理使动物体重恢复，表明壳聚糖能够拮抗TAA的效应并刺激食欲。此外，0.2%乙酸溶剂对照组出现明显的体重增加，提示乙酸本身可能影响体重。

#### 4.3.2 对重要器官重量的影响

宏观检查显示，TAA中毒小鼠肝脏呈苍白外观，表面粗糙并覆盖微小结节；而CTS + TAA预处理组肝脏呈现明显的部分恢复，肝重高于TAA单独处理组。TAA组肾脏相对重量指数显著升高，而CTS + TAA预处理组该指数较TAA组降低，提示CTS对TAA诱导的肾脏形态测量改变具有潜在保护作用。

#### 4.3.3 对组织含水量的影响

TAA组肝组织含水量呈轻微进行性下降；CTS + TAA组肝含水量高于TAA组，但该升高可能归因于乙酸溶剂与TAA的联合效应。在肾脏层面，TAA组和CTS + TAA组含水量均略有增加，而单独CTS处理组表现出调节性纠正效应。总体而言，CTS对TAA诱导的多项改变表现出潜在保护作用，但0.2%乙酸溶剂可能造成额外的干扰效应。

### 4.4 壳聚糖抗蝎毒活性评价

#### 4.4.1 毒性症状观察

注射 *Androctonus liouvillei* 蝎毒后，小鼠呈现一系列时序性中毒症状：牙齿打颤→转圈行为→咀嚼动作→排尿→奔跑发作→呼吸急促/快速移动→口面部运动→湿狗样抖动→唾液分泌过多→腹泻→肌无力→昏迷→最终死亡。该症状谱反映了蝎毒对周围器官和中枢神经系统（central nervous system, CNS）的多重靶向效应。

#### 4.4.2 CTS对动物存活时间的影响

*Androctonus liouvillei* 蝎毒的LD₅₀经皮下途径测定为0.29 mg/kg，与同属最危险物种（*A. mauritanicus* LD₅₀ = 0.31 mg/kg，*A. australis* LD₅₀ = 0.32 mg/kg）相当甚至更低，表明其毒性极高。然而，在注射蝎毒（0.32 mg/kg）后5分钟给予CTS（300 mg/kg）灌胃未能延长小鼠存活时间。此外，黄酮类化合物（橙皮苷、槲皮素、儿茶素、花青素、姜黄素）、维生素C和Opuntia提取物（各500 mg/kg）同样未能产生显著保护效果，各组存活时间差异仅限于1–3分钟且均无统计学显著性。一个可能的解释是，*A. liouvillei* 蝎毒中的高效毒素在注射部位迅速引发严重的病理生理损伤，CTS给药时已不足以逆转已启动的毒性级联反应。

## 五、讨论与结论

本研究证明了将蝎子作为几丁质来源进行资源化利用的可行性。从 *Scorpio mogadorensis* 外骨骼中成功提取了α型几丁质（产率15.60%），并通过Broussignac法和Kurita法分别制备了壳聚糖。Broussignac法所得壳聚糖（CTB）具有更高的脱乙酰度（88.49%）和更低的分子量（65 kDa），而Kurita法产物（CTK）脱乙酰度为83.85%、分子量为78 kDa。几丁质结晶度（50.34%）高于两种壳聚糖（CTB 46.15%，CTK 47.07%），与其SEM中更有序的纤维结构一致。脱乙酰工艺的选择应取决于目标应用对壳聚糖理化性质的具体要求。

在TAA诱导的急性肝衰竭模型中，CTS显示出潜在的保护效力，表现为对重要器官无明显毒性，并能恢复动物体重。其有益效应可能通过壳聚糖已知的抗炎特性——抑制肿瘤坏死因子-α（tumor necrosis factor-alpha, TNF-α）、白细胞介素-1β（interleukin-1 beta, IL-1β）和白细胞介素-6（interleukin-6, IL-6）等促炎细胞因子——介导。但在抗蝎毒方面，*Androctonus liouvillei* 蝎毒的高致死性毒素使包括壳聚糖在内的所有受试治疗手段均未能有效中和其效应。这一结果揭示了该蝎毒的强大病理生理效力，也为该物种的公共卫生危险性提供了重要警示。

**研究结论（翻译）：** 本研究表明，将蝎子类群作为一种几丁质来源进行开发利用是可行的。研究人员首先提取了α型几丁质（产率15.60%），随后采用Broussignac法和Kurita法制备壳聚糖以比较所得CTS的理化性质。红外光谱和电位滴定结果表明，Broussignac法壳聚糖（CTB）的脱乙酰度（DDA）为88.49%，Kurita法壳聚糖（CTK）为83.85%。粘度测量计算出Broussignac法和Kurita法产物的分子量分别为65 kDa和78 kDa。此外，几丁质的结晶度（50.34%）高于壳聚糖CTB（46.15%）和CTK（47.07%），这与几丁质微纤维比壳聚糖更有序的组织结构一致。因此，脱乙酰工艺的选择取决于目标应用中所需壳聚糖的理化性质。在TAA诱导的肝毒性模型中，CTS展现出潜在效力，表现为对重要器官无毒性并有助于恢复动物体重。而在 *Androctonus liouvillei* 蝎毒方面，结果凸显了其高致死性毒素的强烈病理生理效力，所有受试治疗手段（包括壳聚糖）均未能有效中和蝎毒效应。该研究为认识 *Androctonus liouvillei* 蝎毒的致病性及受试治疗手段的效果提供了重要见解。这些初步发现鼓励进一步研究以更好地评估蝎子作为壳聚糖新型来源的潜力，后续的生物化学和组织病理学研究对于验证和强化当前发现仍然不可或缺。未来工作将致力于比较不同蝎种来源的几丁质、壳聚糖及其衍生物的理化性质。