- 文／林傑│有點反骨的人類。談談科學，再談談文學。
世界上最遙遠的距離，是解藥就在面前……
2017 年 2 月 13 日，就在情人節前夕，北韓領袖的同父異母哥哥金正男在吉隆坡機場遭到毒殺，在短短 20 分鐘內即窒息死亡，法醫在遺體眼睛及臉部發現了 VX 神經毒劑。
令人惋惜的是，檢方在金正男的隨身物品發現 12 瓶阿托品 (Atropine)，而那正是 VX 神經毒劑的解毒劑。到底是什麼樣的毒？能讓人在解藥面前，來不及治療而死亡。
真正的一日喪命散：VX 神經毒劑
「一日喪命散，是由七種不同的毒藥，再加上鶴頂紅，提煉七七四十九日而成，吃了之後一日之內會武功全失，筋脈逆流，胡思亂想，而致走火入魔，最後會血管爆裂而死。」──唐伯虎點秋香
到了現代，化學武器的「毒」比起電影的毒藥更稱得上一日喪命散這個名字，它只需極少的劑量就可在短時間內致命。
1950 年代開發的 VX 神經毒劑，它比起上一代的「沙林毒氣」更不容易揮發，容易殘留在環境及人體身上，殺傷力與擴散力比以往更強。即使被國際條約禁止，近幾十年來的戰爭或恐怖攻擊還是能夠見到它們的身影。
VX 與沙林都是有機磷化物，同時是乙醯膽鹼酯酶 (acetylcholine esterase) 的不可逆抑制劑。它們進入生物或人體中會與乙醯膽鹼酯酶結合使其失去活性，進而破壞神經系統傳導功能，造成肌肉及神經系統癱瘓，最後導致患者窒息而死亡。若是未及時接受治療，從接觸毒素到死亡只需要不到一個小時，甚至更短。
這類的神經毒會造成噁心、嘔吐的感覺，嚴重者甚至會無法呼吸、窒息。圖／pixabay
別以為這種毒不存在我們生活中，農藥中就有一部分是屬於有機磷農藥（如 1997 年被禁用的巴拉松）。當農藥在噴灑時，對於農民也是一大安全隱憂；根據世界衛生組織 (WHO) 統計，每年在開發中國家有超過二十萬的人因為有機磷農藥而死亡。
若是不幸吸入或接觸到有機磷毒素，目前只能以阿托品 (Atropine) 與解磷定 (Pralidoxime, PAM) 併用進行治療；但即使幸運地及時獲得治療，仍有可能受到不可逆的神經系統損傷，留下永久的後遺症。況且大部分的時候，醫護人員很可能無法立即抵達患者身邊。對於這種急毒性物質，難道人類就無力可施嗎？
幸好，科學家還沒放棄，想出了一個辦法：既然投藥治療很可能來不及，那麼就來研究「事前預防」吧。
毒素疫苗：抵抗毒素也是預防勝於治療
一般的疫苗，是透過接種疫苗，刺激人體的免疫系統辨識特定病原體並生成抗體，讓人體自身擁有抵抗力。
科學家在幾十年前提出「毒素疫苗」的概念，它並非真正的疫苗，而是一種可以偵測並分解毒素的物質，科學家將其稱作「守衛(bioscavenger)」1。事先將守衛注射到身體中，這種物質可以透過鍵結或者催化水解的方式分解神經毒劑。
概念很簡單，做起來卻相當困難。首先要克服的，便是任何要注入血管中的物質，都要考慮到免疫系統的反應。其次，過去數十年的研究，守衛的解毒效率不是很低，就是能存留在體內的時間短，最多只能存留一個小時，隨後被身體自動代謝消滅。相較之下，一般疫苗的保護力可以持續一年到數年以上。若要作為實用的守衛，至少須能在生物體內存在七天，最好可以持續到一個月以上。（開玩笑，每小時打一次針，誰能受得了？）
近期華盛頓大學化學工程系的研究團隊在科學轉譯醫學期刊 (Science Translational Medicine) 發表了他們的最新成果──奈米守衛 (Nanoscavenger)。體內被注射奈米守衛的豚鼠，面對「沙林大魔王」仍活蹦亂跳，甚至還存活長達八天。
科學家在幾十年前提出「毒素疫苗」，它並非真正的疫苗，而是一種可以偵測並分解毒素的物質。圖／pixabay
奈米守衛：雙層結構的保命藥
奈米守衛的組成有兩大核心，催化中心（有機磷水解酶 OPH）及保護層 (PCB)。
有機磷水解酶 OPH 全名為 Organophosphorus hydrolase，顧名思義，它可以將有機磷水解成無害的物質，當注入血液中也不會激起人體的免疫反應。作為此研究的靈魂人物，OPH 有個致命的缺點──它的藥效極短。若是將 OPH 直接注入到生物體內，只有一到兩天的效果，隨後就被代謝清除掉。
但當研究人員在 OPH 表面鍵結上一層具有親水性與半透膜性質的聚羧基甜菜鹼（PCB; poly(carboxybetaine)） 作為保護層。不可思議的是，這層半透膜可以減緩 OPH 被代謝，也不會阻擋目標毒素與 OPH 進行反應，因此不影響解毒效率。
雖然有機磷水解酶 (OPH) 可以將磷水解成對身體無毒的物質，但在體內的代謝速度很快。圖／pixabay
沙林算甚麼？豚鼠 never die
研究團隊向軍方借來了沙林來做實驗，選用了改良過的 OPH-YT，加上 PCB 後，做出升級版奈米守衛 YT。接著，在豚鼠體內注射奈米守衛 YT，再注射沙林，之後每隔 24 小時注射沙林，觀察豚鼠的生理狀況與病徵。
研究發現，擁有奈米守衛 YT 的豚鼠全數存活到第六天，第七天時存活率降為 80%，到了第八天存活率仍有 60% 左右。這一些存活到第八天的豚鼠，依然頭好壯壯，只出現輕微的中毒現象，要知道，他們可是吃下數倍的沙林致死量。
先別急著送花，我還活得好好的！圖／pixabay
由於老鼠的代謝速度比起人類快上許多，因此研究人員推論奈米守衛可在人體存活得更久，可能長達數周，粗估在人體的生物半衰期2，可能長達 100 小時（豚鼠 36.3 小時）。當然老鼠與人類不能相提並論，即使同為哺乳類，生理系統仍有許多的不同，須經過進一步的臨床實驗才能證實，也因此研究團隊希望下個階段能在靈長類動物上進行實驗。
未來奈米守衛開發完成，將是農藥工作者與前線軍人的保命符，避免第一時間死亡，甚至促使各界減少化學武器的使用，畢竟沒有殺傷力的武器就如同玩具。
註解
- 此處將 bioscavenger 暫譯為「守衛」，Nanoscavenger暫譯為「奈米守衛」。
- 半衰期：一個物質失去一半效果的時間，描述代謝過程對特定物質的清除效率。
參考資料
- P. Zhang, E. J. Liu, C. Tsao, S. A. Kasten, M. V. Boeri, T. L. Dao, S. J. DeBus, C. L. Cadieux, C. A. Baker, T. C. Otto, D. M. Cerasoli, Y. Chen, P. Jain, F. Sun, W. Li, H.-C. Hung, Z. Yuan, J. Ma, A. N. Bigley, F. M. Raushel, S. Jiang, Nanoscavenger provides long-term prophylactic protection against nerve agents in rodents. Sci. Transl. Med. 11, eaau7091 (2019)
- ‘Nanoscavengers’ could protect people from sarin gas, other nerve agents
- 如果北捷發生毒氣攻擊
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