溶細胞素

溶细胞素（Cytolysin），亦作溶胞素，是一类由微生物、植物或动物分泌的对特定细胞有毒性的物质。这类物质通常是通过让靶细胞因裂解而溶解而起效的。通常，溶细胞素会因对某一类细胞具有特异性而获得相应的名称。举个例子来说，一类能够导致红细胞裂解并释放出的其胞内血红蛋白的溶细胞素就被命名为溶血素（Hemolysin）。溶细胞素在免疫中扮演着重要角色，一部分毒液中也含有溶细胞素。
部分细菌（比如李斯特菌）可以分泌溶细胞素。这些细菌分泌的溶细胞素可以破坏巨噬细胞的吞噬体膜，并逃逸到上述细胞的细胞质中。

历史

术语“溶细胞素”（Cytolysin）或“溶细胞毒素”（Cytolytic toxin）最初由阿兰·伯恩海默引入，目的是对有溶解细胞能力的膜破坏性毒素（MDT）进行描述。第一种被发现的溶细胞素能够作用于某些敏感物种（如人类）的红细胞，从而使得他/它们发生溶血反应。因此，“溶血素”（Hemolysin）曾一度被用来描述所有的膜破坏性毒素。但在1960年代，人们又发现有些膜破坏性毒素会攻击红细胞以外的细胞（比如白细胞）。因此，阿兰·伯恩海默便引入了“溶细胞素”（Cytolysin）这一术语来代替原先的“溶血素”。溶细胞素可以在不使细胞裂解的前提下破坏细胞膜，因此，膜破坏毒素（membrane damaging toxins，缩写MDT）这一名词可以描述出溶细胞素的核心行为。多于三分之一的细菌蛋白类毒素都是溶细胞素。细菌的蛋白类毒素对人体有很高的毒性。举个例子来说，肉毒杆菌毒素对人的毒性比蛇毒强3x10⁵倍，对人的中毒剂量仅为0.8x10⁻⁸ mg。对于许多革兰氏阴性菌和革兰氏阳性菌来说，溶细胞素都是它们制造疾病的主要武器。气荚膜梭菌和金黄色葡萄球菌就是如此。
目前，人类已对溶细胞素做了大量研究。自1970年代以来，已有多于40种的溶细胞素被发现并归类。从基因水平上说，大约70种溶细胞素的遗传学结构已被阐明。溶细胞素破坏细胞膜的过程同样已被研究过。约翰·罗斯（Rossjohn）等人已提出了一种巯基活化的溶细胞素“perfringolysin O”的晶体结构。该溶细胞素可以在真核细胞的膜上造出孔洞。一个详尽的揭示了膜插入机制的跨膜孔洞形成的模型已被构建出来。Shatursky等人在对一种由可致病的气荚膜梭菌分泌的、叫做Perfringolysin O （PFO）的可生成离子孔道的胆固醇依赖型穿孔素的膜插入机制进行研究后发现，PFO不是每条多肽链具有一个两亲性的β型发卡结构，而是每个单体都有两个可以贯穿整个膜的β型的发卡结构。专注于对树脂毒素（英语：Resiniferatoxin，一类许多革兰氏阴性菌都会分泌的膜破坏性毒素）穿膜模型研究的拉里等人，阐明了蛋白质从树脂毒素到靶细胞脂质膜的插入和转运过程。

孔洞生成溶细胞素

孔洞生成溶细胞素（Pore forming cytolysins，缩写PFC）占到了膜破坏性溶细胞素的65%。第一种被发现的孔洞生成溶细胞素是能够插入红细胞膜的C5-C9复合物。该溶细胞素是在1972年由曼弗雷德·迈耶发现的。孔洞生成溶细胞素的来源很广——细菌、真菌，乃至植物。通常情况下，孔洞生成溶细胞素是通过在靶细胞的膜上造出孔洞起效的。值得注意的是，孔洞可能有许多种结构。比如说，孔蛋白状的结构能允许特定大小的分子通过。电场在孔洞两端分布不均，从而使得某些分子能够通过孔洞。葡萄球菌α溶血素（staphylococcal α-hemolysin）就是通过上述机理起效的。细胞融合也可以造出孔洞——在钙离子（Ca²⁺）的控制下，囊泡的融合会通过脂蛋白形成充水孔。

效果

靶细胞在遭到孔洞生成溶细胞素的攻击后，会因物质进出失控而受到致命的伤害。孔洞允许钠离子（Na⁺）一类的物质穿过细胞膜，造成超出靶细胞离子平衡能力的离子分布不均。靶细胞会因此而吸水膨胀直至破裂。靶细胞解体后，分泌溶细胞素的细菌便会摄取其胞内的营养物质，比如铁和细胞因子；一些能够分解靶细胞核心结构的酶也能够由此不受阻拦地进入靶细胞。

胆固醇依赖型溶细胞素

胆固醇依赖型溶细胞（Cholesterol-dependent cytolysin，缩写CDC）是一类特殊的溶细胞素。不少革兰氏阳性菌都可以分泌胆固醇依赖性溶细胞素。这种细胞素只能够在有胆固醇存在的细胞膜上造出孔洞。因为胆固醇依赖型溶细胞素特殊的寡聚过程，它们造出的孔洞比较大（25-30纳米）。值得注意的是，胆固醇在这种溶细胞素与靶细胞的黏合阶段并不是必须的。胆固醇依赖型溶细胞形成孔洞的过程比上一节所述的步骤还要多一步：寡聚化的水溶性单体会形成一种叫做“前孔复合体”（"pre-pore" complex）的中间体和一个穿过膜的β桶形结构。