澳洲「刺樹」（stinging tree）如何讓人痛苦？

 

Dendrocnide moroides（類桑刺樹）。圖片來源：維基百科。

在澳洲昆士蘭省的許多步道入口，常可看到「小心刺樹」（Beware of stinging tree）的標誌。原因無他，因為東澳是六種火麻樹屬（Dendrocnide）植物的原生地。在這六種火麻樹屬植物中，最為聲名狼籍的首推巨大刺樹（giant stinging tree，Dendrocnide excelsa）與類桑刺樹（mulberry-like stinging tree，Dendrocnide moroides）。

這些樹的葉片表面有許多刺毛，一旦接觸後，刺毛斷裂，裡面儲存的毒液就注入皮膚，給人一種「肉被釘子扎了」的感受。在台灣，與它們同屬蕁麻科的「咬人貓」（Urtica thunbergiana Sieb. & Zucc.）據說摸了以後可以痛上個幾小時到半天，但這些澳洲刺樹們曾有讓人痛到住進加護病房36小時，且使用嗎啡來止痛也無效的紀錄，所以也就難怪在當地的步道入口會有警告標示了。

過去對於到底這類的樹為什麼會導致這麼大的痛苦有許多假說，包括毒液中可能有組織胺、乙醯膽鹼、5-羥色胺、甲酸和其它低分子量有機酸，但是當科學家將毒液拿去透析，不含上述這些物質的毒液還是可以引發相同的反應，而將上述物質再重新加回去、或是單純注入上述物質，也不能改變痛的本質或引發類似的痛覺反應。這意味著毒液中有更大分子的物質（可能為神經毒素）能引發這些反應。

因此，哈佛大學的研究團隊想要瞭解，到底在這些火麻樹屬植物中（尤其是巨大刺樹與類桑刺樹）的毒素是什麼。他們取得了植物的毒液，以高效液相層析（HPLC）將毒液中的不同成分分開後，找出可以引發刺痛的成分後再以質譜儀（MS）分析，發現了一個大約四千道爾吞（kDa）的小分子。

接著他們將刺樹的轉錄體（transcriptome）進行分析，找到了一個可以轉譯出36個胺基酸大小的基因。這個多肽（被以古比語[Gubbi]命名為gympietides，因為這類的樹在古比語中稱為gympie-gympie）有不少的雙硫鍵。以人工合成的這個多肽，也能引發相同的效果：給老鼠的手掌注射大約0.1-1.2 pmol的多肽，老鼠會開始出現經典的痛覺反應（舔、咬、晃動或舉起手掌），並持續約一小時。

後續的分析發現，這個多肽能有效活化小鼠感覺神經元並延遲電壓門控鈉通道的失活，而其立體結構與蜘蛛和蝸牛毒素類似，都有一個抑制性胱氨酸結基序（inhibitory cystine knot motif）。研究團隊對這個發現覺得很有意思，畢竟植物的毒素竟然與動物的毒素共用類似的機制，這是否為一種趨同演化呢？

參考文獻：

Science Advances 16 Sep 2020: Vol. 6, no. 38, eabb8828 DOI: 10.1126/sciadv.abb8828