一氧化碳被称为“无声杀手”，因为它无色、无味、无嗅。仅在美国，每年就有超过50,000人因一氧化碳中毒被送入急诊室，约1,500人死亡。大多数中毒事件发生在火灾、故障加热器或汽油动力设备将气体排放到密闭空间之后。如果没有及时的医疗救助，后果是致命的。即使幸存者也未必脱离危险。尽管现有最有效的治疗方法，近一半的幸存者仍会经历永久性脑部和心脏损伤。
马里兰大学（University of Maryland）医学院研究人员的一项新成果正在改写这一局面。他们开发了一种工程蛋白质疗法，能比氧气治疗更高效、更快速地降低血液中的一氧化碳水平，且没有限制现有方法的毒性副作用。
新策略对抗中毒
这种经过基因改造的RcoM-HBD-CCC蛋白质是细菌中天然存在的一种分子的重新设计版本。在自然界中，该蛋白质使微生物能够检测环境中的微量一氧化碳。研究人员通过重塑分子，设计了一个能在人体内部充当致命气体海绵的版本。
美国每年有超过50,000例紧急病例需要一氧化碳中毒治疗，1,500人死亡。（来源：消费者事务）
小鼠实验表明，该疗法起效迅速，能从红细胞中清除一氧化碳并通过尿液将其排出体外。该蛋白质不仅有效，而且安全，仅引起几乎无法察觉的血压波动。
马里兰大学巴尔的摩医学院院长兼医学事务副校长马克·T·格拉德温博士表示：“与其他大多数蛋白质疗法相比，我们发现该化合物引起的血压变化极小，这是一个令人兴奋的发现，并增加了这种新分子在临床环境中应用的前景。”
格拉德温表示，该分子可能成为“一种快速静脉注射解毒剂，可用于急诊科，甚至可由急救人员在现场使用。”
为什么一氧化碳如此致命
要理解为什么新疗法如此令人兴奋，有助于了解一氧化碳如何致死。在正常情况下，空气中的氧气与血红蛋白结合，血红蛋白负责将氧气输送到组织。一氧化碳争夺血红蛋白上完全相同的结合位点，但结合强度是一氧化碳的200至400倍。在有毒气体的控制下，氧气输送急剧下降。依赖不间断氧气供应的器官——包括心脏和大脑——会在几分钟内功能失调。
一氧化碳侵入人体的示意图。（来源：马里兰大学医学院）
现有治疗方法包括通过面罩或高压氧舱向患者输送100%的氧气。氧气治疗加速了一氧化碳的消除，但远非完美。即使使用纯氧，血液也需要约一小时才能消除一半的一氧化碳，而未经治疗则需要五个多小时。相比之下，新蛋白质疗法在实验室测试中不到一分钟就消除了一半的一氧化碳。
马里兰大学医学副教授、肺病、重症监护和睡眠医学部主任杰森·J·罗斯博士表示：“这种分子可能是一个改变游戏规则的产品，因为它能快速安全地从体内消除一氧化碳，且脱靶副作用的风险极小。”
安全清除蛋白的难题
马里兰的研究人员旨在设计“清除”蛋白。它们是定制分子，如血红蛋白，能比气体与天然血红蛋白结合更紧密地抓住一氧化碳。注射到血液中后，清除蛋白会吸收一氧化碳并消除它，使身体的红细胞恢复输送氧气的角色。
然而，挑战始终是副作用。大多数清除蛋白也会结合一氧化氮，一氧化氮是一种天然存在的调节血压的血管扩张剂。当过多的一氧化氮被清除时，血管收缩，血压危险上升。
天然蛋白质RcoM。（来源：马里兰大学医学院）
在过去的实验中，这一直不利于由血红素蛋白制成的治疗方法。但RcoM-HBD-CCC并非如此。在试验中，它对一氧化氮的反应性远低于典型血红蛋白。结果是更安全的特性，在高剂量下血压几乎没有上升。
着手关键细节
这种工程蛋白质展现出一种不常见的特性组合，这些特性很少同时出现。它对一氧化碳具有异常强的结合亲和力，结合常数为2.8 × 10¹⁰。对气体的粘附性极强。它对一氧化碳相对于氧气的选择性超过190,000倍，即它基本上忽略氧气但保留毒素。该蛋白质还具有热稳定性，在高达72°C时保持结构，并且抵抗自氧化，否则会杀死类似分子。
当引入体内时，RcoM-HBD-CCC迅速与红细胞血红蛋白中的一氧化碳结合，结合复合物通过尿液清除，无任何毒性。这种快速清除既是优点，也降低了积累到毒性水平的风险。
该分子的微妙平衡——对一氧化碳的优异活性，对氧气和一氧化氮的较差活性——是它与先前尝试的区别所在。通过保护一氧化氮信号，它减少了蛋白质疗法中通常出现的高血压和其他心血管问题的潜在风险。
未来展望
小鼠实验的成功只是一个开始，但这些发现有望打开新的大门。未来的研究将专注于在更大规模的临床前研究中最大化剂量和耐受性。如果结果保持，治疗可以进入人体试验。除了中毒案例外，研究人员还看到了其他用途。
严重贫血、失血性休克和急性呼吸窘迫综合征都是快速恢复氧气输送可以救命的情况。该蛋白质也可用作紧急血液替代品，或作为储存捐赠移植器官的方法。
罗斯表示：“凭借这些积极结果，我们还设想RcoM-HBD-CCC可用于其他领域，如在失血性休克或严重贫血中作为血液替代品。”目前患者的唯一现有疗法仍是氧气治疗。但随着这项研究，一氧化碳中毒的紧急治疗前景光明。
研究结果在线发表于《美国国家科学院院刊》(PNAS)。
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