デュベルノワ腺（デュベルノワせん、英：Duvernoy's gland）とは、一部のナミヘビ科の蛇にみられる腺のことである。
歴史
1966年にアメリカの爬虫類学者アーロン・マイロン・タウブ（Aaron Myron Taub）はヘビ類の頭部にある12種類の腺の形態学的研究を行い、特にこの腺について詳細に記述し構造が種によってどのように異なるかを分類した。無毒とされたナミヘビ科が毒を持っているという証拠は以前から見つかっていたが、相同でない哺乳類の耳下腺(parotid gland)との混乱を避けるため、彼はこの器官を初めて観察したフランスの動物学者ジョルジュ・ルイ・デュヴェルノワに敬意を表して命名した。その後、ブームスラング（）やアフリカツルヘビ(Thelotornis kirtlandii)など人体に対して致死性のある有毒ナミヘビ科の存在、無毒とされた北米のナミヘビ科に有毒種がいくつか存在することなどが示され、現在ではナミヘビ科の30～40%が毒を持つ≒デュベルノワ腺を保有することが示唆されている。
構造と機能 デュベルノワ腺は左右一対あり、眼の後方および側頭部に位置し、しばしばその腹側縁で上唇腺と重なるように配置される。デュベルノワ腺は主に粘液細胞(mucous cells)からなる粘液腺房(mucous acini)と漿液細胞(serous cells)からなる漿液腺房(serous acini)から構成されているが、大部分は漿液細胞で構成されており、粘液細胞は導管の内壁上皮等に限定されている。筋上皮細胞には自律神経の終末がみられ、毛細血管周囲にも神経終末が存在する。腺は結合組織の層で覆われ、漿液細胞には電子密度の高い顆粒が見られるのに対し、分泌細胞の顆粒は電子密度が低い。過ヨウ素酸シッフ(PAS)染色では漿液細胞は淡紫色に染色されることから糖タンパク質が含まれていることを示している一方、導管上皮の粘液細胞は濃紫色に染色されムチンを含む酸性粘液の存在を示している。ブロモフェノールブルーおよびアルシアンブルーを併用した染色でも同様の結果が示される。デュベルノワ腺からの分泌物の排出は分泌顆粒が管腔内に放出されることで起こると考えられており、そこからの分泌物の移動は、近くの収縮する横紋筋によって外部から加えられる機械的圧力によって補われる可能性がある。
ただし、デュベルノワ腺の形態および配置は種によって大きく異なり、同属の種間であっても違いが見られる。その変異の高さゆえ使用される用語をめぐって論争が生じ、著者及び年代によって同じ器官に対して異なる名称が頻繁に使われることもある。非常に強い毒を持つことで知られるブームスラングは他のナミヘビ科のヘビに比べ非常に発達したデュベルノワ腺を持ち、小葉壁の陥入と突出により分泌表面積と貯蔵空間が確保されている。同じく強毒を持つアフリカツルヘビも同様にデュベルノワ腺が発達している。
ダイススネーク(Natrix tessellata)を用いた発生研究では、胚発生15日目に口腔上皮が二股に陥入することでデュベルノワ腺原基と上顎歯板が分岐しその主軸から垂直に枝が放射状に伸びることで腺原基を形成した。16~20日目には加水分解酵素であるアルカリホスファターゼ活性の増加が確認された。28日目以降には粘液物質が出現し、35日目の孵化当日には主導管に粘液細胞が観察され腺房に分泌顆粒が認められた。
ミナミオオガシラ(Boiga irregularis)では獲物に注入したデュベルノワ腺分泌物の約54%だけが実際に内臓に到達し、残りは体表に残った。内臓に到達する量はマウスの腹腔内LD50の約3～8倍であるが、ナミヘビ科のヘビは獲物を殺す際に毒よりも締め付けによる窒息に依存している。したがって、デュベルノワ腺分泌物は体外消化機能の一部でありその毒性はこの機能の副産物であると推測される。
前牙類と後牙類の違い いわゆる「前牙類」と呼ばれるクサリヘビ科およびコブラ科は、顎前方に中が空洞になった毒牙を持ち、加圧されると毒腺から毒を放出することができ、獲物を捕獲及び防御に用いる。これら「前牙類」は人間への咬傷被害が極めて多いことから医学的に重要である。前牙類の毒腺の内部はかなりの空間が毒の細胞外貯蔵に充てられており、即座に使用可能な毒を大量に蓄える貯蔵庫としての役割を果たしている。
一方で「後牙類」と呼ばれるナミヘビ科、イエヘビ科、ミズヘビ科などの毒蛇は、奥歯付近にある毒腺で生成される分泌物に含まれる毒によって獲物を捕獲する（ただしイエヘビ科、ミズヘビ科の毒腺をデュベルノワ腺と呼ぶことについては議論が必要)。デュベルノワ腺は顎筋に直接付着することはほとんどなく、閉口筋の一部は腺の内側を通過するものの付着しない。顎後方にある1つ以上の拡大した牙(後牙)により獲物に傷を与えると、デュベルノワ腺の分泌物が小葉に接続された網状の小葉導管からより直径の大きい主導管へと運ばれ、上顎後方の歯の基部を囲む口腔上皮のヒダ組織へ低加圧で毒液を排出させ、その後口腔内に排出され、獲物の傷口を通して組織に毒液を流し込む方式であると考えられる。ナミヘビ科（後牙類）特有の毒の収量の低さと被害の少なさから前牙類に比べ毒の生理活性研究があまりなされておらず、多くのナミヘビ科が持つ毒は人体に対してほとんど影響ない、あるいは患部が腫れる程度であるが、ヤマカガシ属、ブームスラング属、アフリカツルヘビ属、タチメニス属の4属は人体に対して致死性のある毒を持つ数少ないナミヘビ科であり、日本では動物愛護管理法の規定に基づき、特定動物に指定されている。
現在、すべてのナミヘビ科のデュベルノワ腺と前牙類の毒腺は相同であるという説が支持されている。そのためナミヘビ科の腺に対して「Duvernoy's glands」と呼ぶことを廃止し、前牙類と同じく「venom gland」という用語を使用するべきであるという研究者も多い。
後牙類のベノミクス 多くの後牙類の毒は人体にさほど影響がないことに加え、後牙類の腺から分泌される毒の収量が非常に少ないことはこれらの毒の研究の進展を滞らせる結果となっている。しかし近年においてはRNAやDNAの投入をほとんど必要としないオミクス技術の進歩により毒研究者からより多くの注目を集めるようになった。特にトランスクリプトーム解析はニッチな生物種の毒を研究するうえで重要となる。トランスクリプトーム解析では主にmRNAやノンコーディングRNA、miRNAなどを含むすべての転写産物のカタログ化し、転写開始部位やスプライシングパターン、転写後修飾などの決定により構造を確立し転写産物の発現レベルの変化を定量化することが主な目的である。これを応用することで近縁種の間でみられる毒遺伝子の重複、多様化、および獲得のような遺伝子動向を明らかにし、パラログの遺伝子領域のマッピングにより異なる遺伝子ファミリーの進化についての知見を与えることができる。また毒遺伝子の発現量やアイソフォームの多様性などの違いは遺伝子のコピー数とは無関係にタンパク質組成に影響を与える可能性がある。生態学領域では同種内における獲物の特化、地理的隔離といった生態学的要因によって引き起こされる比較トランスクリプトーム解析が、遺伝子と経路の両方で毒遺伝子の発現をどのように形成するかを解明するのに役立つ。また毒ペプチドの配列決定を行うプロテオミクス(ペプチドミクス)解析も重要である。以前はプロテインシーケンサーを用いたエドマン分解が主流であったが、N末端が化学修飾を受けているとシーケンス反応が阻害されることや、一つずつアミノ酸配列を決定することから短いペプチドには有用であるが30残基を超える長いアミノ酸配列の決定には精度が失われ不向きであった。近年では高性能LC-MS/MSを用いた質量分析法が普及し、複雑なタンパク質混合物を処理でき広範囲の翻訳後修飾もカバーできるようになった。さらにde novo ペプチドシーケンスでは既存のデータベースに依存しなくともゲノム未解読の生物のペプチドや翻訳後修飾を受けたペプチドなど新規のペプチド配列を決定でき、臨床研究にあまり重要視されない多くの後牙類の毒ペプチド研究を躍進させることが期待される。これらのオミクス技術を用いて毒の組成や遺伝子を研究する「ベノミクス」と呼ばれる学問分野が新たに提唱されるようになり、2003年にはオーストラリアで開催された国際生物毒素学会でベノミクスプロジェクトが提案され、有毒ヘビや節足動物のゲノム解読やトランスクリプトーム解析などを通して生物の毒生産やタンパク質の分子機構など将来の治療薬につなげる新たな知見を得るためのプロジェクトが行われた。欧州ベノミクスプロジェクトでは有毒生物203種のオミクス解析により約25000のタンパク質・ペプチド配列が明らかにされた。
具体例
three-finger toxin(3FTx) ナミヘビ科の主要な毒成分としてはthree-finger toxin(3FTx)がある。このポリペプチドは60～74個のアミノ酸残基から構成され、高度に保存された4つまたは5つのジスルフィド結合と3つのβストランドを含むループからなる共通の三次構造を特徴とするポリペプチドである。この3つのループが3本の指を立てたような構造をしていることから命名された。このファミリーに属しているものの多くが神経毒性を示し、コブラ科における主要な神経毒であり出血毒メインのクサリヘビ科であまりみられないが、近年になってナミヘビ科のデュベルノワ腺分泌物からも3FTxが発見されるようになり、ナミヘビ上科であるコブラ科とナミヘビ科の系統関係を示すものとなっている。最初に単離された3FTxはホウシャナメラ(Coelognathus radiatus)由来のα-colubritoxinである。ニコチン性アセチルコリン受容体(nAChR)に結合して可逆的な阻害を示す。
2番目に単離された3FTxは2005年に単離されたマングローブヘビ ()由来のboigatoxin-Aで、α-colubritoxinと配列相同性を示す。骨格筋において弱いシナプス後神経毒性を持つほか、ラット精管の平滑筋においてシナプス前神経毒性を持ち、シナプス前プリン受容体またはアドレナリン受容体を介さずに神経伝達物質の放出を抑制するという特徴がある。このような活性が報告されたのはヘビ毒では初めての事例であり、ナミヘビ科の毒が持つ未開拓の潜在能力を示すものである。このヘビにはDenmotoxinと呼ばれる5つのジスルフィド結合を持つ3FTxも含む。このポリペプチドは鳥類の神経に対する強力な活性を示し、シナプス後ニューロンを不可逆的に遮断する。ニワトリの筋肉のニコチン性アセチルコリン受容体への感受性はマウスの受容体と比較して約100倍が高いことが判明している。さらに分子置換法によりナミヘビ科の毒から得られた3FTxとしての初めて結晶構造が解明された。このヘビは樹上に巻き付いて生活し鳥類を待ち伏せしてとらえるといい、毒素の特異性とヘビの獲物の種類との相関関係を示している。
2008年にはミナミオオガシラからIrditoxinと呼ばれる3FTxが単離された。名称は種小名irregularisの先頭と二量体を意味するdimericからとられた。このポリペプチドは鎖間ジスルフィド結合を介して共有結合しており、ナミヘビ科としては初めて発見された二量体の3FTxである。鳥類とトカゲに対して分類群特異的な致死性を示し、特に鳥類の神経筋接合部ではアマガサヘビが持つα-bungarotoxinに匹敵する強力な神経筋遮断作用を示したが、マウスに対してはほぼ無毒であった。またHemidactylus属のヤモリのミナミオオガシラ毒に対するLD50は幼体ヘビでは1.1μg/gであったが、成体ヘビでは2.5μg/gに変化したという報告もある。グアム産のミナミオオガシラの幼体および成体の標本を用いた毒腺トランスクリプトーム解析では、それぞれの毒組成が異なり、これらの結果は発生段階における食性の移行の結果と思われる。また同研究では18種のタンパク質ファミリーに属する毒素が同定され、特に3FTxが全毒素遺伝子の約94%を占めた。プロテオーム解析では単量体および二量体3FTxが圧倒的であり、それぞれ毒タンパク質の約78%、84%を占めた。。ミナミオオガシラが属する大型のBoiga属は、発生段階に応じて変温動物食から恒温動物食へと食性が変化する傾向を示す。この食性変化はコブラ科やクサリヘビ科でもみられることがある。
2010年には後牙類のキールウミワタリ(Cerberus rynchops)からミズヘビ科としては初めてのヘビ毒タンパク質が同定された。コラーゲン様ドメインとフィブリノーゲン様ドメインを持つタンパク質であるフィコリンと配列相同性を示す2つのタンパク質を同定し、それぞれryncolin1とryncolin2と命名された。フィコリンとの構造的類似性に基づくと、ryncolinは血小板凝集を誘導し補体アクチベーターとしての役割がある可能性がある。このオミクス分析により、キールウミワタリの毒は従来のヘビ毒の中で最も単純なものの一つであることが明らかになった。2023年にはマダガスカルに分布するマダガスカルヘビ科またはイエヘビ科の後牙類ゴノメアリノハハヘビ(Madagascarophis colubrinus)から新規のペプチドが発見されている。macoluxinと命名されたこのペプチドはジスルフィド結合を持たない23アミノ酸のペプチドであり、筋肉型nAChRを可逆的に阻害することが可能である。 エイの一種Torpedo californicaの電気器官nAChRを用いた実験ではα-Bungarotoxinの結合を競合的に阻害した。macoluxinは他の科に属するヘビのSVMP断片と高度な相同性(91%)があることが判明した。ミズヘビ科とイエヘビ科はナミヘビ上科の後牙類に属すが、それらの毒腺をデュベルノワ腺と呼ぶことについては議論が必要である。
2013年には中南米に分布するツルヘビの一種Oxybelis fulgidusからfulgimotoxinと命名された3FTxが発見された。このポリペプチドは餌となるアノールなどのトカゲ類に対して特異的に作用し、哺乳類に対しては効果が無い。また構造分析によりループIIにcolubrid toxin motifの (CYTLY)と、Boiga属とOxybelis属特有の保存モチーフ（WAVK）が存在する。Boiga属とOxybelis属の3FTxのループIIは受容体結合に関与していることから、この保存モチーフが鳥類またはトカゲの作用特異性に関与している可能性が示唆されている。
ヘビ毒メタロプロテアーゼ（SVMP） ヘビ毒メタロプロテアーゼ（SVMP）は多くのヘビ毒に含まれる酵素であり、活性金属として亜鉛を含む。クサリヘビ科の毒液に豊富に存在するが、コブラ科、ナミヘビ科でも見られる。SVMPはペプチドシグナル配列、プロドメイン、メタロプロテアーゼドメインを含む最小かつ最も単純なP-I、それに加えスペーサー配列、ディスインテグリンドメインからなるP-II、ディスインテグリン様ドメイン、システインリッチドメインを含むP-IIIに分類される。PI、P-IIはクサリヘビ科でのみ見られ、これまでに記載されたナミヘビ科のSVMPはすべてP-IIIに属している。ナミヘビの毒にPI、P-IIクラスが存在しないことは、これらのタンパク質がクサリヘビ科分岐後にP-III祖先遺伝子から進化したという仮説を支持する。SVMPの主要な機能は出血毒活性であり、これは毛細血管の内皮細胞を取り囲むラミニンや IV型コラーゲンなどの基底膜タンパク質の加水分解によって生じる。
その他、C型レクチン、ヘビ毒セリンプロテアーゼ(SVSP）、ホスホリパーゼA2 (PLA2)、クニッツ型セリンプロテアーゼ、システインリッチ分泌タンパク質(CRISP)などが存在する。当然ながら、種によって含有量に多様性がある。
また南米に分布するPseudoboa neuwiedii は主に両生類、爬虫類、ネズミなどの脊椎動物を捕食するが、温和な性質ゆえヒトへの毒咬傷の記録はない。このヘビの毒はナミヘビ科の毒としては珍しくPLA2活性を多く含む。この成分同定研究において、一般的なヘビ類データベースでショットガンプロテオミクスを実行したところ、メタロプロテアーゼのみが同定されたのに対し、本種の毒腺由来のトランスクリプトームデータで実行したところ、メタプロテアーゼに加えCTLやPLA2-IIEなどの成分が含まれていた。これらの結果は、ナミヘビ科のヘビの毒液成分を正確かつ包括的に同定するには特定の種類の専用のデータベースが必要であることが示唆される。
ヤマカガシ類 ヤマカガシ(Rhabdophis tigrinus)は日本の水田に生息する有毒のナミヘビ科であり、餌となるヒキガエル由来の強心ステロイドであるブファジエノライド(bufadienolides) を首にある頸腺に隔離して防御用に利用する生態で知られるが、当然ながら顎後方にデュベルノワ腺を持ち、死亡例もある強い毒を持つ。ヤマカガシのデュベルノワ腺から分泌される毒の主な作用は強力なプロトロンビンの活性化とそれに伴うフィブリノーゲンの消費・枯渇にある。弱いトロンビン様作用もみられる。初期にはプロトロンビン→トロンビンの変換を活性化させることでトロンビンを過剰に生成させ、フィブリノーゲン→フィブリンの変換も促進され、これにより血管内に小さな血栓が多数生成される。やがて血液が凝固能力を失い線溶の促進により歯茎や皮下出血などの全身性出血がみられ、重症の場合は播種性血管内凝固症候群(DIC)を引き起こす。ヤマカガシに噛まれた際の血清投与の目安はフィブリノーゲンが100 mg/dL未満と場合とされている。以前からこのプロトロンビンアクチベーターの研究は行われていたが、構造と作用機序の詳細は依然として不明であった。2026年にこのプロトロンビンアクチベーターが部分精製され、属名RhabdophisからRhabdarinという仮称が与えられた。亜鉛キレート剤で失活しセリンプロテアーゼ阻害剤PMSFで失活しない性質と、保存モチーフのペプチド断片が同定されたことから、Rhabdarinは亜鉛を有するSVMPであることが確認された。RhabdarinはプロトロンビンのArg320-Ile321間を切断しメイゾトロンビン、α-トロンビン、および2つのペプチド断片に分解し、よく血液凝固に関連付けられるカルシウム、リン脂質、第V因子を必要としない。またヤマカガシ毒に微量に含まれるCRISPであるTigrinはMAPK経路を活性化させ血管内皮細胞からインターロイキン-8の放出を促進することで局所的な炎症反応を増強させる。
南アジアに分布するアカクビヤマカガシ(Rhabdophis helleri)の毒の血液凝固の促進はSVMPが第VII因子を強力に、第X因子を中程度に活性化することで作用する。第VII因子の活性化は毒液単独では最小限であったが、補因子である第V因子を添加した条件下では顕著に増加し、同じく補因子である第Va因子を添加すると酵素活性は最大値を示した。血液凝固では内因性トロンビンによって産生された第Va因子を利用するほか、ヘビ自身が第V因子を使用可能な第Va因子に変換することができる。本研究で、SVMPによる第VII因子および第X因子の活性化における補因子として第Va因子の使用が初めて確認された。また第VII因子および第X因子の活性化は極めて高いレベルのカルシウムおよびリン脂質依存性を示した。リン脂質の依存性はカルシウムよりも高く、このような高いレベルのリン脂質依存性が認められた毒液はこれが初めてであるという。
ブームスラング ブームスラング()はサハラ以南のアフリカに分布する有毒ナミヘビ科で、ナミヘビ科としてはあまりにも発達した後牙とデュベルノワ腺を持ち、死亡例もある非常に強い毒を持つ。このヘビの咬傷はアメリカの著名な爬虫類学者カール・パターソン・シュミット(Karl Patterson Schmidt)の死因になったことでも有名である。ブームスラングの毒はやはりヤマカガシと同様血液凝固作用を主体とする。血液凝固を活性化させるSVMPはトランスクリプトーム解析では発現する毒素遺伝子の約75%、プロテオーム解析では毒液に含まれる毒タンパク質の約78%を占めた。またブームスラングSVMPの約50%は分子量が67kDaであり、dispholysin Aと命名されたこのSVMPはプロトロンビンと第Ⅹ因子を活性化することで血液を凝固させる。その他3FTx、PLA2 、CRISP、SVSPなど7種のタンパク質ファミリーを含む。
現状の問題 後牙類のヘビの毒は餌となる生物への作用選択性が高い傾向がある。ベノミクスが進展した現在でも、ヤマカガシやブームスラングなど一部の強毒種を除き、多くの後牙類の毒は臨床研究において重要視されるコブラ科やクサリヘビ科に比べ成分や性質が解明されていない。ほとんどのLD50の研究では、入手しやすさや遺伝的均一性、および人間への適用性が高いという理由でマウスやラットなどの哺乳動物が使用されているが、後牙類の毒にみられる鳥類、節足動物、爬虫類等の哺乳類以外の生物に対する選択的な作用を踏まえると、哺乳類の毒性効果のために排除されたこれら特殊な毒の生物学的効力を見落とす可能性がある。
脚注
注釈
出典
関連項目 ヤマカガシ 血液凝固 生理活性