توتين (سم)

التوتين مشتق نباتي سام يوجد في نباتات التوتو النيوزيلندية (عدة أنواع من جنس الكورياريا ). يعمل كمضاد قوي لمستقبلات الجلايسين ، [ ^{1 ] وله} تأثيرات تشنجية قوية . [ ^{2 ] يُستخدم} في الأبحاث العلمية المتعلقة بمستقبلات الجلايسين. يرتبط أحيانًا بتفشي حالات التسمم بالعسل عندما يتغذى النحل على إفرازات الندوة العسلية من حشرة نطاط الكرمة الآلامية ( سكوليبوبا أستراليس ) الماصة للعصارة، وذلك عندما تتغذى هذه الحشرات على عصارة شجيرات التوتو. يُعدّ التسمم بالعسل حدثًا نادرًا، ويزداد احتمال حدوثه عند تناول العسل الشمعي مباشرةً من خلية نحل جمعت الندوة العسلية من نطاطات الكرمة الآلامية التي تتغذى على نباتات التوتو. ^{[ 3 ]}

اكتُشف سم التوتين لأول مرة كملوث للعسل في أواخر القرن التاسع عشر. أدخل المبشرون الأجانب نحل العسل الغربي ( Apis mellifera ) إلى نيوزيلندا عام ١٨٣٩. وبعد بضعة عقود، عانى من تناولوا العسل المحلي من أعراض مثل القيء والصداع والتشوش الذهني. ^{[ ٤ ]} في ذلك الوقت، دُرست هذه المادة العصبية السامة ، وفي أوائل القرن العشرين، وُصفت آثارها السامة وصفًا دقيقًا. ^{[ ٤ ]} كان من المعروف أن السم يأتي من نبات التوتو. ومع ذلك، لا يحتوي رحيق نبات التوتو ولا حبوب لقاحه على هذا السم، وهما الجزآن اللذان يتناولهما نحل العسل. وفي النهاية، وُجد أن حشرة نطاطة زهرة الآلام ( Scolypopa australis )، وهي حشرة ضارة، تستخلص عصارة من البراعم الصغيرة لنبات التوتو وتُفرز ندى عسليًا يحتوي على سم التوتين. ^{[ 4 ]} تستهلك نحل العسل الندوة العسلية كمصدر غذائي إضافي، مما يؤدي إلى تلوث العسل الذي تنتجه بهذا السم. ^{[ 4 ]} ومنذ ذلك الحين، بدأت تظهر حالات تفشٍ أخرى للتسمم بالتوتين بشكل دوري. وفي عام 2008، اضطرت عائلة إلى دخول المستشفى بسبب أعراض حادة ناجمة عن عسل منزلي ملوث بالتوتين. ^{[ 4 ]}

التوتين سم عصبي مُسبب للتشنجات، وهو عبارة عن سيسكويتربين متعدد الحلقات متعدد الأكسجين . [ ^{5 ] يُعد} التوتين أحد سلسلة من المركبات المتشابهة كيميائيًا ودوائيًا، والتي دُرست منها بشكل مكثف مركبات البيكروتوكسينين ^{[ 6 ]} والكورياميرتين ^{[ 7 ] . اقترح كونروي [ 8 ] [ 9 ]} بنية البيكروتوكسينين، والتي تم تأكيدها بواسطة دراسات البلورات بالأشعة السينية، كما حدد التكوين المطلق للجزيء. ^{[ 10 ] [ 11 ]} اقترح كاريون وأوكودا بنية التوتين ^{[ 12 ]} بناءً على بنية البيكروتوكسينين ودراسات التحلل الكيميائي. تم تأكيد بنية التوتين، بما في ذلك الكيمياء الفراغية المطلقة، بواسطة تحليل البلورات بالأشعة السينية ^{[ 5 ] [ 13 ]} بالإضافة إلى الوسائل الكيميائية والبصرية الضوئية. ^{[ 14 ] [ 15 ]} يتميز التوتين بهيكل جزيئي شديد الإجهاد، يتضمن حلقتين من الإيبوكسيد ولاكتون ، وهو عرضة لإعادة ترتيبات مختلفة. يتميز التوتين بمذاق مرٍّ شديد. يذوب التوتين بسهولة في الأسيتون ، ولكنه يذوب بشكل متوسط ​​في الكلوروفورم ، ولا يذوب في ثاني كبريتيد الكربون أو البنزين . تؤدي إضافة حمض الكبريتيك المركز إلى بضع قطرات من محلول مائي مشبع من التوتين إلى ظهور لون أحمر قانٍ. ^{[ 16 ]}

في عام ١٩٠١، عُزل مركب التوتين لأول مرة على يد إيسترفيلد وأستون، ووُصف بأنه السم المُسبب للتشنجات الموجود في نوع من نباتات الكورياريا في نيوزيلندا (يُسمى "توتو" أو "تويتوي" بلغة الماوري). استخدم إيسترفيلد وأستون ١.٥ كيلوغرام من البذور و١١ كيلوغرامًا من نبات الكورياريا ثيميفوليا المجفف هوائيًا (بدون جذور) من مدينة دنيدن وقت الإزهار في يناير. طُحنت البذور، ثم عُولجت بثاني كبريتيد الكربون لإزالة الزيت الأخضر المُجفف. وُضع النبات في آلة تقطيع التبن ، ثم غُلي بالماء. عُولج الخليط بكمية كبيرة من الإيثانول ، الذي رسب أملاحًا غير عضوية وحمض الإيلاجيك وكمية كبيرة من مادة سوداء. بعد التقطير، استُخلصت المادة المتبقية باستخدام ثنائي إيثيل الإيثر . أُعيدت بلورة البلورات عدة مرات من الماء، مما أدى إلى فصل المادة على شكل إبري مميز، وإعادة بلورتها من الإيثانول على شكل موشورات ذات نهايات مائلة. احتوى المنتج النهائي على غلوكوزيد التوتين غير النيتروجيني شديد السمية على شكل بلورات عديمة اللون تنصهر عند درجة حرارة 204-205 درجة مئوية (399-401 درجة فهرنهايت) . ^{[ 16 ]}  

في عام ١٩٨٩، نشر واكاماتسو وزملاؤه تقريرًا مفصلًا عن أول تخليق كلي لمركب (+)-توتين بطريقة مُتحكَّم بها فراغيًا. يُمكن تخليق (+)-توتين في عملية تفاعل من تسع خطوات. أولًا، حُميت مجموعة (-)-برومو الكحولية بالسيليلة . بعد هذه الخطوة، حُوِّل جزء بروميد الأليل إلى كحول الأليل باستخدام شروط كوري. ^{[ ٩ ]} ثم، أُدخل جزء الهيدروكسيل عند ذرة الكربون C-٢، ويعود الانتقائية الموضعية والفراغية للتفاعل داخل الجزيء إلى استخدام وظيفة الهيدروكسيل عند ذرة الكربون C-١٤ للحصول على الإيثر الحلقي المطلوب. بعد ذلك، شُطر الرابط الإيثري مُنتجًا بروميد الأليل. لاحقًا، أُزيلت مجموعة حماية السيليل باستخدام فلوريد رباعي بوتيل الأمونيوم في رباعي هيدروفيوران. أدى تفاعل الاستبدال النيوكليوفيلي من النوع الثاني _(SN2 ⁾ داخل الجزيء عند مجموعة بروميد الأليل إلى تكوين أوليفين الإيبوكسي. ثم حُوِّل أوليفين الإيبوكسي إلى ثنائي الإيبوكسيد في ثلاث خطوات: أولًا، التحلل المائي القلوي للحصول على الكحول، ثانيًا، الأسترة لتكوين كربونات 2،2،2-ثلاثي كلورو الإيثيل، وأخيرًا، الأكسدة. بعد ذلك، أُكسد ثنائي الإيبوكسيد باستخدام أكسيد الروثينيوم (VII) لإنتاج 2،2،2-ثلاثي كلورو إيثوكسي كربونيل ألفا-بروموتوتين. الجزء الأخير من تخليق (+)-توتين هو اختزال باستخدام الزنك وكلوريد الأمونيوم. ^{[ 17 ]}

أُبلغ عن أستلة الكحول الثانوي 2-OH ^{[ 18 ]} وأستلة مزدوجة عند كل من 2-OH وC6-OH ^{[ 19 ] للتوتين. في عسل السموم النيوزيلندي، وُجدت بنيتان رئيسيتان لمقترنات التوتين؛ هما 2-(β-D-غلوكوبيرانوزيل)-توتين و2-[6'-(α-D-غلوكوبيرانوزيل)-β-D-غلوكوبيرانوزيل]-توتين. [ 20 ]} يمكن تحقيق التخليق الكيميائي لـ 2-(β-D-غلوكوبيرانوزيل)-توتين عبر تفاعل β -O- غليكوزيل بين التوتين ومانح سكر مُنشط. ^{[ 4 ]} نُشرت طرق متعددة لـ O- غليكوزيل حول تخليق غليكوزيدات معقدة بانتقائية فراغية β-أنوميرية. ^{[ 21 ]}

يُعدّ حمض غاما-أمينوبيوتيريك ( GABA ) ناقلاً عصبياً مثبطاً رئيسياً في الجهاز العصبي المركزي للثدييات. ويُعتبر التوتين مضاداً لمستقبلات GABA . وبتثبيط هذه المستقبلات، يقلّ التأثير المهدئ لهذا الناقل العصبي، مما يؤدي إلى تحفيز مكثف للجهاز العصبي. وبناءً على بيانات واسعة النطاق، تبيّن أن التوتين مضاد غير تنافسي ^{[ 22 ]} يعمل بآلية تنظيمية غير مباشرة . ^{[ 23 ]}

إلى جانب تثبيط مستقبلات GABA، أظهرت الدراسات المختبرية أيضًا أن التوتين له تأثير مثبط على مستقبلات الجلايسين في الخلايا العصبية في الحبل الشوكي. وتؤدي هذه المستقبلات وظائف تثبيطية مماثلة لتلك التي تؤديها مستقبلات GABA. ^{[ 1 ]}

أخيرًا، أظهرت الأبحاث التي أُجريت على سموم مماثلة أنها تعمل كمثبطات لقنوات أيونية أخرى مرتبطة بالليجاند . لذلك، يُشتبه في أن التوتين قد يمتلك أيضًا خصائص مضادة لقنوات أيونية أخرى. ^{[ 24 ]}

لا تتوفر دراسات على حيوانات المختبر حول امتصاص وتوزيع واستقلاب وإخراج التوتين. ووفقًا لفيتشيت ومالكولم (1909) ^{[ 18 ]} وماكنوتون وجودوين (2008) ^{[ 25 ]،} يبدو أن الامتصاص الجهازي للتوتين النقي بعد تناوله عن طريق الفم سريع في الحيوانات، حيث ظهرت علامات سريرية تتوافق مع السمية العصبية في غضون أقل من 15 دقيقة في الفئران، وبعد حوالي ساعة واحدة في الكلاب. وقد أظهرت الحيوانات التي تلقت جرعات غير مميتة تعافيًا سريعًا، مما يشير إلى سرعة التخلص منه. ^{[ 25 ]} في المقابل، يختلف وقت بدء السمية بعد تناول العسل المحتوي على التوتين اختلافًا كبيرًا. ففي عام 2008، وُجد أن متوسط ​​وقت بدء السمية هو 7.5 ساعات في الحالات الـ 11 المؤكدة، حيث تراوحت أوقات بدء السمية من نصف ساعة إلى 17 ساعة بعد تناوله. ^{[ 4 ]}

للتوتين تأثير سام على كل من الثدييات والحشرات. وقد دُرست إمكانية استخدامه كمبيد فعال للقوارض . في الجرذان، كان له تأثير قاتل خلال ساعة واحدة بجرعة 55  ملغم/كغم من وزن الجسم. ومع ذلك، أوصي باستخدام سم أكثر تحديدًا. ^{[ 21 ]}

يُسبب التوتين أيضًا تأثيرًا سامًا لدى البشر. ورغم أن الجرعات الدقيقة لا تزال مجهولة، فقد أُصيب بعض الأشخاص بالعجز، ودخلوا المستشفى، بل وتوفوا نتيجة تناوله. أُجريت دراسة أُعطي فيها ستة رجال جرعة من التوتين مقدارها 1.8 ميكروغرام/كيلوغرام من وزن الجسم. ورغم أن المتطوعين لم يشعروا بتأثيرات تُذكر، فقد لوحظت تراكيز غير طبيعية في مصل الدم. لوحظت ذروة في تركيز التوتين بعد ساعة من تناوله، وذروة ثانية أكبر وأطول أمدًا بعد حوالي 15 ساعة من تناوله. ولا تزال أسباب هذه الظاهرة غير معروفة. ^{[ 26 ]} تشمل الآثار الجانبية لتسمم التوتين: الصداع، والغثيان، والقيء، والدوار، والنوبات. ^{[ 26 ]}

أُفيد بأن النشاط البيولوجي للتوتين يكاد يكون مطابقًا لنشاط مركبات السيسكويتربين الأخرى من نوع بيكروتوكسان، مثل بيكروتوكسينين وكورياميرتين. ^{[ 27 ]} تشمل أعراض التسمم بالتوتين، على سبيل المثال: الاكتئاب الأولي، وسيلان اللعاب ، وانخفاض معدل النبض ، وزيادة معدل التنفس، والتشنجات . ويعود هذا التأثير إلى تأثيره على النخاع المستطيل والعقد القاعدية في الدماغ. ^{[ 16 ]}

وُصفت آثار التسمم بالتوتين بأنها سيلان اللعاب، وانخفاض معدل ضربات القلب، وزيادة النشاط التنفسي، ولاحقًا، نوبات تشنجية رمعية في الغالب، تقتصر في مراحلها المبكرة على الجزء الأمامي من الجسم. ^{[ 16 ]} نتائج دراسات السمية الحادة المنشورة على حيوانات مختلفة ذات قيمة محدودة نظرًا لعدم اليقين بشأن خصائص الشوائب في التوتين المُعطى. على سبيل المثال، أفاد بالمر-جونز (1947) ^{[ 28 ]} أن الجرعة المميتة الوسطية (LD50)  للتوتين عن طريق الفم في الجرذان تبلغ 20 ملغم/كغم. أظهر الإعطاء عن طريق الحقن تحت الجلد (SC) والحقن داخل الصفاق (IP) سمية حادة أعلى بجرعة مميتة وسطية (LD50) تبلغ حوالي 4 و5  ملغم/كغم على التوالي. ^{[ 3 ]} لا يُعرف الكثير عن الجرعة المميتة للإنسان العادي على الرغم من إجراء اختبارات على أنواع حيوانية مختلفة. على سبيل المثال، أظهر حقن مادة التوتين داخل الصفاق  في الفئران أن تركيزات 3 و5 و8 ملغم/كغم كانت قاتلة، بينما  كانت تركيزات 1 ملغم/كغم غير قاتلة، مع ظهور أعراض مثل تشنجات العضلات ونوبات الصرع العامة على جميع الفئران. ^{[ 1 ]} وتشير الدراسات الموثقة لتعرض الإنسان لمادة التوتين إلى أن جرعة تبلغ حوالي 1 ملغم تسبب الغثيان والقيء لدى رجل بالغ سليم. ^{[ 16 ]}

من المعروف أن مادة التوتين تسبب نفوق الأغنام والماشية التي يملكها مستوطنو نيوزيلندا. ولذلك، أُجريت أبحاث مكثفة حول تأثيرات التوتين على مختلف أنواع الحيوانات في أوائل القرن العشرين. كانت الأعراض بعد الحقن متشابهة إلى حد كبير لدى جميع الحيوانات، وشملت سرعة التنفس، وسيلان اللعاب، والتشنجات، ثم الموت في نهاية المطاف. وُجد أن الحد الأدنى للجرعة المميتة في القطط والكلاب يبلغ حوالي 1  ملغم/كغم. أما في القوارض الصغيرة مثل الجرذان والأرانب وخنازير غينيا، فكان الحد الأدنى للجرعة المميتة أعلى قليلاً، حوالي 2.5  ملغم/كغم. وفي الحيوانات الصغيرة، يكون الحد الأدنى للجرعة المميتة أقل. كان يُعتقد أن الطيور محصنة ضد التسمم بالتوتين، لأنها تتغذى على ثمار نبات التورين. بعد البحث، اتضح أن الطيور لديها حد أدنى مرتفع للجرعة المميتة (حوالي 10.25  ملغم/كغم)، ولكن ليس لديها مناعة مطلقة. تعود المناعة الظاهرية في الظروف الطبيعية إلى أن الطيور تحتاج، للوصول إلى جرعة 10.25  ملغم/كغم، إلى تناول كمية من الثمار تفوق قدرتها البدنية. ^{[ 18 ]} يمكن تفسير الجرعة المميتة العالية نسبيًا بطريقة هضم الطيور للطعام. فمن الحوصلة ( جزء من الحلق لدى العديد من الطيور حيث يُخزن الطعام قبل دخوله المعدة)، تتجه الأوردة مباشرة إلى الدورة الدموية الجهازية، بدلاً من المرور أولاً عبر الكبد كما هو الحال في الثدييات.