Ricin – terapeutisk agens og biologisk våpen

Gudrun Høiseth, Sjur Olsnes Om forfatterne
Artikkel

Etter funnet av ricin i det amerikanske senatet i februar 2004 har stoffet vært omtalt i mediene som et mulig våpen for terroristorganisasjoner. Dette planteproteinet har imidlertid også et terapeutisk potensial. Vi vil med denne oversiktsartikkelen gi en fremstilling av ricins virkningsmekanisme, kliniske effekter og mulige bruksområder.

Ricin er et planteprotein som finnes i kastorbønnene fra planten kristpalme (Ricinus communis) (1). Planten er utbredt i deler av Afrika, middelhavslandene og andre subtropiske områder, og den benyttes som prydplante i Norden. Kastorbønnene inneholder 1 – 5 vektprosent ricin (2) og brukes til fremstilling av olje. Denne oljen (som er renset for toksin) brukes mest som smøreolje i industrien, men også noe som avføringsmiddel med navnet lakserolje (3). Toksinet ricin kan fremstilles fra avfallsstoffene etter denne prosessen, og tatt i betraktning den store mengden kastorolje som produseres på verdensbasis, er tilgangen på ricin rikelig (4) (fig 1).

Figur 1a  Kristpalme (Ricinus communis). Foto Corbis/SCANPIX

Figur 1b  Kastorbønner. Foto Marianne Loraas

Virkningsmekanisme

Ricin er et protein bestående av to deler som er knyttet sammen med en disulfidbro. A-kjeden er et ribosominaktiverende protein, og B-kjeden er et lectin som binder seg til sukkerholdige reseptorer på målcellens overflate (5, 6) (fig 2).

Figur 2  Struktur av ricin. Figuren viser A-kjeden (rødt) og B-kjeden (blått) som bindes sammen av en disulfidbro (oransje). Strukturen er produsert av forfatterne ved hjelp av dataprogrammet Pymol

Planteriket inneholder rikelig med både ribosominaktiverende proteiner og lectiner. Det er først når disse kombineres, at de oppnår toksisitet, siden det ribosominaktiverende proteinet er avhengig av et molekyl for å bindes til målcellen (3). Noen bakterietoksiner, som shiga, kolera og antrakstoksinet, har en liknende oppbygging av en toksisk A-del og en reseptorbindende B-del, og tilhører således samme familie som ricin (7).

Ricin produseres i plantens endoplasmatiske retikulum. Det fraktes derfra videre til golgiapparatet, der en endopeptidase spalter det i A-kjeden og B-kjeden, før det fraktes ut i vesikler. Ricin er ikke biologisk aktivt før spaltingen er gjennomført. Slik beskytter plantecellen seg selv mot giften, da ricinmolekyler som skal degraderes, fraktes direkte fra endoplasmatisk retikulum og ut i cytosol (7).

Når ricin skal utøve sin toksiske virkning, binder B-kjeden seg til glykoproteiner og glykolipider på overflaten av målcellen, hvor det tas opp ved endocytose. Det transporteres så via golginettverket til endoplasmatisk retikulum hvor A-kjeden translokeres ut i cytosol (8, 9). Her utøver A-kjeden den cytotoksiske effekten som består i at en adeningruppe fjernes fra målcellens 28s-rRNA (10). Ribosomer med slike depurinerte rRNA-molekyler er ikke lenger i stand til å gjennomføre proteinsyntese. Dermed dør cellen.

A-kjeden er et meget effektivt enzym og depurineringen av rRNA går så fort at cellen ikke rekker å regenereres, teoretisk kan derfor ett ricinmolekyl drepe en celle (7). Det er derimot kun en liten del av ricinmolekylene som kan utøve den toksiske effekten, da en stor andel av ricinmolekylene vil transporteres tilbake til celleoverflaten eller inn i lysosomer for degradering (5) (fig 3).

Internalisering av ricin i målcellen: 1 + 2. Endocytose. 3. Mange ricinmolekyler returneres til celleoverflaten ved eksocytose, eller de blir 4. degradert i lysosomer. 5. Ricinmolekylene overføres til golginettverk og endoplasmatisk retikulum, men også mange av disse molekylene 6. transporteres ut av cellen ved eksocytose. 7. Frigjøring av A-kjeden til cytosol for å utføre den cytotoksiske effekten

Effekter

Symptomer ved ricinforgiftning vil avhenge av administrasjonsform. Skade på endotelceller i kar, lunge og tarm vil føre til væske- og proteinlekkasje (2). Forgiftning med ricin gir også leverskade med forhøyede verdier av leverenzymer (2, 11 – 13). Etter injeksjon av ricin i mus vil 50 % av injisert dose finnes igjen i lever (14). Noe av denne hepatotoksiske effekten er antatt å være sekundær til skade på karendotel og nedsatt blodforsyning til levercellene, med etterfølgende skade på kupfferceller og nedsatt forsvar mot endogene toksiner (2, 12, 15, 16).

Peroral forgiftning med ricin er beskrevet etter inntak av kastorbønner og er ikke uvanlig i land der disse dyrkes. Det er rapportert om hele 700 forgiftninger etter inntak av kastorbønner (17, 18), men kun noen få dødsfall er omtalt i artikler (4). Det er gjengitt symptomer i form av blodig oppkast og diaré, og døden inntraff etter 6 – 14 dager som følge av dehydrering, hypovolemi og sirkulatorisk kollaps (4, 19). Mye av ricinproteinet destrueres i mage-tarm-kanalen, og ricin er derfor 100 ganger mer toksisk ved parenteral administrasjon (3, 20). Fatal dose ved peroralt inntak av ricin hos menneske er estimert til å være 1 mg/kg (2) eller fem til ti kastorbønner (3, 18).

I litteraturen finnes det ett dødsfall etter injeksjon av ricin hos menneske. I 1978 ble Georgi Markov, en bulgarsk antikommunist, drept i London. Han døde etter at hemmelige agenter, trolig fra KGB, stakk ham med spissen på en paraply som inneholdt en liten kule med det som ble antatt å være ricin. Markov utviklet høy feber, glandelsvulst, blodig oppkast og leukocytose i løpet av ett døgn. Tre dager senere hadde han nyresvikt og døde. Det kliniske bildet liknet blodforgiftning med multiorgansvikt, men blodkulturene var negative. Ved obduksjon ble en liten kule funnet i leggmuskulaturen. Obduksjonen viste også hemoragiske nekroser i tarmvegg, hjertemuskulatur og lymfeknuter. Ved injisering av ricin i gris oppstod de samme kliniske symptomer og patologiske funn som hos Markov (21, 22).

Det er i ettertid antatt at denne paraplyteknikken ble brukt i ytterligere seks tilfeller og i minst ett tilfelle ble ricin faktisk påvist (3).

Inhalasjon av ricin hos menneske er ikke beskrevet i litteraturen, men er studert i dyreforsøk. Inhalasjon er trolig den mest toksiske administrasjonsformen med estimert dødelig dose hos menneske 10 µg/kg (2, 23). Ricin fører til inflammasjon i bronkier og alveoler samt lungeødem som følge av endotelskade (2, 4, 24, 25). Symptomer vil være uttalte i løpet av åtte timer, og respirasjonssvikt kommer etter 36 – 72 timer (24).

Bruk

Ricin har potensial både som terapeutisk agens og som biologisk våpen (26, 27). Siden ricinmolekylet består av to deler, er det forsøkt å bytte ut den reseptorbindende delen med et molekyl som binder seg spesifikt til én celletype, for eksempel en cancercelle (3, 7). Dette gav lovende resultater i dyreforsøk, og fase I- og II-studier ble igangsatt. Pasienter med blant annet lymfom, nyrekreft og sarkom fikk behandling med ricin, og selv om det så ut til at behandlingen hadde effekt, viste disse studiene bivirkninger som ikke var sett i dyrestudiene. Pasientene opplevde forkjølelsesliknende symptomer og myalgier, samt oppkast og diaré (4, 27 – 30). Ved høyere doser ble det også sett lekkasje av væske og protein fra kar og ut i interstitiet (vascular leak syndrome), som følge av økt karpermeabilitet (28, 31). Dette gir i sin mildeste form hypoalbuminemi, men kan også føre til alvorlige kliniske symptomer i form av ødemer, nedsatt mikrosirkulasjon, lungestuvning og nyresvikt (32, 33). Videre studier ble derfor avlyst (3).

Mediene har omtalt ricin som biologisk våpen, og spredning av aerosoler eller forgiftning av mat/drikkevann kan tenkes å skade et stort antall mennesker (24). Ricin er et stabilt molekyl som tåler så vel høye som lave temperaturer, men ødelegges ved koking (34). Det har lyktes å fremstille vaksiner som beskytter mot ricinforgiftning (5, 23, 35, 36), og man vil også oppnå en viss beskyttelse med antiserum hvis dette blir gitt innen kort tid etter ricinforgiftning (37). For øvrig finnes det ingen effektiv behandling (24). Ricin kan nå påvises i serum og andre kroppsvæsker, blant annet med ELISA-teknikk (4, 24, 38). Det har vært vanskelig å påvise ricin i kroppsvæsker ved hjelp av kromatografiske metoder, men molekylet ricinin, som også finnes i kastorbønner og indikerer eksponering for ricin, kan påvises i urin med gass- eller væskekromatografi/massespektrometri (39, 40).

Det har vært en rekke hendelser med ricin omtalt i mediene i den senere tid. I januar 2003 ble seks menn arrestert i London for besittelse av ricin. Fire av disse var tilknyttet Al Quaida-nettverket. I februar 2004 ble stoffet funnet i det amerikanske senatet. Ingen av dem som oppholdt seg i den aktuelle etasjen utviklet symptomer på ricinforgiftning, og det ble heller ikke påvist ricin i serum hos noen av disse (41).

Dersom ricin skal drepe et stort antall mennesker, må svært store mengder av stoffet brukes, og dette kan være logistisk vanskelig. Toksisiteten av ricin er lavere enn for eksempel av botulinumtoksin (42). Derfor anses faren for at ricin skal bli brukt mot store folkemengder som relativt liten. Vi kan allikevel komme til å høre om ricin i fremtiden. Det vil kunne skje i forbindelse med terroristgrupper, som ved å vise at de har tilgang på et stoff man vanskelig kan beskytte seg mot, sprer stor frykt i befolkningen, men forhåpentligvis også ved at ricins egenskaper utvikles slik at det kan utnyttes terapeutisk.

Manuskriptet ble godkjent 23.6. 2005.

Anbefalte artikler