图 1 “长江三鲜”：河豚、刀鱼和鲥鱼（图片来源于网络）
中国民间有“拼死吃河豚”的说法，相传过去吃河豚时会在餐桌旁准备好稀释的粪便，一旦出现中毒症状便立即催吐。即便如此，河豚的美味依然让那些“吃货”们欲罢不能。相传苏轼谪居常州之时，当地盛产河豚，有位士大夫烹制河豚手法独到，苏学士品尝后赞不绝口，发出“据其味，真是消得一死！”的感慨。河豚的食用处理需要专业人士进行，因而我国对河豚的销售并未完全开放，品尝河豚的美味并非轻而易举之事。与我们邻近的日本拥有悠久的“食鱼文化”，据统计日本可食用的鱼类超过四百多种，其中的料理方法更是不计其数，在众多鱼类美食中，日本人对河豚的喜爱可以用痴迷来形容，本土的河豚产量早已无法满足巨大的需求而不得不依赖进口。
图 2 日本河豚厨师与食客之间的完全信任（图片来源于网络）
河豚，其实学名应该是河鲀，在中国俗称气泡鱼、吹肚鱼、气鼓鱼等，而之所以获得这些俗名，是因为它在面对外来危险时会将身体膨胀数倍同时将皮肤表面的小刺竖起达到自卫目的，许多表情包和影视作品也纷纷借用了河豚这种“萌萌哒”的形象。除了通过膨胀身体“虚张声势”，河豚真正防身的武器来源于它的毒素——河豚毒素（tetrodotoxin，TTX），这也正是导致食用河豚中毒的罪魁祸首。
图 3 河豚表情包和电影《海底总动员》中的河豚形象（图片来源于网络）
植物毒素例如吗啡（morphine）、阿托品（atropine）和番木鳖碱（strychnine）等早在19世纪就被分离得到纯品，然而多次尝试后人们依然无法分离得到纯净的河豚毒素更别提揭开它的“庐山真面目”。众所周知，植物毒素大都属于生物碱类物质，微溶于水而易溶于有机溶剂。遗憾的是，所有适合生物碱的提取方法用在提取河豚毒素时均不奏效。真正的突破发生在1955年，日本化学家平田义正（Hirata Yoshimasa）从河豚鱼中首次分离出纯品TTX并在随后的几年中致力于TTX的结构解析，1964年他和同为日本化学家的津田恭介（Tsuda Kyosuke）以及美国著名化学家伍德沃德（R. B. Woodward）在京都召开的第3届IUPAC国际天然产物化学大会上同时报道了TTX的正确结构，震惊世界。
图 4 左起：平田义正、津田恭介和伍德沃德
TTX的化学结构解析并非一件易事，虽然化学家们早已通过化学反应确定了TTX结构中存在的特殊化学基团（官能团），但是其精确结构的确定还得依赖X-射线晶体衍射。幸运的是，化学家们将TTX置于盐酸和丙酮以及甲醇的混合溶液中得到了非常漂亮的晶体物质，随即确定了它的精确结构。对比二者的分子式不难发现，晶体结构中增加的部分正是来自混合溶液（红框部分），接下来只需要“逆推”就可以获得TTX的真实结构。可事实真就如此吗？当化学家们对TTX进行红外光谱测试时竟然没有观测到结构中极其特殊的也是唯一的羰基吸收峰，而X-射线晶体衍射又是公认的最权威的结构解析手段，这一相互矛盾的实验结果又该如何解释呢？化学家们在红外光谱中发现了与晶体衍生物相同的胍盐结构吸收信号，这意味着两个结构都含有胍盐结构。又经过细致分析，化学家们最终确定TTX其实存在两种平衡态结构，只有在酸性条件下才可能观察到晶体衍生物中的内酯结构。
图 5 TTX的化学结构及结构解析简要示意图
由于TTX结构的特殊性，它在有机溶剂和水中的溶解性都较差，仅溶于醋酸等弱酸性溶剂，并且在碱性和强酸性溶剂中亦不能稳定存在，这也是TTX久久不能被分离得到纯品的重要原因。TTX 独特复杂的结构和显著的生物活性吸引了大批有机合成化学家的目光，被认为是一个极富挑战性和吸引力的研究课题，同时也是非常令人可畏的全合成目标。1972年，时任名古屋大学的Kishi Yoshito教授与学生Tohru Fukuyama率先完成了TTX外消旋体的全合成（作者注：Kishi Yoshito教授是世界著名的全合成大师，曾完成海葵毒素的全合成，他的学生Tohru Fukuyama也是全合成领域的泰山北斗）。他们以对苯二醌取代的乙酮肟和丁二烯为起始原料，采用Diels-Alder [4+2]环加成反应构建两个六元环骨架，再利用经典的Beckmann重排反应顺利得到乙酰胺产物，被还原后的羰基进攻环氧化的双键得到重要中间体，后续经过数十步反应成功得到外消旋的TTX产物。随着不对称合成的迅猛发展，斯坦福大学Du Bois教授和名古屋大学Minoru Isobe教授在2003年同时报道了TTX的不对称全合成，Du Bois教授利用他们擅长的铑（Rh）催化的C-H键胺化反应，突显了该策略在天然产物全合成中的巨大优势；Minoru Isobe教授则通过高选择性的立体反应，以及模拟生物有机合成过程中羟基的保护方式，从而控制TTX 分子中全部的立体中心。随后，采用不同合成路线的TTX不对称全合成也相继得到报道，TTX 的不对称全合成曾被称为有机合成化学中伟大的突破和成就之一。
图 6 Kishi Yoshito教授全合成TTX的简要路线
TTX是已知的毒性最强的非蛋白类神经毒素之一，其毒性是剧毒物氰化钠（NaCN）的1250倍，几乎对所有的动物都具有致命毒性。虽然河豚是利用体内的TTX来“御敌”或者捕食其他生物，但TTX是如何在其生物体内产生或积聚的，目前仍没有定论。有生物学家认为，TTX并非河豚独有，在其他生物例如蝾螈、虾虎鱼、甲藻、扁形虫、章鱼等的体内也发现了TTX或TTX类似物，这些生物的进化程度差异巨大，其实很难想象这些差异巨大的生物都同时进化或保留了合成TTX的功能，因此生物学家推断河豚体内的TTX 可能是通过食物链摄食含有该毒素的鱼、虾、蟹、贝类及藻类等，最终在体内富集产生的；显然这个说法也不能完全令人信服，因为科学家后来发现海洋中有些生物也吃和河豚同样的食物，但它们的体内并不含有TTX，所以他们进而推断河豚体内可能含有特殊的保留TTX的机制。目前，大多数学者认为河豚体内的河豚毒素是受食物链和微生物双重影响的结果。神奇的“造物主”为我们留下了这个悬而未解的谜题，未来是否有更合理的解释让我们拭目以待。
图 7 与TTX结构及作用机制相似的石房蛤毒素（Saxitoxin，STX）
河豚毒素虽为剧毒，但其具有潜在的、巨大的医药开发价值。临床应用研究显示，河豚毒素可以用作消炎镇痛药物，还有局麻、治疗肌肉痉挛的功效，既可以治疗心血管疾病，又可以作为毒品的戒断药物，不得不说，临床上应用的许多药物都直接或间接来源于天然产物，天然产物已成为发现治疗重大疾病药物或重要先导化合物的重要源泉。河豚仿佛是大自然刻意留给人类的一座“宝库”，相信未来我们一定可以从它身上挖掘出更具价值的东西。
参考资料
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[4] Kishi, Y., et al. "Synthetic studies on tetrodotoxin and related compounds. III. Stereospecific synthesis of an equivalent of acetylated tetrodamine." J. Am. Chem. Soc.1972, 94(26), 9217-9219.
[5] Kishi, Y., et al. "Synthetic studies on tetrodotoxin and related compounds. IV. Stereospecific total syntheses of DL-tetrodotoxin." J. Am. Chem. Soc.1972, 94(26), 9219-9221.
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