少棘蜈蚣Scolopendra subspinipes mutilans隶属于节肢动物门，多足类亚门，唇足纲，蜈蚣目，蜈蚣科，蜈蚣属。其第一对足特化为毒螯，内有囊泡状毒腺。捕食或防御时，毒液由螯枝尖端导管流出注入猎物或天敌体内。其毒素能引起昆虫的死亡与哺乳动物的剧烈疼痛和局部麻痹。　　目前对蜈蚣毒素的研究较为粗略，已知的信息局限在粗毒的生理功能和极少数蜈蚣物种的毒液蛋白质质谱数据上。由于蜈蚣被称为动物界的活化石，已经在自然界中生存了4亿多年，作为一类被忽视的有毒动物，其毒素分子的功能和结构进化可能有特殊之处，或许能为成为先导活性分子和分子探针发掘的巨大宝库。因此，我们采用少棘蜈蚣作为研究材料，研究其毒素分子的多样性、结构及其功能的特点，另外还利用毒素作为探针，研究毒素结合靶点的生理特性。　　第二章利用转录组学、蛋白质组学结合功能研究揭示了少棘蜈蚣多肽毒素的结构和功能的多样性。其中，发现了1个电压门控钠通道抑制剂家族，3个电压门控钾通道抑制剂家族，1个电压门控钙通道抑制剂家族和1个电压门控钙通道激动剂家族，以及一系列目前还不能确定功能的多肽毒素家族。其中一些毒素家族还具有昆虫致死活性。通过BLAST的分析，这些多肽毒素家族的成员与已知的多肽毒素基本上没有序列同源性，而且具有新型的二硫键构架方式。这些新型多肽毒素的发现具有如下的科学意义:1）证实了少棘蜈蚣毒液中存在着大量的新型小分子多肽毒素;2）这些毒素的存在极有可能与少棘蜈蚣的捕食和防御息息相关;3）这些多肽毒素家族的发现可能对先导分子和分子探针发掘提供新的素材。　　第三章从结构和功能的角度出发，介绍1个世界上首次识别的、专门作用于Nav1.7并有可能成为疼痛治疗药物的蜈蚣多肽毒素。在本章中，从少棘蜈蚣毒液中发掘了一种新的蜈蚣电压门控钠通道抑制剂μ-SLPTX-Ssm6a(以下简称Ssm6a)，利用膜片钳技术证明了Ssm6a是到目前为止发现的专一性最强的N av1.7抑制剂，其在Nav1.7上的IC50为25nM，选择强度是其他电压门控钠通道亚型的至少150倍。Nav1.7在哺乳动物疼痛传递中扮演非常重要的传递者的角色，Ssm6a这些特点使得它在小鼠动物模型中表现出了超越吗啡镇痛能力的功能。Ssm6a是一个化学稳定性极强的多肽毒素，在体外试验中，Ssm6a能在血浆中保持至少一周以上的结构稳定性，对尿素和高温也有非常强的耐受性。Ssm6a的高稳定性使得其在小鼠体内的镇痛活性能保持4小时以上。更加难得的是，Ssm6a不会造成血压、心率和运动能力方面的副作用。因此，Ssm6a是一个极具镇痛药用潜力的蜈蚣多肽毒素。　　第四章利用少棘蜈蚣毒素揭示了疼痛发生的分子机制和辣椒素受体TRPV1通道的门控特性。从蜈蚣毒液中纯化鉴定到一个能引发哺乳动物疼痛反应的多肽毒素，并将其命名为RhTx。通过基因敲除和膜片钳的验证，发现RhTx通过专一激动TRPV1产生急性疼痛。核磁共振分析发现，RhTx拥有一个C末端结构稳定而N末端较为自由的三级结构。在此结构中，几个带负电荷的氨基酸形成了一个负电荷分子表面。毒素点突变的结果显示，正是这个负电荷分子表面是RhTx的活性结构域，而这些带负电的氨基酸则是这个毒素的关键性功能残基。进一步研究了关于RhTx激动TRPV1的机制，利用远红外温控技术结合膜片钳首次发现了毒素分子通过影响TRPV1的热敏感性激活通道的门控机制。随后，为了研究这种门控机制出现的原因进行了对TRPV1的嵌合和点突变，进而得知了RhTx结合在TRPV1的外孔区的turret结构上。又通过Rosetta运算RhTx和TRPV1的空间结合模型，我们计算的结果与这些结合位点信息相互佐证了这两个分子相互作用的方式。有文献报道，turret的突变会导致TRPV1对热刺激的敏感程度下降，因此RhTx结合TRPV1的turret很可能引起TRPV1热敏感性的改变。我们的工作揭示了RhTx这个引发疼痛的毒素分子，通过结合TRPV1的turret结构域，提高了TRPV1对温度的敏感性，使得TRPV1能在更低的温度下被打开。TRPV1被RhTx打开导致可兴奋性神经元的兴奋，传递痛觉信号。这部分工作的主要意义有:1）发现首个引发疼痛的蜈蚣毒素，对蜈蚣生物化学防御策略提供了首个分子机制水平上的证据;2）发现了首个2对二硫键并具有TRPV1激动剂功能的小分子多肽;3）提供了多肽毒素可以利用增加TRPV1热敏感性的方式激活TRPV1的证据;4）利用分子相互作用和结构的的证据支持了turret是TRPV1热激活门控机制的关键结构;5）通过RhTx激活TRPV1的门控方式，提供了分子利用TRPV1热激活通路与疼痛发生发展相互关联的直接证据。　　本文由蜈蚣毒素的发掘展开描述，对蜈蚣毒素结构和功能的多样性进行深入的研究。又利用毒素分子的高生物活性和专一性，发现了一系列具有潜在药用潜力的蜈蚣多肽毒素。最后又以蜈蚣毒素作为研究离子通道的工具，揭示了离子通道门控的特性。