核糖體失活蛋白（Ribosome-inactivating proteins, RIPs）是一類催化核糖體r RNA脫嘌呤反應，進而抑制核糖體功能的毒蛋白。
主要代表為蓖麻毒素（ricin）和相思子毒素（abrin），它們是重要的生物戰劑和生物恐怖武器，急需研究此類毒素的檢測方法及抑制劑來保障公共安全和中毒救治。
由于此類毒素具有N-糖苷酶活性，可對某些短鍊DNA或RNA發生脫嘌呤反應，利用儀器分析，可對所釋放的腺嘌呤或對脫嘌呤後的寡核苷酸單鍊進行定量檢測。
基于此原理，共設計了29條全RNA序列及DNA-RNA-DNA嵌合序列，并對其活性進行了評價，共篩選出8條蓖麻毒素的新型有效核酸底物Risub4、Risub12、Risub13、Risub14、Risub15、Risub17、Risub18、Risub19、Risub20、Risub21及rA12d6。
通過酶動力學參數的測定與比較發現rA12d6為活性最高的寡核苷酸底物，并聯合高效液相建立了蓖麻毒素的活性檢測及定量檢測方法，最低檢出濃度為0.1 ng/mL，檢測限LOD值為2.3 ng/mL。
其次，進行了蓖麻毒素核酸底物的功能基保守性研究及核酸抑制劑的設計與合成。以12個核苷酸單元（12-nt）形成的莖環結構dA12為模闆，合成了28條核酸序列。
針對環中心脫氧腺苷的6-位氨基、7-位氮原子以及脫氧鳥苷的7-位氮原子設計了核苷類似物1-4，并合成修飾核酸序列RIN10-RIN12、RIN16-RIN28，結果發現四員環堿基上任一功能基的改變都會影響dA12作為底物的功能。
另一方面，在環中心的脫氧腺苷的6-位氨基及8-位引入了具有平面堆積能力的苄基及成氫鍵能力較強的氨丙基、組胺基，設計了核苷類似物5-7，并合成修飾核酸序列RIN01-RIN09、RIN13-RIN15，經過抑制活性評價，篩選出了4條有明顯抑制活性的核酸序列RIN06、RIN11、RIN16、RIN18，抑制作用均達到微摩爾水準。
這對Ⅱ型RIPs的抑制劑設計以及化學修飾方法提供了進一步的指導作用。
核糖體失活蛋白及其分類
從目前對于核糖體失活蛋白這類毒素蛋白的研究來看，蓖麻毒素、相思子毒素、皂角毒素、志賀毒素最受關注。尤其是蓖麻毒素和相思子毒素的毒性強，來源廣泛，廉價易得，性質穩定，且沒有解毒藥，已經成為重要的生化戰劑和生物恐怖武器。
1978年的馬爾科夫政治謀殺案所用到的就是蓖麻毒素。而且，時有報道針對重要政治人物的蓖麻毒素郵件。是以，它們被列入《化學武器公約》(CWC)附表1A進行監測，是《生物和毒素武器公約》(BTWC)的B類物質。
根據功能域組成，核糖體失活蛋白大緻可分為三類，分别為單鍊的I型RIPs，雙鍊的Ⅱ型RIPs，和多鍊的ⅡI型RIPs。
I型RIPs是一類結構單一的N-糖苷酶蛋白，不能進入細胞，是以I型RIPs毒性普遍較低。Ⅱ型RIPs由具有N-糖苷酶活性的A鍊（與I型RIPs功能相同）和凝集素B鍊構成，凝集素B鍊可與細胞膜表面的受體如半乳糖受體結合，介導A鍊進入細胞。
此外，還有第三種類型的RIPs，但隻包括少數幾種蛋白，突出代表為茉莉酮酸酯誘導蛋白（JIP60）以及玉米b-32蛋白。
2010年，一個新的命名法被提出，分别對應于傳統的分類方法：A型(類型I)，AB型(類型Ⅱ)，AC型(類型ⅡI，類似于JIP60)和AD型(類型ⅡI，類似于玉米b32蛋白)。
Ⅱ型核糖體失活蛋白毒性及作用機制
Ⅱ型核糖體失活蛋白毒性
三類RIPs毒素中，Ⅱ型RIPs的毒性最強，中毒事例最多，而它們的毒性表現千差萬别，可能與内吞途徑和細胞種類有關。
RIPs在進入細胞的過程中可利用不同的内吞途徑，并與多種分子結合。另一方面，不同類型細胞表面分布的配體種類和豐度不同，因而RIPs的内吞數量不同，進而表現出毒性差異。
在Ⅱ型RIPs中，典型代表為蓖麻毒素和相思子毒素。蓖毒素在 1 分鐘内可滅活上千個核糖體，小鼠靜注的LD50值為2.7 µg/kg ，會損害肝、腎等實質性器官，發生出血、變性、壞死病變。對人的緻死劑量依攝取途徑而異，LD50值大約為3 µg/kg。
相思子毒素的毒性比蓖麻毒素強約75倍，成年人攝入的緻死劑量估計為0.1-1.0 µg/kg。其它Ⅱ型RIPs的毒性表現各異，如志賀毒素也有很強的毒性。
從歐洲接骨木中提取的SNLRP1是一種無毒的Ⅱ型RIPs，同樣來源于歐洲接骨木的尼格林b不僅沒有凝集素特性，也無毒，因為它能被細胞迅速分解并排洩。
雖然I型RIPs因缺乏B鍊很難進入細胞，但如果它們能與适當的載體連接配接，獲得進入細胞的機會，就會表現出很強的毒性。這方面的第一個證明是白樹毒素與刀豆蛋白的結合，它的細胞毒性比Ⅱ型RIPs更強。
目前針對蓖麻毒素的中毒機制研究較多，首先，其毒性存在明顯的劑量依賴性，主要表現為高濃度時以抑制蛋白合成而導緻細胞壞死，而低濃度時引發脂質過氧化損傷和誘導細胞凋亡。
值得注意的是，蓖麻毒素和其它RIPs不僅可以剪切rRNA特定位點的腺嘌呤，還具有針對DNA的去腺嘌呤活性，這說明其對于核酸結構的廣泛破環性，因而可引起更廣泛的毒性。
其次，這類毒素具有誘導細胞因子的能力，可以解釋由蓖麻毒素和其它RIPs引起的多種細胞死亡途徑，包括凋亡和壞死等。
目前，對于這類生物毒素的中毒治療，由于沒有解毒藥，臨床隻能采用支援療法将中毒效應降到最低，如洗胃、導洩、透析等方法。
Ⅱ型核糖體失活蛋白毒性機制
基于蓖麻毒素的強毒性和現實的中毒施毒事件，是以，以蓖麻毒素的中毒機制，催化反應機制，和抗毒藥物研究最受關注。
蓖麻毒素由兩個功能蛋白以二硫鍵連接配接而成，其一為N-糖苷化酶活性的A鍊（RTA），對核糖體rRNA實施脫嘌呤反應；其二為凝集素蛋白B鍊（RTB），具有内吞入細胞的功能。
首先，RTB與細胞膜表面糖脂和糖蛋白上的N-乙酰半乳糖受體結合，通過受體介導進入細胞。此外，還可經過巨噬細胞和肝窦細胞表面的甘露糖受體進入細胞質。
通過内吞作用進入細胞質後，蓖麻毒素被運送到早期的核内體，在那裡大部分的毒素分子被回收到細胞表面，或者通過晚期核内體運送到溶酶體進行降解，晚期核内體具有酸性環境，與溶酶體相似，有利于部分毒素 - 受體複合物解離，解離後的受體可傳回細胞膜表面重新行使功能。
一小部分毒素在高爾基體的幫助下先通過逆向運輸系統進入内質網，此時，在内質網中蛋白質二硫化異構酶的作用下，A/B兩條鍊解離，A鍊進入細胞質，并重新折疊成活性構象，發揮N-糖苷化酶活性，産生細胞毒性。
在細胞質，RTA作用于核糖體60S大亞基28S rRNA上的A4324位，發生脫嘌呤反應。A4324位于28S rRNA中的保守環狀結構sarcin-ricin RNA loop (SRL)。
SRL包括一個雙螺旋莖和一個含有17個堿基的環，環中心部分含保守片段GAGA，其中第二個腺嘌呤就是28S rRNA的A4324位。
脫嘌呤反應後，氨酰基tRNA-延伸因子EF1-GTP三元複合物與核糖體A位不能結合，阻斷氨基酸進位過程，同時也會幹擾延伸因子EF2-核糖體-GTP三元複合物的形成，阻礙初生蛋白鍊在核糖體上從A位到P位的易位，不可逆抑制蛋白質合成，導緻細胞死亡。
核糖體上脫嘌呤位點的莖環進階結構由四個保守堿基組成，是蓖麻毒素的脫嘌呤反應所必需的。為此設計了多種截短的核酸莖環底物模型，以rA12N為代表。
蓖麻毒素對于r A12N的脫嘌呤反應半衰期為8分鐘，完全可以替代天然底物進行研究。詳細的結構研究表明，在環狀區域中，GAGA片段是關鍵結構域，雙螺旋莖結構的Watson-Crick配對也是必須的。
但酶與底物的識别并不十分依賴于莖結構的具體序列。這種截短之後的莖環核酸序列後來還作為RIPs抑制劑研究的結構模闆，開辟了新的抑制劑設計思路。
針對蓖麻毒素和相思子毒素的催化脫嘌呤反應機制，主要采用了氨基酸殘基突變和晶體結構分析。
研究表明它們的催化結構域組成是十分相似的，雖然一級氨基酸序列不盡相同，但關鍵的催化氨基酸所處的空間位置是相似的。
其位置的些微變化沒有影響到核酸底物的脫嘌呤反應過程。綜合蓖麻毒素的晶體結構分析和關鍵氨基酸突變對于催化活性的影響，以及蓖麻毒素與多種底物類似物或小分子抑制劑的複合物晶體結構分析，目前已經獲得對于蓖麻毒素的催化結構域和催化機制的深入了解。
在甲黴素磷酸鹽（FMP）-RTA複合物的晶體結構中，FMP作為AMP（腺苷磷酸鹽）的類似物，其雜環平面與RTA的Tyr80和Tyr123形成π-π堆積作用。
另一方面，對以上參與互相作用的氨基酸突變也證明了其對于底物識别的作用。
如果将Tyr80和Tyr123分别突變為Phe，RTA的kcat 分别降低15倍和7倍；當它們分别突變為Ser，則導緻活性分别降低160 和70倍。
從這一突變研究說明Tyr80/Tyr123的苯環是關鍵功能基，以其平面苯環構築了一個疏水性口袋，而環上羟基并沒有影響到催化反應本身，推測其可能與周圍基團之間的氫鍵對催化結構域局部構象産生一定的影響，使催化反應基團處于更有利的位置。
是以，Tyr80和Tyr123在底物結合事件的親和性和特異性上發揮了關鍵作用。
此外，FMP還與周圍氨基酸如Gly121，Arg80和Val81之間形成多個氫鍵，這說明底物與RTA催化結構域之間的功能基和空間大小是比對的，進一步加強了RTA對于腺嘌呤堿基的識别特異性。
結合以上分析，提出了RTA對于核糖體底物的脫嘌呤反應機制。RTA的Tyr80和Tyr23位于反應位點的狹縫深處，底物片段GAGA的第一個腺苷單元（脫嘌呤位點）與之形成了π-π堆積。
另外兩個關鍵氨基酸Glu177和Arg180參與了RTA的催化反應。它們具有質子轉移能力（圖1-3），活化水分子和腺苷單元的糖苷鍵，并穩定形成的過渡态。
Arg180被認為使腺嘌呤的N3發生質子化，繼而發生環上電子的轉移，導緻C1’-N9裂解。在C1’産生一個氧碳正離子，被Glu177活化的水分子所穩定。
當Glu177或Arg180 轉換為Gln，分别導緻活性降低1000倍和200倍。而且，Glu177和Arg180 的突變對RTA的Km的影響很小，這也說明它們是催化功能基。
在RTA的催化結構域内還有一個保守的Trp211，其對催化反應的貢獻有待進一步研究。
在空間位置上，它與Arg211平行，可能有助于催化結構域的形成。與這個假設一緻的是，當Trp211突變為Phe，對活性的影響很小。