溶血素あるいは溶血毒素（米: hemolysin、英: haemolysin）とは、微生物によって産生される、赤血球の細胞膜に傷害を与えることでその赤血球を破壊する脂質またはタンパク質である。微生物により分泌された溶血素による赤血球の溶解は、その微生物の栄養の獲得にとって非常に重要であると見られているが、病原体が宿主内で産生する溶血素の多くは宿主の赤血球を著しく破壊するわけではない。しかし、多くの場合、in vitroでは溶血素は赤血球を溶解させる。
特徴

ほとんどの溶血素はタンパク質であり、それ以外に、界面活性剤として作用する脂質がある[1]。

溶血素は、in vitroで赤血球を溶解する能力によって同定することができ、多くの細菌は溶血素を産生することができることが確認されている。 多くの臨床的に重要な真菌も溶血素を産生すると信じられている[2]。

溶血素は赤血球だけでなく、白血球などの他の血液細胞にも影響を与える。大腸菌(Escherichia coli)の溶血素は単球、リンパ球、およびマクロファージに対して潜在的に傷害性であり、それらを自己融解および細胞死に導く。

血液寒天培地を用いることで溶血現象を可視化することができ、レンサ球菌の分類に利用されている。
溶血の作用機序

溶血素には赤血球破壊の様式により2種類あり、1つは赤血球細胞膜の脂質二重層を加水分解するもの、もう1つは脂質二重層に孔を形成するものである[3][4]。
膜孔形成溶血素

溶血素の多くは、細胞膜上に孔を形成することによって赤血球、白血球、および血小板の溶解を引き起こす膜孔形成毒素（Pore-Forming Toxin：PFT）である。

溶血素は通常、水溶性の単量体として細菌から分泌される。この単量体は拡散して標的細胞へと近づき、標的細胞の膜上の特定の受容体に結合する。結合後、単量体が集合してオリゴマー化して環状七量体を形成する[5]。

溶血素は黄色ブドウ球菌 (Staphylococcus aureus)、大腸菌 (Escherichia coli)、腸炎ビブリオ (Vibrio parahemolyticus) などの多種多様な細菌によって分泌される。黄色ブドウ球菌は膜孔形成溶血素産生性の病原細菌の代表例である。ブドウ球菌α溶血素孔と呼ばれる環状複合体を産生する。黄色ブドウ球菌はまず、感受性細胞の外膜に結合するα溶血素単量体を分泌する。7個の単量体が膜上に集合して七量体となり、水分子、イオン、および有機低分子の制御不能な透過を促進する水で満たされた膜貫通チャネルを形成する。この膜貫通チャネルは細胞膜上の孔となり、ATPなどの生命活動に重要な物質の急速な放出、膜電位とイオン勾配の消散、細胞壁破裂（細胞溶解）につながる不可逆的な浸透圧的膨潤、並びに、DNA断片化をもたらす生体によって作り出されていた濃度勾配にしたがったイオンの流入や流出を引き起こすので、最終的に細胞死を引き起こす。
酵素的溶血素

酵素的な溶血素は、膜中のリン脂質を切断することによって赤血球膜を損傷する。
黄色ブドウ球菌溶血素
α溶血素黄色ブドウ球菌のα溶血素による膜貫通細孔の巨大分子構造

黄色ブドウ球菌によって分泌されるこの毒素は、外膜との結合とその後の単量体のオリゴマー化によって標的細胞膜上に水充満チャネルを形成する。浸透現象、細胞の脱分極、およびATPなどの生体分子の散逸をもたらし、その結果として細胞死を引き起こす[6]。
β溶血素

細胞膜の50％を占める膜脂質のスフィンゴミエリンを加水分解することによって細胞毒性を示す。この場合スフィンゴミエリンから放出されるホスホコリンの顕著な上昇が観測される[7]。
γ溶血素

β溶血素とは異なり、短い飽和アシル鎖を有するホスホコリン、特に円錐形の分子により高い親和性を有するが、円筒状脂質（例えば、スフィンゴミエリン）に対しては溶血素活性が阻害される。標的細胞膜に結合すると八量体となる。このオリゴマー化の直後に、β-バレルと呼ばれるより安定した構造が形成される。この最後の段階で八量体は細胞膜中のホスファチジルコリンと結合する[8]。
構造

いくつかの溶血素の可溶性単量体および膜孔形成多量体の立体構造がX線結晶構造解析によって決定されている。例えば、黄色ブドウ球菌 (Staphylococcus aureus) のα溶血素は細胞膜上ではホモ-七量体βバレル構造である[9]。コレラ菌 (Vibrio cholerae) 細胞溶解素も七量体の孔を形成する[10] が、黄色ブドウ球菌γ溶血素は八量体の孔を形成する[11] 。

黄色ブドウ球菌由来のα溶血素七量体は直径 100 A かつ高さ 100 A のキノコ様の形状を持つ。溶媒が接近可能な膜貫通チャネルは7回対称で、14?46 A の範囲の直径を有する。14本鎖逆平行βバレルの外側には、脂質二重層の非極性部分に相補的な表面となる幅約 30 A の疎水性ベルトがある。α溶血素と脂質二重層との界面は疎水性相互作用のほか塩結合と水素結合によって固定され、これら相互作用は 65 °C 以下であればSDS溶液中においてでさえ七量体の分子安定性を確保する[12]。