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肉毒毒素主要是通过与外周神经系统运动神经元突触前膜受体结合，作用并切割神经细胞中的特异性底物蛋白，阻止神经介质一-乙酰胆碱的释放，阻断胆碱能神经传导的生理功能，引起全身肌肉松弛性麻痹，而呼吸肌麻痹是肉毒中毒患者死亡的主要原因。

A~G型肉毒毒素具有相同的作用机制，只是识别的特异底物蛋白有所不同。这些底物蛋白统称为(solubleNSF-attachmentproteinreceptor,SNARE)蛋白10-121。由于Mr大，肉毒毒素分子不能以扩散方式，而是以“内凹”和受体介导的细胞摄入方式通过肠黏膜上皮屏障进入血液循环(不能穿透血脑屏障)，呈现致死效应。