T—2毒素的毒性及其作用機制與代謝研究進展

李麗霞++尚書鳳

摘要：T-2毒素是A類單端孢霉烯族真菌毒素。T-2毒素自然發生，嚴重污染糧食作物及其加工產品，造成巨大的經濟損失。T-2毒素污染飼料，威脅畜禽健康，嚴重影響畜禽養殖業。T-2毒素及其在動物體內的代謝產物在可食組織器官殘留，通過食物鏈傳遞到人類，威脅到人類的健康。因此，T-2毒素受到廣泛關注。綜述了有關T-2毒素的毒性及其毒理機制與代謝等的研究進展。

關鍵詞：T-2毒素；毒性；作用機制；代謝

中圖分類號：Q935 文獻標識碼：A 文章編號：0439-8114（2015）21-5207-04

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2015.21.002

單端孢霉烯族毒素是一大類結構相關的真菌毒素，主要是由鐮刀菌屬（Fusarium genus）產生的，如擬枝孢鐮刀菌（Fusarium sporotrichioides）、三線鐮刀菌（Fusarium tricinctum）和木賊鐮刀菌（Fusarium equiseti）[1]。根據單端孢霉烯族毒素的功能團，將其分為A、B、C、D 4類。T-2毒素屬于A類單端孢霉烯族毒素，是單端孢霉烯族毒素中毒性最強的毒素之一。T-2毒素損害肝、皮膚、消化系統、免疫系統、神經系統等，能夠使農場動物亞中毒甚至致死。由于T-2毒素的毒性及其穩定性，T-2毒素被用作生化武器[2]。T-2毒素抑制蛋白質合成，從而抑制DNA、RNA合成。T-2毒素誘導哺乳動物細胞凋亡。T-2在體內通過異戊基側鏈3′碳的羥化、酰基水解、環氧鍵打開的脫環氧產生20多種產物。最典型的代謝產物是HT-2、T-2 triol、T-2 tetraol、Neosolaniol、3′OH-T-2、3′-OH-HT-2、3′-OH-T-2 triol、Dihydroxy HT-2、 Deepoxy-3′-OH-HT-2、 Deepoxy-3′-OH-T-2。參與T-2毒素羥化作用的酶主要有細胞色素P450 1A5、3A4、3A22、3A29、3A37、3A46，參與酯鍵水解的酶有羧酸酯酶[3，4]， T-2毒素環氧鍵打開的脫環氧反應是由腸道微生物催化的[5]。Fuchs等[6]報道了一種細菌BBSH 797可以將T-2 三醇環氧鍵打開生成T-2 四醇。

1 T-2毒素的發現及理化性質

20世紀中期，在美國用發霉的玉米喂養動物，一些動物表現出中毒癥狀。在威斯康星州，從發霉的有毒玉米中分離到許多真菌，三線鐮刀菌是發霉玉米中最常見真菌之一，其提取物毒性是最大的。1968年Bamburg等[7]利用Gregory培養基培養三線鐮刀菌菌株T-2，從乙酸乙酯提取物中獲得毒素并結晶，將其命名為T-2毒素，首次確定了T-2毒素的分子式為C24H3O9，化學名為4β-15-二乙酰氧基-3α-羥基-8α-（3-甲基丁酰氧）-12，13-環氧單端孢霉-9-烯，四環的倍半萜烯，C-9與C-10之間形成一個雙鍵，C-12與C-13之間形成環氧鍵（圖1）。環氧鍵是T-2毒素毒性和生物活性的重要活性基團[8]。此外，R2、R3和R5也是T-2毒素重要的活性基團，Chanh等[9]利用T-2毒素單克隆抗體HDⅡ研究其結構與功能的關系，發現這些功能基團是毒素結合到靶細胞所必需的。

2 T-2毒素的毒性

在體內，T-2毒素主要毒害的組織是肝，致使肝臟生物膜形態和功能改變。T-2毒素抑制蛋白質合成，減弱代謝藥物所必需的酶活性，誘發脂質過氧化，產生類似于自由基所致的溶血。T-2毒素對皮膚損害的典型特征是皮炎，一些動物暴露于T-2毒素，誘發腿部色素沉淀、胳膊黃萎病，還誘發皮下水腫、出血和皮膚壞死[10]。2012年Agrawal等[11]研究T-2毒素對小鼠的皮膚損傷，T-2毒素應用于局部導致氧化應激，活性氧、脂質過氧化、髓過氧化物酶活性增加，導致皮膚炎癥因子（TNF-α、IL-6、IL-1β）的mRNA顯著增加，抗炎癥因子IL-10表達也顯著上調。免疫印跡分析顯示磷酸化p38絲裂原活化蛋白激酶（MAPK）水平顯著增加。所以推測T-2毒素誘導的皮膚炎與以下因素相關：氧化應激、髓過氧化物酶的激活、炎癥性細胞因子活性增加、p38 MAPK的激活和表皮細胞凋亡導致的皮膚退行性病理變化等[11]。

對免疫系統的損害是T-2毒素對動物和人所造成的主要毒害之一。用亞臨床劑量的T-2毒素喂養豬29 d，用卵清蛋白免疫豬，檢測激素和細胞免疫應答，豬產生的抗體大大減少[12]，驗證了T-2毒素對免疫系統的毒性，尤其是對激素免疫應答的毒性。動物體暴露于T-2毒素，致使白細胞減少和淋巴器官細胞壞死，抑制骨髓和脾臟促細胞生成，減少淋巴細胞增殖。無論是體液免疫還是細胞免疫，無論是T-依賴免疫應答還是T-非依賴免疫應答，都受T-2毒素影響[10]。T-2毒素幾乎對整個消化系統的所有細胞都有毒性。T-2毒素導致的壞死性病變，其典型特征是消化道出現黃白色干酪樣的壞死性隆起，出現在口腔、腸黏膜、肫和肝等[13]。T-2毒素的刺激增加胃腸推進率，從而影響到胃腸消化運輸和營養物質的吸收，T-2毒素導致胃腸功能紊亂，部分原因是由于T-2毒素改變腸系膜血流量，T-2毒素急性作用導致胃腸上皮細胞出血及壞死[14]。T-2毒素致使大鼠大腦單胺類神經遞質水平發生改變、運動能力下降、小鼠腦組織氧化損傷。T-2毒素對血腦屏障具有強的細胞毒性，干擾血腦屏障功能[15]。

3 T-2毒素細胞毒性的分子機制

T-2毒素對60 S核糖體亞基親和力很強，與肽基轉移酶高親和力，抑制肽基轉移酶活性，從而抑制蛋白質合成的起始階段。T-2毒素抑制DNA、RNA合成，T-2毒素誘導淋巴細胞單鏈DNA斷裂[16，17]。Chaudhari等[18]報道T-2毒素引起活性氧生成和氧化應激發生，緊接著觀察到P53蛋白表達量上調，也發現Bax/Bcl2比率增加，更利于細胞凋亡的發生。線粒體細胞凋亡因子Bax、Bcl-2、Cytochrome-c水平增加后，激活Caspases-9，-3，-7，導致細胞凋亡。關于T-2毒素誘導神經細胞凋亡的報道較少，Agrawal等[19] 報道T-2毒素誘導神經細胞胞外信號調節激酶（ERK）、c-Jun氨基末端激酶（JNK）和p38-絲裂原活化蛋白激酶（MAPKs）磷酸化，ERK途徑上游的Grb2、Ras和Raf以及下游的轉錄因子c-fos和c-jun表達均顯著上調。所以，T-2毒素通過多種途徑誘導神經細胞凋亡。endprint

4 T-2毒素的代謝

T-2毒素在體內半衰期很短，在嚙齒動物、雞、牛、豬體內，T-2毒素被吸收后很快被代謝為多種產物。T-2毒素發現以來的幾十年，科學家鑒定了許多種T-2毒素的代謝產物。Ⅰ相代謝產物可以分為3類：異戊基側鏈3碳的羥化產物、酰基水解產物、環氧鍵打開的脫環氧產物。進入體內的T-2毒素及其Ⅰ相代謝產物很快與葡萄糖醛酸結合生成糖苷類化合物。在不同生物體，T-2毒素代謝產物有所不同。已經研究了多種動物體內（鼠、雞、牛、豬）T-2毒素的代謝、組織分布、排泄。下面主要探討T-2毒素在禽類代表動物雞、畜類代表動物豬、嚙齒類動物代表鼠體內體外代謝。

除了腸道和肝這兩個主要代謝T-2毒素的場所以外，皮膚、血液和胃也在T-2毒素代謝過程中起到重要作用。用溶于DMSO的T-2毒素經注射滲透到皮膚，發現T-2毒素經皮膚滲透在生物體廣泛存在，兔與人皮膚滲透性最相似，猴皮膚滲透性比人快2～3倍，HT-2是其主要代謝產物，也檢測到T-2 triol和T-2 tetraol[20]。血細胞也能代謝T-2毒素，人和鼠血細胞經兩個不同途徑代謝T-2毒素分別生成HT-2和Neosolaniol，鼠紅細胞代謝T-2毒素生成Neosolaniol作為主要代謝產物，而白細胞則生成HT-2；人紅細胞代謝T-2毒素生成Neosolaniol和HT-2，而白細胞則僅僅產生HT-2。用特異抑制劑研究發現白細胞和紅細胞中負責T-2毒素水解的酶是羧酸酯酶，血液代謝T-2毒素生成Neosolaniol的途徑不同于肝代謝[21]。胃腸道在T-2毒素解毒過程中起到重要作用，鼠和牛胃腸代謝T-2毒素的研究為肝外組織代謝提供大量信息，牛瘤胃微生物在厭氧條件下與T-2毒素孵育，代謝生成HT-2和T-2 triol兩種水解產物以及Deepoxy HT-2、Deepoxy T-2 triol、 Deepoxy T-2 tetraol 3種脫環氧產物[22，23]。研究發現鼠胃在不同pH條件下生成的產物有所不同，pH 2.2，孵育60 min后，HT-2是惟一代謝產物；pH 7.5，孵育3 h后，檢測到HT-2 （18%）、Neosolaniol（4.4%）、4-deacetylneosolaniol（3.5%）。所以推測在不同組織代謝途徑可能不同，因為不同亞型酶的底物特異性受孵育體系pH影響[24]。

T-2毒素在雞體內的代謝。絕大多數代謝產物殘留于排泄物，在雞肝中也探測到大量T-2毒素代謝產物，肺中僅少量，在其他組織心和腎沒有檢測到T-2代謝產物。3′-OH-HT-2是組織和排泄物的主要代謝物，也探測到其他代謝物：HT-2、T-2 tetraol、15 acetoxy T-2 tetraol、3′-OH- T-2、4-acetoxy T-2 tetraol，以及微量的8-acetoxy T-2 tetraol、T-2 triol、 3-acetoxy-3'-OH-HT-2[25]。雞體外，一般以肝微粒體做研究材料，苯巴比妥（Phenobarbital）誘導的雞肝微粒體與T-2毒素孵育，HT-2是主要代謝產物，3′-OH-T-2是的主要氧化產物[26]。可能是由于體積龐大的異戊基側鏈不容易去除，雞腸道微生物與T-2孵育，僅檢測C4位單個脫酰基產物HT-2和T2T及其脫環氧產物HT2-dE和T2T-dE[5]。已報道雞的CYP1A5和CYP3A37羥化T-2生成3′-OH- T-2，是雞代謝T-2毒素的關鍵酶[27，28]。

T-2毒素在豬體內的代謝。豬體內，0.1 mg氚標記T-2/kg體重的劑量給藥后18 h，探測到標記物在體內的分布如下：0.7%（肌肉）、 0.43%（肝）、 0.08%（腎）、 0.06%（膽汁）、 21.6%（尿）、25.0% （大便），豬體內的代謝物分布情況與雞體內的相似，絕大多數代謝產物殘留于排泄物，所不同的是腎中檢測到標記物[29]。在組織和胃腸道中，共檢測到21種代謝產物，HT-2、T-2 triol、T-2 tetraol、 3′-OH T-2、3′-OH HT-2、Deepoxy T-2 tetraol、Deepoxy HT-2、Deepoxy T-2 triol等達到55%。其中HT-2、3′-hydroxy-T-2、 3′-hydroxy-HT-2 是主要代謝產物[30]。葡萄糖醛酸化在T-2毒素代謝過程中起到很重要的作用，膽汁和尿中，葡萄糖醛酸化的T-2毒素及其代謝產物量分別達到77%和63%，主要包括HT-2、3′-OH T-2、3′-OH-HT-2和T-2的葡萄糖醛酸化產物[31]。已報道CYP3A22、CYP3A29、CYP3A46是豬體內羥化T-2毒素的關鍵酶[32，33]。

T-2毒素在鼠體內外的代謝。用氚標記的T-2毒素灌流鼠肝，除了檢測到3′-hydroxy-HT-2、3′-hydroxy-T-2 triol、4-deacetylneosolaniol、T-2 tetraol，還檢測到HT-2、3′-hydroxy-HT-2、 T-2 tetraol的葡萄糖醛酸化產物。給鼠口服3′-Hydroxy HT-2 toxin和 T-2 tetraol，檢測到了3′-hydroxy-deepoxy HT-2、3′-hydroxy-deepoxy T-2 triol、15-acetyl-deepoxy T-2 tetraol、Deepoxy T-2 tetraol，由此表明環氧鍵打開也在鼠體內代謝起重要作用[34]。用空腸原位灌流的方法研究T-2毒素在鼠腸道代謝，主要代謝產物是HT-2，也檢測到3′-hydroxy-HT-2、3′-hydroxy-T-2、T-2 tetraol、 4-deacetylneosolaniol，沒有檢測到葡萄糖醛酸化產物，表明葡萄糖醛酸化不是發生在腸道，而是在鼠肝[35]。在體外，用大鼠、小鼠的肝微粒體來研究T-2毒素的代謝，不管來自苯巴比妥誘導還是不誘導的肝微粒體，HT-2是其主要代謝物，苯巴比妥誘導處理的大鼠和小鼠肝微粒體孵育T-2毒素，向孵育體系補充NADPH生成體系，也檢測到3′-OH-T-2和3′-OH-HT-2，不過3′-OH-HT-2是小鼠肝微粒體的主要氧化產物，3′-OH-T-2是大鼠肝微粒體的主要氧化產物[36]。endprint

參考文獻：

[1] KONIGS M， MULAC D， SCHWERDT G， et al. Metabolism and cytotoxic effects of T-2 toxin and its metabolites on human cells in primary culture[J]. Toxicology， 2009， 258（2-3）：106-115.

[2] KUCA K， POHANKA M. Chemical warfare agents[J]. EXS， 2010， 100： 543-558.

[3] JOHNSEN H， ODDEN E， LIE O， et al. Metabolism of T-2 toxin by rat liver carboxylesterase[J]. Biochem Pharmacol， 1986， 35（9）： 1469-1473.

[4] WU Q H， WANG X， YANG W， et al. Oxidative stress-mediated cytotoxicity and metabolism of T-2 toxin and deoxynivalenol in animals and humans： An update[J]. Arch Toxicol， 2014， 88（7）： 1309-1326.

[5] YOUNG J C， ZHOU T， YU H， et al. Degradation of trichothecene mycotoxins by chicken intestinal microbes[J]. Food Chem Toxicol， 2007， 45（1）： 136-143.

[6] FUCHS E， BINDER E M， HEIDLER D， et al. Structural characterization of metabolites after the microbial degradation of type A trichothecenes by the bacterial strain BBSH 797[J]. Food Addit Contam， 2002， 19（4）： 379-386.

[7] BAMBURG J R， RIGGS N V， STRONG F M， et al. The structures of toxins from two strains of Fusarium tricinctum[J]. Tetrahedron， 1968， 24（8）： 3329-3336.

[8] UENO Y. Toxicology of microbial toxins[J]. Pure Appl Chem， 1986， 58（2）：339-350.

[9] CHANH T C， HEWETSON J F. Structure/function studies of T-2 mycotoxin with a monoclonal antibody[J]. Immunopharmacology， 1991， 21（2）： 83-89.

[10] KALANTARI H， MOOSAVI M. Review on T-2 Toxin[J]. J Natural Pharmfcentical Prodacts， 2010， 5（1）：26-38.

[11] AGRAWAL M， YADAV P， LOMASH V， et al. T-2 toxin induced skin inflammation and cutaneous injury in mice[J]. Toxicology， 2012， 302（2-3）： 255-265.

[12] MEISSONNIER G M， LAFFITTE J， RAYMOND I， et al. Subclinical doses of T-2 toxin impair acquired immune response and liver cytochrome P450 in pigs[J]. Toxicology， 2008， 247（1）： 46-54.

[13] SOKOLOVIC M， GARAJ-VRHOVAC V， SIMPRAGA B. T-2 toxin： Incidence and toxicity in poultry[J]. Arh Hig Rada Toksikol， 2008， 59（1）： 43-52.

[14] SIREN A L， FEUERSTEIN G. Effect of T-2 toxin on regional blood flow and vascular resistance in the conscious rat[J]. Toxicol Appl Pharmacol， 1986， 83（3）： 438-444.

[15] WEIDNER M， HUWEL S， EBERT F， et al. Influence of T-2 and HT-2 toxin on the blood-brain barrier in vitro： New experimental hints for neurotoxic effects[J]. PLoS One， 2005， 8（3）：1-10

[16] DOI K， UETSUKA K. Mechanisms of mycotoxin-induced dermal toxicity and tumorigenesis through oxidative stress-related pathways[J]. J Toxicol Pathol， 2014， 27（1）： 1-10.endprint

[17] VENKATESH P， VAIRAMUTHU S， BALACHANDRAN C， et al. Induction of apoptosis by fungal culture materials containing cyclopiazonic acid and T-2 toxin in primary lymphoid organs of broiler chickens[J]. Mycopathologia，2005，159（3）：393-400.

[18] CHAUDHARI M， JAYARAJ R， BHASKAR A S， et al. Oxidative stress induction by T-2 toxin causes DNA damage and triggers apoptosis via caspase pathway in human cervical cancer cells[J]. Toxicology， 2009， 262（2）： 153-161.

[19] AGRAWAL M， BHASKAR A S， RAO P V. Involvement of mitogen-activated protein kinase pathway in T-2 toxin-induced cell cycle alteration and apoptosis in human neuroblastoma cells[J]. Mol Neurobiol， 2015， 51（3）：1379-1394.

[20] KEMPPAINEN B W， RILEY R T， JOYAVE J L， et al. In vitro percutaneous penetration and metabolism of[3H]T-2 toxin： Comparison of human， rabbit， guinea pig and rat[J]. Toxicon， 1987， 25（2）： 185-194.

[21] JOHNSEN H， ODDEN E， JOHNSEN B A， et al. Metabolism of T-2 toxin by blood cell carboxylesterases[J]. Biochem Pharmacol， 1988， 37（16）： 3193-3197.

[22] SWANSON S P， NICOLETTI J， ROOD H D， et al. Metabolism of three trichothecene mycotoxins， T-2 toxin， diacetoxyscirpenol and deoxynivalenol， by bovine rumen microorganisms[J]. J Chromatogr， 1987， 414（2）： 335-342.

[23] SWANSON S P， ROOD H D， BEHRENS J C， et al. Preparation and characterization of the deepoxy trichothecenes： deepoxy HT-2， deepoxy T-2 triol， deepoxy T-2 tetraol， deepoxy 15-monoacetoxyscirpenol， and deepoxy scirpentriol[J]. Appl Environ Microbiol， 1987， 53（12）： 2821-2826.

[24] LI Y， WANG Z， BEIER R C， et al. T-2 toxin， a trichothecene mycotoxin： Review of toxicity， metabolism， and analytical methods[J]. J Agric Food Chem，2011，59（8）： 3441-3453.

[25] VISCONTI A， MIROCHA C J. Identification of various T-2 toxin metabolites in chicken excreta and tissues[J].Appl Environ Microbiol， 1985， 49（5）：1246-1250.

[26] KNUPP C A， SWANSON S P， BUCK W B. Comparative in vitro metabolism of T-2 toxin by hepatic microsomes prepared from phenobarbital-induced or control rats， mice， rabbits and chickens[J]. Food Chem Toxicol， 1987， 25（11）： 859-865.

[27] SHANG S， JIANG J， DENG Y. Chicken cytochrome P450 1A5 is the key enzyme for metabolizing T-2 toxin to 3'OH-T-2[J]. Int J Mol Sci， 2013， 14（6）： 10809-10818.

[28] YUAN Y. ZhOU X， YANG J， et al. T-2 toxin is hydroxylated by chicken CYP3A37[J]. Food Chem Toxicol， 2013， 62： 622-627.

[29] ROBISON T S， MIROCHA C J， KURTZ H J， et al. Distribution of tritium-labeled T-2 toxin in swine[J]. J Agric Food Chem， 1979， 27（6）： 1411-1413.endprint

[30] CORLEY R A， SWANSON S P， GULLO G J， et al. Disposition of T-2 toxin， a trichothecene mycotoxin， in intravascularly dosed swine[J]. J Agric Food Chem，1986， 34（5）：868-875.

[31] CORLEY R A， SWANSON S P， BUCK W B. Glucuronide conjugates of T-2 toxin and metabolites in swine bile and urine[J]. J Agric Food Chem， 1985， 33（6）：1085-1089.

[32] CHENG G， LIU C， WANG X， et al. Structure-function analysis of porcine cytochrome P450 3A29 in the hydroxylation of T-2 toxin as revealed by docking and mutagenesis studies[J]. PLoS One， 2014，9（9）：1067-1069.

[33] WANG J， JIANG J， ZHANG H， et al. Integrated transcriptional and proteomic analysis with in vitro biochemical assay reveal the important role of CYP3A46 in T-2 toxin hydroxylation in porcine primary hepatocytes[J]. Mol Cell Proteomics， 2011， 10（9）： 1-18.

[34] YOSHIZAWA T， SAKAMOTO T， KUWAMURA K. Structures of deepoxytrichothecene metabolites from 3'-hydroxy HT-2 toxin and T-2 tetraol in rats[J]. Appl Environ Microbiol， 1985， 50（3）： 676-679.

[35] CONRADY-LORCK S， GAREIS M， FENG X C， et al. Metabolism of T-2 toxin in vascularly autoperfused jejunal loops of rats[J]. Toxicol Appl Pharmacol， 1988， 94（1）： 23-33.

[36] KNUPP C A， SWANSON S P， BUCK W B. In vitro metabolism of T-2 toxin by rat liver microsomes[J]. J Agric Food Chem， 1986， 34（5）：865-868.endprint