微囊藻毒素毒理學研究在水環保中的應用

任姝昕++袁州

摘 要：近年來，隨著人類生產、生活活動的迅速發展，工農業排污的增加，各地水體富營養化日益加劇，導致江河、湖泊中藻類尤其是藍藻異常繁殖生長而出現水華現象。當藍藻水華嚴重時，水面形成厚厚的綠色湖靛，散發出難聞的氣味，不僅破壞了水生生態系統的平衡，而且因藻細胞破裂后釋放出多種藻毒素而對人和動物的飲用水安全構成了嚴重的威脅。文章從微囊藻毒素的理化性質、一般毒性、毒理研究及作用機理方面來說明當前藻毒素研究進展。

關鍵詞：微囊藻毒素； 毒理學 ； 進展

1.微囊藻毒素一般概況

微囊藻毒素（Mycrocystins，MC）是水體中藍藻爆性繁殖產生的二級毒性代謝物，是一種肝毒素，可在貽貝和扇貝的消化腺內積累并沿食物鏈進入到高營養生物體內，包括魚、鳥、哺乳動物和人類，引起野生動物和家畜中毒，其癥狀包括虛弱、皮膚蒼白、過冷等，嚴重的可引起肝大出血及肝壞死，使動物因呼吸阻塞而死亡。微囊藻毒素也可引起人類疾病，甚至導致人類死亡。

微囊藻毒素是由水體中藍綠藻如銅綠微囊藻、魚腥藻、顫藻等產生的具有生物活性的單環肽化合物，其結構可表示為環D-丙氨酸-L-X-赤-β-甲基-D-異天冬氨酸-L-Z-Adda-D-異谷氨酸-N-甲基脫氫丙氨酸。X、Z為兩個可變的氨基酸殘基，這兩個可變的L-氨基酸的更替及其它氨基酸的去甲基化，衍生出眾多的毒素類型，至今已發現MC有60多種異構體。在這眾多異構體中存在最普遍、含量較多、毒性較大、研究較詳細的是MC-LR、MC-RR和MC-YR，L、R、Y分別代表亮氨酸、精氨酸和酪氨酸。Adda是MC生物活性表達所必需的，研究發現去除Adda后藻毒素的毒性降低。

2.MC的理化性質

MC性質穩定，具有水溶性和耐熱性。MC極易溶于水，在水中的溶解度>lg/L，不易沉淀或被吸附于沉淀物和懸浮顆粒物中。在實驗室研究中發現MC在水體中的穩定時間與水體的特征有關，水庫水中低濃度MC-LR（1O/μg/L）不到1個星期即發生初級降解，在去離子水中超過27天毒素依舊很穩定。毒素在消毒的水庫中可保持穩定l2天，在自然庫水中其不穩定性是由于生物降解通過Adda旁鏈的修飾而滅活這一機制實現。在色素存在的情況下，MC卻被迅速降解，使其活性降低。此外，純化的MC在陽光照射下依然保持其穩定性，但當毒素暴露在紫外線時即可被水解或發生化學異構和化學鍵合反應而使毒性喪失，其半衰期是l0天。當紫外線波長接近其吸收峰周圍（即

238～254nm），MC被迅速地降解。MC耐高溫，加熱煮沸（水浴100℃，30分鐘）后不失活，不揮發，抗pH變化，可溶于甲醇或丙酮，現行自來水處理工藝的混凝、沉淀、過濾、加氯均不能有效去除微囊藻。

3.致毒機理

一些研究發現微囊藻毒素是一個相對化學惰性的環七肽，不具有直接的誘癌能力，但有極強的肝毒性，所以即使是低濃度的MC，也可能使人類患上慢性肝病。有研究認為微囊藻毒素同Okadaicacid（OA）的作用類似，但是OA的化學結構與微囊藻毒素差別極大，所以很有可能它們作用于不同的受體，但通過同一GS受體途徑調節相同下游信使酶PP2A的活性。所以，目前諸多學者公認，微囊藻毒素是蛋白磷酸酶1和2A的強烈抑制劑，通過抑制蛋白磷酸酶1和2A的活性，從而幫助解除對細胞增值的正常的制動作用。另外，有些研究發現，微囊藻毒素肝毒作用與體內活性氧（ROS）及其誘發的脂質過氧化水平相關。所以，微囊藻毒素的肝毒性機制還不完全清楚，其致毒機理可能有化學、基因、細胞、受體毒性等多種情況。另外，微囊藻毒素還可導致細胞生化代謝、膜離子通道改變。總之，微囊藻毒素有相當多的生物毒性，尤其對肝臟的作用表現為作用形式的多樣性。

4.MC的一般毒性

藍綠藻毒素引起的人類疾病有3種，即胃腸炎及其相關疾病、變應性和刺激性反應以及肝臟疾病，MC也是腫瘤促進物。1878年在南澳大利亞的Alexandrina湖首次發現因泡末節球藻水華污染飲水導致家畜及禽類死亡。此后有許多關于鳥類、魚和其它動物藍綠藻中毒的報道，其中亦包括了MC。近年來，隨著人類生產、生活活動的迅速發展，工農業排污的增加，使得水中富營養化元素如硝酸鹽和磷酸鹽不斷增加，導致了藍藻水華接連不斷的發生。至此藍藻水華引發嚴重的水污染和公共健康問題已引起人們的關注，由此展開了一系列MC分子結構和毒理學的研究。結果顯示MC的致毒機理是通過與蛋白磷酸酶中的絲氨酸/蘇氨酸亞基結合，抑制其活性，從而誘發細胞角蛋白高度磷酸化，使哺乳動物肝細胞微絲分解、破裂和出血，導致肝充血，動物失血休克而死亡。隨著有關MC毒性的深入研究，發現MC具有多器官毒性、遺傳性和致癌性。有研究表明MC具有腎毒性，表現為：腎小球內紅細胞減少，周圍紅細胞增多，管腔直徑增大，且存在劑量-反應關系。近端小管上皮壞死，遠端小管蛋白質表膜物質出現。MC對脾臟亦有一定的毒性，可導致脾臟腫大，有些亞型的MC也可能有神經毒性或免疫抑制與刺激作用。此外還有報道指出MC是心源性心臟病的潛在的致病因素，它可引起心臟輸出量下降、血管擴張、血壓降低、心率下降以及多巴胺和異丙腎上腺素分泌等血液動力學改變及其引起的激素分泌。許多研究均表明MC是一種腫瘤促進物。長期飲用有MC污染的水是引起肝癌的最主要危險因素之一；飲用河水、池塘水等淺表水是大腸癌的危險因素之一，其中MC的含量與大腸癌的發病率呈正相關。兩者研究均表明飲用水中微量MC的存在與人群中原發性肝癌、大腸癌的發病率有很大的相關性，由此表明MC具有潛在的促癌性。

5.MC的肝毒性

MC具有明顯的嗜肝性，經口、腹腔注射后主要作用于肝臟引起肝臟病變，肝灌流染毒和原代肝細胞培養染毒表現出與在體實驗相似的結果。參照前人所做急性毒性實驗：大、小鼠經腹腔或靜脈接觸MC，LD50在36～122/μg/kg，經口、呼吸道染毒大鼠時，其分別為10.9mg/kg、43/μg/kg。急性中毒對肝臟的損傷在組織病理學上主要表現為肝臟大面積出血、壞死、腫脹、瘀血，肝細胞結構破壞。血清酶學表現為乳酸脫氫酶（LHD）滲漏，γ-谷酰基轉移酶（γ-GT）和堿性磷酯酸合成酶（AKP）升高，蛋白磷酸酯酶1（PP1）和蛋白磷酸酯酶2A（PP2A）受抑制。光鏡下Diss間隙微絨毛消失，肝竇狀血管破壞、血竇內皮損傷、細胞間隙增大、PAS染色部位可見大面積糖原缺乏區。電鏡下肝細胞超微結構發生改變，粗面內質網發生折疊、線粒體脊膜擴張、胞質空泡樣變、漿膜反折、細胞內器重新分布，有時可見核崩解，有些肝細胞索微管壓縮，細胞骨架破壞，肝細胞壞死融合成帶，出現橋接樣壞死。