嘔吐毒素和玉米赤霉烯酮的理化及毒理特性分析

王錄軍，王韋華，黨小利

（渭南職業技術學院，陜西渭南 714026）

在高等生物中極低量的霉菌次生代謝產物就會引起中毒，這些毒素被稱為霉菌毒素，產生真菌毒素的真菌主要為曲霉屬、青霉屬、鐮刀菌屬（史瑩華等，2006）。從動物營養的角度來看，一些霉菌毒素具有嚴重的風險，因為它們可能發生在飼料中，導致農場動物中毒。如黃曲霉毒素B1是由黃曲霉形成的，被認定為對動物生長非常不利，對暴露在黃曲霉毒素污染的動物生產的食品具有很大風險。與黃曲霉毒素B1相比，嘔吐毒素（deoxynivalenol，DON）和玉米赤霉烯酮（zearalenone，ZEN）的毒素對健康的影響必須加以考慮，因為這些毒素的風險通常被認為是微不足道的。

在鐮刀菌毒素中，DON和ZEN具有特殊的重要性，因為它們是在谷物收獲前在田間形成的，主要受天氣條件的影響。與其他谷類相比，特別是小麥、黑麥和玉米籽粒更容易受到鐮刀菌病的侵染，DON和ZEN的侵染率也較高。在動物中，特別是豬，對濃度較高的鐮刀菌毒素反應相當敏感，DON會使豬的采食量減少，而ZEN會導致雌激素過多和生育障礙，但反芻動物和家禽對鐮刀菌毒素不那么敏感（周永紅，2005）。在鐮刀菌毒素形成菌種中，禾谷鐮刀菌和被大刀鐮刀霉是最常見的真菌，感染這些霉菌可能導致植物病害，如所謂的鐮刀菌頭枯萎病，也稱為“痂病”或“足腐病”。此外，在植物感染過程中可能形成的霉菌毒素也是植物病害的致病因素。如DON被認為是高度植物毒性，導致生長遲緩，抑制幼苗和綠色植物再生（Rocha等，2005）。燕麥鐮刀菌和亞谷鐮刀菌能合成念珠菌素，而念珠菌和增殖念珠菌會產生伏馬毒素。

1 DON和其他毒素的理化特性

單端孢霉烯族毒素類是由一組約150個結構相關的化合物構成，其特征是一個四環。化學性質上它們是倍半萜化合物，由3個分子的甲戊酸合成。單端孢霉烯族毒素根據其真菌的產生和化學特性可以分為4類，T-2毒素A型，雪腐鐮刀菌素B型，扁蟲毒素C型，大環毒素D型。其中，B型單端孢霉烯族毒素在C8位置有一個羧基基團，而A型在該位點既未氧化、羥基化或酯化（Ueno，1984）。B型單端孢霉烯族毒素由于其頻繁發生水平高到足以造成不利影響，相比之下，C型和D型單端孢霉烯族毒素似乎沒有那么嚴重的風險。DON毒素在120℃下很穩定，180℃下中等穩定，在一些極性溶液（甲醇，乙腈和乙酸乙酯）中易溶，該毒素呈白色、晶體結構，熔點164～165℃，不溶于水，但溶于堿和各種有機溶劑。ZEN在儲存、洗滌、加工和烹飪過程中都是穩定的，具有熱穩定性。

2 DON和ZEN的毒理學和毒性作用

在評價DON和ZEN的毒性作用時必須特別注意這兩種毒素的同時發生及其不同的作用方式。DON會抑制蛋白質合成，而ZEN具有雌激素性質，會干擾內分泌活動。根據DON或ZEN的作用模式，他們可能會產生某些效應，但觀察到的效應強度可能既取決于毒素濃度，也取決于毒素之間的比例（Lusky等，2001）。考慮到毒素影響的復雜性，確定這種影響程度不僅取決于毒素劑量和比例，還取決于檢測方法。DON和ZEN在同一靶細胞上的增殖抑制可能是代謝作用的結果，DON和ZEN均為豬ZEN的中間代謝物，均表現劑量依賴性的抑制豬子宮內膜細胞增殖，而進一步的研究表明，其翻譯受不同毒素依賴性分子水平的影響（Tiemann等，2003）。此外，體外試驗結果往往并不能準確反應其在活體動物體內的表現，同時在使用純毒素實驗中觀察到的效果可能與使用自然污染谷物實驗中觀察到的效果不同，即使是使用相似的濃度（Danicke等，2004）。

由于DON和ZEN交互作用特點，當動物采食后并不能確定到底是哪種毒素影響占主導作用。雖然單端孢霉烯族毒素類被認為會抑制蛋白質合成，但有研究表明，這些毒素綁定大量核糖體亞基不僅抑制肽基轉移酶介導的翻譯過程，還會引發所謂的核糖毒性應激反應，由有絲分裂原激活蛋白激酶的激活（MAPKs）（Pestka，2007）。由于MAPK的激活，DON能通過誘導細胞因子轉錄和環氧化酶-2表達及前列腺素合成引發促炎反應。然而，在體內和體外對比研究發現，母豬日糧受自然污染的毒素主要是DON和ZEN，所有這些發現對豬的相關性仍有待進一步研究。雖然可以建立豬子宮內膜細胞DON暴露與MAPKs表達和磷酸化之間的體外劑量響應關系，但從暴露于DON濃度高達9.6 mg/kg的日糧中的母豬中分離出的同一細胞類型沒有檢測到任何影響（Wollenhaupt等，2006）。同樣，IgA是小鼠體內的一種重要的DNA毒性生物標志物。IgA是由COX-2誘導的巨噬細胞中IL-6上調表達的，COX-2是由MAPKs細胞外信號調節蛋白激酶1和2以及p38 MAPK磷酸化誘導的，血清濃度可增加多達10～15倍（Accensi等，2006）。然而，對豬和其他動物的大量研究或體外對人細胞的研究只能檢測到少量、不一致、不顯著或不存在DON對IgA的影響。除品種差異外，實驗室檢測方法（如毒素濃度、暴露時間和性別）也可能對觀察到的效應變化有影響。

雖然DON可能在分子水平上抑制蛋白質合成，誘導核毒性應激反應，但其抑制采食量的作用在豬臨床表現最為明顯。動物采食行為是由中樞神經系統控制的，而免疫系統通過細胞因子IL-1、IL-6和TNF-α與中樞神經系統相互作用，導致在疾病狀態下采食量減少。此外，IL-1還與下丘腦中高濃度的血清素有關，這已在接觸多巴胺的動物身上得到證實（Plata-Salaman，2001）。一項關于豬采食量抑制效應的文獻綜述表明，與對照組相比，飼料中每1 mg/kg DON污染會使采食量下降5.4%。這些結果考慮了不同暴露時間，飼料中DON的不同分析方法，不同年齡和不同品種的因素，顯示了DON較強的采食抑制效應（Guijarro等，2006）。歐盟要求豬飼料中DON水平應低于0.9 mg/kg，在此范圍內采食量的偏差從-15%～+5%不等，采食量抑制效應的濃度獨立變化可以提示其他影響因素，從而降低或增加飼料中DON的臨界濃度。這些因素可能特別包括污染飼料中未分析的鐮刀菌毒素。此外，豬的健康狀況不佳容易受到DON的影響。因此，0.9 mg/kg的臨界濃度必須解釋為最優生產條件下的限量水平。

必須考慮到，與DON相關的飼料采食量下降不僅減少了毒素本身的攝入量，而且還減少了代謝過程所必需的營養和能量的攝入量。在許多情況下，由DON引起的采食量下降導致的能量和營養攝入量減少比毒性作用本身更為明顯。為育肥豬提供含碳水化合物和無碳水化合物的日糧，無論是自由采食還是限飼，可以表明日增重降低和料重比增加完全可以歸因于采食量減少。在相應的平衡實驗中可以證明，DON日糧的營養物質消化率顯著提高，這導致活體重增加，至少限飼組應該有這樣的結果。在限飼組中，凈槽時間上看，平均而言，用DON污染的日糧喂養的豬需要更多的時間來完成這次采食行為（Doll等，2003）。因此，較高的養分消化率可以通過較高的維持要求得到補償。綜上所述，上述實驗強調了在評價DON的一級或二級代謝作用時，DON對采食量影響的重要性。

ZEN及其代謝產物具有雌激素樣結構，但與類固醇不同的是，它們并非來源于甾體結構，ZEN毒素本身及其代謝物與體內雌激素競爭雌激素受體的結合位點，影響RNA和蛋白質合成，導致雌激素作用的解除（Doll等，2003）。在臨床上，這會導致雌激素過多和生殖障礙。青春期前的母豬最敏感，隨著日糧中ZEN濃度的增加，高雌激素的跡象變得更加明顯，值得注意的是，在0.06和0.15 mg/kg飼料濃度較低的情況下，發病率已有所上升，飼料中ZEN的含量應小于0.1 mg/kg。可以推斷，青春期前母豬較高的易感性是與這些母豬血液中相對較低的固有雌激素水平有關。

3 飼料中DON和ZEN與動物營養管理

就動物營養中的霉菌毒素而言，適當的風險管理不僅依賴于對潛在威脅動物健康危險的認識，而且還依賴于對動物實際接觸的信息。小麥、玉米和燕麥在DON和ZEN污染的研究方面具有特別重要的意義，而其他谷物受影響較小。燕麥似乎特別容易受到T-2毒素的污染，而T-2毒素的污染似乎取決于鐮刀菌屬對燕麥的侵害，鐮刀菌屬優先形成T-2毒素，并在有利于感染的地理區域和T-2合成（Doll等，2003）。伏馬菌素幾乎只在玉米上發現，小麥的鐮刀菌毒素污染風險較大。谷物樣品較高的毒素成陽性反應可能反映了谷物對真菌感染和霉菌毒素形成的特異性、易感性，但也可能由于特定毒素檢測限的分析相關差異而產生偏差（Bimczok等，2007）。

個別飼料原料中較高的霉菌毒素濃度對于直接尋找致病源是必要的，但了解配合飼料的污染水平可以評估動物實際接觸霉菌毒素的情況，我國飼料衛生標準包括了原料和全價料毒素水平的限制。從德國官方監測數據來看，玉米的特殊作用也很明顯，因為超過60%的分析樣本被DON和ZEN污染，而其他谷物和豬飼料的污染頻率較低，為20%～40%。同時，與限量值相比，玉米中DON和ZEN的絕對水平相對較低，限量值不僅適用于中位數，而且適用于最大值（Wollenhaupt等，2006）。然而，這種比較有一定的偏差，這種差異是無法推導出DON和ZEN污染的豬飼料的最大值或超過限量值的水平。必須對單獨的飼料原料和全價料或部分飼料（精料補充料）的限量值進行區分，符合全價飼料的限量值，保證正常生產條件下動物健康不受影響。外界應激因素、飼養密度過高、營養不足等會提高動物對毒素風險的易感性。考慮到飼料在大多數情況下都有一定程度的霉菌毒素污染，必須采取相應措施處理這種污染。首先必須分析霉菌毒素含量超過上限時的臨界濃度，因為這可能影響動物的健康和生產性能。將受污染的飼料與未受污染的飼料混合，目的是稀釋毒素濃度，使最終的全價飼料不再超過限量。

4 毒素的凈化與挑戰

李培武等（2010）認為，飼料毒素的脫毒程序需要滿足以下幾個條件：（1）霉菌毒素必須被滅活或清除；（2）不得產生新的毒素或有毒降解產物；（3）飼料的營養成分不應受到影響，加工工藝不受影響；（4）殺滅孢子或菌絲以避免隨后形成霉菌毒素；（5）易于處理，成本效益和環境友好。體內解毒是指將在受污染的飼料中加入添加劑，達到霉菌毒素在通過消化道時失活，從而避免霉菌毒素的吸收和不良影響。相關飼料添加劑主要通過兩種不同的機制發揮作用，即礦物黏土吸附作用和酶或微生物降解作用（劉艷麗等，2012）。堿性處理已被證明可以成功降解幾種霉菌毒素，但這些程序的開展成本較高，或者只是實驗室的小試或中試，不適用于農場（Lusky等，2001）。然而，在歐洲一些國家，47%的谷物從農田收獲后并沒有通過商業飼料廠的加工而是直接用于動物飼養，在農場使用一些具有成本效益的霉菌毒素脫毒方法是有益的（路遙等，2012）。使用焦亞硫酸鈉處理DON污染的谷物原料具有顯著脫毒效果，但需要對這種方法的安全性和有效性進行評估和研究（Danicke等，2010）。

5 結論

鐮刀菌毒素DON和ZEN對豬的健康和生產性能會產生較大危害，但這些毒素對動物健康影響的機制仍未完全明確。在實際生產過程中，飼料原料中DON和ZEN的同時存在，甚至在受污染的谷物中進一步發現了其他霉菌毒素都加劇了毒素風險控制的管理。原料中毒素的影響可能是相加的、協同的，也取決于毒素彼此之間的比例及單一毒素的污染程度。由于小麥、玉米等谷物易受鐮刀菌毒素的污染，而農業工藝措施不能完全避免這種風險，需要有效的管理和戒毒戰略。