袁 航

(無(wú)錫城市職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江蘇 無(wú)錫 214153)

真菌毒素是由絲狀真菌次級(jí)代謝產(chǎn)生的小分子量天然產(chǎn)物，污染糧食現(xiàn)象在全球范圍內(nèi)極為普遍。聯(lián)合國(guó)糧食與農(nóng)業(yè)組織(FAO)估計(jì)全球糧食受真菌毒素污染的比例約為25%，近年來(lái)研究人員通過(guò)對(duì)歐洲食品安全局和全球大調(diào)查的約50萬(wàn)份分析數(shù)據(jù)也證實(shí)了這一比例[1]。真菌毒素通常難以降解，能在廣泛的pH范圍內(nèi)存在，通過(guò)飲食或飼料，進(jìn)入人和動(dòng)物體內(nèi)并發(fā)揮其毒性作用，對(duì)人和動(dòng)物的健康形成一系列不良影響[2]。真菌在農(nóng)產(chǎn)品貯藏期間大量繁殖，導(dǎo)致毒素濃度在貯藏期間大幅度增加，而毒素濃度較高的農(nóng)產(chǎn)品可能被人類(lèi)或動(dòng)物攝入。真菌毒素被人類(lèi)攝入后，會(huì)對(duì)人類(lèi)產(chǎn)生強(qiáng)烈的致癌、致畸與致突變的作用，如黃曲霉毒素(Aflatoxins，AFs)主要與肝癌的發(fā)生有關(guān)，脫氧雪腐鐮刀菌烯醇(Deoxynivalenol，DON)具有很高的細(xì)胞毒性和免疫抑制性質(zhì)，通常會(huì)引起人類(lèi)急性中毒，嘔吐、腹瀉等較為普遍。AFs和DON的化學(xué)結(jié)構(gòu)式如圖1所示。

AFs主要是黃曲霉和寄生曲霉產(chǎn)生的次生代謝產(chǎn)物，大部分是二氫呋喃香豆素的衍生物，其化學(xué)結(jié)構(gòu)類(lèi)似。AFs主要有黃曲霉毒素B1、B2、G1、G2(AFB1、AFB2、AFG1和AFG2)4種類(lèi)型，而AFM1和AFM2是由AFB1和AFB2經(jīng)代謝后產(chǎn)生的。AFs主要污染糧油類(lèi)食品，在溫濕度較高的區(qū)域食品和飼料中出現(xiàn)幾率最高，其中大部分谷物都發(fā)現(xiàn)過(guò)這類(lèi)毒素。AFs主要能引發(fā)人和動(dòng)物的肝部損傷，具有致突變和DNA損傷的作用，其中AFB1毒性是砒霜的68倍，氰化鉀的10倍，對(duì)動(dòng)物肝臟有嚴(yán)重破壞作用，可導(dǎo)致急性肝炎、肝癌甚至死亡[3-4]。

DON一般是由生長(zhǎng)在小麥、玉米等植株上的鐮刀菌產(chǎn)生的次級(jí)代謝產(chǎn)物構(gòu)成，是一種單端孢霉烯族毒素。該毒素能夠引發(fā)人與動(dòng)物嘔吐，所以又稱(chēng)嘔吐毒素[5]。自DON被發(fā)現(xiàn)以來(lái)，已有大量研究[6-8]報(bào)道，其對(duì)人體和動(dòng)物均有顯著的急性和潛在的慢性毒作用。目前有研究[9]發(fā)現(xiàn)，DON具有一定的多代毒性，可通過(guò)被污染的懷孕母體傳遞給子代，并對(duì)其產(chǎn)生不良影響。

AFs和DON等在糧食中經(jīng)常發(fā)現(xiàn)，并且不同類(lèi)型毒素經(jīng)常共同存在，而其共存后對(duì)人體的聯(lián)合毒性尚缺乏系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)，僅有少部分學(xué)者對(duì)毒素共存狀態(tài)下的毒性進(jìn)行了研究。如有研究人員[10]測(cè)量了AFB1、DON和玉米赤霉烯酮(Zearalenone，ZEN)的單獨(dú)、二元和三元組合對(duì)HepG2細(xì)胞和RAW 264.7的細(xì)胞活力和細(xì)胞擾動(dòng)的影響，表明真菌毒素聯(lián)合作用顯著增加了細(xì)胞內(nèi)ROS的產(chǎn)生和[Ca2+]電通量，并降低了兩種細(xì)胞系的膜電位(MMP)。HepG2細(xì)胞具有活性氧(ROS)產(chǎn)生的主要酶系，以及肝細(xì)胞代謝酶[11]，能形成較穩(wěn)定的細(xì)胞系，有利于研究的連續(xù)性，能保證其研究對(duì)象的一致性以及試驗(yàn)準(zhǔn)確性，所以真菌毒素的聯(lián)合毒性常采用HepG2細(xì)胞作為研究對(duì)象。文章擬綜述近年來(lái)國(guó)內(nèi)外有關(guān)以上主要真菌毒素對(duì)糧食的危害以及對(duì)人體細(xì)胞產(chǎn)生的毒性作用，旨在對(duì)未來(lái)預(yù)測(cè)和預(yù)防真菌毒素對(duì)人和動(dòng)物健康影響提供文獻(xiàn)依據(jù)。

圖1 AFB1與DON化學(xué)結(jié)構(gòu)式

1 糧食中的真菌毒素及其危害

1.1 影響真菌毒素產(chǎn)生的條件與因素

AFs主要是黃曲霉和寄生曲霉產(chǎn)生的有毒代謝產(chǎn)物。在自然界，黃曲霉的生長(zhǎng)要求不高，在有氧條件下，玉米和花生是最好的繁殖場(chǎng)所，因而AFs污染的幾率較大[12]。在AFs產(chǎn)生的過(guò)程中，溫度是一個(gè)很重要的條件，溫度的高低會(huì)影響真菌毒素產(chǎn)生速度以及數(shù)量。在25～30 ℃下，相對(duì)濕度80%～90%，曲霉屬真菌易產(chǎn)生真菌毒素[13]。在眾多的糧食及飼料發(fā)生真菌毒素污染的地區(qū)來(lái)看，普遍南方高于北方，因?yàn)槟戏降貐^(qū)溫暖潮濕，利于真菌的生長(zhǎng)繁殖。同時(shí)，在貯藏前期，糧食的水分含量如果控制不好，也容易發(fā)生真菌毒素的污染。谷物類(lèi)如果經(jīng)過(guò)粉碎，粉末容易吸收周?chē)h(huán)境中水分，貯藏時(shí)更容易受到霉菌污染[14]。

DON最先由一株患有赤霉病的大麥中分離得到，產(chǎn)生于禾谷鐮刀菌和粉紅鐮刀菌[15]。糧食谷物類(lèi)食品受DON污染主要與產(chǎn)毒菌株種類(lèi)、溫濕度以及通風(fēng)日照等因素有關(guān)。產(chǎn)生DON的鐮刀菌大多在溫度較低，濕度較高以及通風(fēng)不良的環(huán)境中慢慢生長(zhǎng)，從而產(chǎn)生濃度較高的真菌毒素。同時(shí)，在收儲(chǔ)后期，如果糧食谷物的水分含量控制不好，未經(jīng)充分干燥，也容易滋生鐮刀菌。若庫(kù)存過(guò)多以及堆壓時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，均會(huì)為鐮刀菌的生長(zhǎng)提供有利的條件，從而被污染。

1.2 真菌毒素危害

真菌植物病原體產(chǎn)生的次生代謝產(chǎn)物具有較大的毒性作用，對(duì)糧食安全構(gòu)成重大威脅，限制了全球糧食供應(yīng)的市場(chǎng)化。雖然目前已經(jīng)鑒定出數(shù)百種真菌毒素，但已知影響全球農(nóng)業(yè)的真菌毒素相對(duì)較少，而AFs和DON對(duì)谷物品質(zhì)和糧食安全具有重大影響[16]。食品安全問(wèn)題與人們的身體健康和生命安全直接相關(guān)，在居民生活中占據(jù)了極為重要的地位。而真菌毒素對(duì)于糧食安全的危害極大，如DON具有多代毒性，不僅對(duì)當(dāng)代人的生命安全造成影響，并且對(duì)下一代也影響深遠(yuǎn)[17]。

谷物類(lèi)食品儲(chǔ)藏條件不當(dāng)時(shí)，容易受到真菌污染產(chǎn)生毒素，嚴(yán)重影響糧食及飼料的經(jīng)濟(jì)價(jià)值和品質(zhì)。在谷物生長(zhǎng)、收獲、運(yùn)輸和加工等環(huán)節(jié)，真菌毒素均會(huì)產(chǎn)生危害。人和動(dòng)物攝入或皮膚接觸這些被AFs污染的糧食和飼料，會(huì)引發(fā)多種中毒癥狀甚至死亡[18]。同時(shí)，真菌毒素被人或動(dòng)物攝入之后，不易排出體外，容易在體內(nèi)富集產(chǎn)生較大毒性從而危害人與動(dòng)物的健康。目前，糧食和飼料中真菌毒素污染的狀況頻頻發(fā)生，對(duì)糧食和飼料中真菌毒素的污染情況進(jìn)行監(jiān)控，確保糧食和飼料的質(zhì)量安全至關(guān)重要。安徽省淮北地區(qū)在2010～2014年，419份樣品中AFB1檢出率為29.8%，超標(biāo)率0.7%；926份樣品中，有145份樣品檢出ZEN，超標(biāo)率2.7%[19]。由于中國(guó)大部分地區(qū)氣候溫和，濕度較大，適宜真菌生長(zhǎng)代謝，因而糧食受真菌毒素污染較為普遍。糧食有害微生物鐮刀菌屬在收儲(chǔ)前期產(chǎn)生較多，而中后期主要是以黃曲霉、寄生曲霉為主和以青霉為主[20]。DON是谷物赤霉病的重要指示性毒素，大量存在于小麥、玉米中，對(duì)糧食安全造成巨大影響，引發(fā)極大經(jīng)濟(jì)損失[21]。

2 糧食中真菌毒素間聯(lián)合毒性

2.1 AFB1與其他毒素聯(lián)合毒性

AFB1已被國(guó)際癌癥研究機(jī)構(gòu)明確為I類(lèi)致癌物，全球大約4.6%～28.2%的肝癌由AFB1攝入引起[22]。近幾年，國(guó)內(nèi)外研究者對(duì)真菌毒素間聯(lián)合作用有不同的研究，其中AFB1的研究較為普遍[23-25]。

2.1.1 AFB1與DON 近年來(lái)，Ricordy等[23]研究了AFB1對(duì)3種人細(xì)胞系(HepG2，SK-N-MC和SK-N-SH)細(xì)胞周期進(jìn)程的影響，顯示AFB1致癌作用與其跟DNA形成不穩(wěn)定加合物的能力有關(guān)，毒素處理導(dǎo)致的細(xì)胞周期進(jìn)展顯著改變，AFB1影響DNA合成時(shí)p53基因的表達(dá)。Shi等[26]研究表明，AFB1在肝線粒體呼吸鏈復(fù)合物I-IV活性中顯著誘導(dǎo)肝線粒體功能障礙。

李文竹等[27]研究AFB1與DON兩種毒素單獨(dú)及混合作用于HepG2細(xì)胞/C3A細(xì)胞，細(xì)胞增殖抑制率明顯增加，雙鏈DNA含量降低，經(jīng)分析后發(fā)現(xiàn)兩者作用類(lèi)型為加和作用。兩種毒素低濃度作用下均能引起細(xì)胞發(fā)生凋亡，使得細(xì)胞周期前期(S期、G2/M期)停滯生長(zhǎng)，并且引起caspase-3和Bax表達(dá)量增加，Bcl-2則下降，從而引發(fā)細(xì)胞凋亡。RNA-Seq測(cè)序結(jié)果顯示，AFB1與DON的毒性作用機(jī)理并不相同，其中AFB1以及兩者的混合作用主要是通過(guò)p53部位信號(hào)通路變化影響細(xì)胞凋亡，與Ricordy等[23]研究結(jié)果相同。DON主要影響核糖體循環(huán)這條通路，阻止蛋白質(zhì)合成，對(duì)細(xì)胞有一定的毒性作用。AFB1與DON主要是通過(guò)2種不同的途徑，即p53信號(hào)通路以及核糖體循環(huán)通路共同導(dǎo)致細(xì)胞凋亡的發(fā)生。兩種真菌毒素盡管途徑不同，結(jié)果都是干擾細(xì)胞蛋白質(zhì)的合成，抑制其正常生理活動(dòng)，影響細(xì)胞代謝，引發(fā)細(xì)胞毒性作用。

2.1.2 AFB1與伏馬毒素 伏馬毒素(Fumonisin，F(xiàn)B)是一組真菌毒素，主要來(lái)源于鐮刀菌，伏馬毒素B1(Fumonisin B1，F(xiàn)B1)，伏馬毒素B2(Fumonisin B2，F(xiàn)B2)和伏馬毒素B3(Fumonisin B3，F(xiàn)B3)是其常見(jiàn)的3種類(lèi)型，其中FB1是其主要組分。FB1是溶于水的真菌毒素，對(duì)熱穩(wěn)定，不容易被蒸煮破壞結(jié)構(gòu)[28-29]。杜明等[30]研究了AFB1和FB1的聯(lián)合毒性，發(fā)現(xiàn)其相互作用為加和作用。隨著毒素濃度的增加，HepG2細(xì)胞的ATP或DNA含量逐漸較少。同時(shí)，聚類(lèi)分析顯示，對(duì)于混合與單獨(dú)染毒組，ATP、DNA、活性氧(ROS)、線粒體膜電位(MMP)4個(gè)指標(biāo)中，DNA相比于ATP、ROS、MMP 3種指標(biāo)較為獨(dú)立，而后三者有一定的聯(lián)系。有研究[31]發(fā)現(xiàn)，在細(xì)胞凋亡時(shí)，ATP水平的下降和線粒體膜電位下降同時(shí)發(fā)生，且線粒體是ROS產(chǎn)生的主要場(chǎng)所，又是ROS作用最敏感的部位，ROS通過(guò)氧化線粒體心磷脂，線粒體DNA和其重要的蛋白質(zhì)對(duì)線粒體造成氧化損傷，進(jìn)而誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡。ATP以及ROS等指標(biāo)的下降，在轉(zhuǎn)錄及翻譯水平上均對(duì)蛋白質(zhì)生物合成造成抑制作用，進(jìn)而影響細(xì)胞代謝，產(chǎn)生毒性作用。

2.1.3 AFB1與雜色曲霉毒素 雜色曲霉毒素(Sterigmatocystin，ST)是一類(lèi)結(jié)構(gòu)類(lèi)似的化合物，主要是雜色曲霉和構(gòu)巢曲霉的最終代謝產(chǎn)物，同時(shí)以中間產(chǎn)物的形式存在于合成AFs的過(guò)程中[32]。劉洋[33]研究了AFB1和ST單獨(dú)及聯(lián)合染毒時(shí)對(duì)HepG2細(xì)胞的毒性作用，結(jié)果顯示AFB1、ST及其混合物都誘導(dǎo)HepG2細(xì)胞發(fā)生了細(xì)胞周期阻滯，聯(lián)合作用時(shí)則同時(shí)誘導(dǎo)HepG2細(xì)胞發(fā)生G0/G1期阻滯和S期阻滯。采用細(xì)胞免疫組織化學(xué)染色檢測(cè)AFB1、ST單獨(dú)及聯(lián)合作用效果，結(jié)果表明Bcl-2蛋白的陽(yáng)性表達(dá)量呈劑量依賴(lài)性降低，Bax、Caspase-3、Caspase-8、Caspase-9及p53的陽(yáng)性表達(dá)量隨著毒素濃度的增加而增加。因而AFB1和ST聯(lián)合作用于HepG2細(xì)胞時(shí)為加和作用，兩者會(huì)對(duì)HepG2細(xì)胞的主要部位如DNA和線粒體造成損傷，并且引起細(xì)胞凋亡。

2.1.4 毒素種類(lèi)對(duì)HepG2細(xì)胞毒性影響 Theumer等[34]在研究AFs及其前體在人體細(xì)胞中的遺傳毒性時(shí)，發(fā)現(xiàn)在研究的3種細(xì)胞系中最具遺傳毒性的化學(xué)物質(zhì)依次為雜色曲霉毒素(ST)、AFB1、AFB2、AFG1和雜色曲霉毒素A(VERA)。然而無(wú)論測(cè)試的細(xì)胞系如何，AFB2和AFG2都不具有細(xì)胞毒性和基因毒性。

2.2 DON與其他毒素聯(lián)合毒性

歐盟分類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)中，DON為三級(jí)致癌物。人和動(dòng)物如果長(zhǎng)期攝入DON可抑制體內(nèi)蛋白質(zhì)的合成，對(duì)機(jī)體有一定的危害作用，會(huì)造成嘔吐、腹瀉、厭食、惡心、神經(jīng)紊亂等毒性效應(yīng)[6-8]。近年來(lái)，研究學(xué)者在真菌毒素對(duì)細(xì)胞系的研究方面除了AFs，DON的研究也較為廣泛。

2.2.1 DON與ZEN ZEN又稱(chēng)F2毒素，是真菌的次級(jí)代謝產(chǎn)物，主要由鐮孢屬菌種產(chǎn)生。一項(xiàng)關(guān)于農(nóng)業(yè)和動(dòng)物中真菌毒素含量的調(diào)查報(bào)告顯示[35]，在東南亞、南歐和北美的AFB1/DON/ZEN的檢出率分別為65%/41%/49%、50%/41%/19%和8%/87%/52%。周鴻媛等[9]測(cè)量了AFB1、DON和ZEN的單個(gè)、二元和三級(jí)組合對(duì)HepG2細(xì)胞的細(xì)胞活力和細(xì)胞擾動(dòng)的影響，結(jié)果顯示不同濃度的真菌毒素的不同組合顯示出不同類(lèi)型的相互作用。大多數(shù)混合物如DON與ZEN顯示出協(xié)同作用，而AFB1-ZEN的組合觀察到拮抗作用。研究過(guò)程中真菌毒素的組合顯示細(xì)胞內(nèi)ROS產(chǎn)生和[Ca2+]電通量顯著增加，并且兩種細(xì)胞系中MMP均降低，表明真菌毒素組合的協(xié)同和累加效應(yīng)源于多種細(xì)胞功能的擾動(dòng)。邱思奇等[36]研究表明，DON和ZEN對(duì)HepG2細(xì)胞具有顯著的促增殖和促細(xì)胞遷移的作用，在HepG2細(xì)胞系上具有潛在的致癌性。DON與ZEN均屬于單端孢霉烯族毒素，兩種毒素同時(shí)存在時(shí)，毒性明顯呈加和作用。

2.2.2 DON與展青霉素和T-2毒素 展青霉素(Patulin，PAT)主要由青霉屬、曲霉屬和絲衣霉屬等菌種代謝產(chǎn)生[37]。PAT在霉?fàn)€蘋(píng)果和蘋(píng)果汁中較為常見(jiàn)，在各種霉變水果以及青貯飼料中廣泛存在。在細(xì)胞水平上，PAT產(chǎn)生細(xì)胞膜破壞、蛋白質(zhì)合成的抑制、轉(zhuǎn)錄和翻譯的破壞以及DNA合成的抑制以及其他作用[38]。

T-2毒素(T-2)是由大多數(shù)鐮刀菌產(chǎn)生的一種真菌毒素。主要污染小麥、大麥、玉米等糧食作物及其制品，危害性較大。在細(xì)胞水平上，T-2與核糖體結(jié)合會(huì)抑制蛋白質(zhì)、RNA和DNA的合成[39]。

Fernandez-Blanco等[40]研究表明，與單獨(dú)使用DON、T-2、PAT 3種霉菌毒素產(chǎn)生的細(xì)胞毒性作用相比，食物中這3種霉菌毒素的共存可能會(huì)增加其細(xì)胞毒性作用。

2.2.3 不同DON形式對(duì)HepG2細(xì)胞毒性 交鏈孢菌酚(Altemariol，AOH)是由幾種鏈格孢屬菌種產(chǎn)生的真菌毒素之一，最常見(jiàn)的是交替孢子。毒素3-乙?；?脫氧雪腐鐮刀菌烯醇(3-ADON)和15-乙酰基-脫氧雪腐鐮刀菌烯醇(15-ADON)是由禾谷鐮刀菌產(chǎn)生的DON的乙?；问健uan-Garcia等[41]在研究中，通過(guò)使用MIT(3-[4,5-二甲基噻唑-2-酮])測(cè)定和評(píng)價(jià)HepG2細(xì)胞與AOH、3-ADON 和15-ADON的二元和三元組合處理的毒性作用。結(jié)果顯示3-ADON和15-ADON的組合對(duì)于增殖HepG2細(xì)胞比對(duì)其他任何組合的毒性更大，在所有組合中測(cè)到的主要效果是協(xié)同作用。

深氧—脫氧雪腐鐮刀菌烯醇(DOM-1)是由微生物對(duì)DON生物轉(zhuǎn)化的產(chǎn)物之一[42]。Mayer等[43]研究發(fā)現(xiàn)DON和DOM-1均可降低HepG2細(xì)胞的白蛋白分泌，但DOM-1的濃度要高得多；同時(shí)DON還對(duì)白細(xì)胞介素和一氧化氮產(chǎn)生影響。DON還能夠降低細(xì)胞活力，并在培養(yǎng)的任何時(shí)候?qū)δ?，染色體或DNA造成損害[6]。

3 展望

食品安全是國(guó)家戰(zhàn)略。根據(jù)教育部思政課程建設(shè)工作要求，在思政教學(xué)過(guò)程中要深度融入黨和國(guó)家高度關(guān)注的民生問(wèn)題和國(guó)際視野下的熱點(diǎn)問(wèn)題，增強(qiáng)學(xué)生的知識(shí)素養(yǎng)、民生意識(shí)、法制意識(shí)與國(guó)家安全意識(shí)，培養(yǎng)學(xué)生構(gòu)建大思政格局。

糧食安全是食品安全的基本，也是國(guó)家和政治安全的保障，更是社會(huì)和諧穩(wěn)定的條件。真菌毒素廣泛存在于糧食及其制品中，大多毒素均會(huì)被人和動(dòng)物經(jīng)口攝入，因此為更合理確保人和動(dòng)物健康安全，在實(shí)際農(nóng)產(chǎn)品和食品限量制定和防控監(jiān)管過(guò)程中，適當(dāng)考慮毒素暴露的風(fēng)險(xiǎn)具有一定意義。在糧食收獲及儲(chǔ)運(yùn)過(guò)程中，應(yīng)嚴(yán)格把控各個(gè)階段可能造成的真菌毒素污染，盡力將污染程度降至最低。糧食中的AFs和DON，其對(duì)細(xì)胞的單一及聯(lián)合毒性盡管通路不同，但其均是通過(guò)抑制細(xì)胞蛋白質(zhì)的合成來(lái)影響細(xì)胞代謝。完善的細(xì)胞模型，可以幫助人們更好地了解真菌毒素對(duì)人體的毒性作用，HepG2細(xì)胞具有活性氧(ROS)產(chǎn)生的主要酶系，能保證研究對(duì)象的一致性以及試驗(yàn)準(zhǔn)確性，后續(xù)應(yīng)進(jìn)一步完善模型。后期可通過(guò)多種毒理學(xué)機(jī)理研究手段，擴(kuò)展不同細(xì)胞系如Caco-2 細(xì)胞模型，對(duì)糧食中多種毒素聯(lián)合作用可能存在的致癌性進(jìn)行全面評(píng)估，為相關(guān)真菌毒素的毒理學(xué)研究提供支撐，全面了解其對(duì)人和動(dòng)物的毒性特別是致癌、致畸和致突變性，對(duì)于預(yù)測(cè)和預(yù)防真菌毒素對(duì)人和動(dòng)物健康的影響意義重大。