T2毒素的毒性及其作用机制与代谢研究进展.docx

T2毒素的毒性及其作用机制与代谢研究进展.docx

《T2毒素的毒性及其作用机制与代谢研究进展.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《T2毒素的毒性及其作用机制与代谢研究进展.docx（9页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

T2毒素的毒性及其作用机制与代谢研究进展

T―2毒素的毒性及其作用机制与代谢研究进展

摘要:

T-2毒素是A类单端孢霉烯族真菌毒素。

T-2毒素自然发生,严重污染粮食作物及其加工产品,造成巨大的经济损失。

T-2毒素污染饲料,威胁畜禽健康,严重影响畜禽养殖业。

T-2毒素及其在动物体内的代谢产物在可食组织器官残留,通过食物链传递到人类,威胁到人类的健康。

因此,T-2毒素受到广泛关注。

综述了有关T-2毒素的毒性及其毒理机制与代谢等的研究进展。

关键词:

T-2毒素;毒性;作用机制;代谢

中图分类号:

Q935文献标识码:

A文章编号:

0439-8114（2015）21-5207-04

DOI:

10.14088/ki.issn0439-8114.2015.21.002

单端孢霉烯族毒素是一大类结构相关的真菌毒素,主要是由镰刀菌属（Fusariumgenus）产生的,如拟枝孢镰刀菌（Fusariumsporotrichioides）、三线镰刀菌（Fusariumtricinctum）和木贼镰刀菌（Fusariumequiseti）[1]。

根据单端孢霉烯族毒素的功能团,将其分为A、B、C、D4类。

T-2毒素属于A类单端孢霉烯族毒素,是单端孢霉烯族毒素中毒性最强的毒素之一。

T-2毒素损害肝、皮肤、消化系统、免疫系统、神经系统等,能够使农场动物亚中毒甚至致死。

由

于T-2毒素的毒性及其稳定性,T-2毒素被用作生化武器[2]。

T-2毒素抑制蛋白质合成,从而抑制DNA、RNA合成。

T-2毒素诱导哺乳动物细胞凋亡。

T-2在体内通过异戊基侧链3′碳的羟化、酰基水解、环氧键打开的脱环氧产生20多种产物。

最典型的代谢产物是HT-2、T-2triol、T-2tetraol、Neosolaniol、3′OH-T-2、3′-OH-HT-2、3′-OH-T-2triol、DihydroxyHT-2、Deepoxy-3′-OH-HT-2、Deepoxy-3′-OH-T-2。

参与T-2毒素羟化作用的酶主要有细胞色素P4501A5、3A4、3A22、3A29、3A37、3A46,参与酯键水解的酶有羧酸酯酶[3,4],T-2毒素环氧键打开的脱环氧反应是由肠道微生物催化的[5]。

Fuchs等[6]报道了一种细菌BBSH797可以将T-2三醇环氧键打开生成T-2四醇。

1T-2毒素的发现及理化性质

20世纪中期,在美国用发霉的玉米喂养动物,一些动物表现出中毒症状。

在威斯康星州,从发霉的有毒玉米中分离到许多真菌,三线镰刀菌是发霉玉米中最常见真菌之一,其提取物毒性是最大的。

1968年Bamburg等[7]利用Gregory培养基培养三线镰刀菌菌株T-2,从乙酸乙酯提取物中获得毒素并结晶,将其命名为T-2毒素,首次确定了T-2毒素的分子式为C24H3O9,化学名为4β-15-二乙酰氧基-3α-羟基-8α-（3-甲基丁酰氧）-12,13-环氧单端孢霉-9-烯,四环的倍半萜烯,C-9与C-10之间形成一个双键,C-12与C-13之间形

成环氧键（图1）。

环氧键是T-2毒素毒性和生物活性的重要活性基团[8]。

此外,R2、R3和R5也是T-2毒素重要的活性基团,Chanh等[9]利用T-2毒素单克隆抗体HDⅡ研究其结构与功能的关系,发现这些功能基团是毒素结合到靶细胞所必需的。

2T-2毒素的毒性

在体内,T-2毒素主要毒害的组织是肝,致使肝脏生物膜形态和功能改变。

T-2毒素抑制蛋白质合成,减弱代谢药物所必需的酶活性,诱发脂质过氧化,产生类似于自由基所致的溶血。

T-2毒素对皮肤损害的典型特征是皮炎,一些动物暴露于T-2毒素,诱发腿部色素沉淀、胳膊黄萎病,还诱发皮下水肿、出血和皮肤坏死[10]。

2012年Agrawal等[11]研究T-2毒素对小鼠的皮肤损伤,T-2毒素应用于局部导致氧化应激,活性氧、脂质过氧化、髓过氧化物酶活性增加,导致皮肤炎症因子（TNF-α、IL-6、IL-1β）的mRNA显著增加,抗炎症因子IL-10表达也显著上调。

免疫印迹分析显示磷酸化p38丝裂原活化蛋白激酶（MAPK）水平显著增加。

所以推测T-2毒素诱导的皮肤炎与以下因素相关:

氧化应激、髓过氧化物酶的激活、炎症性细胞因子活性增加、p38MAPK的激活和表皮细胞凋亡导致的皮肤退行性病理变化等[11]。

对免疫系统的损害是T-2毒素对动物和人所造成的主要毒害之一。

用亚临床剂量的T-2毒素喂养猪29d,用卵清蛋

白免疫猪,检测激素和细胞免疫应答,猪产生的抗体大大减少[12],验证了T-2毒素对免疫系统的毒性,尤其是对激素免疫应答的毒性。

动物体暴露于T-2毒素,致使白细胞减少和淋巴器官细胞坏死,抑制骨髓和脾脏促细胞生成,减少淋巴细胞增殖。

无论是体液免疫还是细胞免疫,无论是T-依赖免疫应答还是T-非依赖免疫应答,都受T-2毒素影响[10]。

T-2毒素几乎对整个消化系统的所有细胞都有毒性。

T-2毒素导致的坏死性病变,其典型特征是消化道出现黄白色干酪样的坏死性隆起,出现在口腔、肠黏膜、肫和肝等[13]。

T-2毒素的刺激增加胃肠推进率,从而影响到胃肠消化运输和营养物质的吸收,T-2毒素导致胃肠功能紊乱,部分原因是由于T-2毒素改变肠系膜血流量,T-2毒素急性作用导致胃肠上皮细胞出血及坏死[14]。

T-2毒素致使大鼠大脑单胺类神经递质水平发生改变、运动能力下降、小鼠脑组织氧化损伤。

T-2毒素对血脑屏障具有强的细胞毒性,干扰血脑屏障功能[15]。

3T-2毒素细胞毒性的分子机制

T-2毒素对60S核糖体亚基亲和力很强,与肽基转移酶高亲和力,抑制肽基转移酶活性,从而抑制蛋白质合成的起始阶段。

T-2毒素抑制DNA、RNA合成,T-2毒素诱导淋巴细胞单链DNA断裂[16,17]。

Chaudhari等[18]报道T-2毒素引起活性氧生成和氧化应激发生,紧接着观察到P53蛋白表达量上调,也发现Bax/Bcl2比率增加,更利于细胞凋亡的发生。

线粒体细胞凋亡因子Bax、Bcl-2、Cytochrome-c水平增加后,激活Caspases-9,-3,-7,导致细胞凋亡。

关于T-2毒素诱导神经细胞凋亡的报道较少,Agrawal等[19]报道T-2毒素诱导神经细胞胞外信号调节激酶（ERK）、c-Jun氨基末端激酶（JNK）和p38-丝裂原活化蛋白激酶（MAPKs）磷酸化,ERK途径上游的Grb2、Ras和Raf以及下游的转录因子c-fos和c-jun表达均显著上调。

所以,T-2毒素通过多种途径诱导神经细胞凋亡。

4T-2毒素的代谢

T-2毒素在体内半衰期很短,在啮齿动物、鸡、牛、猪体内,T-2毒素被吸收后很快被代谢为多种产物。

T-2毒素发现以来的几十年,科学家鉴定了许多种T-2毒素的代谢产物。

Ⅰ相代谢产物可以分为3类:

异戊基侧链3’碳的羟化产物、酰基水解产物、环氧键打开的脱环氧产物。

进入体内的T-2毒素及其Ⅰ相代谢产物很快与葡萄糖醛酸结合生成糖苷类

化合物。

在不同生物体,T-2毒素代谢产物有所不同。

已经研究了多种动物体内（鼠、鸡、牛、猪）T-2毒素的代谢、组织分布、排泄。

下面主要探讨T-2毒素在禽类代表动物鸡、畜类代表动物猪、啮齿类动物代表鼠体内体外代谢。

除了肠道和肝这两个主要代谢T-2毒素的场所以外,皮肤、血液和胃也在T-2毒素代谢过程中起到重要作用。

用溶于DMSO的T-2毒素经注射渗透到皮肤,发现T-2毒素经皮肤渗透在生物体广泛存在,兔与人皮肤渗透性最相似,猴皮

肤渗透性比人快2~3倍,HT-2是其主要代谢产物,也检测到T-2triol和T-2tetraol[20]。

血细胞也能代谢T-2毒素,人和鼠血细胞经两个不同途径代谢T-2毒素分别生成HT-2和Neosolaniol,鼠红细胞代谢T-2毒素生成Neosolaniol作为主要代谢产物,而白细胞则生成HT-2;人红细胞代谢T-2毒素生成Neosolaniol和HT-2,而白细胞则仅仅产生HT-2。

用特异抑制剂研究发现白细胞和红细胞中负责T-2毒素水解的酶是羧酸酯酶,血液代谢T-2毒素生成Neosolaniol的途径不同于肝代谢[21]。

胃肠道在T-2毒素解毒过程中起到重要作用,鼠和牛胃肠代谢T-2毒素的研究为肝外组织代谢提供大量信息,牛瘤胃微生物在厌氧条件下与T-2毒素孵育,代谢生成HT-2和T-2triol两种水解产物以及DeepoxyHT-2、DeepoxyT-2triol、DeepoxyT-2tetraol3种脱环氧产物[22,23]。

研究发现鼠胃在不同pH条件下生成的产物有所不同,pH2.2,孵育60min后,HT-2是惟一代谢产物;pH7.5,孵育3h后,检测到HT-2（18%）、Neosolaniol（4.4%）、4-deacetylneosolaniol（3.5%）。

所以推测在不同组织代谢途径可能不同,因为不同亚型酶的底物特异性受孵育体系pH影响[24]。

T-2毒素在鸡体内的代谢。

绝大多数代谢产物残留于排泄物,在鸡肝中也探测到大量T-2毒素代谢产物,肺中仅少量,在其他组织心和肾没有检测到T-2代谢产物。

3′-OH-HT-2是组织和排泄物的主要代谢物,也探测到其他代谢物:

HT-2、

T-2tetraol、15acetoxyT-2tetraol、3′-OH-T-2、4-acetoxyT-2tetraol,以及微量的8-acetoxyT-2tetraol、T-2triol、

3-acetoxy-3'-OH-HT-2[25]。

鸡体外,一般以肝微粒体做研究材料,苯巴比妥（Phenobarbital）诱导的鸡肝微粒体与T-2毒素孵育,HT-2是主要代谢产物,3′-OH-T-2是的主要氧化产物[26]。

可能是由于体积庞大的异戊基侧链不容易去除,鸡肠道微生物与T-2孵育,仅检测C4位单个脱酰基产物HT-2和T2T及其脱环氧产物HT2-dE和T2T-dE[5]。

已报道鸡的CYP1A5和CYP3A37羟化T-2生成3′-OH-T-2,是鸡代谢T-2毒素的关键酶[27,28]。

T-2毒素在猪体内的代谢。

猪体内,0.1mg氚标记T-2/kg体重的剂量给药后18h,探测到标记物在体内的分布如下:

0.7%（肌肉）、0.43%（肝）、0.08%（肾）、0.06%（胆汁）、21.6%（尿）、25.0%（大便）,猪体内的代谢物分布情况与鸡体内的相似,绝大多数代谢产物残留于排泄物,所不同的是肾中检测到标记物[29]。

在组织和胃肠道中,共检测到21种代谢产物,HT-2、T-2triol、T-2tetraol、3′-OHT-2、3′-OHHT-2、DeepoxyT-2tetraol、DeepoxyHT-2、DeepoxyT-2triol等达到55%。

其中HT-2、3′-hydroxy-T-2、3′-hydroxy-HT-2是主要代谢产物[30]。

葡萄糖醛酸化在T-2毒素代谢过程中起到很重要的作用,胆汁和尿中,葡萄糖醛酸化的T-2毒素及其代谢产物量分别达到77%和63%,主要包括HT-2、3′-OH

T-2、3′-OH-HT-2和T-2的葡萄糖醛酸化产物[31]。

已报道CYP3A22、CYP3A29、CYP3A46是猪体内羟化T-2毒素的关键酶[32,33]。

T-2毒素在鼠体内外的代谢。

用氚标记的T-2毒素灌流鼠肝,除了检测到3′-hydroxy-HT-2、3′-hydroxy-T-2triol、

4-deacetylneosolaniol、T-2tetraol,还检测到HT-2、3′

-hydroxy-HT-2、T-2tetraol的葡萄糖醛酸化产物。

给鼠口服3′-HydroxyHT-2toxin和T-2tetraol,检测到了3′

-hydroxy-deepoxyHT-2、3′-hydroxy-deepoxyT-2triol、

15-acetyl-deepoxyT-2tetraol、DeepoxyT-2tetraol,由此表明环氧键打开也在鼠体内代谢起重要作用[34]。

用空肠原位灌

流的方法研究T-2毒素在鼠肠道代谢,主要代谢产物是HT-2,也检测到3′-hydroxy-HT-2、3′-hydroxy-T-2、T-2tetraol、

4-deacetylneosolaniol,没有检测到葡萄糖醛酸化产物,表明葡萄糖醛酸化不是发生在肠道,而是在鼠肝[35]。

在体外,

用大鼠、小鼠的肝微粒体来研究T-2毒素的代谢,不管来自

苯巴比妥诱导还是不诱导的肝微粒体,HT-2是其主要代谢物,苯巴比妥诱导处理的大鼠和小鼠肝微粒体孵育T-2毒素,向

孵育体系补充NADPH生成体系,也检测到3′-OH-T-2和3′-OH-HT-2,不过3′-OH-HT-2是小鼠肝微粒体的主要氧化产物,3′-OH-T-2是大鼠肝微粒体的主要氧化产物[36]。

参考文献:

[1]KONIGSM,MULACD,SCHWERDTG,etal.MetabolismandcytotoxiceffectsofT-2toxinanditsmetabolitesonhumancellsinprimaryculture[J].Toxicology,2009,258（2-3）:

106-115.

[2]KUCAK,POHANKAM.Chemicalwarfareagents[J].EXS,2010,100:

543-558.

[3]JOHNSENH,ODDENE,LIEO,etal.MetabolismofT-2toxinbyratlivercarboxylesterase[J].BiochemPharmacol,1986,35（9）:

1469-1473.

[4]WUQH,WANGX,YANGW,etal.Oxidativestress-mediatedcytotoxicityandmetabolismofT-2toxinanddeoxynivalenolinanimalsandhumans:

Anupdate[J].ArchToxicol,2014,88（7）:

1309-1326.

[5]YOUNGJC,ZHOUT,YUH,etal.Degradationoftrichothecenemycotoxinsbychickenintestinalmicrobes[J].FoodChemToxicol,2007,45

（1）:

136-143.

[6]FUCHSE,BINDEREM,HEIDLERD,etal.Structuralcharacterizationofmetabolitesafterthemicrobialdegradation

oftypeAtrichothecenesbythebacterialstrainBBSH797[J].FoodAdditContam,2002,19（4）:

379-386.

[7]BAMBURGJR,RIGGSNV,STRONGFM,etal.ThestructuresoftoxinsfromtwostrainsofFusariumtricinctum[J].

Tetrahedron,1968,24（8）:

3329-3336.

[8]UENOY.Toxicologyofmicrobialtoxins[J].PureApplChem,1986,58

（2）:

339-350.

[9]CHANHTC,HEWETSONJF.Structure/functionstudiesofT-2mycotoxinwithamonoclonalantibody[J].Immunopharmacology,1991,21

（2）:

83-89.

[10]KALANTARIH,MOOSAVIM.ReviewonT-2Toxin[J].JNaturalPharmfcenticalProdacts,2010,5

（1）:

26-38.

[11]AGRAWALM,YADAVP,LOMASHV,etal.T-2toxininducedskininflammationandcutaneousinjuryinmice[J].Toxicology,2012,302（2-3）:

255-265.

[12]MEISSONNIERGM,LAFFITTEJ,RAYMONDI,etal.SubclinicaldosesofT-2toxinimpairacquiredimmuneresponseandlivercytochromeP450inpigs[J].Toxicology,2008,247

（1）:

46-54.

[13]SOKOLOVICM,GARAJ-VRHOVACV,SIMPRAGAB.T-2toxin:

Incidenceandtoxicityinpoultry[J].ArhHigRadaToksikol,2008,59

（1）:

43-52.

[14]SIRENAL,FEUERSTEING.EffectofT-2toxinonregionalbloodflowandvascularresistanceintheconscious

rat[J].ToxicolApplPharmacol,1986,83（3）:

438-444.

[15]WEIDNERM,HUWELS,EBERTF,etal.Influence

ofT-2andHT-2toxinontheblood-brainbarrierinvitro:

Newexperimentalhintsforneurotoxiceffects[J].PLoSOne,2005,8（3）:

1-10

[16]DOIK,UETSUKAK.Mechanismsof

mycotoxin-induceddermaltoxicityandtumorigenesisthroughoxidativestress-relatedpathways[J].JToxicolPathol,2014,27

（1）:

1-10.[17]VENKATESHP,VAIRAMUTHUS,BALACHANDRANC,etal.InductionofapoptosisbyfungalculturematerialscontainingcyclopiazonicacidandT-2toxininprimarylymphoidorgansofbroilerchickens[J].Mycopathologia,2005,159（3）:

393-400.

[18]CHAUDHARIM,JAYARAJR,BHASKARAS,etal.OxidativestressinductionbyT-2toxincausesDNAdamageandtriggersapoptosisviacaspasepathwayinhumancervicalcancercells[J].Toxicology,2009,262

（2）:

153-161.

[19]AGRAWALM,BHASKARAS,RAOPV.Involvementofmitogen-activatedproteinkinasepathwayinT-2

toxin-inducedcellcyclealterationandapoptosisinhumanneuroblastomacells[J].MolNeurobiol,2015,51（3）:

1379-1394.

[20]KEMPPAINENBW,RILEYRT,JOYAVEJL,etal.Invitropercutaneouspenetrationandmetabolismof[3H]T-2toxin:

Comparisonofhuman,rabbit,guineapigandrat[J].Toxicon,1987,25

（2）:

185-194.

[21]JOHNSENH,ODDENE,JOHNSENBA,etal.MetabolismofT-2toxinbybloodcellcarboxylesterases[J].BiochemPharmacol,1988,37（16）:

3193-3197.

[22]SWANSONSP,NICOLETTIJ,ROODHD,etal.Metabolismofthreetrichothecenemycotoxins,T-2toxin,diacetoxyscirpenolanddeoxynivalenol,bybovinerumenmicroorganisms[J].JChromatogr,1987,414

（2）:

335-342.

[23]SWANSONSP,ROODHD,BEHRENSJC,etal.Preparationandcharacterizationofthedeepoxytrichothecenes:

deepoxyHT-2,deepoxyT-2triol,deepoxyT-2tetraol,deepoxy15-monoacetoxyscirpenol,anddeepoxyscirpentriol[J].ApplEnvironMicrobiol,1987,53（12）:

2821-2826.

[24]LIY,WANGZ,BEIERRC,etal.T-2toxin,atrichothecenemycotoxin:

Reviewoftoxicity,metabolism,andanalyticalmethods[J].JAgricFoodChem,2011,59（8）:

3441-3453.

[25]VISCONTIA,MIROCHACJ.Identificationofvarious

T-2toxinmetabolitesinchickenexcretaandtissues[J].ApplEnvironMicrobiol,1985,49（5）:

1246-1250.

[26]KNUPPCA,SWANSONSP,BUCKWB.ComparativeinvitrometabolismofT-2toxinbyhepaticmicrosomespreparedfromphenobarbital-inducedorcontrolrats,mice,rabbitsandchickens[J].FoodChemToxicol,1987,25（11）:

859-865.

[27]SHANGS,JIANGJ,DENGY.Chickencytochrome

P4501A5isthekeyenzymeformetabolizi