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1、T2毒素的毒性及其作用机制与代谢研究进展T2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:10.140

2、88/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(Fusarium genus)产生的,如拟枝孢镰刀菌(Fusarium sporotrichioides)、三线镰刀菌(Fusarium tricinctum)和木贼镰刀菌(Fusarium equiseti)1。根据单端孢霉烯族毒素的功能团,将其分为A、B、C、D 4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-

3、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-2 triol、T-2 tetraol、Neosolaniol、3OH-T-2、3-OH-HT-2、3-OH-T-2 triol、Dihydroxy HT-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P450 1A5、3A4、3A22、3A29、3A37、3A46,参与酯键水解的酶有羧酸酯酶3,4,T-

4、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BBSH 797可以将T-2 三醇环氧键打开生成T-2 四醇。 1 T-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4-15-二乙酰氧基-3-羟基-8-(3-甲基丁酰氧)-1

5、2,13-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HD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。 2 T-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

6、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-、IL-6、IL-1)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、p38 MAPK 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

7、一。用亚临床剂量的T-2毒素喂养猪29 d,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

8、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。 3 T-2毒素细胞毒性的分子机制 T-2毒素对60 S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

9、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。 4 T-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、

10、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。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

11、-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23倍,HT-2是其主要代谢产物,也检测到T-2 triol和T-2 tetraol20。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Neosolanio

12、l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-2 triol两种水解产物以及Deepoxy HT-2、Deepoxy T-2 triol、Deepoxy T-2 tetraol 3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,pH 2.2,孵育60 min后,HT-2是惟一代谢产物;pH 7.5,孵育3 h后,检测到HT-2 (18%)、Neosolaniol(4.4%)、4-deacetylneosolaniol (3.5%

13、)。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-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-225。鸡体外,一般以肝微粒体做研

14、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-dE5。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,0.1 mg氚标记T-2/kg 体重的剂量给药后18 h,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

15、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-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7

16、7%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-2 triol、 4-deacetylneosolaniol、T-2 tetraol,还检测到HT-2、3 -hydroxy-HT-2、T-2 tetraol的葡萄糖醛酸化产物。给鼠口服3-Hydroxy HT-2 toxin和T-2 tetraol,检测到了3 -hydroxy-

17、deepoxy HT-2、3-hydroxy-deepoxy T-2 triol、 15-acetyl-deepoxy T-2 tetraol、Deepoxy T-2 tetraol,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-2 tetraol、 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

18、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 KONIGS M,MULAC D,SCHWERDT G,et al. Metabolism and cytotoxic effects of T-2 toxin and its metabolites on human cells in primary cultureJ. Toxicology, 2009

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