脱氧雪腐镰刀菌烯醇的作用机理及其对动物生产的影响

邓奇风，高凤仙（湖南农业大学动物科学技术学院，长沙　410128）



脱氧雪腐镰刀菌烯醇的作用机理及其对动物生产的影响

邓奇风，高凤仙*
（湖南农业大学动物科学技术学院，长沙410128）

摘要：脱氧雪腐镰刀菌烯醇（DON）是镰刀菌在繁殖期间产生的一种有毒次级代谢产物，是谷物中最为常见的真菌毒素，其降低畜禽的生产性能，并具有较强的细胞毒性、免疫毒性和遗传毒性。文章就脱氧雪腐镰刀菌的毒性作用机理以及对动物生产的影响进行综述。

关键词：脱氧雪腐镰刀菌烯醇；毒性；作用机理；畜禽

随着生活水平的提高，食品安全问题日益受到人们的重视，脱氧雪腐镰刀菌烯醇因其污染范围广、毒性作用强而倍受关注。脱氧雪腐镰刀菌烯醇（DON），又名呕吐毒（VT），是一种单端孢霉烯族毒素。DON主要污染小麦、大麦、燕麦、玉米等农作物，在畜禽的其他饲粮中也经常出现。DON具有较强的细胞毒性、免疫毒性和遗传毒性等多种毒性作用，对消化系统、免疫系统、血液循环系统及钙、磷代谢等均有影响。畜禽误食被该毒素污染的饲粮后可出现广泛的毒性效应，如厌食、呕吐、腹泻、发热、站立不稳和反应迟钝等急性中毒现象，严重时会破坏造血系统造成死亡[1]。近年来，随着研究的不断深入，人们对DON的毒性作用机理有了更进一步的了解。

1　脱氧雪腐镰刀菌烯醇的毒性作用机理

1.1脱氧雪腐镰刀菌烯醇的代谢

DON在动物体内能被快速有效的吸收，吸收部位主要是小肠上段，通过简单的扩散作用后经旁细胞通路转运至小肠上皮细胞，且转运很难达到饱和[2]。Pestka等检测了口服DON 25mg·kg-1（以体重计）的小鼠在24 h内各组织代谢的情况，结果表明，在口服30 min内血液中DON浓度达到峰值，8 h之后降至5%。在检测其他组织中DON的代谢情况时发现，其他组织DON的代谢动力学与血液相似，只是达到峰浓度所需时间不同，快慢顺序依次为肝脏>血液>肾脏>脾脏>心脏>大脑[3]。其可能与DON的靶细胞定位有关，肝脏作为体内重要的解毒器官，其他器官可向其转运毒素，所以肝脏最快达到峰浓度。Yordanova等给小鼠口服DON 25 mg·kg-1（以体重计）24 h后，只有肾脏中可以检测到DON的存在。大量研究表明，DON在动物体内不会出现蓄积情况，主要以原型或结合态的形式经尿液排出，只有少量以原型或脱环氧形式经粪便排出[4]。

1.2细胞毒性

DON对人和动物均具有较强的细胞毒性，对增殖能力强的细胞，如免疫细胞、胃肠黏膜细胞、关节软骨细胞、肝细胞等均有损害作用，并具有抑制蛋白质合成的特性[5]。抑制蛋白质合成机理可能有3种：结合蛋白质合成碳架结构，出现竞争性抑制作用；DON抑制体内某些代谢过程，间接抑制蛋白质合成；DON抑制染色体合成，对蛋白质翻译起阻断作用。有报道称DON能够影响细胞繁殖周期的分布，主要机制是：抑制细胞进入S期，使其停滞在G0/G1期（有丝分裂间期分为G1、S、G2 3个阶段，其中G1期与G2期进行RNA的复制与有关蛋白质的合成，S期进行DNA的复制），使细胞无法正常分裂。李月红等观察DON处理组小鼠位于胸腺的部分细胞出现胞芽、核染色质固缩凝聚等细胞凋亡的超微结构特征[6]。研究表明，DON还可引起线粒体细胞凋亡基因Bax的易位和细胞色素C的释放。因此，DON具有显著的抗增殖和诱导细胞凋亡的作用。

DON可损伤肠上皮细胞，并影响物质沉积。Maresca等研究发现，DON能显著降低小肠绒毛的高度（P<0.05），阻碍小肠对营养物质的有效吸收[7]。Awad等研究发现，DON能使胃肠道内皮细胞和贲门窦出现不同的损伤，未成熟隐窝细胞出现坏死，黏膜细胞出现浸润等，结果表明，低剂量的DON进入机体后，可破坏肠道的正常组织形态，干扰肠上皮细胞的正常增殖分化[8]。

DON对肝细胞具有明显的细胞毒性。Mikami等用不同浓度的DON体外培养猪肝细胞，结果发现，10 μg·mg-1浓度组和100 μg·mg-1浓度组作用6 h后，猪肝细胞出现凋亡，并随DON浓度增高，凋亡现象越显著[9]。在DON对体外培养的人源肝细胞作用研究中发现，DON具有降低细胞活力、蛋白质含量和白蛋白分泌的作用[10]。

1.3免疫毒性

DON既具有免疫抑制作用，又具有免疫促进作用，其主要是诱导并促进免疫细胞的凋亡，抑制其增殖。有研究表明，DON能影响多种细胞因子的mRNA表达，如果从细胞凋亡与增殖的角度来分析，DON主要表现出其免疫抑制作用[11]。

免疫细胞的凋亡、增殖和其蛋白质合成状态等能反映出免疫细胞的功能状态。在高剂量下，DON对骨髓、淋巴结、脾脏、胸腺及肠黏膜等组织造成严重损害，还能诱导巨噬细胞、白细胞、B淋巴细胞和T淋巴细胞等的凋亡。由此可看出，DON对免疫细胞的作用主要是促进其凋亡，抑制其增殖。

肠道黏膜免疫系统在机体免疫中具有重要地位。DON能破坏肠道的完整性、降低小肠绒毛的高度、抑制肠道细胞的分化，并能诱导其凋亡、损伤肠道屏障功能以及造成肠道微生态紊乱等，使小肠上皮细胞的通透性增强，增加动物的易感性[12]。Li等和Suzuki等研究表明，DON能显著地提高呼吸肠道病毒感染小鼠黏膜固有层和PP淋巴中IgA的释放（P<0.05），并增强黏膜IgA对呼吸肠道病毒的免疫应答。DON还可通过增加肠道IgM+-B淋巴细胞的数量，调节肠道黏膜IgA和IgM的分泌[13-14]。此外，对于DON的免疫促进作用，可能是通过损伤肠道上皮细胞以影响黏膜SIgA的分泌，而黏膜释放的特异性免疫球蛋白能够与病原微生物或毒素等特异性结合，增强机体的免疫机能。

1.4遗传毒性

从体内或体外试验中均可获知DON具有遗传毒性。Collins等连续灌胃DON 2.5mg·kg-1（以体重计）给妊娠期第6～19天的SD大鼠并剖腹评价生殖效应和发育效应，研究发现，妊娠母鼠在整个妊娠期均表现出剂量依赖性流涎增加，体重、食欲和子宫质量等显著下降（P<0.05），胎儿死亡率升高，胎儿质量、顶臀长等显著降低（P<0.05）[15]。Sprando等对雄性SD大鼠口服不同浓度的DON，连续28 d后，发现DON剂量为2.5 mg·kg-1（以体重计）时，SD大鼠的附睾、精囊和脑的质量显著降低（P<0.05），同时伴有生殖细胞的变性、精子保留以及细胞核形态异常现象的出现；当DON剂量为5 mg·kg-1（以体重计）时，所有大鼠均出现过度流涎症状，同时精子的尾部出现畸形，血清中卵泡刺激素（FSH）和促黄体生成激素（LH）水平升高，睾酮含量下降，这表明DON可能对垂体-睾丸轴存在一定的影响[16]。因此，DON具有一定的致畸作用，对遗传方面的影响主要是破坏作用，是否具有致癌性及变性异常精子是否可遗传仍需试验证实。

2　脱氧霉腐镰刀菌烯醇对动物生产的影响

DON的大量食入会引起畜禽出现急性中毒现象，严重时死亡；少量摄入DON也会降低畜禽采食，使其生长发育受阻，生产性能下降[17]。DON的急性毒性与动物的种属、年龄、性别、染毒途径有关。雄性动物对毒素比较敏感。各畜禽中猪对DON最为敏感，而家禽和反刍动物对DON有一定的耐受性，DON对反刍动物影响最小。DON在动物体内的代谢、吸收、分布以及消除的不同可能是因为动物对DON的敏感性不同[18]。

2.1对猪的影响

DON在猪体内吸收迅速，口服30 min内就能达到血液峰浓度，口服DON的吸收率约为82%。其在猪体内的分布过程较为短暂，半衰期为3.9 h，并很少在其组织中蓄积。Droehne等在断奶仔猪饲料中分别添加DON 0、300、600、1 200 μg·kg-1，连续饲喂8周，结果发现，DON添加量为600 μg·kg-1时，血清IgA含量显著增加（P<0.05）；给猪饲喂DON浓度为0.6～2 mg·kg-1的饲粮可导致其采食量和体重下降[19]。

DON常与猪的抗拒综合征有关。当猪饲料中的DON含量>1 μg·kg-1时，采食量显著降低（P< 0.05），甚至拒绝进食，体增重显著低于正常猪水平（P<0.05），同时还伴有呕吐现象。有研究表明。在猪饲料中添加纯DON会降低猪的采食量，DON浓度越高，其采食量越低[20]。猪只在DON中毒的情况下，最明显的症状就是拒食，出现“僵猪”，玉米中含DON 10 mg·kg-1就会引起猪的拒食，这种拒食是因DON对消化道的局部刺激作用还是由于适口性不良造成的，还没有研究阐述。

蒋竹英等研究DON对断奶仔猪生产性能的影响，结果表明，DON对仔猪造成了应激，对断奶仔猪前期影响较大，后期由于适应程度的提高，具备一定的耐受能力[21]。DON可导致动物营养吸收不良，降低蛋白质的吸收利用率，抑制肝脏蛋白质合成。苏军等研究了镰刀菌毒素对猪的抗营养效应，结果表明，随饲粮中霉变玉米替代比例的提高，肾脏相对重呈二次曲线下降，脾脏相对重呈线性增加，而肝脏、胰脏、胸腺等的相对重不受影响[22]。

Tiemann等发现，DON 42 mg·kg-1和玉米赤霉烯酮0.048 mg·kg-1染毒组，母猪脾红髓铁染色增加，脾中含铁血黄素颗粒；胚胎肝细胞中糖原增加，说明母猪脾功能障碍和胚胎肝细胞线粒体功能缺损[23]。DON还可显著抑制猪卵母细胞的成熟（P<0.05），在体外培养猪子宫内膜细胞中发现，DON使细胞数量减少，细胞出现线粒体肿胀、细胞膜破裂和细胞质空泡化等现象[24]。

2.2对反刍动物的影响

通常DON对反刍动物不会造成危害，因此，反刍动物饲料没有对DON做出最低限量要求。当饲料中DON含量<12 mg·kg-1时，奶牛一般对DON不敏感，但低产牛群饲喂含DON的饲料则会发生疾病[25]。奶牛对DON的吸收率<1%，而牛乳中以原型或结合物形式的存在的DON<4 g·mL-1。研究表明，血糖和瘤胃微生物对DON有较强的解毒作用，这可用以解释反刍动物和家禽对DON的耐受性高于猪的现象。羊在口服DON时，DON只有6%～10%被吸收，其中约67%以结合物的形式存在。可见，DON在反刍动物体内及产品中不蓄积。

2.3对家禽的影响

禽类对DON较为耐受，可能是因为其对DON的吸收量少，约为1%，还因其消化道短，可迅速消除DON。鸡采食含DON 18 mg·kg-1的饲料无显著不良症状。当鸡采食含DON 9.18 mg·kg-1的饲料后，蛋和肉中均检测不出DON。鸡食入DON后，只有很少的DON以原型排出。家禽肠道内的微生物能将DON转换成脱氧树脂，DON就不会在组织和卵中蓄积，这与其代谢动力学的动态变化一致。

3　小　结

DON的物理性质稳定，对人畜均有害处。为了降低其对食品安全及动物生产的影响，除了加强管理措施和减少其污染外，还需要进一步探讨消除这种毒素的方法。此外，还需要对其毒性作用机理进行更深入研究，从而达到缓解甚至解除的效果。目前只证实了DON单独的毒性作用机理，而天然的真菌毒素种类众多，其相互之间的作用影响还需进一步探讨，并且DON是否有致癌作用依然有待研究。DON不仅能降低动物的采食量，还能降低动物的生产性能，虽然其不会蓄积于动物产品中，但对动物健康、动物福利均有不利影响。因此，在饲养畜禽过程中，应加强饲粮管理，防止其被DON污染。在遗传改良方面，培育耐受性品种，从而降低DON对动物生产的影响。

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The Mechanism of Action of Deoxynivalenol and Impact on Animal Production

DENG Qifeng, GAO Fengxian*
（College of Animal Science and Technology of Hunan Agricultural University, Changsha 410128, China）

Abstract:Deoxynivalenol (DON) is a toxic secondary metabolites of Fusarium produced during the breeding period. It is the most common mycotoxins in cereals, which can reduce the production performance of livestock and poultry, and has strong cell toxicity, immunity toxicity and genetic toxicity. This article reviewed the mechanism of toxic effects of DON and impact on animal production.

Key words:deoxynivalenol; toxicity; mechanism of action; livestock and poultry

*通讯作者：教授，硕士生导师，E-mail: gaofx1964@163.com

作者简介：邓奇风（1990-），男，湖南娄底人，硕士研究生，研究方向为特种经济动物养殖。

收稿日期：2014-12-07

中图分类号：S859.82

文献标志码：A

文章编号：1001-0084（2015）02-0017-04