呕吐毒素和玉米赤霉烯酮的理化及毒理特性分析

王录军，王韦华，党小利

（渭南职业技术学院，陕西渭南 714026）

在高等生物中极低量的霉菌次生代谢产物就会引起中毒，这些毒素被称为霉菌毒素，产生真菌毒素的真菌主要为曲霉属、青霉属、镰刀菌属（史莹华等，2006）。从动物营养的角度来看，一些霉菌毒素具有严重的风险，因为它们可能发生在饲料中，导致农场动物中毒。如黄曲霉毒素B1是由黄曲霉形成的，被认定为对动物生长非常不利，对暴露在黄曲霉毒素污染的动物生产的食品具有很大风险。与黄曲霉毒素B1相比，呕吐毒素（deoxynivalenol，DON）和玉米赤霉烯酮（zearalenone，ZEN）的毒素对健康的影响必须加以考虑，因为这些毒素的风险通常被认为是微不足道的。

在镰刀菌毒素中，DON和ZEN具有特殊的重要性，因为它们是在谷物收获前在田间形成的，主要受天气条件的影响。与其他谷类相比，特别是小麦、黑麦和玉米籽粒更容易受到镰刀菌病的侵染，DON和ZEN的侵染率也较高。在动物中，特别是猪，对浓度较高的镰刀菌毒素反应相当敏感，DON会使猪的采食量减少，而ZEN会导致雌激素过多和生育障碍，但反刍动物和家禽对镰刀菌毒素不那么敏感（周永红，2005）。在镰刀菌毒素形成菌种中，禾谷镰刀菌和被大刀镰刀霉是最常见的真菌，感染这些霉菌可能导致植物病害，如所谓的镰刀菌头枯萎病，也称为“痂病”或“足腐病”。此外，在植物感染过程中可能形成的霉菌毒素也是植物病害的致病因素。如DON被认为是高度植物毒性，导致生长迟缓，抑制幼苗和绿色植物再生（Rocha等，2005）。燕麦镰刀菌和亚谷镰刀菌能合成念珠菌素，而念珠菌和增殖念珠菌会产生伏马毒素。

1 DON和其他毒素的理化特性

单端孢霉烯族毒素类是由一组约150个结构相关的化合物构成，其特征是一个四环。化学性质上它们是倍半萜化合物，由3个分子的甲戊酸合成。单端孢霉烯族毒素根据其真菌的产生和化学特性可以分为4类，T-2毒素A型，雪腐镰刀菌素B型，扁虫毒素C型，大环毒素D型。其中，B型单端孢霉烯族毒素在C8位置有一个羧基基团，而A型在该位点既未氧化、羟基化或酯化（Ueno，1984）。B型单端孢霉烯族毒素由于其频繁发生水平高到足以造成不利影响，相比之下，C型和D型单端孢霉烯族毒素似乎没有那么严重的风险。DON毒素在120℃下很稳定，180℃下中等稳定，在一些极性溶液（甲醇，乙腈和乙酸乙酯）中易溶，该毒素呈白色、晶体结构，熔点164～165℃，不溶于水，但溶于碱和各种有机溶剂。ZEN在储存、洗涤、加工和烹饪过程中都是稳定的，具有热稳定性。

2 DON和ZEN的毒理学和毒性作用

在评价DON和ZEN的毒性作用时必须特别注意这两种毒素的同时发生及其不同的作用方式。DON会抑制蛋白质合成，而ZEN具有雌激素性质，会干扰内分泌活动。根据DON或ZEN的作用模式，他们可能会产生某些效应，但观察到的效应强度可能既取决于毒素浓度，也取决于毒素之间的比例（Lusky等，2001）。考虑到毒素影响的复杂性，确定这种影响程度不仅取决于毒素剂量和比例，还取决于检测方法。DON和ZEN在同一靶细胞上的增殖抑制可能是代谢作用的结果，DON和ZEN均为猪ZEN的中间代谢物，均表现剂量依赖性的抑制猪子宫内膜细胞增殖，而进一步的研究表明，其翻译受不同毒素依赖性分子水平的影响（Tiemann等，2003）。此外，体外试验结果往往并不能准确反应其在活体动物体内的表现，同时在使用纯毒素实验中观察到的效果可能与使用自然污染谷物实验中观察到的效果不同，即使是使用相似的浓度（Danicke等，2004）。

由于DON和ZEN交互作用特点，当动物采食后并不能确定到底是哪种毒素影响占主导作用。虽然单端孢霉烯族毒素类被认为会抑制蛋白质合成，但有研究表明，这些毒素绑定大量核糖体亚基不仅抑制肽基转移酶介导的翻译过程，还会引发所谓的核糖毒性应激反应，由有丝分裂原激活蛋白激酶的激活（MAPKs）（Pestka，2007）。由于MAPK的激活，DON能通过诱导细胞因子转录和环氧化酶-2表达及前列腺素合成引发促炎反应。然而，在体内和体外对比研究发现，母猪日粮受自然污染的毒素主要是DON和ZEN，所有这些发现对猪的相关性仍有待进一步研究。虽然可以建立猪子宫内膜细胞DON暴露与MAPKs表达和磷酸化之间的体外剂量响应关系，但从暴露于DON浓度高达9.6 mg/kg的日粮中的母猪中分离出的同一细胞类型没有检测到任何影响（Wollenhaupt等，2006）。同样，IgA是小鼠体内的一种重要的DNA毒性生物标志物。IgA是由COX-2诱导的巨噬细胞中IL-6上调表达的，COX-2是由MAPKs细胞外信号调节蛋白激酶1和2以及p38 MAPK磷酸化诱导的，血清浓度可增加多达10～15倍（Accensi等，2006）。然而，对猪和其他动物的大量研究或体外对人细胞的研究只能检测到少量、不一致、不显著或不存在DON对IgA的影响。除品种差异外，实验室检测方法（如毒素浓度、暴露时间和性别）也可能对观察到的效应变化有影响。

虽然DON可能在分子水平上抑制蛋白质合成，诱导核毒性应激反应，但其抑制采食量的作用在猪临床表现最为明显。动物采食行为是由中枢神经系统控制的，而免疫系统通过细胞因子IL-1、IL-6和TNF-α与中枢神经系统相互作用，导致在疾病状态下采食量减少。此外，IL-1还与下丘脑中高浓度的血清素有关，这已在接触多巴胺的动物身上得到证实（Plata-Salaman，2001）。一项关于猪采食量抑制效应的文献综述表明，与对照组相比，饲料中每1 mg/kg DON污染会使采食量下降5.4%。这些结果考虑了不同暴露时间，饲料中DON的不同分析方法，不同年龄和不同品种的因素，显示了DON较强的采食抑制效应（Guijarro等，2006）。欧盟要求猪饲料中DON水平应低于0.9 mg/kg，在此范围内采食量的偏差从-15%～+5%不等，采食量抑制效应的浓度独立变化可以提示其他影响因素，从而降低或增加饲料中DON的临界浓度。这些因素可能特别包括污染饲料中未分析的镰刀菌毒素。此外，猪的健康状况不佳容易受到DON的影响。因此，0.9 mg/kg的临界浓度必须解释为最优生产条件下的限量水平。

必须考虑到，与DON相关的饲料采食量下降不仅减少了毒素本身的摄入量，而且还减少了代谢过程所必需的营养和能量的摄入量。在许多情况下，由DON引起的采食量下降导致的能量和营养摄入量减少比毒性作用本身更为明显。为育肥猪提供含碳水化合物和无碳水化合物的日粮，无论是自由采食还是限饲，可以表明日增重降低和料重比增加完全可以归因于采食量减少。在相应的平衡实验中可以证明，DON日粮的营养物质消化率显著提高，这导致活体重增加，至少限饲组应该有这样的结果。在限饲组中，净槽时间上看，平均而言，用DON污染的日粮喂养的猪需要更多的时间来完成这次采食行为（Doll等，2003）。因此，较高的养分消化率可以通过较高的维持要求得到补偿。综上所述，上述实验强调了在评价DON的一级或二级代谢作用时，DON对采食量影响的重要性。

ZEN及其代谢产物具有雌激素样结构，但与类固醇不同的是，它们并非来源于甾体结构，ZEN毒素本身及其代谢物与体内雌激素竞争雌激素受体的结合位点，影响RNA和蛋白质合成，导致雌激素作用的解除（Doll等，2003）。在临床上，这会导致雌激素过多和生殖障碍。青春期前的母猪最敏感，随着日粮中ZEN浓度的增加，高雌激素的迹象变得更加明显，值得注意的是，在0.06和0.15 mg/kg饲料浓度较低的情况下，发病率已有所上升，饲料中ZEN的含量应小于0.1 mg/kg。可以推断，青春期前母猪较高的易感性是与这些母猪血液中相对较低的固有雌激素水平有关。

3 饲料中DON和ZEN与动物营养管理

就动物营养中的霉菌毒素而言，适当的风险管理不仅依赖于对潜在威胁动物健康危险的认识，而且还依赖于对动物实际接触的信息。小麦、玉米和燕麦在DON和ZEN污染的研究方面具有特别重要的意义，而其他谷物受影响较小。燕麦似乎特别容易受到T-2毒素的污染，而T-2毒素的污染似乎取决于镰刀菌属对燕麦的侵害，镰刀菌属优先形成T-2毒素，并在有利于感染的地理区域和T-2合成（Doll等，2003）。伏马菌素几乎只在玉米上发现，小麦的镰刀菌毒素污染风险较大。谷物样品较高的毒素成阳性反应可能反映了谷物对真菌感染和霉菌毒素形成的特异性、易感性，但也可能由于特定毒素检测限的分析相关差异而产生偏差（Bimczok等，2007）。

个别饲料原料中较高的霉菌毒素浓度对于直接寻找致病源是必要的，但了解配合饲料的污染水平可以评估动物实际接触霉菌毒素的情况，我国饲料卫生标准包括了原料和全价料毒素水平的限制。从德国官方监测数据来看，玉米的特殊作用也很明显，因为超过60%的分析样本被DON和ZEN污染，而其他谷物和猪饲料的污染频率较低，为20%～40%。同时，与限量值相比，玉米中DON和ZEN的绝对水平相对较低，限量值不仅适用于中位数，而且适用于最大值（Wollenhaupt等，2006）。然而，这种比较有一定的偏差，这种差异是无法推导出DON和ZEN污染的猪饲料的最大值或超过限量值的水平。必须对单独的饲料原料和全价料或部分饲料（精料补充料）的限量值进行区分，符合全价饲料的限量值，保证正常生产条件下动物健康不受影响。外界应激因素、饲养密度过高、营养不足等会提高动物对毒素风险的易感性。考虑到饲料在大多数情况下都有一定程度的霉菌毒素污染，必须采取相应措施处理这种污染。首先必须分析霉菌毒素含量超过上限时的临界浓度，因为这可能影响动物的健康和生产性能。将受污染的饲料与未受污染的饲料混合，目的是稀释毒素浓度，使最终的全价饲料不再超过限量。

4 毒素的净化与挑战

李培武等（2010）认为，饲料毒素的脱毒程序需要满足以下几个条件：（1）霉菌毒素必须被灭活或清除；（2）不得产生新的毒素或有毒降解产物；（3）饲料的营养成分不应受到影响，加工工艺不受影响；（4）杀灭孢子或菌丝以避免随后形成霉菌毒素；（5）易于处理，成本效益和环境友好。体内解毒是指将在受污染的饲料中加入添加剂，达到霉菌毒素在通过消化道时失活，从而避免霉菌毒素的吸收和不良影响。相关饲料添加剂主要通过两种不同的机制发挥作用，即矿物黏土吸附作用和酶或微生物降解作用（刘艳丽等，2012）。碱性处理已被证明可以成功降解几种霉菌毒素，但这些程序的开展成本较高，或者只是实验室的小试或中试，不适用于农场（Lusky等，2001）。然而，在欧洲一些国家，47%的谷物从农田收获后并没有通过商业饲料厂的加工而是直接用于动物饲养，在农场使用一些具有成本效益的霉菌毒素脱毒方法是有益的（路遥等，2012）。使用焦亚硫酸钠处理DON污染的谷物原料具有显著脱毒效果，但需要对这种方法的安全性和有效性进行评估和研究（Danicke等，2010）。

5 结论

镰刀菌毒素DON和ZEN对猪的健康和生产性能会产生较大危害，但这些毒素对动物健康影响的机制仍未完全明确。在实际生产过程中，饲料原料中DON和ZEN的同时存在，甚至在受污染的谷物中进一步发现了其他霉菌毒素都加剧了毒素风险控制的管理。原料中毒素的影响可能是相加的、协同的，也取决于毒素彼此之间的比例及单一毒素的污染程度。由于小麦、玉米等谷物易受镰刀菌毒素的污染，而农业工艺措施不能完全避免这种风险，需要有效的管理和戒毒战略。