赭曲霉毒素A的毒性研究进展

赭曲霉毒素A的毒性研究进展

高翔1,李梅2 综述张立实1 审校

摘要：赭曲霉毒素A(OTA)是一种分布较广的真菌毒素。研究表明OTA具有较强的肝毒性和肾毒性,并有致畸、致突变和致癌作用。OTA也被认为可能是巴尔干地方肾病的主要致病因素之一。OTA与人类健康的关系越来越受到全球重视,国外对OTA的毒性已进行了多方面的研究,而国内研究较少。本文就OTA的毒性及可能的作用机制方面的最新研究进行综述。

赭曲霉毒素(ochratoxin)是曲霉菌属和青霉菌属的某些种产生的二级代谢产物,包含7种结构类似的化合物。赭曲霉毒素对农作物的污染在全球范围内都比较严重,其中赭曲霉毒素A(ochratoxin A,OTA)在自然界分布最广泛,毒性最强,对人类和动植物影响最大。研究表明OTA不仅具有免疫毒性、肾毒性和肝毒性,并且还有致畸、致突变和致癌作用[1]。本文就OTA的毒性研究进展及可能的作用机制等方面进行综述。

1 主要产毒菌种

自然界中产生OTA的真菌种类繁多,但以纯绿青霉、赭曲霉和碳黑曲霉为主。这3种产毒菌株生长繁殖所需的生态环境、污染农作物的种类、污染率等依地域不同而异。在热带和亚热带地区,农作物在田间和储存过程中污染的OTA主要由赭曲霉产生;在加拿大和欧洲等寒冷地区,粮食及其制品中的OTA主要来自纯绿青霉;碳黑曲霉以侵染水果为主,是新鲜葡萄、葡萄干、葡萄酒和咖啡中OTA的主要产生菌[2]。

2 理化性质及代谢

赭曲霉毒素是由异香豆素连接到B-苯丙氨酸上的衍生物,其中OTA分子式为C20H18ClNO6,它是一种稳定的无色结晶化合物,溶于极性溶剂和碳酸氢钠溶液,微溶于水。OTA在紫外线照射下呈绿色荧光,最大吸收峰为333nm。关于OTA在动物体内的代谢机制目前还不十分清楚。动物代谢试验发现,OTA能被哺乳动物胃肠道内的羧肽酶A和微生物水解成毒性较低的产物,如赭曲霉毒素A和苯丙氨酸。亦有研究表明OTA主要被动物体内的多功能氧化酶通过羟化作用生成低毒性的4-R-羟化-OTA(OTA-OH)[3]。OTA代谢的半减期不仅有种属差异而且还有组织器官差异,如OTA在大鼠体内的半减期为103h,在牛体内的半减期为90h,而在小鸡体内的半减期仅为4h[4];OTA在大鼠肝脏内的半减期为60h,在肾脏中为54h,在心脏中为48h,在肌肉中为97h,而在血液中为103h。许多研究结果证实OTA与血清蛋白的结合力与其在血液中的半减期长短有直接关系,即OTA与血清蛋白的亲合力大于OTA与组织蛋白的亲合力,故OTA在血液中的半减期较在其他组织中的半减期长[5]。

3 毒性

由于OTA可以直接污染谷类、水果等农作物,人和动物通过摄入污染的植物性食物而吸收进入体内,同时也可因OTA在动物体内的蓄积作用而通过摄入动物性食物进入人体内。许多研究表明OTA的主要靶器官为肝和肾,用HPLC及ELISA法检测也发现OTA进入小鸡体内后广泛分布于各个器官,但以肝和肾居高[6]。

311 肾毒性

巴尔干地方性肾病(Balkan endemic ne-phropathy,BEN)是一种病因未明的慢性肾脏疾病,主要病理表现为肾小管变形退化、间质纤维化和肾小球的玻璃样变,伴有蛋白尿和肾功能的损伤,但是没有肾病综合征的表现[7]。OTA被认为可能是BEN的主要致病因素之一,部分研究已经发现食物中OTA含量与BEN临床表现之间的相关性,但亦有研究未发现这种相关性[8]。对欧洲一些OTA污染较严重的国家和地区人群的血清样品分析发现,健康人群血液中OTA的浓度为0125~36nmolPL,而地方性肾病、肾盂癌、输尿管癌和膀胱癌患者血液中的OTA 浓度则增至5~140nmolPL[9]。

短期试验结果显示,OTA对所有的单胃哺乳类动物均有肾毒性,可引起实验动物肾萎缩或肿大、颜色变灰白、皮质表面不平、断面可见皮质纤维性变;显微镜下可见肾小管萎缩、间质纤维化、肾小球透明变性、肾小管坏死等,并伴有尿量减少、血尿素氮升高、对氨基马尿酸清除率降低、尿频、尿蛋白和尿糖增加等肾功能损害的表现[2]。

312 肝毒性

在每kg饲料中加入013~1mg OTA喂饲小鸡后发现其肝糖原分解减少,并且肝内的肝糖原聚集与OTA有剂量-效应关系[4]。郭延溃等[10]对OTA中毒鸡的肝脏超微结构观察发现：肝小叶大小不一,小叶间结缔组织增厚,肝细胞的核膜增厚,线粒体肿胀溶解,内质网显著减少。胞浆内出现大量集结的糖原颗粒,还有许多大小不等的异物。肝细胞内出现大量自吞噬泡,次级溶酶体增多,有的肝细胞已被完全溶解。肝窦内星状细胞显著减少,并有大量红细胞,也可看到B淋巴细胞。肝组织中,内皮细胞显著增生,填充于肝窦之中,使肝窦空间变小。肝细胞的微绒毛减少,肝细胞之间的间隙亦变小。

313 免疫毒性

在研究OTA及其代谢物对人单核细胞P巨噬细胞系TPH-1的免疫毒性时发现,当OTA 浓度在10~1000ngPml时,TPH-1的代谢能力、细胞的增殖能力、细胞膜的完整性、细胞的分化、巨噬细胞的吞噬能力、氧化氮的合成及细胞表面标志物的形成均被抑制。而个别细胞系在OTA为1ngPml时就出现了上述现象[11]。给8~10周龄的瑞士小鼠每天腹腔注射OTA5mgPkg,连续50天,可抑制受试小鼠体内免疫球蛋白的合成,继而降低细胞介导的免疫应答,同时减少刀豆素A诱导的小鼠脾淋巴干细胞的有丝分裂[2]。

314 对肿瘤发生的影响

给予80只F344大鼠(雌雄各半)21、70、210LgPkg 3种剂量的OTA两年后发现,大鼠出现了肾小管增生性损伤、肾小管细胞腺瘤和肾小管细胞癌,并呈剂量-效应关系。其中高剂量组1只雄鼠在喂饲第9个月时出现肾小管细胞癌,在第15个月时所有雄鼠均出现了肾小管细胞腺瘤和肾小管细胞癌。在试验结束时3个剂量组所有的雌雄大鼠均出现了肾小管细胞肿瘤,尤以雄鼠的反应更为明显,高剂量组的雄鼠中大约有1P3肾小管细胞癌发展为转移性癌[12]。虽然许多研究发现OTA的毒性及致癌性存在种属、性别和年龄的差异,但其机制尚不清楚[13]。在体外研究中,用OTA染毒人类单核细胞系TPH-1 4h后发现,在400ngPml剂量组, 肿瘤坏死因子(TNF)A的分泌减少了50%[14]。

315 致突变作用

对用OTA染毒的人源性肝细胞瘤(HepG2)细胞进行微核试验和彗星试验时发现,在5LgPml及更高剂量组毒性作用与染毒剂量之间呈现明显的剂量-效应关系,用25LgPml OTA 处理HepG2细胞后出现明显的DNA损伤(彗星形成),表明OTA对人源性细胞有诱变作用,亦即OTA对人肝组织可能有遗传毒性作用[15]。用彗星试验检测经OTA染毒处理的马-达氏犬肾(Madin-Darby canine kidney,MDCK)上皮细胞发现,OTA引起的DNA单链断裂呈剂量-效应关系,加入外源性代谢活化酶系(S9-大鼠肝匀浆)后这种遗传毒性效应更为明显。用氨甲蝶呤、橘霉素等有机阴离子转运系统为底物与OTA混合培养,OTA的毒性作用就会被抑制。如果添加胞嘧啶阿糖胞苷和羟基脲来抑制DNA的修复,尾长即明显增加,所有被处理的细胞都出现DNA的单链断裂[16]。

316 对其他器官的毒性

在人造血母细胞的体外培养试验中发现, OTA的浓度为100LmolPL时,能引起有核红细胞和单核粒细胞的原代增殖减少和破坏血小板母细胞。在OTA浓度低时,造血母细胞的增殖未受影响[17]。

此外OTA能减少大鼠海马N-甲基-D-天冬氨酸(NMDA)受体的2A亚基和2B亚基的浓度。而海马趾的NMDA受体与学习和记忆有关,因此认为这种改变可能对认知功能有一定的