伏馬毒素對小鼠毒性的研究進(jìn)展

張 熠，蔣艷成，許廣人，袁巧玲，陳文惠，雷紅宇

（湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)動物醫(yī)學(xué)院，湖南長沙410128）

伏馬毒素對小鼠毒性的研究進(jìn)展

張 熠，蔣艷成，許廣人，袁巧玲，陳文惠，雷紅宇※

（湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)動物醫(yī)學(xué)院，湖南長沙410128）

伏馬毒素是玉米和以玉米為原料的產(chǎn)品中常見的一種霉菌毒素，可在許多動物體內(nèi)誘發(fā)多種疾病，對動物和人的健康造成巨大危害。文章主要對伏馬毒素對小鼠的肝臟和腎臟、致癌性、免疫系統(tǒng)、胚胎、神經(jīng)系統(tǒng)、胃粘膜等方面的毒性作綜述。

伏馬毒素；小鼠；毒性

伏馬毒素（Fumonisin，F(xiàn)B）是一種主要由輪枝鐮刀霉菌（Fusarium verticillioides）和串珠鐮刀菌（Fusarium moniliforme）產(chǎn)生的次級代謝產(chǎn)物，廣泛存在于全世界各種糧食作物和制品中，尤其以玉米和玉米為原料的產(chǎn)品中最多見，常通過食物鏈對人和各種動物的健康構(gòu)成嚴(yán)重危害[1]。伏馬毒素是一類由不同的多氫醇和丙三酸組成的結(jié)構(gòu)類似的雙酯化合物，根據(jù)其結(jié)構(gòu)可分為A、B、C和P四大組，其中，B組伏馬毒素（FB）是野生型菌株中產(chǎn)量最豐富的，其中FB1占了總量中的70%左右，毒性最強(qiáng)。伏馬毒素能引起馬大腦白質(zhì)軟化癥（ELEM）、豬肺水腫（PPE），多種實(shí)驗(yàn)動物的肝臟和腎臟毒性，且與人類神經(jīng)管缺陷和食道癌的發(fā)生有關(guān)[2～5]。因此，伏馬毒素在畜牧業(yè)生產(chǎn)及食品衛(wèi)生安全中的關(guān)注日益增加。

1 對小鼠肝臟和腎臟的影響

在小鼠中，肝臟和腎臟是FB1毒性作用的主要部位，且不同的FB1攝入方式對小鼠肝腎毒性大小的影響也不同。Sharma等給FVB小鼠每天皮下注射FB1（2.25 mg/kg）連續(xù)5天，出現(xiàn)顯著的肝臟及腎臟損傷，主要表現(xiàn)為肝腫大、血漿中丙氨酸轉(zhuǎn)氨酶和天冬氨酸轉(zhuǎn)氨酶濃度增加，腎臟和肝臟中游離鞘氨醇及二氫鞘氨醇的濃度增加，以及肝臟中TNFα-mRNA表達(dá)增加等[6]。給B6C3F1小鼠飼喂FB1（81 mg/kg）13周，在雌性小鼠中出現(xiàn)的肝毒性以肝病和血清化學(xué)的改變?yōu)橹鱗7]。給懷孕的Charles River CD1雌性小鼠飼喂含0～100 mg/kg的FB1，當(dāng)劑量大于50 mg/kg時(shí)就能引起小鼠的肝臟壞死，并伴有腹水和肝細(xì)胞核直徑增大，ALT活性顯著增加[8]。給成年B6C3F1小鼠每天飼喂75 mg/kg的FB1，14天后肝臟出現(xiàn)細(xì)胞壞死、有絲分裂和細(xì)胞核大小不均等癥狀。同時(shí)，血清ALT活性升高、腎臟中離子轉(zhuǎn)運(yùn)能力出現(xiàn)輕度下降、雄性血液尿素氮含量增加[9]。給雄性BALB/c小鼠皮下注射FB1（0、0.25、0.75、2.25或6.25mg/(kg?day)）5天，出現(xiàn)腎臟重量降低及劑量相關(guān)的肝臟和腎臟病變，且所有處理組中凋亡細(xì)胞均增多，表明短暫暴露于低劑量的FB1能誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡[10]。給B6,129雄性小鼠每天皮下注射2.25 mg/kg的FB1，5天后肝臟和腎臟中TNFα和IL-1β表達(dá)增加[11]。小鼠經(jīng)FB1處理5天后，肝臟中游離鞘氨醇堿顯著增加、酸性SMase的活性增強(qiáng)、SM含量減少、SPT以及SPHK1的表達(dá)和活性顯著增加[12]。給BALB/c小鼠腹腔內(nèi)注射FB1（1.5、4.5 mg/kg），增殖細(xì)胞核抗原和Ki-67的表達(dá)顯著提高、caspase-8和 TNF-α 介質(zhì)水平提高，4.5 mg/kg FB1促使血管內(nèi)皮生長因子（VEGF）和成纖維細(xì)胞生長因子-2（FGF-2）的表達(dá)水平顯著升高[13]。另外，F(xiàn)B1對腎臟與肝臟的損傷有差異，給小鼠皮下注射25 mg/kg FB1，隨著染毒時(shí)間增長，肝臟和腎臟中鞘氨醇堿含量顯著增高，肝臟在4～8小時(shí)出現(xiàn)峰值，24小時(shí)后恢復(fù)到對照水平，而腎臟中在12小時(shí)出現(xiàn)峰值，并持續(xù)到24小時(shí)含量遠(yuǎn)高于對照組[14]。還有研究報(bào)道，F(xiàn)B的肝腎毒性在不同性別的小鼠中有差異。Neetesh Bhandari發(fā)現(xiàn)BALB/c小鼠經(jīng)FB1處理后，雌性小鼠肝臟中丙氨酸轉(zhuǎn)移酶含量和凋亡率都高于雌性小鼠，且游離鞘氨醇堿水平和細(xì)胞因子的表達(dá)水平在雌雄間有差異，說明其對小鼠的肝毒性可能與性別相關(guān)[15]。給B6C3F1/Nctr BR小鼠攝入0、99、163、234和484 mg/kg的FB1，28天后出現(xiàn)肝細(xì)胞壞死、門靜脈周圍肥厚、小葉中心、膽小管和Kupffer細(xì)胞增生等癥狀，并伴有谷丙轉(zhuǎn)氨酶（ALT）和堿性磷酸酶（ALP）活性升高。組織病理學(xué)和臨床化學(xué)變化表明，F(xiàn)B1誘發(fā)雌性肝毒性的濃度為99 mg/kg，雄性為484 mg/kg，說明雌性小鼠比雄性小鼠更敏感[16]。且相比于SD或Fischer 344大鼠，小鼠對FB1引起的腎毒性的敏感度要更低[17]。

2 對小鼠的致癌性

1991年南非科學(xué)家以小鼠為模型開展了伏馬毒素的毒性試驗(yàn)，結(jié)果表明，在50 mg/kg的FB劑量水平下，18～26個(gè)月后出現(xiàn)患肝腫瘤的幾率急劇上升，這是首次發(fā)現(xiàn)伏馬毒素誘導(dǎo)肝癌的證據(jù)[18]。給p53雜合和p53純合小鼠飼喂含有0、5、50或150 mg/kg的FB1的飼料26周后，在150 mg/kg的劑量中觀察到肝腺瘤和膽管瘤[19]。給BALB/c小鼠皮下注射FB1（2.25 mg/kg）5天，導(dǎo)致小鼠肝臟細(xì)胞中IL-1Ra、致癌基因轉(zhuǎn)錄因子c-Myc、B-Myc、Max和Mad，凋亡基因Bcl-2、Bax和Bad的表達(dá)增加，這些因子可能參與了FB1致癌的機(jī)制[20]。給B6C3F1小鼠飼喂兩年的FB1，發(fā)現(xiàn)FB1誘導(dǎo)雌性小鼠肝腫瘤的發(fā)生，在0、5、15、50和80 mg/kg濃度時(shí)發(fā)生概率分別為5/47、3/48、1/48、19/47和39/45，表明長期攝入FB1(≥50 mg/kg)會使嚙齒類動物致癌[21]。

3 對小鼠的免疫毒性

FB1可以引起動物的免疫刺激、免疫功能下降或免疫抑制。給BALB/C小鼠每天皮下注射FB1 2.25 mg/kg，五天后雌性小鼠脾和胸腺的重量顯著降低，雌性小鼠脾臟中IL-2 mRNA的表達(dá)減少而T淋巴細(xì)胞數(shù)量卻相對增加，雌性小鼠胸腺中不成熟的CD4+/CD8+雙陽性細(xì)胞數(shù)量顯著降低，這表明FB1對小鼠有免疫抑制作用，并且雌性比雄性更易受影響[22]。另有實(shí)驗(yàn)表明，不同劑量的FB1對小鼠免疫產(chǎn)生刺激和抑制的雙重作用。對BALB/c小鼠染毒5～100 μg的FB1后，空斑形成細(xì)胞（PFC）數(shù)目減少；而當(dāng)每天染毒1～50μg的FB1時(shí)，引起PFC的數(shù)量呈4～12倍的增加[23]。給BALB/c小鼠飼喂FB1（100?g/kg）2周，脾臟中半胱氨酸蛋白酶-3活性及LP、IL-10和IL-4 mRNA表達(dá)增加，GSH含量減少，且GPx和SOD、以及IFNγ和TNFα mRNA的表達(dá)量降低[24]。同時(shí)，F(xiàn)B1可以引起小鼠脾臟結(jié)構(gòu)出現(xiàn)膠囊狀的損傷和淋巴樣的聚集，過氧化氫酶、SOD-2和GR等抗氧化物酶的表達(dá)水平顯著降低；內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激標(biāo)記蛋白如 Grp78、PERK和CHOPD的表達(dá)水平增加，說明FB1染毒能導(dǎo)致小鼠脾臟內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激調(diào)節(jié)損傷，進(jìn)一步導(dǎo)致脾臟組織損傷，并對體內(nèi)免疫功能造成影響[25]。

4 對小鼠胚胎的影響

攝取含有FB1的食物會導(dǎo)致高風(fēng)險(xiǎn)的神經(jīng)管缺陷發(fā)生。分別給懷孕的SWV和LM/Bc小鼠每天飼喂20 mg/kg的FB1，用40μM的FB1處理SWV和LM/Bc小鼠中的纖維原細(xì)胞和（MEFs）和無血清小鼠胚胎（SFME）的神經(jīng)管源細(xì)胞24小時(shí)，發(fā)現(xiàn)用FB1處理后的小鼠血漿中的1-磷酸鞘氨醇（Sa1P）含量升高，用FB1處理的SFME和MEF細(xì)胞中的Sa1P含量升高，且FB1-NTD易感的LM/Bc品種的MEFS細(xì)胞中的Sa1P含量更高[26]。給懷孕的LM/Bc小鼠腹腔注射FB1，染毒量高于15 mg/kg的所有組別都有神經(jīng)管缺陷[27]。給懷孕的LM/BC雌性小鼠在妊娠早期用FB1處理（20 mg/kg），能導(dǎo)致79%的胎兒出現(xiàn)神經(jīng)管畸形，母體內(nèi)及胚胎組織內(nèi)鞘脂類物質(zhì)顯著改變，3H-葉酸水平和Folbp1的免疫組化表達(dá)降低[28]。用10 mg/kg的FB1飼喂懷孕小鼠，使鞘脂類代謝出現(xiàn)明顯擾亂，導(dǎo)致肝細(xì)胞凋亡、胎兒死亡率增加和胎兒的重量減少，且所有暴露在FB1中的小鼠均出現(xiàn)了神經(jīng)管缺陷，并且有66%的胎兒受到影響[29]。用FB1處理LM/Bc小鼠胚胎成纖維細(xì)胞(MEFs)，發(fā)現(xiàn)FB1通過破壞鞘脂代謝導(dǎo)致細(xì)胞核中Sa1p積累，抑制組蛋白去乙?；福℉DAC），表明組蛋白高度乙?；荈B1誘導(dǎo)神經(jīng)管畸形的一種潛在機(jī)制[30]。當(dāng)FB1含量大于25 mg/kg時(shí)，能增加胎兒死亡、減少胎兒體重及增加胎兒腦積水的發(fā)生率，胎兒肝臟Sa/So比率沒有增加，而母體肝臟出現(xiàn)顯著病變、血清中ALT含量和肝臟Sa/So比率顯著增加；當(dāng)FB1達(dá)100 mg/kg時(shí)，顯著降低母體體重，并出現(xiàn)死亡，表明FB1對胎兒的毒性繼發(fā)于母體毒性，Sa/So比率說明FB1不能通過胎盤[31]。用FB1處理雌性CD1小鼠，結(jié)果表明，F(xiàn)B1擾亂了其肝臟、子宮、胎兒和胎盤中的鞘脂類代謝酶基因的表達(dá)[32]。且CD1小鼠比LM/Bc小鼠對FB1誘導(dǎo)的NTD敏感度要低，說明小鼠不同種屬之間存在敏感度差異[33]。

5 對小鼠的神經(jīng)毒性

給成年雄性C57BL/6小鼠腹腔注射FB1(8 mg/kg)，30分鐘之后注射低劑量的戊四唑(PTZ，30mg/kg)，發(fā)現(xiàn)FB1減少PTZ引起的肌躍型抽搐的延遲并增加其發(fā)生次數(shù)，使大腦皮層 α1Na+、K+-ATP酶活性及線粒體膜電位ΔΨm增加，而在海馬體內(nèi)相同的酶的活性卻降低，表明FB1引起小鼠大腦興奮過度[34]。給雌性BALB/C小鼠腦室內(nèi)注射總劑量達(dá)100 μg的FB1后，引起小鼠大腦神經(jīng)變性，抑制神經(jīng)酰胺合成，刺激星形膠質(zhì)細(xì)胞及上調(diào)促炎性細(xì)胞因子[35]。BALB/c小鼠經(jīng)FB1處理3天后，腦內(nèi)鞘脂類的生物合成顯著地降低[36]。Masashi Tsunoda每天給BALB/c小鼠皮下注射不同劑量的FB1，5天后2.25 mg/kg和6.75 mg/kg劑量FB1處理的小鼠大部分腦區(qū)HVA含量顯著升高、紋狀體中5-HT含量顯著減少；神經(jīng)遞質(zhì)代謝產(chǎn)物比值如HVA/DA和5-HIAA/5-HT在處理組的幾個(gè)腦區(qū)中升高[37]。

6 對小鼠胃黏膜的影響

FB對小鼠的消化道也有一定的影響。Alizadeh AM報(bào)道，給29周雌性小鼠飼喂FB1(150 mg/kg)，16周后發(fā)現(xiàn)輕度至中度的胃萎縮，與對照組相比，實(shí)驗(yàn)組中胃壁細(xì)胞數(shù)量顯著減少，胃粘膜高度和胃腺體細(xì)胞有絲分裂指數(shù)顯著降低，采用TUNEL法和Bax-標(biāo)記的陽性細(xì)胞數(shù)量顯著增加，且胃腺體的增殖活躍度明顯低于對照組，表明FB1通過增加細(xì)胞凋亡和抑制細(xì)胞的有絲分裂活動導(dǎo)致胃粘膜萎縮[38]。Abbas Tavasoly給小鼠飼喂含量為150 mg/kg的FB1，連續(xù)4個(gè)月后組織學(xué)病變顯示胃黏膜壁細(xì)胞數(shù)量顯著減少、炎癥細(xì)胞數(shù)量顯著增加，此外還觀察到胃腺體萎縮[39]。 □

[1]Kenneth A.Voss，Ronald T.Riley.Fumonisin Toxicity and Mechanism of Action:Overview and Current Perspectives[J]．Food Safety，2013，1（6）：49-69.

[2]Stockmann-Juvala H,Savolainen K.A review of the toxic effects and mechanisms of action of fumonisin B1[J].Human&experimental toxicology,2008,27(11):799-809.

[3]Lalles JP,Lessard M,Oswald IP,David JC.Consumption of fumonisin B1 for 9 days induces stress proteins along the gastrointestinal tract of pigs[J].Toxicon,2010,55(2-3):244-9.

[4]Ehrlich V.Fumonisin B1 is genotoxic in human derived hepatoma (HepG2)cells[J].Mutagenesis,2002,17(3):257-260.

[5]Liesener K.Mycotoxins in horse feed[J].Mycotoxin Research,2010, 26:23-30.

[6]Sharma R P,Bhandari N,Tsunoda M,et al.Fumonisin toxicity in a transgenic mouse model lacking the mdr1a/1b P-glycoprotein genes[J]. Environmental toxicology and pharmacology,2000,8(3):173-182.

[7]Voss K A,Chamberlain W J,Bacon C W,et al.Subchronic feeding study of the mycotoxin fumonisin B1 in B6C3F1 mice and Fischer 344 rats[J].Fundamental and Applied Toxicology,1995,24(1):102-110.

[8]Reddy R V,Johnson G,Rottinghaus G E,et al.Developmental effects of fumonisin B1 in mice[J].Mycopathologia,1996,134(3):161-166.

[9]Bondy G S,Suzuki C A M,Fernie S M,et al.Toxicity of fumonisin B1 to B6C3F 1 mice:a 14-day gavage study[J].Food and chemical toxicology,1997,35(10):981-989.

[10]Sharma R P,Dugyala R R,Voss K A.Demonstration of in-situ apoptosis in mouse liver and kidney after short-term repeated exposure to fumonisin B1[J].Journal of comparative pathology,1997,117(4): 371-381.

[11]Bhandari N,Brown C C,Sharma R P.Fumonisin B1-induced localized activation of cytokine network in mouse liver[J].Food and chemical toxicology,2002,40(10):1483-1491.

[12]He Q,Suzuki H,Sharma N,et al.Ceramide synthase inhibition by fumonisin B1 treatment activates sphingolipid-metabolizing systems in mouse liver[J].Toxicological Sciences,2006,94(2):388-397.

[13]Sozmen M,Devrim A K,Tunca R,et al.Protective effects of silymarin on fumonisin B1-induced hepatotoxicity in mice[J].Journal of veterinary science,2014,15(1):51-60.

[14]Enongene E N,Sharma R P,Bhandari N,et al.Disruption of sphingolipid metabolism in small intestines,liver and kidney of mice dosed subcutaneously with fumonisin B1 [J].Food and chemical toxicology,2000,38(9):793-799.

[15]Bhandari N,He Q,Sharma R P.Gender-related differences in subacute fumonisin B 1 hepatotoxicity in BALB/c mice[J].Toxicology, 2001,165(2):195-204.

[16]National Toxicology Program.Toxicology and carcinogenesis studies of fumonisin B1 (CAS no.116355-83-0)in F344/N rats and B6C3F1 mice (feed studies)[J].National Toxicology Program Technical Report Series,2001,3(496):1-352.

[17]Voss K A,Smith G W,Haschek W M.Fumonisins:toxicokinetics, mechanism of action and toxicity [J].Animal feed science and technology,2007,137(3):299-325.

[18]潘冬春,李敬根,錢根林,等.伏馬菌素及其毒性作用[J].上海畜牧獸醫(yī)通訊,2012(5):56-57.

[19]Bondy G,Mehta R,Caldwell D,et al.Effects of long term exposure to the mycotoxin fumonisin B1 in p53 heterozygous and p53 homozygous transgenic mice[J].Food and Chemical Toxicology,2012,50(10): 3604-3613.

[20]Bhandari N,Raghubir P.Modulation of selected cell signaling genes in mouse liver by fumonisin B 1[J].Chemico-biological interactions,2002,139(3):317-331.

S859.82

A

1006-4907（2017）02-0039-03

10.3969/j.issn.1006-4907.2017.02.018

2017-03-17

湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)東方學(xué)院青年科學(xué)研究基金（14QNZ12）。

張 熠（1989～），男，湖南攸縣人，碩士研究生，從事動物疾病病理研究，542884818@qq.com

※通訊作者：雷紅宇。