玉米赤霉烯酮毒性研究

閆昭明 陳清華* 陳鳳鳴

(1.湖南農(nóng)業(yè)大學動物科學技術學院，長沙410128；2.湖南領道農(nóng)業(yè)環(huán)?？萍加邢薰荆L沙410128)

全球范圍內(nèi)，每年大約有25%的谷物由于不同程度的霉菌毒素污染問題，降低了飼用價值；有超過2%的農(nóng)作物因嚴重的毒素污染而完全失去其經(jīng)濟價值。其中玉米赤霉烯酮(zeaealenone，ZEA)的污染問題尤為嚴重。霉菌污染農(nóng)作物的過程分為田間和貯藏2個環(huán)節(jié)，由于不良的貯藏條件會造成霉菌的快速繁殖及霉菌毒素的大量產(chǎn)生，使得多種飼料原料營養(yǎng)價值降低，并在飼養(yǎng)過程中對動物體不同器官、系統(tǒng)造成損害。ZEA主要污染玉米、小麥、大米、大麥、小米和燕麥等谷物，1962年首先由被禾谷鐮刀菌污染的玉米中分離獲得[1]。除禾谷鐮刀菌和大豆鐮刀菌外，三線鐮孢菌、木賊鐮孢菌等也會產(chǎn)生ZEA。目前，世界范圍內(nèi)所生產(chǎn)的谷物及農(nóng)副產(chǎn)品中均有檢出ZEA。劉鳳芝等[2]對2017年上半年我國部分地區(qū)飼料及飼料原料中的霉菌毒素污染狀況進行統(tǒng)計分析，發(fā)現(xiàn)在全部356份樣品中，ZEA檢出率達95%，平均含量為689.0 μg/kg，主要污染玉米及副產(chǎn)物、餅粕類飼料原料。Placinta等[3]在世界范圍內(nèi)對谷物及副產(chǎn)物霉菌毒素污染程度進行了調(diào)查分析，結果顯示，基本在所有已選國家的被選谷物原料及動物飼料樣本中均檢出ZEA存留，證明了ZEA污染程度的廣泛性，世界范圍內(nèi)畜牧業(yè)ZEA污染形勢依然嚴峻，迫切需要得到妥善控制與解決。

目前，有大量研究顯示，食用被ZEA污染的飼料后會對動物造成諸多負面影響。本文從生殖系統(tǒng)損害、免疫機能損害、肝臟和腎臟器官損害、遺傳物質(zhì)損害、誘發(fā)腫瘤等方面系統(tǒng)介紹了ZEA對動物造成的危害，并闡述了不同毒素之間存在的互作效應，對目前霉菌毒素研究過程中所面臨的問題提出建議與展望，旨在幫助畜牧業(yè)從業(yè)者更好的認識霉菌毒素污染這一全球化問題。

1 ZEA的理化性質(zhì)

ZEA又稱為F-2毒素，為白色晶體物質(zhì)，分子式為C18H22O5，是一種酚的二羥基苯酸的內(nèi)酯結構物質(zhì)，化學名稱為6-(10-羥基-6氧基-十一碳烯基)β-雷鎖酸內(nèi)酯，主要由鐮刀菌產(chǎn)生，相對分子質(zhì)量為318，熔點為161～163 ℃[4]。ZEA具有極性，相較于黃曲霉毒素極性較弱，不溶于水、二硫化碳、四氯化碳等溶劑，但溶于堿性水溶液。Hidy等[5]對于ZEA在不同溶劑中的溶解度進行了研究，結果顯示ZEA溶解度在丙酮和乙醇、甲醇、二氯甲烷、乙腈、苯、正乙烷中依次降低。

2 ZEA毒性研究

ZEA及其次生代謝還原產(chǎn)物玉米赤霉醇(zeraol，ZAL)在結構上與內(nèi)源性雌激素相似，與動物體內(nèi)的雌激素受體發(fā)生特異性、競爭性結合，雌激素反應元件由此激活，發(fā)生二聚化作用[6-7]，表現(xiàn)出一系列擬雌激素效應，從而造成神經(jīng)系統(tǒng)亢奮、性激素機能紊亂，影響第二性征的正常表達，動物死因多由于雌激素水平過高。不同毒性物質(zhì)與雌激素受體結合能力為：α-玉米赤霉醇(α-ZAL)>α-玉米赤霉烯醇(α-ZOL)>β-玉米赤霉醇(β-ZAL)>ZEA>β-玉米赤霉烯醇(β-ZOL)[8]。ZEA主要破壞母畜生殖系統(tǒng)，造成動物生產(chǎn)性能下降，同時破壞免疫系統(tǒng)，并具有一定程度的肝毒性及細胞毒性，可誘導產(chǎn)生腫瘤[9]。ZEA污染會對人和動物的健康造成極大的威脅和破壞，給畜牧業(yè)的發(fā)展帶來極大的經(jīng)濟損失。

2.1 生殖發(fā)育毒性

ZEA的生殖發(fā)育毒性主要表現(xiàn)為：ZEA及其衍生物與動物雌激素受體競爭性結合，產(chǎn)生類雌激素樣作用，雌激素受體結構發(fā)生變化，并進一步轉移到細胞核內(nèi)，通過改變?nèi)旧w結構從而影響DNA的轉錄以及RNA的翻譯產(chǎn)生蛋白質(zhì)的過程[7]。ZEA影響細胞正常生理功能，影響生殖發(fā)育系統(tǒng)的正常機能表達，造成繁殖障礙并降低動物生產(chǎn)性能[10]。母畜多表現(xiàn)為外生殖器官病變、卵巢萎縮、假孕、流產(chǎn)、死胎等，早熟的母畜第1次發(fā)情往往不具有繁殖力；公畜性欲明顯降低，精子質(zhì)量下降；仔畜表現(xiàn)為先天性畸形等疾病[11]。不同種類動物對ZEA的易感性不同，敏感程度排序依次為豬>大鼠>牛和家禽，其中ZEA對青年母豬的毒害作用最強[12]。有研究報道稱，每千克飼料中含有0.2 mg左右的ZEA就會造成青年母豬外陰紅腫、子宮體積和重量增大、卵巢退化萎縮和內(nèi)部空化[13]。

肖治軍[10]研究發(fā)現(xiàn)，ZEA中毒的病豬未出現(xiàn)死亡現(xiàn)象，體況、體溫未出現(xiàn)明顯變化。不同生長階段豬ZEA中毒的具體癥狀不同，主要表現(xiàn)為生殖器官發(fā)情樣病癥，后備母豬發(fā)情呈現(xiàn)不規(guī)律性且多次配種不孕。Obremski等[14]報道，性成熟母豬食用被ZEA污染的玉米，會造成母豬卵泡閉鎖和子宮層粒細胞凋亡樣變化，從而影響繁殖性能的表達。王相生等[15]報道，飼糧中添加1.5 mg/kg ZEA飼喂妊娠期母豬，母豬產(chǎn)仔數(shù)顯著下降。由于妊娠期內(nèi)仔豬通過胎盤獲得營養(yǎng)物質(zhì)并排出代謝廢物，ZEA具有抑制胎盤先天性免疫的作用，不利于胎兒的正常發(fā)育，造成死胎率及弱仔率顯著上升。Gajecka等[16]對2組2月齡母豬分別飼喂含有20、40 μg/kg ZEA的飼糧48 d，結果顯示，20 μg/kg ZEA組母豬發(fā)生子宮壁組織增生，伴隨子宮充血與腫脹；40 μg/kg ZEA組母豬多表現(xiàn)為子宮內(nèi)膜結締組織纖維化，子宮壁細胞壞死。單妹等[17]研究表明，公豬在食用被ZEA污染的飼糧后，機體表現(xiàn)出“雌性化”癥狀，表現(xiàn)為睪丸萎縮、輸精管變性等，嚴重降低精液質(zhì)量。

ZEA除對豬產(chǎn)生極大的生殖毒性作用外，對其他動物同樣存在極大的危害。董雙等[18]研究表明，ZEA染毒劑量的增長可明顯降低雄性小鼠生殖器官重量，表明小鼠睪丸及附睪組織受到破壞，導致小鼠精子數(shù)量及活性顯著下降，損害雄性生殖功能。Dailey等[19]報道，使用被14C標記的ZEA飼喂蛋雞后，檢測后代蛋黃中具有14C放射性，若食用該類雞蛋會損害人類健康，造成雌激素功能亢進等疾病的發(fā)生。

2.2 免疫損害毒性

免疫器官、免疫細胞、免疫分子共同組成動物機體的免疫系統(tǒng)，動物的免疫功能與這3個方面緊密聯(lián)系。若免疫器官的結構或組成受到破壞，免疫細胞的特性及數(shù)量變化，免疫分子分泌異常，均會影響動物正常免疫功能的表達，對動物的健康產(chǎn)生威脅[20]。淋巴細胞的增殖能力是反映免疫功能的一項重要指標，楊立杰等[21]研究表明，1.0 mg/kg的ZEA可誘導斷奶母豬外周血淋巴細胞增殖率顯著降低，且伴隨著飼糧中ZEA濃度的提高，病毒抗體水平呈線性下降。梁梓森等[22]報道，小鼠連續(xù)6 d注射25 mg/kg ZEA后，胸腺與脾臟均發(fā)生病理變化，且胸腺比脾臟更為敏感。Vlata等[23]研究ZEA對人外周血液單核細胞的影響，發(fā)現(xiàn)30 μg/mL的ZEA會抑制免疫表達，具體體現(xiàn)在抑制了T淋巴細胞、B淋巴細胞的增殖等方面。Obremski等[24]連續(xù)42 d在未性成熟的小母豬飼糧中添加0.1 mg/kg ZEA進行飼喂，結果發(fā)現(xiàn)ZEA可以改變豬回腸淋巴T細胞和淋巴B細胞亞群比例，并使得腸胃神經(jīng)結構的化學編碼發(fā)生變化。原因可以歸結為ZEA對雌激素受體或其促炎特性產(chǎn)生的影響，反映神經(jīng)系統(tǒng)在轉化和代謝水平上發(fā)生的變化。

2.3 肝臟和腎臟毒性

肝臟是動物體內(nèi)重要的代謝器官，具有解毒功能，也是消化系統(tǒng)中最大的消化腺。但由于肝臟是代謝ZEA的主要器官，ZEA的毒害作用會嚴重影響動物肝臟的正常生理功能[4]。朱碧波等[25]研究發(fā)現(xiàn)，用含有2 mg/kg ZEA的飼糧飼喂肉仔雞，對肝臟造成氧化損傷且產(chǎn)生毒素殘留。谷草轉氨酶與谷丙轉氨酶作為肝病診斷過程中的重要指標，當以上2個指標上升時即表明肝臟細胞已被氧化損傷[26]。韓建鑫等[27]報道，ZEA進入小鼠體內(nèi)會造成肝臟中谷草轉氨酶和谷丙轉氨酶活性顯著提高，提示已出現(xiàn)肝臟病變。王定發(fā)[28]通過飼喂母豬添加低濃度(0.5、2.0 mg/kg)ZEA的飼糧后，分析肝臟中ZEA殘留分比為291.14、1 352.05 ng/kg，說明毒素殘留量與攝入量存在一定的線性關系。Mirocha等[29]將含有高濃度(100 mg/kg)ZEA的飼糧飼喂肉雞8 d，肌肉中ZEA聚集量為59～103 μg/kg，肝臟中ZEA聚集量為681 μg/kg。

腎臟是動物主要的排泄器官，屬于泌尿系統(tǒng)的一部分。ZEA在動物體內(nèi)通過肝腸循環(huán)途徑后由腎臟排出體外，且腎臟也是ZEA的靶器官[22]。腎臟中ZEA的聚集會誘導腎小球萎縮，腎小管上皮細胞變性，誘導產(chǎn)生蛋白尿，從而造成腎臟器官器質(zhì)性病變[30-31]。Liang等[32]通過對360只雌性小鼠分別腹腔注射ZEA、脫氧雪腐鐮刀菌烯醇(DON)、ZEA+DON及對照溶劑后，結果表明，ZEA能加速腎臟的細胞凋亡，同時提高血清肌酐和尿素氮含量，亦可引起小鼠腎氧化應激。此外，ZEA+DON的毒素組合會對腎臟功能產(chǎn)生次加性毒性效應。

2.4 遺傳物質(zhì)損害毒性

脫氧核糖核酸即DNA，是染色體的主要組成成分，同時也是動物的主要遺傳物質(zhì)。ZEA所產(chǎn)生的遺傳物質(zhì)毒性會造成DNA及結構損傷，抑制DNA合成、蛋白質(zhì)合成過程并干擾細胞分裂，導致動物遺傳物質(zhì)表達過程受阻。甄建偉等[33]研究報道，ZEA會破壞豬睪丸間質(zhì)細胞的遺傳物質(zhì)，且隨著毒素水平的增加，表現(xiàn)出一定的相關效應，直至細胞死亡。鄭王龍[34]研究發(fā)現(xiàn)，ZEA會導致大鼠支持細胞中骨架蛋白和細胞核損傷，使細胞核出現(xiàn)結構凹陷，嚴重時細胞核發(fā)生破裂，同時阻礙蛋白質(zhì)的合成過程，多種蛋白質(zhì)表達物均表現(xiàn)出明顯下降。Muthulakshmi等[35]研究發(fā)現(xiàn)，ZEA除造成斑馬魚心臟受損、脊柱彎曲外，還會引起受精胚胎DNA損傷、凋亡和組織學變化，且損害程度與ZEA濃度及暴露時間存在正相關。

2.5 誘導腫瘤發(fā)生

大量試驗研究表明，ZEA能誘導腫瘤的發(fā)生，并具有潛在的致癌性。余增麗等[36]通過研究ZEA對雌激素依賴性乳腺癌細胞MCF-7腫瘤相關基因表達的影響，發(fā)現(xiàn)ZEA對相關腫瘤的發(fā)生起到誘發(fā)作用并表現(xiàn)出致癌性。Schoental等[37]研究報道，大鼠飼喂被ZEA及其代謝產(chǎn)物污染后的飼糧，大鼠發(fā)生乳腺腺纖維瘤、垂體腺瘤、睪丸間質(zhì)瘤、子宮纖維瘤等，且類似試驗均能引發(fā)該類疾病。目前，有研究認為，ZEA在低濃度時即可產(chǎn)生致癌性，也有部分研究認為ZEA只有在很高濃度條件下才具有致癌性。產(chǎn)生這樣不同的結論，可能與動物種類、性別、年齡及生存狀態(tài)有關，對于ZEA的致癌機理還有待進一步的研究，從而得出更具有說服力的研究結論。

2.6 ZEA與其他霉菌毒素的互作研究

霉菌毒素之間存在的互作效應是指飼糧同時被2種或2種以上的霉菌毒素所污染，而動物所表現(xiàn)出的各種霉菌毒素毒性的加合效應，不同種毒素之間存在多種效應類型，其中主要可分為加性效應、協(xié)同效應、拮抗效應等。目前，絕大多數(shù)研究都集中在單一種類霉菌毒素對不同動物生長性能、繁殖性能、免疫功能等的影響，而對不同種類霉菌毒素之間存在的互作效應的研究還相對較少。但是，由于1種霉菌在生長過程中可能會同時產(chǎn)生多種不同的霉菌毒素，從而造成飼料原料被多種霉菌毒素共同污染；若單一飼料原料只被1種霉菌毒素所污染，在制備全價配合飼料的過程中，同樣會造成飼料中含有多種霉菌毒素。幾種霉菌毒素協(xié)同發(fā)生作用對動物健康的影響更為嚴重。

雷明彥[38]研究表明，不同霉菌毒素對于靶細胞、靶器官毒性效應不同，ZEA與黃曲霉毒素B1(AFB1)之間存在一定的劑量依賴關系。在AFB1低濃度條件下，ZEA可以降低AFB1的腎細胞毒性，但ZEA與高濃度的AFB1則呈現(xiàn)出協(xié)同效應，且ZEA與AFB1、DON共同作用均會影響小鼠脾臟促炎癥因子的表達，導致小鼠免疫機能下降。Levkut等[39]研究表明，ZEA、DON混合毒素會在不影響肉雞白細胞數(shù)量的前提下嚴重抑制其吞噬能力，而單獨使用被DON污染的飼糧飼喂肉雞，則不能抑制白細胞的吞噬能力。這說明ZEA可能與DON之間存在某種協(xié)同效應，導致白細胞吞噬能力下降。Williams等[40]報道，生長豬食用被ZEA、DON污染的玉米，生長豬平均日采食量及平均日增重均有下降，從而影響了生長性能的良好發(fā)揮。Li等[41]通過在HepG2細胞和KK-1細胞中聯(lián)合攻毒ZEA和OTA，結果顯示ZEA與OTA之間存在聯(lián)合作用，增加對于靶細胞及靶器官的危害。

3 ZEA的限量標準

目前在世界范圍內(nèi)，霉菌毒素的污染問題已經(jīng)引起了人們的廣泛關注，ZEA基本存在于所有的飼料原料及配合飼料當中。所以，無論是在田間種植過程中、收獲過程中、倉儲過程中受到了ZEA的污染，均會造成諸多嚴重的后果，例如引起動物生產(chǎn)性能下降，造成疾病的發(fā)生甚至死亡。同時給養(yǎng)殖戶帶來了巨大的經(jīng)濟損失，更對人的健康造成了嚴重的威脅。但是，世界各國對于ZEA的限量標準存在一定的區(qū)別，缺乏統(tǒng)一性。在澳洲等地區(qū)，谷物ZEA的含量不得超過50 μg/kg；法國規(guī)定，谷物、菜油中ZEA允許量為200 μg/kg；俄羅斯規(guī)定，硬質(zhì)小麥、面粉、小麥胚芽中ZEA允許量為1 000 μg/kg；烏拉圭規(guī)定，玉米、大麥中ZEA允許量為200 μg/kg；意大利規(guī)定，在谷物和谷類產(chǎn)品當中ZEN的含量不能超過100 μg/kg。我國的相關標準為：玉米、配合飼料中ZEA的含量不得超過500 μg/kg；仔豬配合飼料中ZEA的含量不得超過150 μg/kg；青年母豬配合飼料中ZEA的含量不得超過100 μg/kg[42]。不同國家與地區(qū)在標準上所表現(xiàn)出的區(qū)別可能由于畜禽品種、環(huán)境因素等不同造成動物對ZEA的耐受力不同。相關標準進一步更為科學的制定與實施還有待繼續(xù)研究。

4 小 結

ZEA的毒性作用主要集中于生殖毒性、免疫毒性、肝腎毒性、遺傳毒性、誘發(fā)腫瘤等多個方面。自從ZEA進入到人們的視野中以來，各國科研人員對其理化性質(zhì)、合成代謝機理、預防降解、防治措施等方面均進行了詳盡的研究。但同樣存在某些問題，ZEA在進入動物機體內(nèi)后與體內(nèi)某些生物學大分子產(chǎn)生相互作用，與此相關的代謝過程比較復雜。同時，對于ZEA與其他霉菌毒素之間的互作關系及協(xié)同效應也有待進一步確認，進一步研究不同霉菌毒素聯(lián)合后對于動物機體的損害與單一毒素毒性的區(qū)別。為保證畜禽食品及副產(chǎn)品安全，控制并有效處理霉菌毒素污染問題，需要世界各國共同采取措施，進一步完善相關標準的制定，并在相關行業(yè)中推廣應用。