單端孢霉烯族毒素免疫毒性研究進展

張 衍 ， 李 存 ， 李留安 ， 湯樹生 ， 李道穩(wěn)

(1.天津農(nóng)學(xué)院動物科學(xué)與動物醫(yī)學(xué)學(xué)院 天津市農(nóng)業(yè)動物繁育與健康養(yǎng)殖重點實驗室 ， 天津 西青 300384 ； 2.中國農(nóng)業(yè)大學(xué)動物醫(yī)學(xué)院 ， 北京 海淀 100193)

單端孢霉烯族毒素是由鐮刀菌屬真菌產(chǎn)生的真菌毒素，其導(dǎo)致的主要臨床癥狀表現(xiàn)為嘔吐、胃腸炎癥和免疫功能降低等。研究表明，單端孢霉烯族毒素具有嚴(yán)重的免疫毒性，T細胞、B細胞和巨噬細胞是其攻擊的主要對象[1]。目前，尚未完全了解單端孢霉烯族毒素免疫毒性的機制。此外，單端孢霉烯會引起核糖體應(yīng)激反應(yīng)，并激活一系列信號通路，如NF-κB，MAPK和JAK/STAT等。該毒素與核糖體的肽基結(jié)合后可以激活MAPK磷酸化，以調(diào)節(jié)免疫應(yīng)答和細胞凋亡[2]。A型和B型單端孢霉烯族化合物因其廣泛分布及其對人和動物的高毒性，在人和動物健康方面?zhèn)涫荜P(guān)注[3]。單端孢霉烯族化合物在其攝取、結(jié)合和整體生物活性(包括毒性)方面有顯著不同，這是因為它們有不同的側(cè)基，這些側(cè)基決定著它們的大小、極性和構(gòu)象。T-2毒素屬于A型單端孢霉烯，毒性較大，少量攝入就可導(dǎo)致人和動物的死亡。脫氧雪腐鐮刀菌烯醇(DON)屬于B型單端孢霉烯族，毒性低于T-2毒素，但它是全球分布最廣泛的單端孢霉烯族毒素。DON可引起嘔吐和厭食，調(diào)節(jié)腸道和免疫功能，減少營養(yǎng)吸收，增加慢性疾病的易感性[4]。

1 單端孢霉烯族毒素的免疫調(diào)節(jié)

在免疫調(diào)節(jié)方面，單端孢霉烯族毒素具有兩面性：這種毒素對免疫功能既可以有抑制作用也可以有刺激作用[5]。這意味著單端孢霉烯族毒素雖然通常會增加宿主對病原體的易感性，但有時也會產(chǎn)生相反的作用。目前尚不清楚這種矛盾的免疫調(diào)節(jié)作用的潛在機制，但相關(guān)研究表明，免疫調(diào)節(jié)作用受暴露劑量和時間的影響[6]，并且可能是由細胞存活與凋亡信號通路之間的平衡決定[7]。除此之外，單端孢霉烯的免疫刺激作用可能部分由自噬介導(dǎo)[8]。Tang等[9]研究表明，DON誘導(dǎo)的自噬可減輕氧化應(yīng)激造成的損傷，從而抑制DON誘導(dǎo)的腸上皮細胞凋亡，導(dǎo)致細胞應(yīng)激反應(yīng)失敗。有研究表明，單端孢霉烯具有抑制宿主和疫苗誘導(dǎo)免疫防御的“免疫逃避”機制。該機制可干擾抗凋亡基因生成，從而促進氧化應(yīng)激誘導(dǎo)的細胞凋亡[10-11]。單端孢霉烯的免疫調(diào)節(jié)作用由多種信號通路參與。研究表明，炎癥信號通路JNK1-STAT3的激活具有維持線粒體正常功能的作用，可降低T-2毒素誘導(dǎo)線粒體凋亡，而STAT1通路可促進T-2毒素誘導(dǎo)的細胞凋亡[12]。這可能是因為這2條途徑之間存在動態(tài)平衡，觸發(fā)其中某條途徑的多種因素決定了暴露于單端孢霉烯會導(dǎo)致細胞凋亡還是存活。Zhou等[7]用DON處理RAW 264.7巨噬細胞既啟動了凋亡通路p38/p53/bax/線粒體/caspase-3，又啟動了競爭性生存通路ERK/AKT/p90Rsk/Bad。證明了低劑量和高劑量的單端孢霉烯可能會不同地觸發(fā)這些信號通路，從而決定細胞是存活還是凋亡。

2 促炎細胞因子在免疫調(diào)節(jié)中的作用

許多研究表明，促炎細胞因子在單端孢霉烯的免疫調(diào)節(jié)作用中起著關(guān)鍵作用。Clarke等[13]研究發(fā)現(xiàn)，小鼠急性接觸DON會增加其體內(nèi)幾種促炎細胞因子的水平表達，包括IL-1β、IL-6和TNF-α，這也是老年小鼠對DON誘導(dǎo)的厭食癥高度敏感的原因。通過激活促炎細胞因子，單端孢霉烯也放大了對細菌病原體的先天炎癥反應(yīng)。Mbandi和Pestka[14]證實了DON預(yù)處理RAW 264.7細胞，可以增強沙門菌誘導(dǎo)巨噬細胞釋放更多的炎癥因子參與炎癥反應(yīng)與免疫調(diào)控，并加劇細胞凋亡[12,15]。Islam等[16]研究發(fā)現(xiàn)，雌性BALB/c小鼠口服DON 14 d后，其血清的IFN-γ、IL-2、IL-4和IL-6水平顯著升高。此外，還觀察到脾臟、腸系膜淋巴結(jié)和淋巴集結(jié)的細胞凋亡。

3 自噬在免疫調(diào)節(jié)中的作用

自噬是一種進化上保守的機制，細胞質(zhì)通過該機制在細胞內(nèi)降解。例如發(fā)育，細胞分化，對病原體的防御和營養(yǎng)饑餓。自噬整合到這些生物學(xué)功能和其他應(yīng)激反應(yīng)中是由承擔(dān)調(diào)節(jié)機制的轉(zhuǎn)錄因子決定的。自噬參與各種應(yīng)激反應(yīng)，如炎癥、缺氧、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激和其他各種疾病，自噬也已成為免疫功能的主要調(diào)節(jié)劑。Tang等[9]研究表明，DON可誘導(dǎo)腸上皮細胞自噬，通過改善氧化應(yīng)激損傷而使細胞應(yīng)激反應(yīng)失敗來抑制DON誘導(dǎo)的凋亡，進而調(diào)控腸道免疫功能。Wu等[17]發(fā)現(xiàn)，T-2毒素以劑量依賴性誘導(dǎo)小鼠間質(zhì)細胞(TM3)細胞自噬、線粒體功能障礙和細胞凋亡。此外，Bin-Umer等[8]研究表明，通過線粒體自噬來消除被單端孢霉烯破壞的線粒體可以提高細胞存活率。線粒體自噬可保護細胞免受單端孢霉烯誘導(dǎo)的線粒體氧化應(yīng)激，所以增加線粒體的自噬可能會增強細胞對單端孢霉烯的抗性。線粒體自噬也是單端孢霉烯免疫調(diào)節(jié)中重點研究方向。

4 參與免疫抑制的相關(guān)信號通路

單端孢霉烯可通過激活信號通路誘導(dǎo)氧化應(yīng)激和抑制免疫反應(yīng)。MAPK信號通路在單端孢霉烯類免疫抑制機制中的作用已被廣泛研究。MAPK亞家族成員JNK、ERK和p38在單端孢霉烯免疫毒性中起重要作用。介導(dǎo)單端孢霉烯免疫調(diào)節(jié)作用的其他重要信號通路包括線粒體介導(dǎo)的氧化應(yīng)激和凋亡通路、NK-κB通路等。由于這些通路通常是串?dāng)_的，很可能這些相互串?dāng)_作用也在單端孢霉烯誘導(dǎo)的免疫抑制中起著重要作用。

4.1 MAPK通路 單端孢霉烯族毒素可以激活MAPK通路，從而誘導(dǎo)氧化應(yīng)激和免疫抑制。Lee等[18]研究發(fā)現(xiàn)，DON增加了MAC-T細胞中PI3K和MAPK信號分子的整體磷酸化，干擾細胞增殖、細胞周期和細胞內(nèi)鈣穩(wěn)態(tài)，誘導(dǎo)細胞凋亡。Sergent等[19]發(fā)現(xiàn)，DON可以轉(zhuǎn)運到人腸道Caco-2細胞中，并誘導(dǎo)ERK1/2、p38和JNK磷酸化，降低跨上皮阻力。表明長期接觸DON污染的食物可能會通過產(chǎn)生MAPK介導(dǎo)的腸道炎癥，降低腸黏膜的完整性，從而影響人類健康。Mishra等[20]研究發(fā)現(xiàn)，DON可通過調(diào)控MAPK通路，激活NF-κB和AP-1轉(zhuǎn)錄因子，從而調(diào)控小鼠表皮細胞周期進程。此外，通過激活MAPK通路，單端孢霉烯可引發(fā)腸道和皮膚炎癥，損害豬腸道屏障功能，進而抑制免疫功能。

4.2 線粒體介導(dǎo)的氧化應(yīng)激通路 線粒體是單端孢霉烯族毒素毒性作用的靶細胞器。單端孢霉烯族毒素可誘導(dǎo)線粒體產(chǎn)生過多的ROS，激活線粒體凋亡途徑。陳曉芳等[21]研究表明，DON作用于海馬神經(jīng)細胞，可誘導(dǎo)Bax/Bcl-2的比值增加和線粒體膜電位下降，繼而引發(fā)線粒體功能失調(diào)，誘導(dǎo)海馬神經(jīng)細胞的凋亡。Liu等[22]研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)T-2毒素處理大鼠垂體瘤細胞系時，增加了IL-1β、IL-6和IL-8等炎癥因子的釋放；同時誘導(dǎo)型一氧化氮合酶活性提高，促進一氧化氮的產(chǎn)生。高一氧化氮水平誘導(dǎo)線粒體損傷和氧化還原失衡，從而引起細胞凋亡和抑制生長激素-1的生成。因此，一氧化氮可能是T-2毒素誘導(dǎo)的免疫毒性的一個主要因素。Wu等[17]發(fā)現(xiàn)，T-2毒素誘導(dǎo)TM3自噬和線粒體自噬，還可導(dǎo)致線粒體分裂和去極化。由此可知，線粒體自噬和功能障礙可能是T-2毒素免疫調(diào)節(jié)作用的重要機制。

4.3 NF-κB通路 NF-κB是一種核轉(zhuǎn)錄因子，由IκB、p65和p50組成的蛋白復(fù)合物，它可以調(diào)控炎癥反應(yīng)、細胞存活和免疫應(yīng)答等。研究表明，DON可誘導(dǎo)腸上皮細胞分泌炎癥因子，從而引起腸道炎癥，這種效應(yīng)可能是由NF-κB炎癥途徑介導(dǎo)的，該途徑在激活不適當(dāng)時對宿主產(chǎn)生有害的影響。有研究證實，DON可以激活NF-κB通路，導(dǎo)致炎性小體活化[23]。當(dāng)NF-κB尚未激活時，主要以二聚體的形式存儲在細胞質(zhì)中；當(dāng)NF-κB激活后，會以磷酸化的形式易位至細胞核[24]。Wang等[25]研究發(fā)現(xiàn)，DON通過上調(diào)NF-κB信號通路，誘導(dǎo)腸道炎癥因子釋放，導(dǎo)致豬腸道損傷和免疫反應(yīng)。另外，DON可上調(diào)IPEC-J2細胞內(nèi)相關(guān)炎癥因子的轉(zhuǎn)錄，改變了細胞內(nèi)NF-κB相關(guān)基因或蛋白的表達，從而誘導(dǎo)IPECJ2細胞炎性損傷[26]。

5 展望

單端孢霉烯族毒素同時具有免疫抑制作用和免疫刺激作用。如何降低單端孢霉烯的免疫抑制，或?qū)⒚庖咭种妻D(zhuǎn)為主動免疫，從而提高宿主對病原體的抵抗力，該機制尚待解決。單端孢霉烯處理細胞會誘導(dǎo)線粒體功能障礙和氧化應(yīng)激，并通過MAPK和NF-κB通路誘導(dǎo)細胞凋亡。最新的研究表明，單端孢霉烯可以誘導(dǎo)細胞炎癥小體介導(dǎo)的細胞焦亡，其具體機制還不清楚。細胞自噬、細胞凋亡和細胞焦亡如何調(diào)節(jié)單端孢霉烯的免疫毒性和其他毒性有待進一步研究。