糧食真菌毒素的生殖、發(fā)育與遺傳毒性：現(xiàn)狀與展望

任思瑞，周鴻媛,#，劉榕，郭婷，張宇昊,2，馬良,2,*

1. 西南大學(xué)食品科學(xué)學(xué)院，重慶 400715 2. 西南大學(xué)生物學(xué)研究中心，重慶 400715

糧食真菌毒素是糧食及其制品中的真菌分泌的次級代謝產(chǎn)物，可出現(xiàn)在“農(nóng)田到餐桌”的各個環(huán)節(jié)，甚至可因糧食作物灌溉用水的排放進(jìn)入水體或農(nóng)產(chǎn)品精深加工的副產(chǎn)物(廢棄物)而進(jìn)入自然界，從而對生物體健康和環(huán)境構(gòu)成威脅，需受到高度重視，環(huán)境中真菌毒素對世代暴露示意圖如圖1所示[1-3]。存在于糧食中的真菌毒素主要有黃曲霉毒素B1(aflatoxin B1, AFB1)、玉米赤霉烯酮(zearalenone, ZEN)、脫氧雪腐鐮刀菌烯醇(deoxynivalenol, DON)、伏馬菌素B1(fumonisin, FB1)以及赭曲霉毒素(ochratoxin, OTA)等，它們廣泛存在于花生、玉米、小麥、燕麥、高粱和豆類等糧食作物及其制品中[4]。Biomin公司[5]在2019年對真菌毒素在亞洲地區(qū)的污染范圍和危害程度進(jìn)行統(tǒng)計，發(fā)現(xiàn)在所調(diào)查的1 231份小麥、玉米及其飼料制品中，OTA、ZEN、DON以及黃曲霉毒素(aflatoxins, AFs)等真菌毒素均有檢出，其污染率分別為2%、75%、88%和31%，且對豬、牛、雞、魚以及蝦類等動物均有風(fēng)險。此外，除了傳統(tǒng)糧食真菌毒素外，一些新興的糧食真菌毒素已逐漸被檢出，如恩鐮孢菌素B1(enniatin B1, ENN B1)、白僵菌素(beauvericin, BEA)、交鏈孢酚(alternariol, AOH)等[6]?，F(xiàn)已有大量研究表明，糧食真菌毒素具有細(xì)胞毒性、免疫毒性、生殖發(fā)育毒性、基因毒性、肝毒性、腎毒性以及致畸致癌等多種毒性作用[7-8]。此外，在實(shí)際生活中往往存在多種毒素同時污染的情況，對高/低等生物均可產(chǎn)生不同程度的聯(lián)合毒性作用，其中以毒素間協(xié)同作用居多，可對人和動物造成嚴(yán)重影響[9-10]。值得一提的是，糧食真菌毒素不僅對親本世代(parental generation, P0)具有毒性作用，甚至對后代(filial generation, F1-n)，即對間接接觸(子一代F1)或未接觸毒素(子二代及以后F2-n)的子代個體仍具有毒害作用(圖1)[11-12]。目前，有關(guān)糧食真菌毒素對P0代的生殖發(fā)育及遺傳毒性已得到了廣泛關(guān)注，但有關(guān)其對F1-n代個體產(chǎn)生的毒性作用研究還較為缺乏，或多局限于F1代個體，這可能受限于有關(guān)繼代毒性實(shí)驗(yàn)動物模型的建立。因此，本文首先總結(jié)了常見糧食真菌毒素對P0代生殖系統(tǒng)的毒性作用，同時就其對子代(F1-n)發(fā)育的不良影響進(jìn)行了歸納；隨后對其誘導(dǎo)的生殖發(fā)育毒性作用機(jī)理進(jìn)行了闡述；最后對糧食真菌毒素在未來的研究進(jìn)行了展望，旨在為更加科學(xué)全面地評價糧食真菌毒素的毒性作用，為進(jìn)一步開展相關(guān)毒作用風(fēng)險評估，補(bǔ)充完善毒理學(xué)數(shù)據(jù)，合理制定相關(guān)限量標(biāo)準(zhǔn)與食品安全政策以及防治公共衛(wèi)生健康提供重要的理論和參考依據(jù)。

圖1 環(huán)境中真菌毒素對親本世代和子代暴露示意圖[13]Fig. 1 Schematic diagram of environmental mycotoxins exposure on parental and filial generation[13]

1 糧食真菌毒素對親本世代的生殖發(fā)育與遺傳毒性作用(Reproductive, developmental and genetic toxicities of grain mycotoxin on parental generation)

1.1 對雄性生殖系統(tǒng)的影響1.1.1 對雄性生殖器官的影響

Owumi等[14]研究發(fā)現(xiàn)，AFB1(75 μg·kg-1)可顯著降低Wistar雄性大鼠睪丸和附睪的質(zhì)量，而Gao等[15]則發(fā)現(xiàn)ZEN(20 mg·kg-1)可顯著增加SD雄性成年大鼠的睪丸質(zhì)量，降低精母細(xì)胞和成熟精子的數(shù)量，但對附睪質(zhì)量無明顯影響。ICR小鼠經(jīng)單端孢霉烯(T-2)毒素處理56 d，睪丸的正常發(fā)育受阻，此不良影響會在小鼠發(fā)育至青春期后逐步減輕[16]；但是，用T-2毒素對Pannon雄性白兔處理65 d，發(fā)現(xiàn)Pannon兔的睪丸、睪丸間細(xì)胞以及睪酮未產(chǎn)生明顯不良變化[8]，這一研究與ICR小鼠暴露于T-2毒素后所受的影響相反，可能是因?yàn)閷?shí)驗(yàn)動物的物種間差異。此外，ZEN作用會抑制小鼠睪丸間質(zhì)細(xì)胞(MLTC-1)與支持細(xì)胞(TM4)的增殖以及睪丸正常的細(xì)胞周期循環(huán)，造成睪丸間質(zhì)細(xì)胞氧化損傷、線粒體膜電位改變以及DNA損傷[8,17-18]。這些研究均表明真菌毒素會對雄性動物生殖器官及其相關(guān)細(xì)胞的發(fā)育造成不同程度的損害。

1.1.2 對精子質(zhì)量的影響

目前已有相關(guān)研究表明，糧食真菌毒素會影響雄性動物的精子質(zhì)量。Zhou等[19]用AFB1對昆明雄性小鼠進(jìn)行中長期低劑量(1 500、375和93.75 μg·kg-1·d-1，50 d)灌胃處理，發(fā)現(xiàn)AFB1會誘導(dǎo)小鼠的氧化應(yīng)激，增加小鼠精子的畸形率，產(chǎn)生生殖毒性效應(yīng)，并通過彗星試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)其DNA受損、DNA與蛋白質(zhì)之間發(fā)生交聯(lián)，存在潛在的遺傳毒性。Yang等[20]用DON(2 mg·kg-1和4 mg·kg-1)對40只BALB/c雄性小鼠進(jìn)行灌胃，發(fā)現(xiàn)其精子畸形率顯著上升并出現(xiàn)雙頭和雙尾樣畸形精子，精子活力及其運(yùn)動能力也受到很大影響。與之相似，低濃度ZEN(20 μg·kg-1和40 μg·kg-1)灌胃處理CD1雄性小鼠，精子活力和濃度明顯降低，精子質(zhì)量下降[21]。此外，Eze等[22]用OTA、DON、ZEN、α-ZOL和β-ZOL(0.1、1和8 μmol·L-1)等毒素對MA-10睪丸間質(zhì)細(xì)胞進(jìn)行單獨(dú)及與農(nóng)藥滴滴涕(DDT)聯(lián)合染毒，均發(fā)現(xiàn)細(xì)胞睪酮分泌水平失調(diào)，而睪酮的分泌水平與精子成熟、精子發(fā)生以及精子的質(zhì)量有關(guān)，從而導(dǎo)致雄性動物的正常生殖受到影響[23]。

精子發(fā)生是精原干細(xì)胞分裂分化為成熟精子的一個復(fù)雜過程，發(fā)生在睪丸的曲生精管中，其核心是減數(shù)分裂[24-25]。Pang等[21]和Men等[25]用ZEN(20μg·kg-1·d-1和40 μg·kg-1·d-1)分別經(jīng)口灌喂CD1和ICR雄性小鼠，各自處理28 d或21 d后均發(fā)現(xiàn)小鼠精子質(zhì)量下降、精子發(fā)生過程以及生精細(xì)胞的DNA雙鏈?zhǔn)軗p，其受損程度與ZEN濃度和處理時間呈正相關(guān)。Jee等[26]利用較高濃度的ZEN(5 mg·kg-1)作用SD大鼠時也發(fā)現(xiàn)其精子發(fā)生受阻。上述幾項(xiàng)研究表明，較高或較低濃度的ZEN對動物進(jìn)行毒作用處理，均會影響機(jī)體的正常生殖能力。此外，由于精子發(fā)生與支持細(xì)胞和間質(zhì)細(xì)胞有關(guān)，用OTA和ZEN對兩者進(jìn)行處理后可導(dǎo)致其細(xì)胞周期阻滯，細(xì)胞增殖受到抑制，死亡率增加，ZEN甚至?xí)痖g質(zhì)細(xì)胞的自噬作用[21, 27]。

總的來說，大量研究均表明，雄性動物短期或長期攝入糧食真菌毒素后，可引起精子形態(tài)的異常、精子質(zhì)量、睪丸以及附睪質(zhì)量的降低，影響精子成熟以及精子發(fā)生過程，并誘導(dǎo)DNA鏈斷裂，對雄性動物產(chǎn)生一定的遺傳毒性作用，故推測這些損傷最終會導(dǎo)致生殖能力的下降，影響后代的繁殖[12, 18, 28]。但也有相關(guān)研究指出小鼠生殖能力下降的結(jié)論不能僅僅通過小鼠精子數(shù)量和質(zhì)量的下降而得出，需對其雄性個體在固定時間內(nèi)生育后代的能力以及使用固定數(shù)量的精子進(jìn)行人工受精等來做進(jìn)一步的生育能力研究[7]。

1.2 對雌性生殖系統(tǒng)的影響1.2.1 對雌性生殖器官的影響

Li等[28]對昆明雌性小鼠進(jìn)行AFB1毒作用處理，發(fā)現(xiàn)小鼠子宮組織中細(xì)胞間隙增大，微血管出血，炎細(xì)胞浸潤，導(dǎo)致小鼠子宮受損。Wang等[29]和Ahmad等[30]分別用ZEN灌胃處理BALB/c雌性小鼠2周(10 mg·kg-1·d-1)和腹腔注射作用Parkes雌性小鼠30 d(2.5 mg·kg-1·d-1)后，均發(fā)現(xiàn)ZEN可導(dǎo)致雌性小鼠子宮質(zhì)量增加，子宮和卵巢組織形態(tài)發(fā)生明顯改變，生殖器官甚至生殖系統(tǒng)發(fā)生損傷。Jia等[31]用OTA通過腹腔注射對ICR雌性小鼠處理7 d后發(fā)現(xiàn)，小鼠卵巢出血量增多，組織結(jié)構(gòu)發(fā)生損傷。同樣地，用OTA(20 μmol·L-1和40 μmol·L-1)和DON(0.5、1和2 mg·L-1)分別對豬卵巢顆粒細(xì)胞進(jìn)行染毒后發(fā)現(xiàn)，細(xì)胞增殖受到抑制，組織形態(tài)發(fā)生改變，正常細(xì)胞周期受阻[32-33]。不僅如此，Silva等[34]用低濃度的ZEN(1 μmol·L-1)作用體外培養(yǎng)的羊卵巢，發(fā)現(xiàn)羊卵泡的細(xì)胞增殖受阻，卵巢腔前卵泡正常發(fā)育受損，DNA雙鏈發(fā)生斷裂，表明ZEN對羊卵巢可能存在一定的遺傳毒性作用。此外，Shi等[35]同時用ZEN(596.86 μg·kg-1，以單位飼料質(zhì)量計)和DON(796 μg·kg-1，以單位飼料質(zhì)量計)對未成熟的母豬染毒時發(fā)現(xiàn)，經(jīng)染毒的母豬外陰尺寸明顯增大，生殖器官質(zhì)量顯著降低，卵巢和子宮細(xì)胞發(fā)生凋亡。上述研究均表明，真菌毒素會對雌性動物生殖器官產(chǎn)生不良影響，使與之相關(guān)的生殖細(xì)胞發(fā)育受阻，組織結(jié)構(gòu)產(chǎn)生異常，最終導(dǎo)致其生殖系統(tǒng)受到損傷。

1.2.2 對卵子質(zhì)量的影響

糧食真菌毒素毒作用于雌性動物時會影響卵子的正常發(fā)育[36]。例如，Jia等[31]用OTA(7.5 μmol·L-1)對ICR雌性小鼠進(jìn)行染毒，發(fā)現(xiàn)OTA會誘導(dǎo)體內(nèi)活性氧積累、抑制卵子減數(shù)分裂過程、降低卵子質(zhì)量、誘導(dǎo)卵母細(xì)胞凋亡并影響卵子成熟；Cheng等[37]用AFB1(10 μmol·L-1)處理體外成熟的豬卵母細(xì)胞，極大地?fù)p害了卵母細(xì)胞的細(xì)胞核并影響細(xì)胞質(zhì)的成熟，損害程度與AFB1對卵母細(xì)胞的作用濃度和接觸時間有關(guān)；Mastrorocco等[38]探究BEA(5 μmol·L-1)對幼羊卵母細(xì)胞的影響發(fā)現(xiàn)，BEA可抑制幼羊卵母細(xì)胞的減數(shù)分裂，促進(jìn)未成熟卵母細(xì)胞凋亡，降低卵母細(xì)胞的成熟并使DNA鏈斷裂。此外，Schoevers等[39]對豬卵母細(xì)胞復(fù)合物進(jìn)行體外培養(yǎng)48 h后對其進(jìn)行AOH(5、10和20 μmol·L-1)染毒，發(fā)現(xiàn)AOH會加速卵母細(xì)胞的退化并誘導(dǎo)成熟卵母細(xì)胞發(fā)生核畸變，但未抑制卵母細(xì)胞的成熟，這可能與AOH的濃度或其對卵母細(xì)胞的作用時間有關(guān)。由此可知，上述糧食真菌毒素作用于雌性動物會損害卵子的成熟和發(fā)育，從而對雌性動物的生殖系統(tǒng)和/或能力造成損害，并存在潛在的遺傳毒性作用。

由此可見，大量研究已表明，糧食真菌毒素可導(dǎo)致雌性動物的子宮質(zhì)量和體積下降，卵巢組織形態(tài)改變，卵子質(zhì)量降低，并加速卵母細(xì)胞的退化及凋亡，損傷卵母細(xì)胞的遺傳物質(zhì)，影響卵母細(xì)胞的增殖及成熟過程，可推測最終可能損傷其生殖系統(tǒng)，導(dǎo)致生殖能力下降，甚至影響后代的生長發(fā)育[31, 39-43]。

2 糧食真菌毒素對子代的生殖發(fā)育與遺傳毒性作用(Reproductive, developmental and genetic toxicities of grain mycotoxin on filial generation)

2.1 對胚胎發(fā)育的影響

胚胎發(fā)育是細(xì)胞和組織按照一定的順序進(jìn)行分化的過程，是子代個體生長發(fā)育的起點(diǎn)。現(xiàn)已有研究表明，糧食真菌毒素可對動物胚胎產(chǎn)生不同程度的毒性作用，影響胚胎的正常發(fā)育。Shin等[44]將豬胚胎在不同濃度的AFB1中毒作用7 d，當(dāng)AFB1濃度為1 nmol·L-1時，便會顯著抑制胚泡的形成，并誘導(dǎo)自噬作用及活性氧(reactive oxygen species, ROS)的產(chǎn)生，從而影響豬胚胎的正常生長發(fā)育。Huang等[45]通過靜脈注射方式將ENN B1(1 mg·kg-1和3 mg·kg-1)注射進(jìn)入ICR雌性小鼠胚胎，發(fā)現(xiàn)囊胚期胚胎凋亡，生長發(fā)育受損，體內(nèi)胎兒質(zhì)量下降。Wu等[46]發(fā)現(xiàn)受精6 h后的斑馬魚胚胎經(jīng)不同濃度的OTA處理會出現(xiàn)腦出血及血管畸形等癥狀；當(dāng)OTA濃度為0.5 μmol·L-1時，會使其中48%的胚胎出現(xiàn)腦出血。用HT-2毒素(5、10、20和50 nmol·L-1)、ZEN(5μmol·L-1和10 μmol·L-1)和BEA(0.5、1和3 μmol·L-1)分別對小鼠、豬和綿羊胚胎進(jìn)行染毒，也得到了類似的結(jié)論，即胚胎發(fā)育速率降低以及胚泡質(zhì)量受到損傷，從而導(dǎo)致胚胎的異常發(fā)育[47-48]。

2.2 對子代生長發(fā)育的影響

若動物體長期低劑量或短期高劑量攝入被糧食真菌毒素污染的食物，其子代的正常生長發(fā)育會受到不同程度的影響。例如，Bondy等[49]在Fischer雌性大鼠的繁殖、妊娠和哺乳整個時期用受OTA污染的飼料對其進(jìn)行喂養(yǎng)，發(fā)現(xiàn)當(dāng)OTA濃度達(dá)0.4 mg·kg-1時，其子代大鼠(產(chǎn)后21 d)的腎臟發(fā)生病變，病變程度與OTA濃度成正比，同時還影響子代大鼠的生長發(fā)育；當(dāng)OTA濃度為1 mg·kg-1時，子代大鼠的體質(zhì)量、肝臟和腎臟以及睪丸質(zhì)量發(fā)生顯著異常。與之相似，用受ZEN(40 mg·L-1)污染的飼料喂養(yǎng)小鼠，會導(dǎo)致其胎盤出血率增加，胎兒體質(zhì)量降低，最終影響其生長發(fā)育[50]。此外，扁蟲攝食受AFB1污染的食物后，其幼蟲生長發(fā)育延遲，存活率降低，但這些不良影響會在青春期后逐步減輕[51]；DON多世代連續(xù)處理秀麗隱桿線蟲可使其子代對毒性的敏感性增強(qiáng)，更易受到毒害，轉(zhuǎn)錄組學(xué)表示DON主要通過影響泛酸鹽和輔酶A生物合成通路對線蟲產(chǎn)生多代毒性作用，影響子代線蟲的生長發(fā)育[11]。

對于工程建設(shè)的相關(guān)規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)的編制和修訂，建設(shè)行政主管部門和行業(yè)協(xié)會要積極組織建設(shè)、設(shè)計、施工、監(jiān)理單位進(jìn)行宣貫學(xué)習(xí)和技術(shù)培訓(xùn)。特別是設(shè)計單位，要更新觀念，積極進(jìn)行相關(guān)軟件的研發(fā)升級，將高強(qiáng)鋼筋應(yīng)用的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范納入到工程實(shí)踐中。

2.3 對子代生殖系統(tǒng)的影響

已有研究發(fā)現(xiàn)，ZEN(20 μg·kg-1和40 μg·kg-1)和T-2毒素(0.005 mg·kg-1和0.05 mg·kg-1)采用灌胃的方式對懷孕ICR小鼠進(jìn)行染毒，可使其子代雄性小鼠精子質(zhì)量下降，睪丸質(zhì)量降低，精子發(fā)生受阻甚至睪酮合成受抑制[16, 25]。同樣，T-2毒素對懷孕CD-1小鼠具有胚胎毒性，可對其子代小鼠的生殖系統(tǒng)造成損傷[52]。另外，對懷孕SD大鼠喂養(yǎng)含ZEN(10 mg·kg-1和20 mg·kg-1)的飼料后，其子代雌性大鼠的體質(zhì)量與生存能力降低，卵泡中雌激素濃度升高，雌二醇降低，卵泡閉鎖，子宮層變?。欢哟坌源笫蟛G丸質(zhì)量增加，組織形態(tài)改變，精原細(xì)胞和精母細(xì)胞的正常周期受阻[15, 53]。類似地，用ZEN(0、2.5和5 mg·kg-1)對昆明小鼠進(jìn)行皮下注射處理后，其子代小鼠精子質(zhì)量、活性和成熟率均發(fā)生明顯降低，DNA受損，生育能力及小鼠成年后睪酮分泌水平下降，表明ZEN會對小鼠產(chǎn)生繼代毒性作用，并通過破壞小鼠的精原細(xì)胞，進(jìn)而影響子代小鼠的生殖能力[54]。此外，周鴻媛[11]利用不同濃度DON(50、100、200和400 μg·mL-1)對秀麗隱桿線蟲進(jìn)行多代毒作用處理發(fā)現(xiàn)母體DON暴露會損害子代的生殖能力，其中子二代尤為明顯。上述研究均表明糧食真菌毒素可能存在遺傳毒性作用，并會對子代雌性和雄性生殖系統(tǒng)產(chǎn)生不同程度的影響。

綜上所述，糧食真菌毒素會對動物子代的生長發(fā)育和生殖代謝等過程產(chǎn)生不同程度的生殖、發(fā)育及遺傳毒性損傷。但鑒于目前研究糧食真菌毒素的繼代毒性資料較少，P0代暴露會對F1-n代個體產(chǎn)生的毒性作用及其機(jī)理尚不明確，相關(guān)的推測及結(jié)論仍需進(jìn)一步研究。

3 糧食真菌毒素生殖發(fā)育與遺傳的毒作用機(jī)理(Mechanism of reproductive, developmental and genetic toxicities of grain mycotoxins)

3.1 氧化應(yīng)激機(jī)制

氧化應(yīng)激常被認(rèn)為是引起機(jī)體受損的重要機(jī)制，機(jī)體在受到外界有害物質(zhì)的刺激后，會引起體內(nèi)相關(guān)活性分子水平的變化，氧化還原狀態(tài)發(fā)生改變，從而影響機(jī)體的正常生長發(fā)育[55]。已有研究表明，動物體在攝入糧食真菌毒素后，會對機(jī)體內(nèi)部造成一定的傷害。對雄性動物而言，抗氧化系統(tǒng)可有序調(diào)節(jié)精子發(fā)生和睪酮合成，在睪丸發(fā)育期間清除過量ROS，保證其正常發(fā)育。而當(dāng)T-2毒素作用于(口服、腹腔注射)小鼠時，2種毒作用方式均會誘導(dǎo)小鼠體內(nèi)氧化應(yīng)激的產(chǎn)生，引起小鼠睪丸內(nèi)部超氧化物歧化酶(superoxide dismutase, SOD)、過氧化氫酶(catalase, CAT)、谷胱甘肽過氧化物酶(glutathione peroxidase, GPX)以及ROS等水平發(fā)生變化，從而對小鼠睪丸發(fā)育，精子質(zhì)量以及精子發(fā)生造成不良影響[16, 56]。在雌性動物體內(nèi)，抗氧化系統(tǒng)可調(diào)節(jié)其卵母細(xì)胞的發(fā)育。AFB1在小鼠體內(nèi)發(fā)揮毒作用時，會通過細(xì)胞色素P450代謝導(dǎo)致ROS的過度產(chǎn)生，誘導(dǎo)氧化應(yīng)激，抑制減數(shù)分裂進(jìn)程，損傷小鼠卵母細(xì)胞[37]。DON則通過降低SOD和谷胱甘肽過氧化物酶(glutathione peroxidase,GSH-Px)活性，升高ROS和丙二醛(malondialdehyde,MDA)水平，誘導(dǎo)小鼠氧化應(yīng)激的產(chǎn)生，并激活相關(guān)JNK/c-Jun的信號通路，促進(jìn)細(xì)胞色素c從線粒體中釋放等使小鼠精子受損[20]。正如諸多研究表明，糧食中的真菌毒素，如HT-2毒素、OTA以及ZEN分別對小鼠胚胎和豬胚胎進(jìn)行毒作用時，會誘導(dǎo)胚胎發(fā)生氧化應(yīng)激反應(yīng)，ROS含量增加，導(dǎo)致線粒體功能障礙和DNA損傷，從而影響動物胚胎的正常發(fā)育[51, 57-59]?？傊鄠€研究結(jié)果表明，氧化應(yīng)激是真菌毒素產(chǎn)生生殖發(fā)育與遺傳毒性的一個重要機(jī)制，機(jī)體在攝入糧食真菌毒素后，體內(nèi)ROS過量產(chǎn)生，氧化還原系統(tǒng)的平衡破壞，導(dǎo)致氧化應(yīng)激反應(yīng)的發(fā)生，甚至引起線粒體功能障礙、DNA損傷，進(jìn)而影響機(jī)體的正常生長發(fā)育。

3.2 分子調(diào)控機(jī)制

基因及蛋白的正常表達(dá)是機(jī)體維持正常生命活動的必要條件，而食源性毒物會在不同程度上影響其表達(dá)水平，對機(jī)體產(chǎn)生毒性作用。現(xiàn)將主要糧食真菌毒素對動物體生殖發(fā)育與遺傳方面的毒性作用及其分子調(diào)控機(jī)制整理如表1所示。

綜上，主要糧食真菌毒素對動物體產(chǎn)生生殖發(fā)育及遺傳毒性的分子調(diào)控機(jī)制涉及到的主要信號通路及基因/蛋白為：MAPK通路(p38/MAPK信號通路、JNK/MAPK信號通路、ERK1/2/MAPK信號通路)、PI3K/AKT通路及Nrf2通路、caspase3、bax基因和蛋白等，將其分子機(jī)制圖進(jìn)行整理如圖2所示。在機(jī)體內(nèi)部可調(diào)控細(xì)胞自噬及凋亡、細(xì)胞增殖、代謝和炎癥反應(yīng)等過程，并在精原干細(xì)胞更新、精子成熟、精子發(fā)生及頂體反應(yīng)等與雄性生殖相關(guān)的生理過程中也發(fā)揮重要作用。Huang等[60]在研究中發(fā)現(xiàn)AFB1可誘導(dǎo)小鼠氧化應(yīng)激，進(jìn)而抑制PI3K/AKT/mTOR信號通路、激活p38/MAPK信號通路，使與凋亡相關(guān)的蛋白表達(dá)上調(diào)(LC3、Beclin-1、Atg5、cyt-c、caspase 3和p62等)，并改變血睪屏障相關(guān)蛋白的表達(dá)(Occludin和N-cadherin蛋白表達(dá)上調(diào)，Connexin 43表達(dá)下調(diào))，致使小鼠精子發(fā)生障礙、睪丸及血睪屏障受損[74]；而Zhang等[75]則發(fā)現(xiàn)ZEN會降低p-PI3K/PI3K、p-AKT/AKT、p-mTOR/mTOR、p-ERK1/2/ERK1/2、p-JNK1/2/JNK1/2及p-P38/P38等蛋白的表達(dá)，通過激活PI3K/AKT/mTOR和MAPK信號通路誘導(dǎo)雞顆粒細(xì)胞發(fā)生自噬及凋亡，這也說明不同的真菌毒素作用于不同的對象，其對PI3K/AKT/mTOR信號通路會產(chǎn)生不同的調(diào)節(jié)方式。另外，Bim、cytochrome c、caspase 3、caspase 8和caspase 9等蛋白表達(dá)上調(diào)及JNK/c-Jun信號通路發(fā)生變化，推測其可能是DON使小鼠精子受損、睪丸細(xì)胞凋亡的潛在機(jī)制[20]。此外，OTA可通過調(diào)節(jié)PI3K/Akt、ERK1/2和JNK信號通路來抑制小鼠睪丸細(xì)胞(TM3、TM4)的增殖，同時PI3K/Akt和ERK1/2信號通路的激活也與OTA的致癌性有關(guān)[72, 75]。此外，OTA也可通過激活PI3K/AKT信號通路及下調(diào)bax、caspase9和Bcl2Ⅱ等凋亡相關(guān)基因抑制豬卵巢顆粒細(xì)胞(GCs)增殖并誘導(dǎo)其凋亡[74]。

表1 主要糧食真菌毒素的生殖發(fā)育與遺傳毒性及其分子調(diào)控機(jī)制Table 1 Reproductive, developmental and genetic toxicities and its molecular regulation mechanism of grain mycotoxins

圖2 主要糧食真菌毒素生長發(fā)育與遺傳毒性分子機(jī)制圖Fig. 2 The molecular mechanism of reproductive, developmental and genetic toxicities of main grain mycotoxins

除上述主要信號通路外，糧食真菌毒素還可通過以下途徑對機(jī)體產(chǎn)生毒性作用并進(jìn)行分子調(diào)控。例如，AMPK和PTEN信號通路可影響精子活力[75]；線粒體損傷相關(guān)基因(PGC-1α、Nrf1、Tfam、Drp1和Fis1等)和雄性激素相關(guān)基因(StAR、3β-HSD)的下調(diào)與雄性小鼠睪丸的發(fā)育、損傷及精子發(fā)生障礙有關(guān)[16, 62]；先天免疫蛋白CXCL1、IL-1β和IL-8等的下調(diào)可導(dǎo)致小鼠胚胎的不正常發(fā)育[41]；神經(jīng)生長因子ngfa和神經(jīng)元編碼基因atp1b1b的下調(diào)則會影響斑馬魚胚胎早期的神經(jīng)發(fā)育[76]。由此可見，不同信號通路間可形成復(fù)雜的互作網(wǎng)絡(luò)，在機(jī)體受到糧食真菌毒素作用時可引起多條信號通路單獨(dú)或共同參與相關(guān)基因和蛋白的調(diào)控，故還需對此進(jìn)行更加廣泛深入的研究，以便全面了解糧食真菌毒素的毒作用機(jī)制。

3.3 表觀遺傳機(jī)制

研究還發(fā)現(xiàn)，外源性有害物質(zhì)是引起動物體表觀遺傳修飾的重要因素。人和動物在攝入糧食真菌毒素后，誘導(dǎo)機(jī)體出現(xiàn)不良反應(yīng)，如內(nèi)分泌紊亂、生殖系統(tǒng)DNA甲基化和誘發(fā)機(jī)體世代疾病等[77-78]。表觀遺傳雖不涉及DNA序列的改變，但其與DNA甲基化、組蛋白修飾以及染色質(zhì)重塑等過程相關(guān)，是真菌毒素對機(jī)體產(chǎn)生毒作用的重要機(jī)制之一。已有研究表明，ZEN及其代謝產(chǎn)物α-ZOL作用于人體肝癌細(xì)胞會顯著提高細(xì)胞DNA甲基化和組蛋白修飾水平(H3K27me3、H3K9me3和H3K9ac)，通過表觀遺傳介導(dǎo)，影響細(xì)胞的脂代謝作用，從而影響細(xì)胞發(fā)育[77]。Men等[25]用ZEN對ICR小鼠進(jìn)行處理，發(fā)現(xiàn)小鼠體內(nèi)的H3K27、H3K9和5hmC的組蛋白甲基化標(biāo)記物水平改變，DNA甲基化水平提高，引起表觀遺傳修飾，雄性小鼠的精子質(zhì)量及其正常發(fā)育受損，而Zhu等[78]利用糧食真菌毒素(DON、AFs和FB)對ICR雌性小鼠染毒時得到類似的結(jié)論，且雌性小鼠卵母細(xì)胞的質(zhì)量也受損。此外，也有研究發(fā)現(xiàn)表觀遺傳修飾可跨代遺傳，如用環(huán)境中的污染物p,p’-DDE對SD大鼠進(jìn)行世代染毒，發(fā)現(xiàn)F1、F2、F3代大鼠的精子質(zhì)量下降、精子發(fā)生受阻并均產(chǎn)生DNA(H19和Gtl2)低甲基化作用，但F1、F2代中的變化是由于DNMT1和DNMT3A基因下調(diào)，F(xiàn)3代大鼠表型的變化是由于生殖系統(tǒng)中表觀基因組的改變，而未直接引起其基因的改變，表明該環(huán)境污染物可以通過表觀遺傳修飾誘導(dǎo)使精子發(fā)生跨代損傷[79]。值得一提的是，糧食真菌毒素的毒性作用也會影響生物體親本世代及子代的正常生長發(fā)育及生殖能力，而與此相關(guān)的研究還較為欠缺，因此亟需要對糧食真菌毒素在該方面進(jìn)行更加全面、深入的研究。

綜上所述，糧食真菌毒素造成動物體生長發(fā)育及生殖、遺傳過程等受損的機(jī)制不盡相同。目前研究表明，其作用機(jī)制主要包括氧化應(yīng)激、相關(guān)蛋白及基因表達(dá)的改變以及表觀遺傳等，但其他毒性作用機(jī)制仍需進(jìn)行深入研究。

4 展望(Prospect)

本文通過綜述糧食真菌毒素的生殖、發(fā)育與遺傳毒性研究進(jìn)展發(fā)現(xiàn)，相關(guān)研究多集中于糧食真菌毒素對動物體親本個體(P0)或子一代(F1)的相關(guān)毒性研究，對其長期多世代個體F2-n接觸糧食真菌毒素的研究還較為缺乏，其中與繼代相關(guān)的靶標(biāo)基因及其作用通路機(jī)理仍不明確，這可能是因?yàn)槎嗍来纠韺W(xué)研究存在所需實(shí)驗(yàn)動物數(shù)量多、實(shí)驗(yàn)周期長和操作繁瑣等問題。因此，探索建立更多的動物實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ?，如利用秀麗隱桿線蟲、斑馬魚等易于培養(yǎng)、生命周期短的模式動物對真菌毒素的繼代毒性進(jìn)行初步探究，并利用多組學(xué)技術(shù)、轉(zhuǎn)基因或基因敲除等手段初步挖掘繼代毒性的機(jī)理，為研究糧食真菌毒素對哺乳動物的世代毒性作用奠定基礎(chǔ)?？傊?，深入研究糧食真菌毒素的繼代毒性，全面解析真菌毒素的毒性，不僅有助于提供真菌毒素靶標(biāo)性干預(yù)防治策略，對于制定更加科學(xué)客觀的真菌毒素限量標(biāo)準(zhǔn)、對補(bǔ)充和完善相關(guān)毒理學(xué)資料也具有重要意義。

通訊作者簡介：馬良(1979—)，女，博士，教授，主要研究方向?yàn)槭称钒踩c質(zhì)量控制。

共同通訊作者簡介：周鴻媛(1989—)，女，博士，講師，主要研究方向?yàn)槭称钒踩c質(zhì)量控制。