海洋脂溶性藻毒素蝦夷扇貝毒素產(chǎn)毒來(lái)源、毒性效應(yīng)和檢測(cè)技術(shù)研究進(jìn)展

龐 敏，馬 新，吳忠迅, 徐金濤，吳振興，張學(xué)雷，趙 歡

(1. 自然資源部第一海洋研究所自然資源部海洋生態(tài)環(huán)境科學(xué)與技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山東 青島 266061；2. 青島海洋科學(xué)與技術(shù)試點(diǎn)國(guó)家實(shí)驗(yàn)室海洋生態(tài)與環(huán)境科學(xué)功能實(shí)驗(yàn)室，山東 青島 266237；3. 國(guó)家海洋局秦皇島海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)中心站，河北 秦皇島 066002；4. 長(zhǎng)島國(guó)家海洋公園管理中心， 山東 煙臺(tái) 265800; 5. 青島海關(guān)技術(shù)中心，山東 青島 266002；6. 大連海洋大學(xué)水產(chǎn)與生命學(xué)院，遼寧 大連 116023)

引 言

我國(guó)是海洋水產(chǎn)養(yǎng)殖大國(guó)，扇貝、牡蠣的產(chǎn)量居世界首位。近年來(lái)，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，沿海一帶赤潮頻發(fā)，有毒、有害赤潮暴發(fā)的頻率也逐年上升[1]。有毒微藻類所產(chǎn)藻毒素能夠隨著藻體被貝類、魚(yú)類等生物所攝取的過(guò)程，通過(guò)食物鏈向上層傳遞，進(jìn)而危害人類健康，嚴(yán)重時(shí)甚至可以導(dǎo)致死亡。海產(chǎn)品的藻毒素污染不僅給我國(guó)海水養(yǎng)殖業(yè)帶來(lái)巨大的經(jīng)濟(jì)損失，而且還直接威脅到國(guó)民的身體健康和生命安全，因此有關(guān)海洋藻毒素的研究在我國(guó)也頗受重視。海洋藻毒素是由海洋微藻所產(chǎn)的活性物質(zhì)，最早是按中毒癥狀或傳遞媒介被劃分為麻痹性貝毒(paralytic shellfish poisoning, PSP)、腹瀉性貝毒(diarrhetic shellfish poisoning, DSP)、記憶缺失性貝毒(amnesic shellfish poisoning, ASP)、神經(jīng)性貝毒(neurotoxic shellfish poisoning, NSP)和西加魚(yú)毒(ciguatera fish poisoning, CFP)幾類[2]，隨著分析檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展和毒理學(xué)研究的深入， 2004年，聯(lián)合國(guó)糧農(nóng)組織 (Food and Agriculture Organization of the United Nations, FAO)，世界衛(wèi)生組織(World Health Organization, WHO)以及聯(lián)合國(guó)教科文組織政府間海洋學(xué)委員會(huì)(Intergovernmental Oceanographic Commission of UNESCO， IOC-UNESCO)三方聯(lián)合工作組根據(jù)化學(xué)結(jié)構(gòu)將不同的海洋藻毒素重新分類，即分為氮雜螺環(huán)酸類(azaspiracids，AZAs)、短裸甲藻毒素類(brevetoxins，BTXs)、環(huán)亞胺類(cyclic imines，CIs)、軟骨藻酸類(domoic acids，DAs)、大田軟海綿酸類(okadaic acids，OAs)、蛤(扇貝)毒素類(pectenotoxins，PTXs)、石房蛤毒素類(saxitoxins，STXs)和蝦夷扇貝毒素類(Yessotoxins，YTXs)[3]。YTXs毒素最早是從日本蝦夷扇貝(Patinopectenyessoensis)中被發(fā)現(xiàn)，因此得名[4]。該毒素脂溶性的化學(xué)特性，常常和脂溶性DSP毒素一起被檢出，曾被認(rèn)為是DSP毒素中的一種。隨著相關(guān)毒理學(xué)研究的開(kāi)展，發(fā)現(xiàn)YTXs毒素并不會(huì)造成DSP毒素相同的中毒癥狀[5，6]，因此后來(lái)這類毒素被單獨(dú)列為一類。本文通過(guò)綜合介紹YTXs毒素的國(guó)內(nèi)外研究進(jìn)展，為加強(qiáng)該類藻毒素產(chǎn)毒藻的監(jiān)控、保障我國(guó)海產(chǎn)品質(zhì)量以及該類毒素的開(kāi)發(fā)利用提供參考。

1 YTXs毒素的主要生物產(chǎn)毒來(lái)源及分子結(jié)構(gòu)

YTXs毒素1986年首次于日本被發(fā)現(xiàn)[4]，后來(lái)又陸續(xù)在全球十多個(gè)國(guó)家的貝類樣品中檢出。該類毒素最早被發(fā)現(xiàn)是由甲藻門膝溝藻科(Gonyaulacaceae)的網(wǎng)狀原角藻Protoceratiumreticulatum(Claparède & Lachmann) Bütschli, 1885(=GonyaulaxgrindleyiReinecke 1967)分泌產(chǎn)生[7]。迄今已在全球多個(gè)國(guó)家近海發(fā)現(xiàn)能產(chǎn)YTXs毒素的網(wǎng)狀原角藻(表1)。隨后又陸續(xù)發(fā)現(xiàn)膝溝藻科的多邊舌甲藻Lingulodiniumpolyedrum(F.Stein) J.D.Dodge, 1989(=GonyaulaxpolyedraF. Stein, 1883)[8]以及具刺膝溝藻Gonyaulaxspinifera(Claparède & Lachmann) Diesing, 1866(=PeridiniumspiniferumClaparède & Lachmann, 1859)[9]亦能分泌YTXs毒素。2016年álvarez等人又在智利近海發(fā)現(xiàn)了一株可以產(chǎn)YTXs毒素的膝溝藻新種，即泰勒膝溝藻GonyaulaxtayloriiM.C.Carbonell-Moore, 1996[10](表1)。

表1 產(chǎn)YTXs甲藻種類及地理分布Table 1 The species and their geographic distribution of YTXs-produced dinoflagellates

在我國(guó)，高春蕾等于2006年與2007年首次在我國(guó)北黃海、大連附近海域的海灣扇貝和蝦夷扇貝中發(fā)現(xiàn)YTXs毒素的富集，并在貝類采集站位的沉積物中發(fā)現(xiàn)了3種產(chǎn)YTXs毒素的甲藻包囊[11]，劉仁沿等的研究[12]表明YTXs 毒素在我國(guó)北黃海貝類樣品中常年存在，而該毒素的主要生源藻種(網(wǎng)狀原角藻、多邊舌甲藻和具刺膝溝藻)在北黃海水體中也均有發(fā)現(xiàn)。近年來(lái)的研究表明，我國(guó)渤海、南海的貝類中亦有YTXs毒素富集[13-15], 渤海浮游植物物種組成中也發(fā)現(xiàn)了多邊舌甲藻和具刺膝溝藻的存在[13]，而南海水體中并未發(fā)現(xiàn)相關(guān)生源藻種，推測(cè)沉積物中的孢囊有可能是底棲貝類富集YTXs毒素的原因[14, 15]。

圖1 YTXs毒素的核心化學(xué)結(jié)構(gòu)[40]Fig.1 The main chemical structure of YTXs

三種產(chǎn)YTXs毒素甲藻的毒素組分及含量并不相同(表1)，同一種甲藻不同地理株產(chǎn)毒特征也存在差異，這主要是由于不同地理株系的種內(nèi)遺傳變異及生長(zhǎng)環(huán)境差異造成的，當(dāng)然，毒素的提取方法不同也會(huì)造成獲取到的毒素成分會(huì)發(fā)生變化[27]。已發(fā)現(xiàn)的網(wǎng)狀原角藻產(chǎn)量在0.075～79 pg/cell，多邊舌甲藻YTXs毒素產(chǎn)量0.000 9～0.16 pg/cell，而具刺膝溝藻是YTXs毒素含量最高的種類，最高能達(dá)到200 pg/cell，曾導(dǎo)致美國(guó)加利福尼亞州北部超過(guò)80 km的近岸水域的無(wú)脊椎動(dòng)物如軟體動(dòng)物、棘皮動(dòng)物、甲殼動(dòng)物[42]以及南非沃克灣(Walker Bay)多個(gè)鮑魚(yú)養(yǎng)殖場(chǎng)養(yǎng)殖生物大面積死亡[38]，給養(yǎng)殖業(yè)造成摧毀性的損害。

已有研究表明，幾種產(chǎn)YTXs毒素的海洋甲藻所產(chǎn)毒素成分主要還是以YTX為主，是由11個(gè)相鄰的醚環(huán)連接成梯形結(jié)構(gòu)(圖1)[25]，其兩側(cè)末端中一側(cè)連著1個(gè)或多個(gè)硫酸鹽的極性功能基團(tuán)，另一側(cè)則連結(jié)一個(gè)9碳的不飽和鏈，這種結(jié)構(gòu)特征就使得脂溶性的YTXs毒素具有兩性特征[43]。只有少部分種類分泌的主要毒素組分是衍生物如homo-YTX[19, 27]。此外，產(chǎn)毒的海洋甲藻被貝類或者植食性魚(yú)類等高營(yíng)養(yǎng)級(jí)生物攝食以后，在高營(yíng)養(yǎng)級(jí)生物體內(nèi)經(jīng)由新陳代謝會(huì)發(fā)生轉(zhuǎn)化，因此食物鏈其他營(yíng)養(yǎng)級(jí)生物體內(nèi)也分別檢測(cè)出多種YTX毒素的衍生物[43-44]，迄今有百余種YTX毒素的衍生物被陸續(xù)發(fā)現(xiàn)[45]，在濾食性的貝類體內(nèi)發(fā)現(xiàn)的YTXs毒素主要以45-OH-YTX和carboxy-YTX形式存在[22,45]。

2 YTXs毒素的毒性效應(yīng)及相關(guān)作用機(jī)制

2.1 YTXs毒素的主要毒性效應(yīng)

YTXs毒素不會(huì)像腹瀉性貝毒一樣引起人類腹瀉[4, 43]。個(gè)體水平的動(dòng)物實(shí)驗(yàn)表明，不論是通過(guò)口服還是腹腔注射，YTX及其衍生物都沒(méi)有急性毒性作用，而且實(shí)驗(yàn)小鼠通過(guò)不同的染毒方式即通過(guò)口服還是腹腔注射該毒素的毒性作用表征并不相同(表2)，因此有關(guān)YTXs毒素的毒性效應(yīng)至今尚未得到較為統(tǒng)一的結(jié)論。由于衍生物眾多，細(xì)胞水平的毒性研究主要是圍繞YTX展開(kāi)。一系列的研究表明，YTX能誘導(dǎo)不同種類細(xì)胞發(fā)生程序性細(xì)胞凋亡或非程序的細(xì)胞壞死、自噬[46]。YTX對(duì)細(xì)胞凋亡/死亡的誘導(dǎo)會(huì)因細(xì)胞種類的不同而存在敏感度差異，Botana等人[47]曾比較了YTX對(duì)58種人類腫瘤細(xì)胞的細(xì)胞凋亡誘導(dǎo)作用，發(fā)現(xiàn)一些腫瘤細(xì)胞系，如黑色瘤細(xì)胞、肺癌細(xì)胞、結(jié)腸癌細(xì)胞、急性白血病細(xì)胞都對(duì)YTX較為敏感，乳腺癌細(xì)胞系對(duì)YTX的敏感程度一般，而卵巢、腎臟、中樞神經(jīng)系統(tǒng)以及前列腺相關(guān)的腫瘤細(xì)胞對(duì)YTX敏感度較低。而對(duì)比之下，非腫瘤模型的細(xì)胞對(duì)YTX毒性的敏感程度就低很多?；诖耍琘TX被認(rèn)為有可能成為腫瘤治療的新工具[46]。

表2 YTXs毒素在個(gè)體水平的毒性效應(yīng)Talele 2 Toxic effects of YTXs

2.2 YTXs毒素的毒性作用機(jī)制

YTXs毒素的作用機(jī)制研究同樣主要以YTX為研究對(duì)象開(kāi)展。研究發(fā)現(xiàn)，YTX毒素并不像OA一樣能抑制蛋白磷酸酶的活性[53]，其作用并不受蛋白磷酸酶的介導(dǎo)，其主要毒性作用與鈣離子相關(guān)[60-68]主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面(表3)：

表3 YTX主要作用機(jī)制Table 3 The primary effects of YTX

以上YTX的這些作用機(jī)制都有可能是該類誘導(dǎo)不同細(xì)胞系凋亡的重要原因[46]。

3 YTXs毒素的主要甄別、檢測(cè)方法

由于YTXs毒素衍生物眾多，而該類毒素與其他脂溶性毒素具有相似特征，加之海洋藻毒素在海洋食物鏈的各個(gè)營(yíng)養(yǎng)級(jí)中都有富集的可能，這就給YTXs毒素的甄別檢測(cè)帶來(lái)了困難。為了更好的檢測(cè)YTXs毒素，研究者們根據(jù)該類毒素的特性建立了一系列的檢測(cè)方法。如表所示，主要包括以下幾類(表4)：

表4 YTXs的主要檢測(cè)方法Table 4 The main method for detection of YTXs

4 我國(guó)YTXs毒素的主要研究進(jìn)展及展望

如前文所述，我國(guó)已在多個(gè)海區(qū)貝類樣品中檢測(cè)到Y(jié)TXs毒素[13-15]，而對(duì)于YTXs的毒性作用我國(guó)開(kāi)展的較少，本研究團(tuán)隊(duì)曾利用毒素標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)展開(kāi)了YTX的相關(guān)毒理學(xué)研究發(fā)現(xiàn)，注射YTX的小鼠腦浦肯野細(xì)胞發(fā)生形態(tài)學(xué)變化[55]，細(xì)胞毒性實(shí)驗(yàn)也發(fā)現(xiàn)YTX可以誘導(dǎo)幾種癌細(xì)胞凋亡[64-66]，但是受限于毒素標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的價(jià)格昂貴，進(jìn)口困難，無(wú)法獲取較多的YTX毒素純品，因此毒理實(shí)驗(yàn)無(wú)法深入進(jìn)行。雖然我國(guó)國(guó)內(nèi)已分離得到產(chǎn)YTXs毒素的有毒甲藻——網(wǎng)狀原角藻，但是由于該類毒素衍生物組成復(fù)雜且尚未在我國(guó)建立起成熟高效的分離純化方法，因此限制了我國(guó)對(duì)該類毒素的毒理學(xué)研究規(guī)模。

總之，對(duì)YTXs毒素的毒理學(xué)研究表明，該類毒素急性毒性較小，但是是否會(huì)通過(guò)攝食長(zhǎng)期在人體累積造成毒性危害尚不清楚。而且目前毒性作用研究主要針對(duì)已成功分離純化的YTX及少數(shù)幾種衍生物展開(kāi)，由于衍生物種類太多，無(wú)法一一對(duì)其毒性作用展開(kāi)相關(guān)研究，這就限制了對(duì)該類毒素危害和威脅的全面了解。未來(lái)，可以根據(jù)YTX毒素能夠誘導(dǎo)細(xì)胞尤其是各種腫瘤細(xì)胞凋亡這一特性，針對(duì)該毒素在腫瘤治療方面的醫(yī)學(xué)應(yīng)用價(jià)值展開(kāi)相關(guān)海洋藥物開(kāi)發(fā)及相關(guān)活性物質(zhì)利用的研究。

此外，我國(guó)是海產(chǎn)品生產(chǎn)和消費(fèi)大國(guó)，近年來(lái)有毒赤潮頻發(fā)，海洋藻毒素對(duì)海產(chǎn)品的污染情況備受重視。雖然有毒赤潮肇事藻種的生消備受到各地環(huán)境監(jiān)測(cè)部門的重點(diǎn)監(jiān)控。但是目前國(guó)內(nèi)的各種研究表明貝類樣品中YTXs毒素有可能來(lái)源于沉積物[13]。這表明，即使近海水體并無(wú)大規(guī)模有毒赤潮爆發(fā)，沉積物中有毒甲藻孢囊的存在也會(huì)對(duì)濾食性貝類的食用安全造成影響，因此，建議，除了對(duì)水體浮游生物多樣性進(jìn)行常規(guī)監(jiān)控外，應(yīng)相應(yīng)開(kāi)展養(yǎng)殖區(qū)沉積物有毒甲藻孢囊生物多樣性研究，從而為我國(guó)近海有毒赤潮防控預(yù)警以及海產(chǎn)品食用安全保障提供第一手參考資料。