T-2毒素免疫毒性分子機(jī)制的研究進(jìn)展①

王弘瑞 趙麗娟 房明麗 楊 明 （吉林大學(xué)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院分子生物學(xué)教研室，長(zhǎng)春 130021）

T-2 毒素是由多種鐮刀菌產(chǎn)生的單端孢霉烯族類化合物之一，是一種毒性極強(qiáng)的倍半萜烯類真菌毒素。聯(lián)合國(guó)糧農(nóng)組織（FAQ）和世界衛(wèi)生組織（WHO）已將T-2毒素確定為能夠在自然條件下污染的最危險(xiǎn)的污染物之一［1］。T-2 毒素廣泛分布于自然界，能夠污染食物和飼料，對(duì)人、畜危害較大。食入被T-2 毒素污染的食物后會(huì)引發(fā)嘔吐、腹瀉、共濟(jì)失調(diào)，嚴(yán)重者引發(fā)休克甚至死亡［2］。T-2毒素還具有較強(qiáng)的免疫毒性，長(zhǎng)期低量攝入機(jī)體可導(dǎo)致血液及淋巴系統(tǒng)受到侵害，造成內(nèi)分泌紊亂及免疫功能下降等不良反應(yīng)［3］。近年來，越來越多的研究表明，T-2毒素的免疫毒性與氧化應(yīng)激、凋亡以及自噬等機(jī)制有關(guān)［4］。T-2 毒素不僅可以激活多條信號(hào)通路來調(diào)節(jié)免疫反應(yīng)和凋亡相關(guān)分子的表達(dá)；還被發(fā)現(xiàn)與“免疫逃逸”有一定相關(guān)性，可促進(jìn)病原體逃避宿主的免疫應(yīng)答。本文對(duì)T-2 毒素的免疫毒性機(jī)制的研究進(jìn)展進(jìn)行歸納總結(jié)，旨在為其后續(xù)研究提供參考。

1 T-2毒素的基本特征及其免疫毒性

T-2 毒素是分子式為C24H34O9的一種倍半萜類化合物，正常條件下呈白色粉末或針狀的結(jié)晶狀態(tài)，性質(zhì)穩(wěn)定，在常溫條件下能夠保存6~7 年。T-2毒素對(duì)包括植物、動(dòng)物和人類在內(nèi)的幾乎所有真核生物都有毒性作用，其結(jié)構(gòu)中的C12和C13環(huán)氧環(huán)是首要的毒性和活性官能團(tuán)，當(dāng)環(huán)氧環(huán)結(jié)構(gòu)受到破壞時(shí)，其毒性作用會(huì)被大大降低。此外，T-2 毒素的毒性強(qiáng)度可被某些真菌和酶所改變［5］。目前，檢測(cè)T-2毒素的主要方法為免疫檢測(cè)。有研究者采用T-2 毒素單克隆抗體聯(lián)合化學(xué)發(fā)光酶聯(lián)免疫法，不僅靈敏度高且與其他毒素?zé)o交叉反應(yīng)，此外膠體金法也可以用于檢測(cè)T-2 毒素，僅需4 min 就可以實(shí)現(xiàn)食品中T-2毒素的半定量快速檢測(cè)［6-7］。

T-2 毒素具有多種毒性作用，并以各種方式對(duì)動(dòng)物的組織和器官產(chǎn)生有害作用。免疫毒性是T-2毒素最重要的毒性之一，其不僅能夠損害固有免疫反應(yīng)，還能對(duì)獲得性免疫反應(yīng)產(chǎn)生一定影響［8］。T-2毒素的免疫毒性具有時(shí)間依賴性和劑量依賴性的特點(diǎn)，根據(jù)T-2 毒素對(duì)動(dòng)物的免疫劑量、免疫頻率以及免疫時(shí)間的不同，其效應(yīng)可分為免疫刺激和免疫抑制［9］。當(dāng)T-2 毒素處于低劑量水平時(shí)，其可作為一種免疫刺激劑，增加血清中抗體IgA 和IgE 的濃度，誘導(dǎo)炎癥細(xì)胞因子、TNF-α、IL-1β 和IL-6 的表達(dá)［10］。最近的一項(xiàng)研究表明，單劑量的T-2 毒素可以增強(qiáng)小鼠脾臟內(nèi)的免疫反應(yīng)，并使小鼠過表達(dá)miR-155-5p，從而介導(dǎo)炎癥因子的產(chǎn)生［11］。此外，在中華絨螯蟹幼蟹的肝胰腺中，T-2 毒素的感染可以激活細(xì)胞內(nèi)核因子κB（NF-κB）的信號(hào)通路［12］。而當(dāng)T-2 毒素處于高劑量水平時(shí)，則可作為一種免疫抑制劑。高劑量的T-2 毒素抑制淋巴細(xì)胞增殖、誘導(dǎo)淋巴細(xì)胞凋亡及抗原特異性分化，從而損傷淋巴結(jié)、胸腺、骨髓等免疫器官和組織，降低了機(jī)體的免疫能力。T-2 毒素的免疫抑制作用不僅會(huì)使宿主對(duì)病原菌的抵抗力降低，還能降低機(jī)體通過接種疫苗獲得的免疫效果［13］。研究發(fā)現(xiàn)如果豬食用T-2 毒素污染的飼料后，其對(duì)豬繁殖率與呼吸綜合征病毒（PPRRSV）活疫苗的免疫效果及保護(hù)率均會(huì)受到顯著影響［14］。

2 T-2毒素免疫毒性的分子機(jī)制

T-2 毒素可介導(dǎo)活性氧（ROS）活化、脂質(zhì)過氧化、炎癥因子表達(dá)及表皮細(xì)胞凋亡從而導(dǎo)致皮炎的發(fā)生［15］。不僅如此，T-2 毒素還可以干擾腸道屏障及血腦屏障功能，影響腸道內(nèi)的免疫應(yīng)答和大腦神經(jīng)遞質(zhì)的水平，從而誘導(dǎo)氧化應(yīng)激、DNA 損傷及線粒體功能障礙。此外，T-2 毒素還能增強(qiáng)小鼠胚胎的自噬能力，從而損害胚胎的正常發(fā)育［16］。T-2 毒素的免疫毒性的分子機(jī)制由多種信號(hào)通路來介導(dǎo)，從而調(diào)節(jié)機(jī)體免疫反應(yīng)和細(xì)胞凋亡相關(guān)信號(hào)的表達(dá)，這些信號(hào)分子決定著細(xì)胞的命運(yùn)。然而，這些信號(hào)通路相關(guān)分子之間的相互作用特別復(fù)雜，因此，本文將從氧化應(yīng)激、自噬、凋亡以及免疫逃逸幾方面對(duì)T-2 毒素的免疫毒性的分子機(jī)制進(jìn)行詳細(xì)闡述，見圖1。

圖1 T-2毒素免疫毒性的分子機(jī)制圖Fig.1 Molecular mechanism of immunotoxicity of T-2 toxin

2.1 氧化應(yīng)激 T-2 毒素最重要的毒性機(jī)制之一是氧化應(yīng)激。T-2 毒素可通過激活多條信號(hào)通路和抑制免疫反應(yīng)等途徑來誘導(dǎo)氧化應(yīng)激。線粒體是細(xì)胞產(chǎn)生活性氧的重要組成部分，T-2 毒素誘導(dǎo)的線粒體功能障礙與氧化應(yīng)激密切相關(guān)。如T-2 毒素增加了活性氧和線粒體細(xì)胞色素C 的釋放，并激活了半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶9（caspase-9）和cas‐pase-3。T-2毒素可與核糖體60S亞基的肽基轉(zhuǎn)移酶活性中心結(jié)合，從而誘導(dǎo)RNA 活化的蛋白激酶R（PKR）和造血細(xì)胞激酶（HCK）的表達(dá)，使核糖體發(fā)生核毒性應(yīng)激反應(yīng)（RSR），進(jìn)而激活絲裂原活化蛋白激酶（MAPK），誘導(dǎo)細(xì)胞因子基因表達(dá)和細(xì)胞凋亡，甚至還可導(dǎo)致感染T-2 毒素的動(dòng)物生長(zhǎng)遲緩。T-2 毒素也可直接激活細(xì)胞外信號(hào)激酶（ERK）、c-jun 氨基末端激酶炎癥（JNK）和p38 等MAPKs 家族成員，并在人神經(jīng)母細(xì)胞瘤細(xì)胞中促進(jìn)ERK 信號(hào)通路中Grb2、Ras、Raf 及其下游的轉(zhuǎn)錄因子c-fos 和c-jun 的表達(dá)上調(diào)。除此之外，線粒體介導(dǎo)的氧化應(yīng)激通路、caspase 介導(dǎo)的凋亡通路、JAK/STAT 通路、cAMP 通路及NOD2 通路都被報(bào)道與T-2 毒素的免疫抑制功能有關(guān)。

T-2 毒素能夠激活ROS，增加脂質(zhì)過氧化和氧化應(yīng)激，從而導(dǎo)致細(xì)胞凋亡［17］。具體地說，ROS 的積累可能導(dǎo)致氧化損傷，導(dǎo)致線粒體功能障礙和DNA 的損傷。同時(shí)，活性氧作為細(xì)胞信號(hào)分子，也可以誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡和自噬［18］。如T-2 毒素能導(dǎo)致活性氧的積累進(jìn)而引起肝細(xì)胞的氧化損傷，并通過上調(diào)線粒體中與細(xì)胞免疫、細(xì)胞增殖和脂質(zhì)代謝相關(guān)的蛋白質(zhì)的表達(dá)來發(fā)揮其毒性作用［19-20］。低濃度的T-2 毒素還可以引起植物體內(nèi)ROS 的積累，從而改變宿主的免疫力［21］。在另一項(xiàng)研究中，研究者通過斑馬魚模型評(píng)估了T-2 毒素的發(fā)育毒性和免疫毒性，并進(jìn)一步證明該毒素發(fā)育毒性的重要機(jī)制與T-2毒素誘導(dǎo)的氧化應(yīng)激和細(xì)胞凋亡有關(guān)［22］。此外，T-2毒素還可以通過氧化應(yīng)激引起與生殖細(xì)胞凋亡相關(guān)的生精障礙，從而破壞男性的生殖功能［23］。因此，未來需要進(jìn)一步明確一些與氧化應(yīng)激相關(guān)的信號(hào)通路及上下游分子，以尋找更多的方法來降低T-2毒素的免疫毒性。

2.2 細(xì)胞自噬 越來越多的研究報(bào)道了自噬在T-2毒素的免疫毒性機(jī)制中發(fā)揮重要的調(diào)節(jié)作用。自噬可保護(hù)Wistar 大鼠原代培養(yǎng)的心肌細(xì)胞免受T-2毒素的細(xì)胞毒作用，而硒元素的缺乏可降低自噬的保護(hù)性作用，加重T-2 毒素所致的損傷［24］。另一項(xiàng)關(guān)于T-2 毒素對(duì)線粒體的細(xì)胞毒作用的研究表明，通過蛋白激酶A（PKA）/核紅系相關(guān)因子2（Nrf2）/PINK1/Parkin 通路可以調(diào)節(jié)T-2 毒素誘導(dǎo)的線粒體自噬，提高細(xì)胞質(zhì)和線粒體的特異抗氧化活性，從而降低該毒素對(duì)大鼠垂體瘤細(xì)胞（GH3）的氧化應(yīng)激和毒性，保護(hù)GH3 細(xì)胞［25］?？偟膩碚f，自噬似乎是機(jī)體抵御T-2 毒素感染過程中發(fā)生的主要事件，對(duì)細(xì)胞損傷起保護(hù)作用。自噬除了在保護(hù)細(xì)胞方面發(fā)揮關(guān)鍵作用外，對(duì)細(xì)胞死亡也很重要。據(jù)報(bào)道，在氧化應(yīng)激條件下，T-2 毒素的細(xì)胞毒作用會(huì)誘導(dǎo)蝦的肝胰腺細(xì)胞的自噬和凋亡［26］。因此，自噬不能簡(jiǎn)單地抑制T-2 毒素誘導(dǎo)的細(xì)胞凋亡。人們推測(cè)，T-2 毒素促進(jìn)細(xì)胞自噬的發(fā)生取決于T-2 毒素的劑量和作用時(shí)間，而決定T-2 毒素最終誘導(dǎo)細(xì)胞死亡還是存活則是進(jìn)一步取決于這些過程與其他信號(hào)通路之間的相互作用。目前，自噬在免疫毒性中的調(diào)節(jié)是極其復(fù)雜的，關(guān)于T-2 毒素調(diào)節(jié)自噬的機(jī)制的研究還不夠深入，需要進(jìn)一步探討該毒素對(duì)自噬和免疫調(diào)節(jié)的影響。

2.3 細(xì)胞凋亡 細(xì)胞凋亡與氧化應(yīng)激及自噬過程都是密不可分的，它們對(duì)維持生理穩(wěn)態(tài)平衡和發(fā)病機(jī)理都至關(guān)重要。目前已有多項(xiàng)研究表明T-2 毒素可誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡的發(fā)生。T-2 毒素誘導(dǎo)的氧化應(yīng)激，積累大量ROS，導(dǎo)致氧化損傷及線粒體功能障礙等，從而介導(dǎo)細(xì)胞凋亡的發(fā)生。此外，妊娠期大鼠在感染T-2 毒素后會(huì)出現(xiàn)胎盤、胚胎干細(xì)胞和肝組織中的細(xì)胞凋亡，包括腸隱窩上皮細(xì)胞、淋巴樣細(xì)胞、造血組織、睪丸基質(zhì)細(xì)胞和卵巢顆粒細(xì)胞的凋亡［27］。在小鼠軟骨細(xì)胞中，T-2 毒素能夠引起軟骨細(xì)胞內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和線粒體的損傷，導(dǎo)致Ⅱ型膠原分泌減少，軟骨細(xì)胞凋亡增加。已證實(shí)凋亡抑制蛋白（IAPs）參與了T-2 毒素誘導(dǎo)的Ⅱ型膠原的減少［28］。在小鼠原代骨髓基質(zhì)細(xì)胞中，T-2 毒素能夠增強(qiáng)凋亡相關(guān)基因caspase-3 的表達(dá)，并降低Bcl-2/Bax 比值，誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡。此外，該毒素還能顯著增加細(xì)胞炎癥因子TNF-α、IL-1β、IL-6 和環(huán)氧合酶-2（COX-2）的表達(dá)，并激活NF-κB和JNK兩條炎癥信號(hào)通路，影響細(xì)胞周期，導(dǎo)致許多高增殖活性的細(xì)胞凋亡。這些結(jié)果表明T-2 毒素可通過線粒體介導(dǎo)的凋亡途徑來誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡［29］。據(jù)報(bào)道，T-2 毒素誘導(dǎo)炎癥因子表達(dá)、組織損傷及凋亡等與DNA 甲基化有關(guān)，在T-2毒素感染過程中，DNA甲基化能夠沉默Ras相關(guān)區(qū)域家族蛋白4（RASSF4）的表達(dá)，導(dǎo)致蘇氨酸蛋白激酶（AKT）/caspase/NF-κB 信號(hào)通路及其下游信號(hào)通路的激活，引起肝細(xì)胞的凋亡［30］，從而提示DNA甲基化是T-2 毒素肝毒性的一個(gè)潛在機(jī)制。綜上所述，T-2 毒素可通過抑制蛋白質(zhì)合成和誘導(dǎo)氧化應(yīng)激引起的DNA 損傷來刺激caspase 介導(dǎo)的線粒體凋亡途徑是誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡不可或缺的機(jī)制。由于自噬和凋亡之間存在著復(fù)雜的關(guān)系，因此T-2 毒素的毒性機(jī)制與自噬和細(xì)胞凋亡的關(guān)系有待進(jìn)一步研究。

2.4 免疫逃逸 近年來的研究發(fā)現(xiàn)免疫逃逸也與單端孢霉稀族類毒素的免疫毒性機(jī)制有關(guān)。“免疫逃逸”通常指的是病毒、細(xì)菌和癌細(xì)胞等通過抗原偽裝和調(diào)節(jié)周圍環(huán)境來逃避宿主的免疫防御，并伴隨著抑制或破壞宿主的免疫反應(yīng)。在單端孢霉稀族類毒素介導(dǎo)的免疫逃逸過程中，其可改變細(xì)胞免疫微環(huán)境，降低機(jī)體內(nèi)如IFN-γ、轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子-β（TGF-β）和Toll 樣受體（TLRs）等一些重要的免疫反應(yīng)相關(guān)因子的表達(dá)水平，從而幫助病原菌和腫瘤細(xì)胞來逃避機(jī)體的免疫殺傷［31］。如T-2 毒素可抑制呼腸孤病毒感染誘導(dǎo)的IFN-γ 水平，并減少肺泡巨噬細(xì)胞的數(shù)量，從而降低了宿主對(duì)呼腸孤病毒的抵抗力。因此，包括T-2 毒素在內(nèi)的單端孢霉烯族類毒素可改變宿主免疫系統(tǒng)，使病原體逃避免疫應(yīng)答，這種作用似乎是通過抑制抗凋亡相關(guān)基因（IFNs 和TLRs）的表達(dá)實(shí)現(xiàn)的，進(jìn)而促進(jìn)了氧化應(yīng)激和細(xì)胞凋亡。

3 展望

綜上所述，T-2 毒素的理化性質(zhì)致使其具有易生成、強(qiáng)毒性、難分解等特性，對(duì)人和動(dòng)物機(jī)體的損傷作用范圍廣，能夠造成多種毒性作用，其中應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注的是對(duì)免疫系統(tǒng)的毒性。T-2 毒素的免疫毒性作用是矛盾而復(fù)雜的，T-2 毒素能夠通過氧化應(yīng)激、細(xì)胞自噬和多種信號(hào)通路誘導(dǎo)細(xì)胞的凋亡。因此，通過對(duì)T-2 毒素的免疫毒性作用及其誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡機(jī)制的闡述，為今后對(duì)T-2 毒素毒性作用機(jī)制的深入研究、解毒方法、治療技術(shù)與科學(xué)檢測(cè)等提供參考。