嘔吐毒素的毒理機(jī)制及防治策略研究進(jìn)展

鄧詣群，林如琴，吳思婷，余丹妮，劉 思

(華南農(nóng)業(yè)大學(xué) 生命科學(xué)學(xué)院/廣東省農(nóng)業(yè)生物蛋白質(zhì)功能與調(diào)控重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/嶺南現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科學(xué)與技術(shù)廣東省實(shí)驗(yàn)室/農(nóng)業(yè)農(nóng)村部人畜共患病重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 廣東 廣州 510642)

嘔吐毒素是由鐮刀菌等真菌產(chǎn)生的次級(jí)代謝產(chǎn)物，又稱為脫氧雪腐鐮刀菌烯醇(Deoxynivalenol,DON)，屬B型單端孢霉烯族毒素。DON具有天然產(chǎn)生和化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定等特點(diǎn)，廣泛污染玉米、小麥、大麥等糧食作物和飼料，是食品和飼料中的主要污染性真菌毒素[1]。2014—2018年間對(duì)歐美、亞洲和南非等地區(qū)抽檢的524份豬飼料成品檢測(cè)結(jié)果顯示，DON的檢出率為88%[2]。我國是畜牧養(yǎng)殖和飼料生產(chǎn)大國，飼料中嘔吐毒素污染問題十分嚴(yán)重，調(diào)查顯示我國西北地區(qū)82.9%的小麥有DON污染，其中10%污染樣品超出國標(biāo)限值1000 μg/kg[3]。2019年飼料真菌毒素污染調(diào)查結(jié)果顯示，飼料樣品中DON的陽性檢出率為92.59%，最高值達(dá)4685.7 μg/kg，麩皮樣品的DON陽性檢出率為100%，最高值可達(dá)6615.7 μg/kg[4]。2020年廣東省動(dòng)物飼料中真菌毒素污染調(diào)查結(jié)果顯示，真菌毒素的檢出率達(dá)75%以上，其中DON的檢出率均為80%以上[5]。DON對(duì)機(jī)體有著廣泛的毒性作用，能嚴(yán)重地?fù)p害機(jī)體免疫功能，引起急慢性中毒和疾病的發(fā)生[6]。DON急性中毒癥狀主要表現(xiàn)為人和部分動(dòng)物出現(xiàn)腹痛、腹瀉和嘔吐等，長時(shí)間低劑量攝入DON會(huì)引起動(dòng)物厭食和體重降低等現(xiàn)象[7]。DON引起人類急性中毒的參考劑量(Acute reference dose, ARfD)為8 μg/kg (以體質(zhì)量計(jì))，歐盟制定的人類每日耐受攝入量(Tolerable daily intake, TDI)是1 μg/kg (以體質(zhì)量計(jì))[8]。動(dòng)物對(duì)DON的敏感程度從高到低分別為豬、大鼠、小鼠、家禽和反芻動(dòng)物，豬是對(duì)DON最為敏感的動(dòng)物，豬攝入50～100 μg/kg (以體質(zhì)量計(jì))的 DON即可誘發(fā)嘔吐反應(yīng)[9]。然而，目前關(guān)于DON的分子毒理機(jī)制尚未明確。本文主要綜述了近年來DON的毒理機(jī)制和防治策略的相關(guān)研究進(jìn)展，以期為防治DON對(duì)機(jī)體的毒害作用提供新的思路。

1 嘔吐毒素的毒理機(jī)制研究

既往的研究報(bào)道已經(jīng)明確了DON具有抑制細(xì)胞蛋白質(zhì)和核酸合成、誘導(dǎo)細(xì)胞死亡的毒理效應(yīng)，DON會(huì)觸發(fā)核糖體應(yīng)激反應(yīng)并激活核糖核酸依賴性蛋白激酶PKR和造血細(xì)胞激酶HCK，進(jìn)而激活絲裂原活化蛋白激酶MAPK信號(hào)通路，促進(jìn)細(xì)胞炎癥反應(yīng)和細(xì)胞凋亡等[10]。近年來，鄧詣群課題組(以下簡稱我們)圍繞DON的細(xì)胞毒性開展了一系列研究。腸道、肝臟和腎臟等是DON重要的作用靶器官，在腸道細(xì)胞系Caco-2、肝臟細(xì)胞系HepG2和腎臟細(xì)胞系MDCK中，我們首先明確了DON在哺乳動(dòng)物細(xì)胞系中的攝取和外排是需要載體介導(dǎo)和能量依賴的，而P-蛋白是DON的主要外排轉(zhuǎn)運(yùn)體[11]。通過進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，DON通過激活JNK/AKT/NF-κB信號(hào)通路促進(jìn)P-蛋白表達(dá)和DON的外排，從而顯著降低DON和其他P-蛋白底物的細(xì)胞毒性[12]。以上研究成果明確了DON在宿主細(xì)胞中吸收和外排的分子機(jī)制，有利于進(jìn)一步探究DON的毒理機(jī)制。

1.1 DON誘導(dǎo)細(xì)胞死亡和抑制細(xì)胞增殖的毒理機(jī)制

在HepG2細(xì)胞中，我們發(fā)現(xiàn)DON通過ATF3ΔZip2a/2b-EGR1-p21通路誘導(dǎo)細(xì)胞G2/M細(xì)胞周期阻滯，其中早期生長應(yīng)答因子EGR1在DON誘導(dǎo)的細(xì)胞周期阻滯中發(fā)揮重要作用[13]。此外，DON還可誘導(dǎo)HepG2細(xì)胞pre-mRNA的選擇性剪接，顯著抑制剪接因子U2AF1和SF1的表達(dá)水平，導(dǎo)致RNA剪接的全局性變化，引發(fā)細(xì)胞凋亡[14]。研究還發(fā)現(xiàn)DON會(huì)激活內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激通路[15]，DON通過激活PKR磷酸化介導(dǎo)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激的凋亡信號(hào)，改變細(xì)胞穩(wěn)態(tài)[16]。DON除了誘導(dǎo)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激以外，其氧化應(yīng)激的毒理機(jī)制也備受關(guān)注。Yang等[17]發(fā)現(xiàn)DON也可以誘導(dǎo)人胃黏膜上皮細(xì)胞系GES-1產(chǎn)生活性氧(Reactive oxygen species,ROS)誘發(fā)氧化應(yīng)激，并且通過ROS/JNK/FOXO3a介導(dǎo)細(xì)胞毒性作用，導(dǎo)致細(xì)胞線粒體DNA損傷、呼吸鏈功能障礙及細(xì)胞周期阻滯等，其中FOXO3a作為負(fù)調(diào)控因子在DON介導(dǎo)細(xì)胞毒性作用中發(fā)揮重要作用。Ndlovu等[18]研究報(bào)道，DON抑制NRF2抗氧化信號(hào)通路，從而誘導(dǎo)氧化應(yīng)激，促進(jìn)HepG2細(xì)胞毒性。我們最新研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，DON可以激活Caspase-3/GSDME通路，介導(dǎo)細(xì)胞焦亡，誘發(fā)小鼠肝臟炎癥的發(fā)生[19]。DON除了誘導(dǎo)細(xì)胞焦亡和細(xì)胞凋亡等細(xì)胞死亡方式以外，我們還發(fā)現(xiàn)DON可以通過抑制Wnt/β-catenin信號(hào)通路，進(jìn)而抑制細(xì)胞增殖，提示β-catenin是DON的重要作用靶點(diǎn)[20]。王修啟團(tuán)隊(duì)研究報(bào)道，DON急性暴露會(huì)抑制Wnt/β-catenin信號(hào)通路，影響豬腸道干細(xì)胞的活性[21]。Wnt/β-catenin信號(hào)通路是高度保守的進(jìn)化通路，在調(diào)節(jié)細(xì)胞增殖、分化、遷移、遺傳穩(wěn)定性、凋亡和干細(xì)胞更新等方面發(fā)揮重要作用，該通路的異常活化與腫瘤的發(fā)生發(fā)展有關(guān)[22]。低劑量DON會(huì)影響腫瘤細(xì)胞系的遷移，DON通過增強(qiáng)細(xì)胞遷移的關(guān)鍵基因TEM8啟動(dòng)子H3K27me3的水平來抑制TEM8的表達(dá)，從而抑制腫瘤細(xì)胞系的細(xì)胞遷移[23]。在小鼠胚胎成纖維細(xì)胞系中，DON則通過減弱PPARγ2啟動(dòng)子上H3K4me2和H3K4me3的富集并抑制PPARγ2表達(dá)，進(jìn)而下調(diào)PPARγ2調(diào)控的脂肪形成的相關(guān)基因的表達(dá)，最終抑制脂肪形成[24]。以上研究表明，DON可以誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡/焦亡及抑制細(xì)胞增殖、遷移、代謝和干細(xì)胞活性等。

1.2 DON誘發(fā)豬腸道炎癥和免疫毒性的機(jī)制

豬是對(duì)DON最為敏感的動(dòng)物，嘔吐毒素也因可引起豬的嘔吐反應(yīng)而得名，因此DON對(duì)豬的毒理機(jī)制也廣受研究者們關(guān)注。研究表明，DON激活Caspase-12和抑制NOD2介導(dǎo)的防御肽產(chǎn)生，從而破壞斷奶仔豬的腸道屏障的完整性[25]。在豬小腸上皮細(xì)胞系IPEC-J2，DON降低p-AKT/AKT、pmTOR/mTOR和增加細(xì)胞自噬相關(guān)蛋白LC3-II的表達(dá)，該研究表明，DON可能通過抑制PI3K/AKT/mTOR信號(hào)通路激活細(xì)胞自噬，從而誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡[26]。DON還可以誘導(dǎo)ROS產(chǎn)生，從而促進(jìn)IPECJ2細(xì)胞凋亡和炎癥反應(yīng)發(fā)生[27]。此外，DON通過p38 MAPK和JNK信號(hào)通路加劇IPEC-J2緊密連接蛋白的內(nèi)吞作用和降解[28]。DON也可以通過MAPK信號(hào)通路(p38、ERK和JNK)的磷酸化誘導(dǎo)IPEC-J2細(xì)胞中的炎癥反應(yīng)[29]。Zhang等[30]發(fā)現(xiàn)DON通過激活p38和ERK1/2誘導(dǎo)IPEC-J2細(xì)胞中炎癥因子的產(chǎn)生，p38抑制劑可減緩DON誘導(dǎo)產(chǎn)生的炎癥因子IL6、TNF-α、CXCL2、CXCL8、IL12A、IL1A、CCL20、CCL4和IL15，而ERK1/2抑制劑可部分抑制IL15和IL6的產(chǎn)生。此外，DON通過激活NF-κB 信號(hào)通路促進(jìn)IPEC-J2細(xì)胞和仔豬的腸道炎癥性損傷[31-32]。新的研究表明，DON可以通過激活細(xì)胞自噬和NLRP3炎癥小體加劇產(chǎn)毒素大腸埃希菌誘導(dǎo)的腸道炎癥和腸道屏障損傷[33]。DON誘發(fā)的腸道炎癥與機(jī)體免疫反應(yīng)有著密切關(guān)系，研究表明，不同的DON暴露劑量對(duì)仔豬的免疫細(xì)胞有不同的效應(yīng)，低劑量的DON可激活豬肺泡巨噬細(xì)胞TLR4/NF-κB信號(hào)，起到免疫刺激效應(yīng)，而高劑量的DON可通過線粒體自噬發(fā)揮免疫抑制效應(yīng)[34]。DON還會(huì)誘發(fā)機(jī)體脾臟的代謝功能紊亂[35]。脾臟是機(jī)體重要的免疫器官，DON會(huì)誘導(dǎo)豬原代脾臟淋巴細(xì)胞氧化應(yīng)激指標(biāo)R O S和丙二醛(M D A)的表達(dá)，抑制細(xì)胞抗氧化能力，隨著DON的處理濃度增加，線粒體融合基因(MFN1/2和OPA1)表達(dá)水平及線粒體呼吸鏈復(fù)合物活性降低，細(xì)胞自噬標(biāo)志物L(fēng)C3和p62的mRNA水平上調(diào)，這提示 DON可能通過氧化應(yīng)激抑制線粒體融合，從而促進(jìn)線粒體自噬和損傷脾臟細(xì)胞[36]。

1.3 DON誘發(fā)神經(jīng)毒性和生殖毒性的機(jī)制

除了對(duì)腸道和免疫器官等的毒性作用，DON還具有神經(jīng)毒性和生殖毒性。DON可通過Ca2+/CaM/CaMKII通路影響仔豬大腦的脂質(zhì)過氧化和神經(jīng)遞質(zhì)的表達(dá)水平，誘發(fā)神經(jīng)毒性[37]。在豬海馬神經(jīng)細(xì)胞PHNCs中，DON也會(huì)誘導(dǎo)PHNCs細(xì)胞凋亡和自噬，當(dāng)DON濃度增加時(shí)，LC3蛋白表達(dá)水平增加，而PI3K/AKT/mTOR通路受到抑制，這說明PI3K/AKT/mTOR信號(hào)通路在DON誘導(dǎo)的細(xì)胞自噬中起負(fù)調(diào)節(jié)作用[38]。在人前列腺癌細(xì)胞系PNT1A中，30和10 μmol/L的DON均可誘導(dǎo)細(xì)胞氧化應(yīng)激、DNA損傷和細(xì)胞周期阻滯在G2/M期，其中高劑量DON誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡，低劑量DON誘導(dǎo)細(xì)胞自噬，提示DON可能通過PI3K/AKT通路誘導(dǎo)細(xì)胞自噬、觸發(fā)細(xì)胞凋亡[39]。此外，DON還通過Caspase-8介導(dǎo)的線粒體凋亡通路和MAPK信號(hào)通路等誘導(dǎo)PHNCs細(xì)胞凋亡[40-41]。在小鼠模型中，DON通過JNK/c-Jun信號(hào)通路加劇氧化應(yīng)激介導(dǎo)睪丸細(xì)胞凋亡，從而影響精子的存活和活力[42]。用DON攻毒孕鼠，可觀察到孕鼠的胎盤出現(xiàn)氧化損傷，其機(jī)制可能是DON通過激活氧化應(yīng)激和NRF2核轉(zhuǎn)位誘發(fā)胚胎毒性[43]。

綜上所述，DON可對(duì)機(jī)體的重要組織器官產(chǎn)生廣泛的毒性作用，其涉及的分子信號(hào)通路復(fù)雜且存在相互作用，主要包括細(xì)胞周期阻滯、氧化應(yīng)激、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激和線粒體自噬等。目前尚不清楚DON在機(jī)體中是否存在特異性的受體，DON發(fā)揮細(xì)胞毒性的首要靶點(diǎn)尚不能明確，這也阻礙了DON的特效解毒劑的研發(fā)。由于DON污染廣泛且無法避免，如何干預(yù)和降低DON對(duì)畜禽的毒害作用也廣受學(xué)者們關(guān)注，目前的防治策略主要有2種：一種是利用活性物質(zhì)等飼料添加劑來防治和緩解嘔吐毒素對(duì)畜禽的毒性效應(yīng)；另外一種是從飼料源頭進(jìn)行防控，即通過物理、化學(xué)和生物等技術(shù)手段將受污染的飼料中的嘔吐毒素進(jìn)行脫毒減毒處理。

2 嘔吐毒素的毒性防治研究進(jìn)展

目前已研究報(bào)道多種生物制劑，包括益生菌、植物活性物質(zhì)、中草藥和抗氧化劑等，對(duì)防治DON的毒性具有良好的效果，具有作為飼料添加劑的應(yīng)用前景。生物制劑防治DON毒性的保護(hù)機(jī)制主要是緩解氧化應(yīng)激和內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激、增強(qiáng)免疫力、抑制炎癥和調(diào)節(jié)腸道菌群等。

由于DON暴露也會(huì)影響動(dòng)物腸道菌群的平衡[44]，益生菌不僅可以調(diào)節(jié)腸道菌群的穩(wěn)態(tài)[45]，而且還能調(diào)節(jié)宿主免疫系統(tǒng)的作用和增強(qiáng)腸道屏障功能[46-47]，因此，益生菌在緩解DON對(duì)機(jī)體的毒害作用方面也備受關(guān)注。有研究報(bào)道，鼠李糖乳酸桿菌Lactobacillus rhamnosusRC007能緩解DON對(duì)豬腸道外植體的促炎效應(yīng)和腸道通透性的改變等，這提示鼠李糖乳酸桿菌RC007有望成為降低DON腸道毒性的益生菌[48]?；谛∈竽Ｐ?，我們發(fā)現(xiàn)益生菌鼠李糖乳酸桿菌LGG菌株可促進(jìn)腸道微生物產(chǎn)生丁酸，緩解DON誘發(fā)的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激和腸道損傷等[15]。鼠李糖乳酸桿菌LGG菌株除了緩解DON的腸道毒性，國內(nèi)其他課題組也陸續(xù)報(bào)道了LGG菌株可緩解DON誘導(dǎo)的仔豬肝損傷和腎損傷等，例如LGG菌株通過抑制TLR4/NF-κB信號(hào)通路來明顯減輕DON引起的小鼠肝臟炎癥反應(yīng)[49]，此外，LGG菌株還可以通過抑制DON介導(dǎo)的線粒體自噬進(jìn)而緩解腎臟毒性[50]。其他乳酸菌株，例如植物乳酸桿菌L. plantarumJM113菌株可通過增加腸道有益細(xì)菌的豐度減少DON對(duì)肉雞的腸道損傷作用，增強(qiáng)肉雞腸道的消化、吸收和代謝功能等[51]。此外，植物乳酸桿菌的代謝產(chǎn)物亦具備抗氧化功能，可以有效減少DON對(duì)豬外植體的氧化應(yīng)激效應(yīng)和毒性作用[52]。除了乳酸桿菌以外，德沃斯氏菌Devosiasp. ANSB714菌株也被報(bào)道能有效緩解DON對(duì)豬的生長抑制作用，可提高仔豬體重、采食量、免疫功能、抗氧化能力和腸道完整性等[53]。

植物活性物質(zhì)具備天然綠色、健康安全及良好抗氧化活性等優(yōu)點(diǎn)，是潛在的優(yōu)良飼料添加劑，目前已經(jīng)發(fā)現(xiàn)有多種植物活性物質(zhì)能防治DON的毒性作用。研究表明，從猴頭菇Hericium erinaceus中提取的多糖主要由葡萄糖和鼠李糖組成，該多糖具備抗氧化活性，能抑制DON誘導(dǎo)的氧化應(yīng)激反應(yīng)，抑制IPEC-J2細(xì)胞產(chǎn)生ROS和細(xì)胞凋亡[54]。番茄紅素是主要存在于西紅柿、紅色蔬果中的一種類胡蘿卜素，研究發(fā)現(xiàn)番茄紅素通過KEAP1/NRF2信號(hào)通路抑制DON誘導(dǎo)的ROS的產(chǎn)生，能有效修復(fù)DON引起的腸道損傷和改善腸道屏障功能[55]。芒果苷主要來源于知母Anemarrhena asphodeloides的根莖和芒果Mangifera indica的葉等，它也能激活NRF2信號(hào)通路，抑制DON誘導(dǎo)的血管內(nèi)皮細(xì)胞氧化損傷[56]。白藜蘆醇是一種非黃酮類多酚有機(jī)化合物，在葡萄Vitis vinifera、虎杖Reynoutria japonica及花生Arachis hypogaea等植物中含量較高。白藜蘆醇可激活NRF2信號(hào)通路，減少IPECJ2細(xì)胞中ROS的產(chǎn)生，起到穩(wěn)定線粒體膜電位和抑制細(xì)胞凋亡從而抑制DON對(duì)腸道細(xì)胞損傷的保護(hù)作用[57]。紫檀芪是白藜蘆醇的二甲基化衍生物，被稱為下一代白藜蘆醇，它也可緩解DON對(duì)牛乳腺上皮細(xì)胞系MAC-T造成的氧化損傷和炎癥效應(yīng)[58]。五味子甲素是從五味子Schisandra chinensis果實(shí)中分離得到的一種木脂素化合物，五味子甲素可有效抑制DON對(duì)人腸道細(xì)胞系HT-29的細(xì)胞毒性，其保護(hù)機(jī)制可能是五味子甲素通過NRF2信號(hào)通路下調(diào)HO-1的表達(dá)而抑制DON誘導(dǎo)的氧化應(yīng)激。此外，五味子甲素還可以通過抑制MAPK信號(hào)通路的激活而抑制細(xì)胞炎癥因子的表達(dá)等[59]。

我國中草藥資源豐富，部分中草藥中的有效成分也被證明具有防治DON細(xì)胞毒性的效果。山奈酚是一種主要來自于山奈Kaempferia galanga根莖的黃酮類化合物，山奈酚可以增加緊密連接蛋白ZO-1和Claudin-3的表達(dá)，增強(qiáng)腸道屏障功能，從而減緩DON對(duì)Caco-2細(xì)胞的毒性作用[60]。綠原酸廣泛存在于金銀花Lonicera japonica、杜仲Eucommia folium葉等多種草本植物中，綠原酸亦通過抑制細(xì)胞凋亡和產(chǎn)生炎癥因子等改善腸道屏障功能，緩解DON對(duì)IPEC-J2的細(xì)胞毒性作用[61]。黃連素可通過調(diào)節(jié)NF-κB/MAPK信號(hào)通路，改善DON誘導(dǎo)的氧化應(yīng)激、炎癥因子釋放和腸道屏障損傷等[62]。黃芩苷通過抑制NF-κB和激活mTOR信號(hào)通路緩解DON誘導(dǎo)的豬腸道炎癥和氧化應(yīng)激損傷[63]。

研究表明，抗氧化劑、脂肪酸和褪黑素等在緩解DON的細(xì)胞毒性方面具有良好效果。硒可提高谷胱甘肽過氧化物酶活性，緩解DON對(duì)豬脾臟淋巴細(xì)胞的損傷[64]。維生素E通過抑制ROS生成、增加抗氧化酶活性和誘導(dǎo)NRF2相關(guān)抗氧化蛋白的表達(dá)來緩解DON對(duì)人腦微血管內(nèi)皮細(xì)胞的毒性作用[65]。富勒烯可提高超氧化物歧化酶和谷胱甘肽過氧化物酶的活性，從而抑制DON誘導(dǎo)的氧化應(yīng)激[66]。L-肌肽可以通過激活KEAP1/NRF2信號(hào)通路增強(qiáng)腸道干細(xì)胞的抗氧化能力，維持腸道干細(xì)胞的增殖和分化，從而防治DON對(duì)腸上皮的損傷[67]。除了抗氧化劑，我們發(fā)現(xiàn)丁酸鈉可抑制內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激信號(hào)通路，緩解DON對(duì)小鼠的腸道毒理作用[15]。齊德生團(tuán)隊(duì)也證明丁酸鈉可減輕DON對(duì)斷奶仔豬肝臟和腸道的損傷作用[68]。長鏈n-3多不飽和脂肪酸EPA和DHA等也可抑制豬腸上皮細(xì)胞壞死信號(hào)通路，減輕DON對(duì)腸道屏障功能的破壞[69]。褪黑素是由腦松果體分泌的激素，它可通過抑制內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激和FOXO1的表達(dá)水平抑制DON誘導(dǎo)的細(xì)胞凋亡和功能障礙[70]。

3 嘔吐毒素的脫毒微生物研究進(jìn)展

飼料中真菌毒素脫毒的方法大致可分為物理脫毒、化學(xué)脫毒和生物脫毒3類。物理脫毒方法包括物理吸附、微波、輻射、高壓脈沖和擠壓以及熱處理等，化學(xué)脫毒方法主要通過強(qiáng)酸、強(qiáng)堿及強(qiáng)氧化劑改變毒素結(jié)構(gòu)，將毒素轉(zhuǎn)化為無毒或低毒物質(zhì)。DON的物理化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，利用傳統(tǒng)的物理和化學(xué)脫毒方法具有局限性，比如會(huì)造成營養(yǎng)物質(zhì)的損失、試劑殘留和對(duì)環(huán)境的二次污染等[71]。生物脫毒是利用微生物或者酶制劑將真菌毒素轉(zhuǎn)化為低毒甚至無毒的代謝產(chǎn)物，解毒效果較明顯，該方法備受推崇[72]。近年來，微生物脫毒技術(shù)是飼料和食品的真菌毒素脫毒方法中最具有發(fā)展前景和潛力的脫毒方法，具有高效、低毒、特異性強(qiáng)、不損害營養(yǎng)物質(zhì)等優(yōu)點(diǎn)[73]。微生物對(duì)DON的解毒代謝途經(jīng)主要有C12、13位脫環(huán)氧以及C3位氧化和C3位差向異構(gòu)化等，將DON代謝轉(zhuǎn)化為無毒或者低毒的產(chǎn)物，從而達(dá)到解毒作用。

脫環(huán)氧代謝是將DON分子的C12、13位環(huán)氧結(jié)構(gòu)還原成C9、12二烯結(jié)構(gòu)，形成脫環(huán)氧代謝產(chǎn)物DOM-1(Deepoxy-4-deoxynivalenol)，其相對(duì)于母體化合物幾乎無毒[74]。Fuchs等[75]從牛的瘤胃中分離到的第1株純培養(yǎng)的厭氧優(yōu)桿菌屬EubacteriumBBSH797菌株可將DON脫環(huán)氧代謝為無毒代謝產(chǎn)物，該菌株目前已被開發(fā)成飼料添加劑進(jìn)行商品化應(yīng)用。此外，從雞腸道中分離出的梭狀芽孢桿菌Clostridiumsp. WJ06和芽孢桿菌Bacillussp.LS100均能將DON進(jìn)行脫環(huán)氧代謝，將其添加到有DON污染的飼料中均可明顯地改善豬的生長性狀[76-77]。我們?cè)陔u腸道中相繼分離獲得2株DON脫環(huán)氧代謝菌株伊格爾茲氏菌Eggerthellasp. DII-9和史雷克氏菌Slackiasp. D-G6，這2株菌株均可在48 h內(nèi)將40～50 μg DON代謝轉(zhuǎn)為DOM-1，是目前全球范圍內(nèi)對(duì)DON脫環(huán)氧代謝效率最高的菌株[78-79]。此外，史雷克氏菌Slackiasp. D-G6還可以將大豆異黃酮降解轉(zhuǎn)化為雌馬酚，雌馬酚具有抗氧化和抗腫瘤等功能，提示Slackiasp. D-G6不僅具備降解DON的能力，還具備潛在的益生菌功能，具有良好的應(yīng)用前景[79]。He等[80]從土壤樣品中分離得到脫硫桿菌Desulfitobacteriumsp. PGC-3-9，該菌能將DON進(jìn)行脫環(huán)氧代謝。然而，微生物將DON進(jìn)行脫環(huán)氧代謝的機(jī)制尚不清楚。

C3位氧化是將C3位的羥基氧化成酮基，形成低毒產(chǎn)物3-keto-DON，毒性降低至DON的1/10。Shima等[81]從土壤樣品中分離到的農(nóng)桿菌Agrobacterium-RhizobiumE3-39菌株能將DON代謝為3-keto-DON。趙麗紅課題組從中國渤海的海水樣品中分離到耐鹽海桿菌PelagibacteriumhalotoleransANSP101菌株，該菌株可將 DON 轉(zhuǎn)化為3-keto-DON[82]，并且近期研究發(fā)現(xiàn)是ANSP101菌株的脫氫酶DDH將DON氧化為3-keto-DON[83]。

DON的C3位差向異構(gòu)化被證明是由2步反應(yīng)組成，第1步是DON的C3位羥基發(fā)生氧化脫氫反應(yīng)形成酮基，使DON(R構(gòu)象)轉(zhuǎn)化為3-keto-DON；第2步是3-keto-DON的C3位酮基被還原成S構(gòu)象的羥基，形成無毒的3-epi-DON[84]。He等[85]從苜蓿Medicago sativa的土壤樣品中篩選獲得1株可將DON代謝為3-epi-DON的德沃斯氏菌Devosiasp. 17-2-E-8。Devosiasp. 17-2-E-8對(duì)DON異構(gòu)化需要2步催化反應(yīng)，第1步是由吡咯喹啉醌依賴的脫氫酶DepA將DON氧化為3-keto-DON，第2步是由還原型輔酶Ⅱ(NADPH)依賴的脫氫酶DepB催化3-keto-DON還原為3-epi-DON[86-87]。此外，廖玉才課題組也在土壤樣品中分離得到2株可降解DON的菌株，分別為鞘氨醇單胞菌Sphingomonassp. S3-4和德沃斯氏菌Devosiasp. D6-9，其中Devosiasp. D6-9菌株也是先通過脫氫酶QDDH將DON氧化為3-keto-DON，再由N A D P H依賴的醛酮還原酶A K R 13 B 2和AKR6D1將3-keto-DON轉(zhuǎn)化為3-epi-DON[88]，而Sphingomonassp. S3-4菌株則是通過醛酮還原酶超家族AKR18A1酶將DON催化為3-keto-DON，3-keto-DON 進(jìn)一步被未知的酶轉(zhuǎn)化為3-epi-DON[89]。除了德沃斯氏菌以外，Paradevosia shaoguanensisDDB001和類諾卡氏菌Nocardioidessp. WSN05-2菌株均能將 DON 轉(zhuǎn)化為3-epi-DON[90-91]，含有不動(dòng)桿菌屬Acinetobacter、里德拜特氏菌Leadbetterella和出芽菌屬Gemmata的混合培養(yǎng)微生物也可將 DON轉(zhuǎn)化為3-epi-DON[92]。類諾卡氏菌Nocardioidessp. ZHH-013也能將DON轉(zhuǎn)化為3-keto-DON和3-epi-DON，其中3-keto-DON是轉(zhuǎn)化為3-epi-DON的必要中間產(chǎn)物，并且Nocardioidessp. ZHH-013還能代謝3-epi-DON[93]。然而，關(guān)于這些菌株中參與代謝DON的關(guān)鍵酶或者基因等的研究鮮見報(bào)道。

4 總結(jié)與展望

真菌毒素可在食物鏈的各個(gè)環(huán)節(jié)污染農(nóng)作物、飼料原料和飼料等，我國真菌毒素污染的嚴(yán)重程度遠(yuǎn)超過世界平均水平，其中DON是污染最普遍的真菌毒素之一，其毒性機(jī)理和代謝轉(zhuǎn)化一直是農(nóng)業(yè)領(lǐng)域和食品領(lǐng)域的熱門研究課題。盡管當(dāng)前的研究能夠闡釋部分DON的細(xì)胞毒理機(jī)制，包括核糖體應(yīng)激、氧化應(yīng)激、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激以及復(fù)雜交互的分子信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路等，但是關(guān)于DON發(fā)揮細(xì)胞毒性的首要靶點(diǎn)尚不能明確，以及DON誘導(dǎo)豬等動(dòng)物發(fā)生嘔吐和厭食等中毒病癥的發(fā)生機(jī)制也尚未闡明。未來的研究重點(diǎn)仍需要闡明DON的分子毒理機(jī)制以及細(xì)胞毒理與動(dòng)物中毒病癥發(fā)生機(jī)制的內(nèi)在聯(lián)系，研發(fā)治療DON中毒病癥的特效解毒劑。益生菌、植物活性物質(zhì)、中草藥和抗氧化劑等生物制劑可緩解DON的毒性作用，具有良好的應(yīng)用前景，但是仍需進(jìn)一步評(píng)估這些生物制劑作為飼料添加劑的安全性、有效性和可行性等。

關(guān)于DON的微生物脫毒機(jī)理，雖然目前已經(jīng)發(fā)現(xiàn)并確定參與DON的C3位氧化和異構(gòu)化的酶，但是當(dāng)前鑒定和挖掘的酶資源仍然十分有限，另外，C12、13位的環(huán)氧基是單端孢霉烯族毒素的活性基團(tuán)，DON的C3位氧化和異構(gòu)化代謝產(chǎn)物中的環(huán)氧基尚未被破壞，在某些條件下是否會(huì)對(duì)機(jī)體產(chǎn)生不利的影響還不得而知，且DON代謝轉(zhuǎn)化為3-keto-DON和3-epi-DON的過程可能是可逆的，這些因素都在一定程度上限制了DON的C3位氧化和異構(gòu)化的微生物和酶制劑等的開發(fā)和應(yīng)用。利用微生物或酶制劑將DON脫環(huán)氧代謝是最具有應(yīng)用前景的生物脫毒方式，目前商品化脫環(huán)氧代謝微生物BBSH797是國外的專利產(chǎn)品，我國作為畜牧養(yǎng)殖和飼料生產(chǎn)大國，急需開發(fā)有自主產(chǎn)權(quán)可商品化的脫環(huán)氧代謝菌株和酶制劑等。雖然已經(jīng)有多株菌株被報(bào)道具有脫環(huán)氧代謝DON的功能，但是可純培養(yǎng)的菌株數(shù)量仍然有限，對(duì)其脫環(huán)氧代謝的關(guān)鍵基因和機(jī)制尚未闡明，因此，還需要進(jìn)一步研究DON的脫環(huán)氧代謝機(jī)制。目前較為可行的方案是篩選降解能力強(qiáng)的多種脫環(huán)氧代謝菌株，擴(kuò)充微生物庫資源，通過比較基因組學(xué)和轉(zhuǎn)錄組分析等多種技術(shù)方法篩選鑒定脫環(huán)氧代謝的關(guān)鍵基因，評(píng)價(jià)和優(yōu)化脫毒微生物或活性酶脫毒效果等，使其能應(yīng)用于食品和飼料工業(yè)的生產(chǎn)實(shí)踐。綜上所述，開發(fā)微生物或酶制劑進(jìn)行飼料脫毒，從源頭控制畜禽攝入真菌毒素，尋找治療畜禽真菌毒素中毒病的有效藥物，阻斷真菌毒素對(duì)畜禽的機(jī)體損傷，是真菌毒素研究領(lǐng)域的重點(diǎn)和難點(diǎn)。