黄曲霉毒素的危害和防治

中国畜牧兽医　2005年第32卷第12期　　　　　　　　　　　　　　　　健康养殖专家　　上海征泰协办　　　G 5

黄曲霉毒素的危害和防治

冯建蕾

(浙江大学饲料研究所, 杭州　310029)

摘要:霉菌是广泛存在于自然界的一类真核生物, 一些霉菌产生的霉菌毒素对食品和饲料的污染影响了谷物原料、食品和饲料贸易的正常进行, 直接危害了人和动物的健康。在已知的霉菌毒素中, 黄曲霉毒素的危害最大, 研究的也最多。作者就黄曲霉毒素的产生、毒理学、危害、预防和去除等内容作一综述。

关键词:黄曲霉毒素; 代谢; 危害; 防治

中图分类号:S949. 32　　　　　文献标识码:B 　　　　　文章编号:1671-7236(2005) 12-00G 5-03

　　目前发现的真菌种类保守地估计也已经超过100000种(Esser 等, 1996) , 其中已知能够产生霉菌毒素的主要有3大类, 即曲霉菌、青霉菌和镰刀霉菌。曲霉菌在全球范围内分布相当广泛, 主要集中在亚热带和温带, 在高温低湿的环境中, 曲霉菌最容易侵染农作物并产生霉菌毒素。青霉菌和镰刀霉菌生长并产生霉菌毒素的环境条件均比曲霉菌宽松, 通常在农作物籽实的收获前期和贮存期容易感染。

霉菌毒素对动物体和人体健康的威胁是一方面, 而产生这些毒素的真菌本身对禾谷类植物体的侵害也是一个相当大的经济问题和食品安全问题, 它影响着全球谷物原料市场、食品和饲料市场贸易的正常进行。对各种霉菌毒素及其所引起的疾病的研究, 最终目的就是为了提高食品的安全性, 以最大限度地维护动物和人类的健康。尽管霉菌毒素总的种类和数量目前还不十分清楚, 但霉菌潜在的有毒代谢产物估计有数千种之多。在已经发现的霉菌毒素中, 黄曲霉毒素的研究最为深入和广泛。1　黄曲霉毒素的产生

已知能够产生黄曲霉毒素的真菌有4种, 它们都属于曲霉类真菌, 分别是黄曲霉菌(A . f lavus ) 、寄生曲霉菌(A . p arasiticus ) 、A . nomius 和A . p seudotamar ii 。前两种真菌有相似的生存环境, 能够在玉米粒、花生籽、棉花籽、杏仁和开心果等多种食物中生长并产生黄曲霉毒素。黄曲霉类真菌的接种源可能是以空气、土壤或昆虫为媒介的繁殖体。这些繁殖体可能是无性孢子、菌丝体、菌核或者是多种繁殖体类型的综合体。黄曲霉菌群生长所需的最低温度为6～8℃, 最高温度为44～47℃, 最适温度为

收稿日期:2005-12-06

作者简介:冯建蕾(1979-) , 男, 河南人, 博士生, 研究方向:霉菌

28～38℃, 无性繁殖最适相对湿度为85%, 如果周围环境条件适宜, 霉菌能够直接或经由虫蛀的破口侵染作物籽实。作物籽实的水分含量在15%～32%时, 尤其是17%左右时黄曲霉菌最容易生长并持续产毒。持续干旱时期, 在温度低于25℃或高于32℃时, 霉菌不会产生黄曲霉毒素, 黄曲霉菌生长并产毒的最高温度为30. 5℃。在自然条件下, 尽管昆虫并不是黄曲霉毒素产生的必要条件, 但是它们的存在却能够大大提高黄曲霉毒素污染的水平, 严重的毒素污染情况几乎都和昆虫对作物籽粒的破坏有关。

黄曲霉毒素是一类结构和理化性质相似的真菌次级代谢物, 是自然界中已经发现的理化性质最稳定的一类霉菌毒素。在所有黄曲霉毒素中, B 1的毒性最强, 是氰化钾的10倍, 砒霜的68倍, 常见的几种黄曲霉毒素的毒性按大小顺序排列依次是B 1、M 1、G 1、B 2和G 2, 而且B 1已经被国际癌症研究机构确定为I 类致癌物。

2　黄曲霉毒素的毒理学

AFB 1的活化对其在各种器官组织中发挥作用很重要。A FB 1本身并不具有致癌性, 在经运输通过细胞膜后, AFB 1分子被微粒体(滑面/管状内质网相关的) 上的混和功能单氧酶(需要细胞色素P 450, NA DPH 和分子氧) 活化形成具有高致癌活性的AFB 1-8, 9-环氧化物。微粒体单氧酶系统也负责把AFB 1转化为极性分子, 如AFM 1、AFP 1、AFQ 1等。AFP 1、AFQ 1、AFM 1能够被肝细胞清除, 与核酸和蛋白质结合的AFB 1-8, 9-环氧化物被认为是AFB 1的致癌形式。AFB 1的解毒反应总会涉及到葡萄糖醛酸、硫和谷光甘肽等物质(Hsieh , 1987) 。最主要的解毒反应是活性环氧化物与谷光甘肽的结合(由GST 介导) 。AFB 1-谷光甘肽复合物主要通过

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微生物水解并释放出AFB 1, 随后AFB 1又被重吸收进入肝肠循环(Hsieh 等, 1982) 。AFB 1-8, 9-环氧化物还可能经UDP-葡萄糖醛酸转移酶, 磺基转移酶和氧化-还原系统作用后而被解毒(Hayes 等, 1991) 。大多数其它形式的黄曲霉毒素都形成葡萄糖苷酸和硫酸盐合成物, 随后经尿排出(Wong 等, 1980) 。AFB 1(或其环氧化物) 可以经羟基化形成AFQ 1和AFM 1, 或脱甲基形成AFP 1。不同动物对AFB 1的相对抵抗性和易感性很可能与AFB 1活化的差异性以及将A FB 1转化为不同加成物并排除的能力的差异性有关(Hsieh 等, 1977) 。3　黄曲霉毒素的危害

3. 1　对生物大分子代谢的影响

3. 1. 1　对核酸的影响　AFB 1的一个主要代谢结果就是对高分子生物合成的抑制, 致使一些重要高分子不能发生置换, 特别是功能性蛋白, 很可能会导致细胞的死亡(Hsieh , 1987) 。最先发现的AFB 1对组织和细胞的影响, 其中一个就是抑制DNA 合成。在肝脏中, 毒素聚集会引起DNA 合成抑制, 但却不影响RNA 或蛋白质的合成, 表明干扰DNA 合成是一个初步的生化反应结果(M eneghini 等, 1977) 。AFB 1与DNA 或蛋白质的共价结合可能会导致DNA 模板活性改变或DNA 合成过程中的某些酶的失活(Hsieh , 1987) 。AFB 1与膜蛋白的共价结合也可能会使胸腺嘧啶脱氧核苷和其它DNA 合成所必需的核苷前体物的吸收下降(Kunimo to 等, 1974) 。

3. 1. 2　对蛋白质、糖类和脂类代谢的影响　AFB 1抑制蛋白质合成的直接原因可能是由于蛋白质生物合成酶的失活, 间接原因可能是由于DNA 模板活性的改变, 或RNA 合成、成熟、翻译受到抑制, 或氨基酸转运被阻断(Hsieh, 1987) 。

有些动物种类在摄入AFB 1后, 会出现肝糖水平下降和血糖水平上升的情况(Kiessling , 1986) 。原因可能是肝糖酶的抑制(如肝糖合成酶) , 肝糖元生成的抑制, 葡萄糖转运进入肝细胞的减少, 糖元前体物代谢酶类活性的提高(如G -6-P 脱氢酶) (Kiessling , 1986; Hsieh, 1987) 。

日常水平AFB 1引起的脂类运输或合成的变化不会影响生长率或RNA 的合成(Hsieh , 1987) 。对小鸡来说, AFB 1不仅影响脂类合成与运输, 而且影响脂类的吸收和降解。因此, 对甘油三酯运输的破坏是一种初级损害, 而不是由于核酸代谢被破坏以后神经末梢中乙酰胆碱的释放, 间接地通过类胆碱功能系统来引起豚鼠回肠的收缩, 这个可以用来解释AFB 1在人和动物胃肠道中引起的急性中毒。3. 2　对免疫系统的影响　目前已经有很多综述性文章报道AFB 1对试验动物的免疫反应造成损害。总的来说, AFB 1对蛋白质合成的抑制会引起血清蛋白浓度的变化, 导致非特异性的体液物质的抑制。亚急性剂量的AFB 1致使豚鼠补体缺乏, 火鸡体内干扰素产生延迟, 淋巴因子的激活延迟。更高剂量的AFB 1会降低小鸡体内免疫球蛋白G 和A 的水平, 导致获得性免疫失常。

Pier (1992) 报道, AFB 1会降低接种疫苗后获得性免疫的功效。Pier 等(1986) 报道, 在体外AFB 1对B 淋巴细胞的作用会导致淋巴基因应答的抑制。18日龄鸡的胚胎经AFB 1作用后引起T 淋巴细胞(2倍) 和B 淋巴细胞(6～8倍) 的姐妹染色单体交换呈剂量相关的增加。低剂量的AFB 1也会呈剂量相关地引起人淋巴细胞有丝分裂的失常。

AFB 1通过影响细胞媒介免疫反应, 在火鸡和小鸡上引起T 淋巴细胞对植物血凝素响应的抑制, 胸腺萎缩和施用疫苗后的免疫失败(Pier 等, 1986) 。试验中还发现, AFB 1能够减少抗体的产生, 降低巨噬细胞的噬菌能力, 减少补体, 降低T 细胞的数量和功能并引起胸腺先天性萎缩。

AFB 1对体外的腹膜巨噬细胞作用会导致剂量相关细胞损伤的增加和巨噬细胞黏附能力的降低, 还有巨噬细胞中NO 产量的降低。巨噬细胞负责机体对肿瘤和微生物的非特异性免疫, 同时释放具有细胞毒性的化合物, 包括NO 。AFB 1能够影响信号分子的功能, 如鸟嘌呤核苷结合蛋白(G 蛋白) 、蛋白激酶C (PKC ) 和钙离子(Ca 2+) 。经AFB 1预处理过的巨噬细胞在受到脂多糖刺激后, 其PKC 活性和酪氨酸磷酸化活性显著降低。这个可能是由于AFB 1抑制了巨噬细胞中负责NO 产生的蛋白质磷酸化(由蛋白激酶介导的巨噬细胞内的信号转导) , 从而使NO 的生物合成减少。AFB 1对免疫系统的影响, 使得家畜很容易感染疾病, 导致生产性能的降低, 或因并发症而死亡。

3. 3　致突变、致畸、致癌作用子　AFB 1(确切地说是其环氧化物) 是黄曲霉毒素中致突变力最强的一种, 而且AFB 1的致突变能力与其致癌力密切相关(Sm ith 等, 1985) 。AFB 1能够在动植物细胞中引起染色体失常(染色体断裂, 染色单体桥接和破损) 和,

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它是蛋白质合成的有效抑制物, 能够影响原始细胞的发育和胎儿的分化。

AFB 1与DNA 的共价结合可能会抑制DNA 的甲基化, 从而改变基因表达和细胞分化。然后, 致癌基因可能被激活, 通过在已经发生改变的基因上产生可遗传的转录水平的突变, 促使哺乳动物细胞内致癌基因的转化形成(W ilson 等, 1983) 。4　黄曲霉毒素的预防和解毒措施

4. 1　黄曲霉毒素产生的预防措施　预防黄曲霉毒素的产生需要从农作物在田间的生长期、成熟期、收获、运输、贮存和加工等多个环节着手。农作物在田间生长时, 优化其生长环境, 保证其正常生长所需的条件, 尤其是水, 应该保证水的充足供应, 在干旱条件下, 农作物感染霉菌的机会大大增加; 而且还会降低农作物对霉菌的抵抗力。在农作物还在田间生长时, 对其接种不产毒素的寄生曲霉或黄曲霉菌株, 使这些菌株与产毒菌株竞争营养物质和生存空间, 从而抑制产毒菌株的生长, 达到减少黄曲霉毒素的产生目的; 也可以施用杀虫剂, 减少有害昆虫对农作物及其籽实的破坏, 从而减少霉菌感染的机会。农产品收获后, 在运输、贮存和加工等环节也要严格控制水分含量, 贮存温度也最好保持在10℃以下。4. 2　黄曲霉毒素的解毒措施

4. 2. 1　物理方法　用于黄曲霉毒素脱毒处理的物理方法有:热处理、微波、紫外线、漂洗、溶剂提取、脱胚处理(主要用于玉米脱毒) 和吸附添加剂。生产中常采用的方法是在日粮中添加吸附剂来吸附动物消

化道内的黄曲霉毒素, 阻止机体对毒素的吸收, 从而

降低毒素对动物体的危害和毒素在动物产品中的残留。常用的吸附剂有水合铝硅酸钠钙盐(HSCAS) 、沸石、膨润土、粘土、蒙脱石、活性炭等。HSCAS 作为动物饲料中的抗结块添加剂, 在水相悬浮液中能够强力地结合黄曲霉毒素; 显著降低血液中黄曲霉毒素的水平和毒素向靶组织中的分布; 保护动物免受黄曲霉毒素的伤害; 降低牛奶中AFM 1的水平。原因是大多数黄曲霉毒素中都含有一个或多个可与HSCAS 反应的官能团, 能够紧紧地与H SCAS 结合在一起。

4. 2. 2　化学方法　在强碱强酸或强氧化剂等的作用下, 黄曲霉毒素结构被彻底破坏, 转变为无毒或低毒物质。谷物类的氨化处理也是一种有效的解毒方法, 在一定条件下可以大大降低花生粕和棉籽粕中的黄曲霉毒素, 如果反应时间足够长的话, 毒素结构的变化是不可逆的。用氨盐或氨水处理玉米、花生饼粕、棉籽可以其黄曲霉毒素水平下降约99%。亚硫酸氢盐在各种温度、浓度和时间条件下都能够与黄曲霉毒素形成水溶性产物。Doyle 等(1982) 报道, 每10ml 牛奶中添加0. 04g 亚硫酸氢钾能够在5m in 内使牛奶中的黄曲霉毒素M 1减少45%。Yag en 等(1989) 经过系统的研究, 提出了亚硫酸氢钠与AFB 1的络合物(AFB 1-S ) 结构, 并提出了可能的络合机理。AFB 1-S 络合物是否有生物活性还未见报道, 亚硫酸氢盐降低或灭活饲料和食品

中黄曲霉毒素的能力还有待进一步研究予以证实。

“征泰健康养殖专家”专栏有奖征文

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2005年6月