抗氧化剂研究的新启示——抗单端孢霉烯类的抗氧化剂（四）

时间：2018-03-19 点击：1681

其他毒素清除方式

除了上述介绍的抗氧化剂和解毒剂外，还有一些比较常见的除去毒素的方法。包括细菌和酵母的生物转化和降解，及霉菌毒素吸附剂。生物转化是一种特殊的、不可逆转的、高效环保的较温和的毒素转化方式，既无毒素残留又不产生有毒的副产物，可将霉菌毒素转化成无毒或是低毒的代谢产物，这一方法目前已得到普遍认可（Wu Q）。在对霉菌毒素的生物转化过程中，微生物的分离和鉴定尤为关键（Awad WA）。乳酸菌（LAB）的具有抑制真菌生长和去除多种霉菌毒素（如DON和黄曲霉毒素）的能力。它是公认的安全的益生素（GRAS），它们可成为预防和控制谷物甚至是食品生产过程中控制真菌类如镰刀菌类的一种有效的生物防治手段（Leroy F, Franco TS）。越来越多的证据显示，LAB可以有效清除谷物中的单端孢霉烯毒素如T-2和DON。例如，Franco等人（2011）（Franco TS）通过体外方法对多个不同LAB的菌株的清除DON效果进行的评估发现，所有的独立菌株和及其工业发酵物均可抑制真菌生长并可降低DON水平（16.41-55.30％）。虽然机制尚不完全明确，但是大体能够确定，LAB的解毒能力与代谢性降解或细菌细胞壁的吸附有关（Dalié DKD）。在另一项研究中，比较了五个LAB菌株对呕吐毒素和T-2毒素的清除能力（Zou ZY）。结果发现，胚芽乳杆菌102菌株在37℃时，72小时对以上两种毒素的清除能力最强。近来，Zhao等（2016）（Zhao L）鉴定出了一类微生物菌落-Devosia sp. ANSB714，它可在24小时后降解97.34％的DON。小鼠日粮中的DON可降低其生长性能，并对小鼠的肝脏、肾脏和免疫功能均产生影响。而当日粮中加入ANSB714后，对这些影响起来明显的缓解作用。因此，Devosia sp.ANSB714菌落对家畜养殖行业可能会产生巨大影响。

除LAB外，白色念珠菌酵母也具有很强的降低谷物中T-2毒素水平的能力。如G. candidum 和 F. langsethiae之间的相互作用可使得T-2毒素的产毒量急剧下降93%（Gastélum-Martínez E）。虽然其中的机制尚不清楚，但我们推测酵母可将T-2毒素转化成另一种化合物或可抑制真菌的产毒。确实，McCormick等（2012）（McCormick SP）的研究证实，一些酵母菌可将T-2毒素转化为3-乙酰基-T-2毒素、T-2-3葡萄糖苷和新茄镰孢菌醇（NEO），这些物质比起母体化合物的毒性大大降低（Wu Q）。此外，无机物（活性炭）和有机物（酵母细胞壁）的混合吸附剂可在体外吸附DON。研究发现，当2.0％的活性炭和酵母细胞壁按照30:70（> 95.6％）的比例混合，并且持续孵化30,60或90分钟后，可达到最大吸附率（de Souza AF）。另有研究证实以酵母型饲料添加剂可以有效减轻由DON诱导猪的氧化应激（Weaver AC）。

微生物解毒法成为了替代物理和化学法来对DON污染的谷物进行解毒的另一种有效手段。最近的研究表明，新型的细菌Devosia mutans 17-2-E-8能够在有氧、温度适中、pH中性的条件下，将DON转化为无毒的立体异构体-3-epi-DON形式（He JW）。

而这个过程的本质实际上是一种具有较高解毒能力的酶在起作用。这些研究结果显示，根据实际饲喂条件，将分离得到的细菌加入被DON污染的饲料，这是一种清除DON的可行方法。另有试验通过将来源于细菌（Mycofix-S）的具有环氧酶活性的添加剂加入雄性肉鸡日粮，来评估其对T-2毒素的抑制作用（Diaz GJ），结果显示，当T-2毒素在2.5ppm时可显著降低体增重和采食量。而加入该添加剂后，这些影响被降低。对肉鸡对T-2的吸收情况的指标中评价发现，该添加剂能够显著降低肠道中淀粉酶活性，使得鸡十二指肠对T-2毒素的吸收率降低。

市面上常见的一些添加剂主要作用也是针对如何降低单端孢菌毒素的毒性（Schatzmayr G ,Huwig A），在饲料工业中使用的粘土，一方面可以起到防止饲料结块作用，另一方面也可作为霉菌毒素吸附剂（Weaver AC, Diaz GJ, Schatzmayr G, Huwig A, Ramos AJ, Choy JH）。例如，Weaver等（2013）（Weaver AC）研究发现，饲料添加剂粘土类和干酵母都可改善慢性DON中毒猪的生长和健康状况。日粮中的DON可通过增加单核细胞和免疫球蛋白水平来降低平均动物的采食量并改变免疫系统。还可通过肝脏造成肝胆管组织增生和扩大的形式对肝脏造成损伤。而该类添加剂可缓解DON对免疫系统个肝脏的影响，并可改善生长。臭氧化是另一种有效且快速的降解小麦尤其是小麦粉中的DON途径（Wang L）。另一方面，水溶性DON则可成为一种对水环境造成严重危险的有机物污染源头。

在湿处理时，可溶性毒素分子可从受DON污染的谷物中流出，这可对水环境造成很大的威胁。最近的研究显示（Bai X），ZnO /单层石墨烯混合物的表现出较高的光催化性能，可有效降解水中的DON（减少99%）。这项研究也给了石墨烯在对单端孢霉烯类降解和环境治理方面的应用提供了一个重要的参考。

这些解毒剂可被大致分为两类，即霉菌毒素结合剂和霉菌毒素改性剂或生物转化剂。后者包括细菌、真菌、酵母菌等微生物以及可以将毒素生物转化为无毒的形式的酶类。LAB就是一个可有效控制单端孢菌的生物防治手段，可将毒素转化为低毒的毒素副产物。另外，还有些细菌如Devosia mutans 17-2-E-8和Mycofix-S也可以将DON生物转化成无毒的化合物，同时可防止T-2毒素对十二指肠的损伤。尽管降解毒素有多种途径，但是在饲料添加剂行业中，市面上出现的可有效降解霉菌毒素如单端孢霉烯的添加剂种类却相对较少。且迄今为止证实的生物转化剂如LAB和酵母也仍然局限于实验室研究。在市场趋势下，寻找如何将这些物质真正市场化去运用到饲料中，必成为未来的发展方向。

总结

单端孢霉烯的最重要的毒性机制就是抑制真核的蛋白合成和氧化应激。它们可产生自由基，如ROS，诱发脂质过氧化并破坏细胞膜的完整性，改变细胞氧化还原信号传导和细胞抗氧化系统。DNA损伤与之有关，但是先于ROS产生和脂质过氧化。氧化应激可诱导MAPK信号激活，同时诱导激活半胱氨酸蛋白酶介导的细胞凋亡途径。因此，可见，氧化应激在单端孢霉烯类的毒性中扮演重要角色。值得注意的是，细胞有他们自身的抵抗这些毒素的抗氧化剂防御系统，细胞可通过对氧化应激的做出适应性调节，用有效的方式与毒素结合，这也是今后研究的重点。

正因为氧化应激在单端孢菌毒素发挥作用的关键机制，研究人员正努力寻找对预防单端孢霉烯诱发氧化应激和相关的免疫毒性的有效途径。而这些途径就包括维生素、槲皮素、硒、葡甘露聚糖、氨基酸、核苷酸、抗菌肽、细菌、多不饱和脂肪酸、寡糖和一些植物提取物。因此，这些抗氧化剂也被视为新的单端孢菌毒素的有效措施。我们得出这样的结论：这些化合物通过多种机制来抑制氧化应激，如减少ROS产生（NAC，EGCG）、减少DNA损伤（核苷酸和辅酶Q10）、减少脂质过氧化（维生素A，E和C、葡甘露聚糖和芦丁）、增加抗氧化酶活性（LA，胚芽乳杆菌JM113，NAC和槲皮素）、阻断MAPK信号通路（SeCS）、下调炎症信号因子NF-κB和COX-2的mRNA表达量、抑制claudin 3和CXCL8的mRNA过表达（GOS）或抑制抑制线粒体肿胀和Cyt-c释放（L-肉碱）。

这些化合物也同样会被运用到其他类毒素的清除中。例如，另一种广泛传播的霉菌毒素-赭曲霉毒素A（OTA）（Wu Q）可抑制蛋白质合成和能量的产生，并诱导氧化应激和刺激DNA加合物形成，可诱导细胞凋亡/坏死和细胞周期阻滞（Kőszegi T）。类似于前文说述的对单端孢霉烯类的作用，维生素A，C，E，EGCG和槲皮素可促进肾细胞增殖并减少OTA介导的ROS产生和DNA片段化（Costa S , Baldi A, Ramyaa P）。对这些抗氧化剂作用机制的了解，有助于我们开发新的霉菌毒素解毒方法和新的毒素控制方案。在未来的研究中，需要在动物和人的体内抗氧化研究上投入更多的关注。

正如以上论述，通过饮食添加抗氧化剂可有效减轻氧化应激水平（Finkel T）。此外，早有研究发现（Finkel T，Finkel T，Ozben T），一些蛋白具有清除过氧化物和过氧化氢的作用，包括过氧化氢酶、谷胱甘肽过氧化物酶、硫氧还蛋白和过氧化物氧还蛋白家族。同时，还有一些非蛋白类清除剂如抗坏血酸和谷胱甘肽（Finkel T），都可以减少毒素引起的氧化应激。但是想要获得这些物质的有效的供给方案，就需要我们对其药理性质，包括吸收率，组织分配，代谢和所处的微环境做一个详细的了解（Finkel T）。有意思的是，研究发现，一种恶性致命菌-分枝杆菌结核病（Mtb）被变体后，可反过来通过促进多种酶的表达来清除自由基，从而起到抑制氧化应激的作用（Köster S Upadhyay S）。值得注意是，一种新的由过氧化氢酶和过氧亚硝酸盐还原酶组成的多组分蛋白复合物已被证实具有较好的抑制氧化应激的作用（Bryk R）。在研究抗单端孢霉烯类毒素引起的氧化应激时，多组分蛋白复合物也将可为今后的总要的研究方向。

除了如上所述抗氧化和解毒剂外，市面上出现的还有一些常见的毒素清除方案，如细菌和酵母生物转化和降解以及霉菌毒素吸附剂。生物反应是一个特定的、不可逆转的、高效环保的方法，在解毒时既无毒性残留，又不生成任何有毒的副产物，且生物可将霉菌毒素转化成无毒或是低毒的代谢产物，因此，生物转化被公认为是今后研究如何清除霉菌毒素的最具前景的研究方向。最后应指出，在生活中，对食物的烘焙，煮，煎，蒸和挤压等烹饪过程也可以对控制和清除霉菌毒素有一定的作用（Wu Q, Schmidt H）。

译者：胡健江苏奥迈生物科技有限公司

文献来源-“Antioxidant agents against trichothecenes: new hints for oxidative stress treatment” Oncotarget, 2017, Vol. 8, (No. 66), pp: 110708-110726

作者：江苏奥迈胡健，转载请注明出处