霉菌毒素对肾细胞DNA损伤的研究进展
霉菌毒素对动物肾脏的损伤主要表现为损害动物的肾小管和肾小球。研究者主要选择非洲绿猴肾上皮细胞 Vero 和人类胚胎肾细胞HEK293 作为体外模型研究霉菌毒素对肾细胞的破坏作用。其他如肾小管上皮细胞 HK-2、雄性大鼠肾细胞 NRK 和人类原代细胞也可用来研究霉菌毒素对肾细胞 DNA 的损伤情况。
霉菌毒素可改变细胞活性氧的水平造成细胞氧化应激，并伴随 DNA 片段的改变。MDA 是膜脂过氧化最重要的产物之一，细胞在逆境下遭受伤害与活性氧积累诱发的膜脂过氧化作用密切相关；T-2 毒素是单端孢霉烯族化合物之一，可引起白细胞缺乏症。Bouaziz 等发现 T-2 毒素处理Vero 细胞后，以剂量依赖方式降低 Vero 细胞活力，增加 MDA 的释放量，造成氧化损伤；琼脂糖凝胶电泳结果表明，DNA 链发生断裂，DNA 碎片数量增加，引起 Vero 细胞 DNA 损伤；并且，T-2 毒素能够激活 caspase-3 蛋白，随着浓度增加，caspase-3蛋白生成量增加，引起细胞凋亡。OTA 靶器官是肾脏，可以引起地方性肾病，Arbillaga 等验证了OTA 对HK -2 细胞 DNA 的损伤，彗星试验结果显示，OTA 不会引起单链 DNA 断裂导致的 DNA 损伤，但加入半胱氨酸时能够抑制 OTA 对细胞氧化物的生成，在肾细胞中不能观察出 OTA 造成 DNA损伤。同时，Lebrun 等通过彗星试验发现，OTA 可以延长 Madin Darby 犬肾细胞 MDCK 彗星尾部长度，引起 MDCK 细胞 DNA 损伤，添加甲氨喋呤能够对 OTA 的毒性起到抑制作用。霉菌毒素通过诱导氧化物的产生对肾细胞 DNA 产生损伤，通过添加氨基酸类和嘌呤嘧啶类药影响细胞毒性作用具有创新意义，具体作用机制需要从分子水平上进一步研究。
霉菌毒素可通过改变细胞内酶和蛋白质的表达间接的改变细胞 DNA 水平。p38 激酶和促分裂原激活蛋白激酶(mitogen-activated protein kinases，MAPK )调节细胞周期和影响蛋白质表达的重要通路，曲霉菌产生的棒曲霉素 ( patulin，PAT ) 对HEK293 细胞活力和 DNA 损伤并不产生影响，但可以时间和剂量方式通过促进 p38 激酶而不是MAPK 的表达导致细胞凋亡。Cavin 等将OTA 作用于雄性大鼠肾细胞 NRK 中，能够介导诱导型一氧化氮合酶( i NOS) 的生成，硝基酪氨酸残基含量明显增加，引起亚硝化应激反应，增加细胞DNA 碱基位点水平，加入 i NOS 抑制剂后，并没有削弱 DNA 碱基位点水平的增加，这一发现能够说明 OTA 诱导的氧化损伤是引起 DNA 损伤的重要原因，可为研究 OTA 的致癌机制提供依据。DNA 含量的改变可影响细胞有丝分裂过程。Weidner 等研究表明，低浓度(0.1 μg /mL) T-2毒素没有改变人类原代肾细胞 G1 期 DNA 含量，不能引起细胞凋亡；高浓度( 1 和10 μg /m L ) T-2毒素处理人类原代肾细胞 24 h 后，G1 期 DNA 含量也未发生变化，但 48 h 后 G1 期 DNA 含量显著增高，细胞周期停滞在 G1 /M 时期，细胞发生坏死。同时，Chang 等研究发现，具有肾毒性的桔霉素 ( citrinin，CTN )作用于人类胚胎肾细胞HEK293，以剂量依赖性方式使细胞周期停滞在G2 / M 期，与对照组相比，染色体数目变化高于对照组 4.3 倍，体内体外试验表明，CTN 以剂量依赖方式抑制微管蛋白聚合，由此说明，CTN 诱导染色体畸变使细胞停滞在 G2 /M 期与抑制微管蛋白聚合和纺锤体的形成相关。因此，霉菌毒素通过改变细胞 DNA 含量，影响细胞有丝分裂过程，降低细胞活力。
以上研究结果表明，研究霉菌毒素对肾细胞的影响选择的肾细胞种类较多，但 HEK293 细胞既能研究蛋白质表达也能作为 DNA 损伤的研究模型，霉菌毒素可能通过改变肾细胞活性氧的表达水平，激活或抑制 DNA 合成相关酶和蛋白质的表达，从而改变细胞 DNA 的水平，使染色体发生异常，最终使细胞有丝分裂周期停滞，影响细胞的生长繁殖。但不同剂量霉菌毒素对肾细胞存活率的影响不同，由此猜想，影响细胞凋亡是霉菌毒素发挥毒性的途径之一，不同剂量的霉菌毒素影响肾细胞存活率有不同的作用机制，多种霉菌毒素是否具有相同的作用机制，需要进一步研究。
转载自《动物营养学报》
《霉菌毒素对多种细胞DNA损伤的研究进展》
作者：张焕，王加启，高亚男等
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