宋 佳，范 寰，閆 雪，王文杰，趙 晨?

（1. 國家糧食和物資儲備局科學研究院，北京 100037；2. 天津市畜牧獸醫(yī)研究所，天津 300381；3. 新希望六和股份有限公司/農(nóng)業(yè)農(nóng)村部飼料及畜禽產(chǎn)品質量安全控制重點實驗室，四川 成都 610023）

T-2毒素是單端孢霉烯族中常見的 A型真菌毒素之一，具有強毒性，在自然界中分布廣泛，常見于被鐮刀菌污染的田間作物或庫存谷物上，是糧食行業(yè)和畜牧業(yè)防治的重點之一。1968年T-2毒素晶體被Bamburg等人首次分離提純并確定其化學結構[1]（圖 1），T-2毒素逐漸走進人們的視野。T-2毒素化學名為 4β-15-二乙酰氧基-3α-羥基-8α-(3-甲基丁酰氧)-12,13-環(huán)氧單端孢霉-9-烯-3醇，分子式C24H34O9，是一種四環(huán)的倍半萜烯化合物，其中C-9、C-10位的雙鍵和C-12、C-13位的環(huán)氧環(huán)是 T-2毒素致毒的化學結構基礎[2]。T-2毒素的性質很穩(wěn)定，有強耐熱性和紫外耐受性，在常溫下放置6～7年，毒性不會降低，在高溫 200～210 ℃時處理約 40 min或浸泡在NaClO-NaOH溶液中至少4 h才可以滅活[3]。因此，在食物生產(chǎn)和加工過程中，對 T-2毒素的防范尤為重要。

圖1 T-2毒素晶體的化學結構

1 危害及其致毒機理

自上世紀中期在美國發(fā)現(xiàn)可以使飼料玉米感染從而導致動物出現(xiàn)中毒癥狀的名為 T-2的鐮刀菌菌株，并從該菌株中分離純化得到 T-2毒素晶體[4]，T-2毒素便引起世界各地的廣泛關注。T-2毒素因其毒性強、發(fā)病快，1973年在由聯(lián)合國糧食及農(nóng)業(yè)組織（FAO）和世界衛(wèi)生組織（WHO）召開的聯(lián)席會議上，將這類毒素同黃曲霉毒素一樣列為天然存在的最危險的食品污染源之一[5]。2011年，歐洲食品安全局（EFSA）再次指出谷物及谷物加工食品是 T-2毒素和其代謝衍生物HT-2毒素的主要污染對象，并規(guī)定了T-2毒素及HT-2毒素的人類最小攝入量為100 ng/kg.b.w[6]。國際衛(wèi)生和糧農(nóng)組織（JEFCA）認為，T-2毒素及其代謝衍生物HT-2的毒性作用無法被短時間消除，因此規(guī)定，最大可耐受日攝入量為60 ng/kg.b.w[7]。由于 T-2毒素的高穩(wěn)定性和對人畜的強毒性，一些研究也將其納入生物武器的陣列[8]。

1.1 動物中毒癥狀

T-2毒素除了會導致動物產(chǎn)生惡心、頭暈、消化道灼熱、心跳過速等食物中毒的癥狀以外[9]，還會對動物血液系統(tǒng)、免疫系統(tǒng)、神經(jīng)系統(tǒng)、生殖系統(tǒng)、骨骼系統(tǒng)、肝臟等部位造成嚴重的損傷。如：T-2毒素會讓大鼠患上心肌病、產(chǎn)生大腦損傷等[10-11]。投喂小鼠含有 T-2毒素的食物，無論雌雄，小鼠的生殖器官都會發(fā)生萎縮，精子質量下降，排卵被抑制，生殖系統(tǒng)相關細胞也會出現(xiàn)不同程度的損傷[12]。貓在感染T-2毒素的一段時間內(nèi)會逐漸出現(xiàn)全身性疲倦、厭食嘔吐、后腿失調(diào)、白細胞減少、顯現(xiàn)與免疫系統(tǒng)疾病有關的淀粉樣變等明顯的中毒跡象[13]。4.97 mg/kg劑量的 T-2毒素就可以殺死 50%與人類飲食密不可分的肉雞，該劑量不到黃曲霉毒素LD50的75%[14]。水生動物也同樣難逃T-2毒素的毒害，飲食中的T-2毒素會使蝦腸絨毛消失，粘膜變性壞死從而抑制蝦的生長[15]。T-2毒素還會降低中華絨螯蟹的生長性能，惡化健康狀況并引起肝胰腺功能障礙[16]。而且 T-2毒素和其代謝衍生物會殘留在動物的可食性組織中[17]，人一旦食用這些被T-2毒素感染過的動物，甚至有調(diào)查表明只是喝過幾百毫升被霉菌感染過的水果榨成的果汁[18]，就會產(chǎn)生中毒現(xiàn)象，中毒量大或治療不及時會致人死亡[19]。除上述所述的急性毒性癥狀，ATA病、大骨節(jié)病等疾病也被證明與長期低劑量攝入T-2毒素存在直接關系[14,20]。

1.2 T-2毒素致毒機理

結合近年來關于 T-2毒素的文獻報道，發(fā)現(xiàn)T-2毒素的致毒機理主要有以下方面：①抑制蛋白質的合成。這會導致細胞膜的結構、體內(nèi)酶系等一系列的生命狀態(tài)發(fā)生改變。②細胞毒性。主要包括：氧化應激反應，DNA損傷，細胞周期阻滯，線粒體功能障礙等。③誘導細胞凋亡和程序性細胞死亡[21]。值得注意的是，上述致毒機理在動物體內(nèi)并不完全是單一或并列的關系，比如，T-2毒素會先誘導人肝臟 7702細胞氧化應激從而導致線粒體分裂融合失衡，最終激活細胞凋亡引起肝臟損傷[22]。所以，T-2毒素的致毒機理其實是復雜且多樣的。近年來，隨著分子生物學的發(fā)展，T-2毒素的致毒機理所涉及的更為細致的信號通路也被越來越多的曝光。MAPK[23]、caspase-3[24]、IRE1/XBP1[25]、DRP-1[26]、AQP4[27]等眾多信號通路都被證明會參與T-2毒素的致毒過程。

T-2毒素對糧食谷物污染的廣泛性和對人畜巨大的毒性，使 T-2毒素脫毒成為一個迫切的研究問題。

2 T-2毒素脫毒

T-2毒素常見的脫毒方式有三種，即物理脫毒（高溫、吸附、輻照）、化學脫毒（堿化、氧化、降解）和生物脫毒（吸附、降解）。

2.1 物理脫毒

T-2毒素性質穩(wěn)定，121 ℃持續(xù)1～2 h其毒性也不會發(fā)生改變，升溫至210 ℃處理30～40 min后T-2毒素的毒性結構才發(fā)生改變[28]。吸附法是與高溫脫毒相比更為常用的物理脫毒方法，其主要機理是吸附劑與T-2毒結合形成無毒的復合體。常見的T-2毒素吸附劑有蒙脫石、沸石、硅藻土、活性炭、滑石粉等[29]，這些吸附劑對飼料及谷物中的 T-2毒素都有較高的脫除效率，但特異性較低，不能完全清除 T-2毒素。輻照脫毒也是物理脫毒常見方式之一，是指利用紫外線、γ射線、X射線等電離輻射射線，破壞毒素的化學結構，同時輻射對有害真菌的生長和T-2毒素的產(chǎn)生都有明顯的抑制作用。但目前關于輻射脫毒的研究仍處于初級階段，有待深入研究完善。

2.2 化學脫毒

T-2毒素在堿性條件下，結構會發(fā)生化，5%～8%的NaOH可以將85.5%～90.7%的T-2毒素結構破壞，(NH4)2CO3可除去 T-2毒素二分之一的毒性[30]，NaHCO3、NaClO也具有脫毒效果[31]。許多氧化試劑也可以和 T-2毒素的官能團反應，如臭氧會與T-2毒素的C-9、C-10位之間的雙鍵作用，致使其毒性下降[32]。但上述化學法（堿法、氧化）處理后，會使食品、飼料本身的營養(yǎng)物質遭到不同程度的破壞，所以近年來通過化學降解法實現(xiàn) T-2毒素脫毒的研究越來越多。樺樹酸（BA）可以通過調(diào)節(jié)小鼠JAK2/STAT3信號通路來減輕T-2-毒素誘導的睪丸氧化損傷[33]，大蒜衍生物PTS也可以對T-2毒素進行降解，使其毒性下降[34]。降解法解決了食品飼料中營養(yǎng)物質被破壞的問題，但化學降解后是否會帶來其它影響還有待進一步研究。

2.3 生物脫毒

生物法脫毒具有特異性好、污染小等優(yōu)點，是近年來單端孢霉烯族毒素研究的熱點之一。生物脫毒主要分為兩類：微生物脫毒和生物酶解脫毒。微生物脫毒是利用微生物對毒素的吸附能力或代謝為其他衍生物的方式，實現(xiàn)毒素的脫除；生物酶解脫毒是指生物代謝產(chǎn)生的酶與毒素作用，使毒素的結構發(fā)生改變生成低毒或無毒衍生物。

2.3.1 T-2毒素代謝衍生物

T-2毒素代謝衍生物種類較多，目前已經(jīng)鑒定結構的就有二十多種，其中常見的代謝衍生物有水解產(chǎn)物 HT-2（C-4位水解）、neosolaniol（C-8位水解，簡稱NEO）、T-2 Triol（C-4位、C-15位水解）、T-2 tetraol（C-4位、C-8位、C-15位水解）、羥基化產(chǎn)物3-OH-T-2（C-3位羥基化）等，這些代謝衍生物的毒性與 T-2毒素相比都有不同程度的降低[35]（圖2，表1）。部分代謝衍生物在特定條件下，環(huán)氧環(huán)結構被打開，生成幾乎無毒的脫環(huán)氧基產(chǎn)物 deepoxy HT-2、deepoxy T-2triol、deepoxy T-2 tetraol等[36]（圖3，表 2）。除這些常見的代謝衍生物，較 T-2毒素毒性降 低的代謝衍生物還有 4-deacetylneosolaniol、3-acetyl-HT-2等[37]。

圖2 T-2毒素及其代謝衍生物化學結構

2.3.2 微生物脫毒

圖3 T-2毒素脫環(huán)氧基代謝衍生物化學結構

表1 T-2毒素及其代謝物化學式

表2 T-2毒素脫環(huán)氧基代謝物化學式

土壤中豐富的菌群為 T-2毒素的降解提供了非常多的微生物來源。Ueno等通過用T-2毒素作為唯一碳源的培養(yǎng)基，證實了土壤中短小桿菌屬（Curtobacterium sp.）114-2菌株可以將T-2毒素生物轉化成多種代謝產(chǎn)物，如HT-2，NEO，T-2 Triol[38]。Beeton等從 20個地理來源的土壤和水域樣本中分離出17個細菌群落，其中芽生桿菌屬菌（Blastobacter natatorius）在5天內(nèi)將T-2毒素轉換成T-2triol，節(jié)桿屬菌（Atypical Arthrobacter sp.）可以繼續(xù)將T-2triol變成T-2 tetraol[39]。

動物消化系統(tǒng)中的豐富菌群也被多次證明可以將T-2毒素及其代謝衍生物脫環(huán)氧，進而將T-2毒素代謝為毒性更低的脫環(huán)氧基代謝衍生物。Swanson發(fā)現(xiàn)在大鼠的腸道微生物作用下 T-2毒素的代謝產(chǎn)物T-2 tetraol和3-OH-T-2可以改變這些物質中的環(huán)氧環(huán)結構，生成deepoxy T-2 tetraol和deepoxy 3-OH-T-2[40]。此后，百奧明公司基于從瘤胃中分離的細菌菌株BBSH 797，成功開發(fā)了微生物飼料脫毒制劑，也是目前唯一一株被應用為批量生產(chǎn)脫毒制劑的菌株[41]。2017年，華南農(nóng)業(yè)大學鄧詣群教授研究團隊，首次分離鑒定出一株人腸道厭氧細菌，命名為Eggerthella sp.D II-9，它也被證明可代謝T-2triol、T-2 tetraol和HT-2為脫環(huán)氧環(huán)結構的產(chǎn)物[42]。從瘤胃中還分離出三株菌株，溶纖維丁酸弧菌（Butyrivibrio fibrisolvens）StrainCE51、解脂厭氧弧菌（Anaerovibrio lipolytica）、反芻月形單胞菌（Selenomonas ruminantium），也被發(fā)現(xiàn)可以降解 T-2毒素，但未檢測到 T-2毒素的脫環(huán)氧基產(chǎn)物[31]。

表3 生物脫毒微生物和酶

2.3.3 生物酶解脫毒

肝臟內(nèi)酶系豐富，為降解 T-2毒素提供了多種生物酶。Johnsen等通過實驗發(fā)現(xiàn)，在大鼠肝微粒體中，pH=5.4的羧酸酯酶可以將T-2毒素代謝為 HT-2[43]。Lin等采用化學抑制法發(fā)現(xiàn)當 CYP酶抑制劑和羧酸酯酶抑制劑同時存在人肝微粒體中，只有3%的T-2毒素會發(fā)生代謝，同時證實在人肝微粒體中羧酸酯酶降解 T-2毒素產(chǎn)生的主要代謝物為HT-2，通過CYP3A4酶降解產(chǎn)生的主要代謝物為 3-OH-T-2[44]。除 CYP3A4酶外，CYP1A5、CYP3A37、CYP3A22、CYP3A29、CYP3A46等多個細胞色素酶家族成員也在動物肝細胞中被發(fā)現(xiàn)可以降解T-2毒素[45]。在豬、雞、小鼠等動物肝臟細胞內(nèi)，T-2毒素還可以生成NEO、T-2triol、T-2 tetraol、4-deacetylneosolaniol等多種產(chǎn)物[46]，雖然起到降解T-2毒素效果的物質未得到鑒定，但科學家推測這與肝臟中豐富的酶系存在必然聯(lián)系。

除酶系豐富的肝臟，人體白細胞中將 T-2毒素水解成HT-2毒素的酶和紅細胞中將T-2毒素水解成 NEO的酶均被特異性抑制劑鑒定為羧酸酯酶[47]。不僅僅在動物中，植物玉米中提純得到的脂酶CXEs也被發(fā)現(xiàn)會在T-2的C-4位置選擇性水解得到HT-2[48]。

3 展望

T-2毒素的污染造成的巨大經(jīng)濟損失的同時嚴重危害人類健康，如何有效地解決 T-2毒素污染是科研工作者應思考的問題。生物脫毒無疑是眾多脫毒方法中最有前景的。脫毒工藝的研制將有效促進糧食、畜牧行業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈的延伸和健康發(fā)展。然而，近年來關于 T-2毒素的酶及酶制劑的研究卻并不多，因此，挖掘高效降解酶、豐富降解菌株，開發(fā)高效降解 T-2毒素的脫毒酶制劑及微生態(tài)制劑是核心任務。