鄧 桃，袁青松，周 濤，江維克*，肖承鴻，楊昌貴，郭蘭萍

(1.貴州中醫(yī)藥大學，貴州貴陽 550025；2.中國中醫(yī)科學院中藥資源中心，北京 100700)

隨著中藥在重大疾病、常見病、疑難雜癥的防治上取得巨大的成果，中藥材的質量及用藥安全也越發(fā)受到重視。中藥材在種植、采收、運輸和貯藏過程中，因方法不當而發(fā)生真菌生長(霉變)和毒素積累，直接影響了中藥的質量與安全。玉米赤霉烯酮(zearalenone，ZEN)又稱為F-2毒素，由Stob等于1962年首次從赤霉病的玉米中分離得到，其化學結構為一種酚的二羥基苯酸內脂結構，是一種主要由鐮刀菌屬菌株產生的真菌毒素。ZEN及代謝產物具有雌激素樣效應、致癌性以及多種毒性，人類食用被其污染的食物會導致肝癌、睪丸癌、食道癌及青春期早熟等疾??；動物食用后則會影響繁殖機能，導致其繁殖機能紊亂。為保證食用安全，ZEN的膳食允許攝入量及其在各類產品中的含量也被世界上多個組織和國家進行了嚴格的規(guī)定，GB 2761—2011《糧食衛(wèi)生標準》規(guī)定供人類使用的谷物及其制品中ZEN的最高水平是60 μg/kg，2020版《中國藥典》也規(guī)定薏苡仁中ZEN不得超過500 μg/kg。

該研究對中藥材中ZEN污染現狀、ZEN脫毒方法以及ZEN生物降解機制等相關文獻進行了綜述，以期為預防中藥材的ZEN污染及其脫毒研究提供參考。

1 中藥材中ZEN污染現狀

近年來，隨著國內外對中藥材安全關注度的提高，中藥材中ZEN污染的報道也逐漸增多，不同藥用部位、不同基質的中藥材中ZEN污染情況不盡相同，筆者歸納整理了已報道的不同藥用部位中藥材中ZEN污染情況(表1)。由表1可知，ZEN在根及根莖類、果實種子類中藥材中污染較為廣泛，在富含淀粉的根及根莖類藥材中ZEN被檢出的最大值為4.53 μg/kg，最小值為0.04 μg/kg，在富含油脂類的果實種子類中藥材中ZEN污染最為嚴重，被檢出的最大值為325.00 μg/kg；葉、全草類中藥材污染報道較少，ZEN被檢出值為0.06～29.98 μg/kg；花類藥材中尚未發(fā)現ZEN的污染。ZEN在薏苡仁中污染最為嚴重，申紅紅等檢測了薏苡仁、白術、板藍根等25個中藥材及人參健脾丸、黃連上清丸等5個中藥制劑中的ZEN，結果8個薏苡仁樣品均含有ZEN，且其中3個超過了60 μg/kg。毛丹等對薏苡仁、麥芽、綠豆3種中藥材共11批樣品中的ZEN進行檢驗，結果4批薏苡仁均檢出ZEN，結果分別為325、30、268和178 μg/kg。張曉飛等檢測了薏苡仁、山楂、神曲、麥芽等107個中藥樣品中的ZEN，有8個陽性樣品均為薏苡仁，ZEN的含量在37.1～229.2 μg/kg。

除此之外，Gray等在不同來源的人參、西洋參根的提取物中檢出ZEN，其中人參根提取物中最高檢出量為11.7 mg/kg，西洋參根的提取物中最高檢出量為2.6 mg/kg。陳重均在黃芪顆粒劑中檢測到1.63 μg/kg的ZEN。

2 ZEN的脫毒方法

ZEN污染廣、毒性強、危害大，如何有效地預防和清除ZEN污染是研究的熱點。

物理法主要包括高溫處理、輻照處理、物理吸附等。高溫處理是將受ZEN污染的糧食、谷物等在110～160 ℃的高溫下烘烤，使產生ZEN的菌被殺死。這種方法對ZEN的作用不大，且破壞營養(yǎng)價值，現在已經不采用。輻照法是指用電離輻射線破壞物質結構，促使物質發(fā)生一系列物理化學變化，輻照處理后產物的組成、性質以及毒理等尚缺乏研究。物理吸附法是指采用蒙脫石、活性炭、葡聚糖等吸附劑，利用分子間作用力、化學鍵等作用，使吸附劑與目標物質結合在一起，達到去除的目的；該方法在吸附毒素的同時對營養(yǎng)成分的損失也很大，所以目前已很少采用。

表1 不同種類中藥材中ZEN污染情況Table 1 ZEN pollution in different types of Chinese medicinal materials

化學法是通過ZEN與堿、氧化劑等的作用，破壞毒素的活性基團，使其轉化成其他無毒或低毒的物質。主要包括臭氧處理、雙氧水處理、硫酸鈉浸泡、維生素E處理法等。Xu等研究發(fā)現，臭氧能去除玉米粉中ZEN，并預測了臭氧處理后ZEN的化學結構變化。但化學法可能造成營養(yǎng)成分的破壞或化學試劑殘留，甚至出現二次污染等不確定的危害，所以目前也很少采用化學法對ZEN進行脫毒。

微生物吸附法。微生物吸附是指其菌體細胞或者提取的大分子化合物與毒素分子結合，產生吸附作用，從而減輕或消除ZEN的毒性。研究發(fā)現，酵母細胞壁能很好地吸附ZEN，榮迪發(fā)現從酵母細胞壁中提取的酵母β-D-葡聚糖及其酯化制劑可以吸附部分ZEN。Krifaton等研究顯示，釀酒酵母細胞壁中的β-D-葡聚糖類化合物在吸附ZEN時發(fā)揮主要作用。

微生物降解法。微生物降解法是利用微生物產生的代謝產物或者酶來破壞毒素分子，降解成無毒的產物。目前，關于ZEN生物降解已取得了一定的成果，發(fā)現了一些能降解ZEN的細菌、真菌及降解酶(表2)。潘麗婷等從麥粒中篩選出一株解淀粉芽孢桿菌對ZEN的降解能力高達95%。楊凡等從豬糞便中篩選出枯草芽孢桿菌，其ZEN分解率達95%。Molnar等從白蟻的尾腸里分離到了一株酵母菌可以將ZEN降解為無毒的產物。Takahashi-Ando等從粉紅黏帚霉中分離純化出一種水解酶ZHD101，可以將ZEN轉化為無雌激素活性的產物。Yu等從不動桿菌SM04中克隆了一個過氧化物酶(Prx)基因，并在大腸桿菌中進行過表達，該酶在過氧化氫存在下能很好地消除ZEN的毒性。

通過NCBI可以下載到24種能降解ZEN的核酸序列，用MEGA7.0軟件構建系統(tǒng)進化樹(圖1)，結果顯示：芽孢桿菌屬被報道較多的枯草芽孢桿菌、地衣芽孢桿菌均是能高效降解ZEN的益生菌。

表2 ZEN生物脫毒法Table 2 ZEN biological detoxification method

圖1 ZEN降解菌的系統(tǒng)發(fā)育樹Fig.1 Phylogenetic tree of ZEN-degrading bacteria

3 ZEN的生物降解機制

ZEN主要通過4個途徑進行降解，包括C-6′-酮羰基的還原、C-2/C-4-OH的衍生化、內酯環(huán)的裂解以及二羥基苯環(huán)的裂解等。

ZEN內酯環(huán)C-6′-酮羰基位置上加氫生成玉米赤霉烯醇(zearalenol，ZEL)，包括α-ZEL和β-ZEL兩個異構體(圖2)。研究發(fā)現，灰色鏈霉菌、和班尼毛霉、根霉及酵母等菌株可將ZEN轉化為α-ZEL與β-ZEL。但α-ZEL與β-ZEL均具有雌激素毒性，且α-ZEL的雌激素毒性比ZEN要大很多，因此視為無效脫毒。

(圖3) Brodehl等研究發(fā)現，米曲霉和根霉能將ZEN轉化為各種代謝物，包括ZEN-4-β-D-葡萄糖苷、ZEN-4-硫酸鹽等霉菌毒素綴合物。但有研究發(fā)現，ZEN的C-2/C-4-OH衍生化的產物攝入體內后，由于體內的水解酶作用，有可能脫去衍生基團，從而釋放出原型ZEN，具有一定的風險。

ZEN分子中的內酯環(huán)結構，裂解有3種方式(圖4)。Takahashi-Ando等成功將分離純化出的堿性水解酶ZHD101克隆到異源宿主(裂殖酵母和大腸桿菌)中，含有該基因的大腸桿菌可在24 h內將ZEN、α-ZEL和β-ZEL降解為無毒產物。其脫毒方式為先斷裂ZEN的內酯鍵，使其環(huán)型結構打開，然后自發(fā)脫羧形成代謝產物1-(3，5-二羥苯基)-10′-羥基-1′反式-十一碳烯-6′-酮，代謝途徑如圖4中a所示。Vekiru等通過液相色譜-串聯質譜和核磁共振等手段證明了毛孢酵母菌將ZEN降解為一種含羧基和羥基的新型降解產物，其代謝路徑如圖4中b所示，C-6′-酮羰基加一個氧原子形成一個新的內酯，然后在水解酶的作用下水解生成無毒降解產物。黃哲篩選出一株枯草芽孢桿菌發(fā)酵產生的酶作用于ZEN上C-6′-酮羰基后，使其脫去一分子碳和一分子氧，從而形成開環(huán)的降解產物(圖4中c所示)。破壞ZEN內酯結構的降解產物沒有類雌激素效應與生殖毒性，因此內酯環(huán)裂解是目前研究的較為有效的脫毒方式。

(圖5) 二羥基苯環(huán)的裂解目前還處于研究階段，Yu等篩選出不動桿菌SM04的氧化酶組分和過氧化物酶組分可高效降解ZEN，得到無苯環(huán)、含羧基結構的產物ZEN-1、ZEN-2。Sun等從發(fā)酵大豆中分離的黑曲霉菌株FS10可高效降解ZEN，并推測ZEN的苯環(huán)結構可能被破壞。破壞ZEN的二羥基苯環(huán)，使其降解成小分子物質，無論是從揭示新降解途徑還是發(fā)現新ZEN降解酶方面，都為ZEN的生物脫毒提供了新的方向。

注：a=Candida tropicalis、Rhizopus stolonifer、Strephtomyces、Mucor bainieri圖2 C-6′-酮羰基的還原Fig.2 C-6′-keto carbonyl reduction

注：a=Thamnidium elegans、Mucor bainieri、Rhizopus spp.、Aspergillus spp.圖3 C-2/C-4-OH衍生化Fig.3 C-2/C-4-OH derivatization

注：a=Clonostachysor;b=Trichosporon;c=Bacillus圖4 內酯環(huán)裂解Fig.4 Lactone ring cleavage

圖5 ZEN二羥基苯環(huán)的裂解Fig.5 Cleavage of ZEN dihydroxybenzene ring

4 總結與展望

玉米赤霉烯酮(ZEN)類真菌毒素污染廣泛，是人們身體健康的潛在威脅。如何有效預防和清除ZEN，已經受到重視，并取得了一定的效果和成績。傳統(tǒng)的物理、化學脫毒法均有其不足，生物脫毒法成為了研究的熱點，針對ZEN，已篩選出了一些細菌、真菌及降解酶，并對ZEN的生物降解途徑有了初步的認識，其中以裂解ZEN的內酯環(huán)和二羥基苯環(huán)途徑最為有效，顯示出利用生物降解ZEN的巨大潛力，為探索預防和清除真菌毒素污染提供了方向和范式。但是，真正能夠應用于中藥材脫毒的微生物或者酶仍然很有限，部分微生物存在降解能力不穩(wěn)定、易退化、本身具有毒副作用等問題。

基于文獻報道，筆者認為應該從以下方面進行深入研究：①需要加大分離、篩選具有ZEN降解能力益生菌的力度，發(fā)現篩選益生菌的規(guī)律。②深入研究ZEN降解產物的結構及降解機理，并結合分子生物學、組學原理，探索ZEN降解的生物途徑、關鍵酶及其基因，為后續(xù)利用生物技術清除ZEN的污染做好準備。目前，對降解產物的化學結構及降解機理研究還不夠深入，有些降解產物如α-ZEL、β-ZEL等仍具有雌激素毒性作用，有些降解方法如C-2/C-4-OH衍生化存在脫去衍生基團釋放出原型ZEN的風險；目前真正有ZEN降解活性的酶就只有ZHD101及其同源性95%以上的同源物，除此之外，ZEN降解酶還存在分離純化過程繁雜、產酶量低、酶活不穩(wěn)定、酶作用條件苛刻等問題。③進一步了解中藥材污染的途徑和污染類型，以及中藥材提取物中ZEN污染的情況；加強ZEN等毒素的檢測方法研究，提高檢測方法的適應性和降低檢測成本，制定根及根莖類、果實種子類中藥材中ZEN的檢測方法和限度，提升中藥材的質量標準。④結合中藥材的貯藏等環(huán)節(jié)，研制清除ZEN污染的制劑，減少ZEN等污染造成的損失。

總之，一方面中藥材的真菌毒素污染廣泛存在，是影響中藥材質量和應用的巨大隱患，另一方面預防和清除真菌毒素污染蘊含有許多的科學問題和巨大的經濟、社會價值，值得投入更多的精力研究。