何雨朔，李萌萌，劉遠(yuǎn)曉，關(guān)二旗，金 瑞，王瑞虎，卞 科*

（河南工業(yè)大學(xué)糧油食品學(xué)院，河南 鄭州 450001）

真菌毒素是由曲霉、青霉、鐮刀菌、鏈格孢霉等真菌產(chǎn)生的一類次級(jí)代謝產(chǎn)物，可對(duì)人體和動(dòng)物的健康造成危害，甚至導(dǎo)致死亡。玉米赤霉烯酮（zearalenone，ZEN）作為谷物中常見的真菌毒素，污染范圍較廣、毒性較大。ZEN是一種類雌激素真菌毒素，化學(xué)式為C18H22O5，由多種鐮刀菌代謝產(chǎn)生，這些鐮刀菌主要生長于谷物上，最易污染玉米，大麥、燕麥、小麥、高粱、粟、稻谷等作物也易受到侵染[1]。ZEN與天然雌激素的結(jié)構(gòu)相似，因此其能夠通過與雌激素受體（estrogen receptor，ER）結(jié)合逐漸影響生殖系統(tǒng)[2]。Z E N 還具有基因毒性、致畸性、血液毒性、免疫毒性、致癌性和肝臟毒性[3]。雖然ZEN的急性毒性較低，但由于其強(qiáng)烈的雌激素活性，長期攝入ZEN對(duì)人體健康危害巨大。

目前研究共發(fā)現(xiàn)了30多種ZEN衍生物[4]。ZEN轉(zhuǎn)化為衍生物后毒性通常降低或喪失，其代謝過程涉及各種機(jī)制，例如ZEN官能團(tuán)的喪失會(huì)降低其生物利用率，從而導(dǎo)致毒性減弱[5]，但一些ZEN衍生物如α-玉米赤霉烯醇（α-zearalenol，α-ZEL）比ZEN毒性更強(qiáng)[6]。ZEN衍生物還可以在人和動(dòng)物體內(nèi)重新轉(zhuǎn)化為ZEN，從而導(dǎo)致毒素的積累[5]。ZEN衍生物可能存在于各種谷物類食品中，但在常規(guī)檢測中經(jīng)常被遺漏，相關(guān)立法限量監(jiān)管有待完善[7]。目前國內(nèi)對(duì)ZEN衍生物的監(jiān)管還較欠缺，限量標(biāo)準(zhǔn)不完善[8]。本文介紹了ZEN衍生物的主要種類，重點(diǎn)論述了ZEN及其衍生物的毒性和代謝轉(zhuǎn)化途徑，以期為谷物中ZEN及其衍生物的監(jiān)管和降解提供參考。

1 ZEN及其衍生物的主要種類

大部分ZEN衍生物是由生物代謝轉(zhuǎn)化產(chǎn)生的。α-ZEL和β-玉米赤霉烯醇（β-zearalenol，β-ZEL）可由動(dòng)物、真菌和植物產(chǎn)生，動(dòng)物和真菌可將ZEN還原為α-玉米赤霉醇（α-zearalanol，α-ZAL）和β-玉米赤霉醇（β-zearalanol，β-ZAL），在植物和真菌中常見硫酸化玉米赤霉烯酮（zearalenone-14-sulfate，ZEN-14-Sulf）和玉米赤霉烯酮-14-O-β-葡萄糖苷（zearalenone-14-O-βglucoside，ZEN-14-β-Glc）[9-12]。ZEN及其主要衍生物的結(jié)構(gòu)見圖1。

圖1 ZEN及其主要衍生物的結(jié)構(gòu)Fig.1 Structures of ZEN and its major derivatives

許多ZEN衍生物與ZEN共同出現(xiàn)在谷物類產(chǎn)品中，由于缺乏ZEN衍生物標(biāo)準(zhǔn)品和校準(zhǔn)物，ZEN衍生物的數(shù)據(jù)不足，導(dǎo)致檢測到ZEN及其衍生物含量低于總量[13]。研究表明，在食品和飼料中檢測到的ZEN-14-Glc、ZEN-14-Sulf、α-ZEL、β-ZEL及其共軛物α-ZEL-14-Glc、β-ZEL-14-Glc的含量分別比ZEN高50%、40%、40%、30%、20%和10%[14]?，F(xiàn)有研究數(shù)據(jù)中ZEN及其衍生物的總量往往顯著高于ZEN含量[15-17]。

2 ZEN及其衍生物的毒性

ZEN及其衍生物的毒性主要來自于其直接毒性和間接毒性。直接毒性是由ZEN及其衍生物本身造成的，間接毒性主要由ZEN衍生物重新轉(zhuǎn)化成ZEN后產(chǎn)生。

2.1 生殖毒性

ZEN及其衍生物的生殖毒性指其擾亂生殖系統(tǒng)排卵、產(chǎn)生精子等生理功能，影響生殖細(xì)胞分化及胚胎細(xì)胞發(fā)育，危害動(dòng)物和人體繁殖能力的特性。ZEN及其衍生物的結(jié)構(gòu)與內(nèi)源性雌激素類似，故易與ER結(jié)合，從而影響雌激素發(fā)揮其生物效應(yīng)。ZEN可使雄性小鼠睪丸內(nèi)能動(dòng)精子比例下降，未成熟精子比例升高，睪丸組織細(xì)胞線粒體路徑凋亡，小鼠生殖能力受損[18]。研究證明α-ZEL和β-ZEL主要通過參與雌激素負(fù)反饋調(diào)節(jié)影響雌激素的生物合成，從而產(chǎn)生生殖毒性[19]；α-ZEL和β-ZEL會(huì)干擾睪酮和雌二醇等雌激素的作用[20-21]。競爭性結(jié)合實(shí)驗(yàn)中，α-ZEL對(duì)ER的親和力顯著大于β-ZEL[22]。順式ZEN衍生物的生殖毒性同樣主要通過與ER的競爭性結(jié)合實(shí)現(xiàn)[23]。通過評(píng)估ZEN、α-ZEL、β-ZEL誘導(dǎo)MCF-7系乳腺癌細(xì)胞增殖的能力來確定其雌激素活性，以相對(duì)增殖效應(yīng)（relative proliferative effect，RPE）表示其雌激素活性，結(jié)果表明α-ZEL的RPE顯著高于ZEN和β-ZEL[24]。通過含有熒光素酶基因編碼質(zhì)粒MCF-7細(xì)胞系測定ZEN和α-ZEL的雌激素活性，以熒光質(zhì)粒的轉(zhuǎn)錄反應(yīng)衡量其雌激素活性，結(jié)果表明α-ZEL的生殖毒性顯著高于ZEN[25]。對(duì)比ZEN、ZEN順式異構(gòu)體和ZEN-14-Sulf的生殖毒性，發(fā)現(xiàn)ZEN反式異構(gòu)體到順式異構(gòu)體的異構(gòu)化沒有顯著改變其雌激素活性，但ZEN芳香基部分的羥基化和磺化會(huì)導(dǎo)致其生殖毒性顯著降低[26]。在雌激素受體報(bào)告基因?qū)嶒?yàn)中，5 種ZEN葡萄糖醛酸共軛物（ZEN-14-OGlcA、α-ZEL-14-O-GlcA、α-ZEL-7-O-GlcA、β-ZEL-14-O-GlcA、β-ZEL-16-O-GlcA）均表現(xiàn)出很微弱的雌激素活性，且其雌激素活性均低于ZEN、α-ZEL、β-ZEL[27]，因此導(dǎo)致其毒性易被忽視。有關(guān)ZEN及其衍生物的研究中對(duì)各衍生物雌激素活性排序?yàn)椋害?ZEL＞α-ZAL≈cisα-ZEL＞ZEN≈ZAN≈cis-ZEL≈β-ZAL≈cis-β-ZEL＞β-ZEL[28]。

2.2 基因毒性

ZEN及其衍生物的基因毒性指其破壞細(xì)胞內(nèi)DNA等遺傳物質(zhì)、導(dǎo)致突變甚至癌癥的特性。ZEN及其衍生物如α-ZEL和β-ZEL的基因毒性與其激活ER相關(guān)，ER調(diào)節(jié)許多轉(zhuǎn)錄因子的活動(dòng)，并影響許多相關(guān)生化途徑成分的表達(dá)。高劑量ZEN可損傷小鼠編碼卵母細(xì)胞成熟促進(jìn)因子的DNA，也會(huì)使γ-H2A.X磷酸化蛋白表達(dá)下降，同時(shí)干擾DNA的損傷修復(fù)[29]。ZEN處理的豬卵母細(xì)胞中5mC甲基化水平、H3K9me3、H3K27me3和H3K4me2以及相關(guān)基因的表達(dá)水平都有所增加，導(dǎo)致豬卵母細(xì)胞DNA甲基化和組蛋白甲基化水平發(fā)生變化[30]。α-ZEL還能增加人肝癌細(xì)胞HepG2的DNA甲基化、組蛋白甲基化和乙酰化程度，效果與ZEN接近；通過聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)（polymerase chain reaction，PCR）分析可將這些改變與負(fù)責(zé)修飾的酶聯(lián)系起來，發(fā)現(xiàn)甲基轉(zhuǎn)移酶（DNA甲基轉(zhuǎn)移酶1（DNA methyltransferase 1，DNMT1）、常染色組蛋白賴氨酸N-甲基轉(zhuǎn)移酶2（euchromatic histonelysine N-methyltransferase 2，EHMT2）、蛋白精氨酸甲基轉(zhuǎn)移酶6（protein arginine methyltransferase 6，PRMT6）和含SET結(jié)構(gòu)域蛋白8（SET domain-containing protein 8, SETD8））和乙酰轉(zhuǎn)移酶（姐妹染色單體內(nèi)聚力的建立N-乙酰轉(zhuǎn)移酶1（establishment of sister chromatid cohesionN-acetyltransferase 1, ESCO1）、組蛋白乙酰轉(zhuǎn)移酶（histone acetyltransferase 1，HAT1）、賴氨酸乙酰轉(zhuǎn)移酶2B（lysine acetyltransferase 2B,KAT2B））的表達(dá)量明顯增加，組蛋白去乙?；福╤istone deacetylase，HDAC）1和HDAC3的表達(dá)量下降，DNA甲基化和組蛋白去乙?；瘯?huì)抑制相關(guān)基因的表達(dá)，從而影響細(xì)胞周期的調(diào)節(jié)、細(xì)胞的增殖與凋亡[31]。ZEN衍生物的基因毒性與ZEN相似，都可能造成基因突變和DNA損傷。α-ZAL和ZAN的代謝物已被證明可誘發(fā)人體肝臟的氧化性DNA損傷和甲基化，表明其具有潛在的基因毒性[32]。采用含量分別為5、10、20 mg/kg的α-ZAL及β-ZAL處理小鼠骨髓細(xì)胞后，其染色體畸變率明顯增加[33]。在海拉細(xì)胞中進(jìn)行類似實(shí)驗(yàn)，結(jié)果表明基因毒性的排序?yàn)椋害?ZAL≈ZEN＞β-ZAL[33]。

2.3 免疫毒性

ZEN及其衍生物的免疫毒性指其抑制生物體的免疫反應(yīng)、引發(fā)氧化應(yīng)激反應(yīng)的特性。ZEN及其衍生物的免疫抑制活性會(huì)導(dǎo)致人體對(duì)病原體的免疫反應(yīng)和異物引起的炎癥反應(yīng)減弱，對(duì)健康產(chǎn)生極不利的影響[34]。炎癥和氧化應(yīng)激是ZEN衍生物產(chǎn)生免疫毒性的主要機(jī)制。一項(xiàng)關(guān)于H9c2細(xì)胞的體外研究表明，α-ZEL和β-ZEL都會(huì)引發(fā)H9c2細(xì)胞的氧化應(yīng)激機(jī)制[35]。Abid-Essefi等[36]通過3-(4,5-二甲基-2-噻唑基)-2,5-二苯基四氮唑溴鹽（3-(4,5-dimethylthiazol-2-yl)-2,5-diphenyl tetrazolium bromide，MTT）比色法評(píng)估了ZEN、α-ZEL、β-ZEL對(duì)人克隆結(jié)腸腺癌細(xì)胞Caco-2的毒性，并通過測定丙二醛的生成量來評(píng)估其誘導(dǎo)人體細(xì)胞氧化應(yīng)激的能力，與ZEN相比，α-ZEL、β-ZEL的毒性都有所下降，且β-ZEL的毒性大于α-ZEL。當(dāng)HepG2細(xì)胞暴露于ZEN、α-ZEL、β-ZEL中時(shí)，促炎性細(xì)胞因子白細(xì)胞介素-1β（interleukin-1β，IL-1β）、IL-8、腫瘤壞死因子α（tumour necrosis factor α，TNF-α）的表達(dá)量降低[34]。研究表明，α-ZEL可降低T細(xì)胞增殖的能力，能抑制T細(xì)胞中促炎性細(xì)胞因子IL-2和干擾素γ（interferon-γ，IFN-γ）的轉(zhuǎn)錄[37]。體外實(shí)驗(yàn)證實(shí)α-ZEL、β-ZEL、ZAN能顯著縮短豬中性粒細(xì)胞和外周血單個(gè)核細(xì)胞（peripheral blood mononuclear cell，PBMC）的壽命，多種ZEN衍生物都能明顯減少免疫球蛋白G （bulin G，IgG）、IgA、IgM抗體的產(chǎn)生，并以相似的速率抑制中性粒細(xì)胞中IL-8和PBMC中TNF-α的表達(dá)[38-39]。

2.4 細(xì)胞毒性

ZEN及其衍生物的細(xì)胞毒性指其誘導(dǎo)細(xì)胞氧化應(yīng)激、細(xì)胞凋亡和細(xì)胞周期停止及損害細(xì)胞正常生理活動(dòng)的特性[40-42]。在ZEN對(duì)雞胚成纖維細(xì)胞的體外實(shí)驗(yàn)中使用Annexin V-FITC/PI雙染法檢測到細(xì)胞凋亡數(shù)量極顯著升高，細(xì)胞線粒體膜電位顯著降低，表明ZEN可通過內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激途徑導(dǎo)致雞胚成纖維細(xì)胞凋亡[43]。ZEN可通過內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激通路調(diào)控促進(jìn)體外培養(yǎng)的山羊子宮內(nèi)膜基質(zhì)細(xì)胞凋亡[44]。通過研究ZEN對(duì)小鼠離體刀豆蛋白A（concanavalin A，Con A）活化T淋巴細(xì)胞內(nèi)活性氧及線粒體膜電位水平的影響，證明ZEN可影響小鼠T淋巴細(xì)胞的正常氧化還原及生理功能[45]。ZEN及其衍生物的細(xì)胞毒性機(jī)制在不同的細(xì)胞系中有所不同，這與各種組織中不同生化途徑造成的干擾有關(guān)[46]。與ZEN及其他ZEN衍生物相比，β-ZEL在HepG2細(xì)胞、Caco-2細(xì)胞、小鼠巨噬細(xì)胞RAW264.7、人神經(jīng)母細(xì)胞瘤細(xì)胞SH-SY5Y中的細(xì)胞毒性較高[34,36,47-48]。在RAW264.7細(xì)胞中，β-ZEL顯示的細(xì)胞毒性明顯高于α-ZEL，二者都可以引起細(xì)胞凋亡[48]（表1）。

表1 ZEN及其衍生物毒性的體外實(shí)驗(yàn)Table 1 In vitro studies assessing the toxicity of ZEN and its derivatives

2.5 聯(lián)合毒性

在食品、動(dòng)物飼料和其他副產(chǎn)品中ZEN及其衍生物常共同出現(xiàn)[53]，其聯(lián)合毒性指其同時(shí)作用于生物體時(shí)可能會(huì)發(fā)生交互作用，產(chǎn)生協(xié)同、拮抗或加和效應(yīng)。將HepG2細(xì)胞暴露于ZEN、α-ZEL、β-ZEL 72 h后進(jìn)行中性紅實(shí)驗(yàn)，結(jié)果表明HepG2細(xì)胞壽命明顯縮短，α-ZEL和β-ZEL、ZEN和α-ZEL、ZEN和β-ZEL具有聯(lián)合毒性作用；且ZEN和α-ZEL、ZEN和β-ZEL兩兩混合對(duì)抑制促炎性細(xì)胞因子的表達(dá)有協(xié)同作用，并隨著毒素濃度的升高而增加[34]。ZEN及其衍生物對(duì)細(xì)胞核受體如雌激素、雄激素、甲狀腺激素受體-β亞型（thyroid hormone receptor beta，THRβ）和過氧化物酶體增殖物激活受體（peroxisome proliferator-activated receptor，PPAR）的內(nèi)分泌活性影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，ZEN、α-ZEL、β-ZEL顯示出較強(qiáng)的協(xié)同雌激素毒性[54]。一項(xiàng)體外實(shí)驗(yàn)使用MA-10 Leydig細(xì)胞系評(píng)估了ZEN、α-ZEL、β-ZEL單獨(dú)或混合作用對(duì)睪丸類固醇生成的影響，結(jié)果顯示三者具有協(xié)同作用，可導(dǎo)致Leydig細(xì)胞類固醇生成失調(diào)，對(duì)男性生殖健康構(gòu)成潛在威脅[55]。HepG2細(xì)胞實(shí)驗(yàn)也表明ZEN及其衍生物共同存在會(huì)產(chǎn)生協(xié)同作用導(dǎo)致聯(lián)合毒性[46]。α-ZEL與β-ZEL、ZEN與α-ZEL、ZEN與β-ZEL均對(duì)細(xì)胞有聯(lián)合毒性[41]。將SH-SY5Y細(xì)胞暴露于α-ZEL和β-ZEL中，二者的聯(lián)合毒性隨著毒素濃度的增加而增加[47]。

2.6 毒性與結(jié)構(gòu)的關(guān)系

ZEN的大多數(shù)共軛反應(yīng)都可降低其毒性，ZEN衍生物的雌激素活性與其結(jié)構(gòu)上的大環(huán)內(nèi)酯有關(guān)，而ZEN衍生物向順式的轉(zhuǎn)化則降低了其柔韌性，不利于其與ER結(jié)合，故α-ZEL和β-ZEL之間的生殖毒性差別巨大[26]。對(duì)15-羥基玉米赤霉烯酮（15-hydroxy-zearalenone，15-OHZEN）的毒性研究表明，C15位置的羥基化會(huì)導(dǎo)致ZEN的雌激素活性明顯降低，證明ZEN結(jié)構(gòu)上的羥基對(duì)其毒性影響較大[56]。ZEN與其他化合物結(jié)合反應(yīng)（如葡萄糖醛酸化、葡萄糖苷化和磺化）也會(huì)導(dǎo)致其毒性降低，這是因?yàn)榻Y(jié)合反應(yīng)抑制了ZEN與ER的結(jié)合。有研究表明ZEN被轉(zhuǎn)化為葡萄糖醛酸共軛物ZEN-14-O-GlcA、α-ZEL14-OGlcA、β-ZEL-7-O-GlcA、β-ZEL-14-O-GlcA、β-ZEL-16-OGlcA后雌激素活性降低[27]。ZEN-14-Sulf和ZEN-14-Glc由于C14位置的酚羥基被阻斷，故其雌激素活性也降低[57]。

2.7 毒性測定方法

2.7.1 直接法

直接法可分為體外實(shí)驗(yàn)?zāi)M和體內(nèi)實(shí)驗(yàn)直接測定兩種，主要通過觀察ZEN及其衍生物在動(dòng)物、人體、細(xì)胞、肝微粒體中的代謝及生物體對(duì)毒素的反應(yīng)，以細(xì)胞或生物體生理指標(biāo)的變化得出毒性數(shù)據(jù)。

2.7.2 間接法

ZEN衍生物毒性測定的間接方法主要有計(jì)算機(jī)模擬法和相對(duì)效能因子法（relative effect factor，RPFs）。計(jì)算機(jī)模擬作為近年來的新興方法，可模擬預(yù)測化合物的毒性，并用于破譯毒素分子和配體之間的結(jié)合機(jī)制，研究毒素分子結(jié)構(gòu)與毒性關(guān)系；已被用于評(píng)估乙?；痁EN、硫磺化ZEN、異構(gòu)化ZEN的毒性[58]。利用計(jì)算機(jī)模擬進(jìn)行分子對(duì)接技術(shù)，通過受體的特征及受體與藥物分子之間的相互作用方式來預(yù)測其結(jié)合模式和親合力，已被用于預(yù)測ZEN衍生物的代謝轉(zhuǎn)化、生物活性和潛在毒性。一項(xiàng)計(jì)算機(jī)模擬分析了ZEN、α-ZEL、β-ZEL的毒性，結(jié)果顯示其毒性排序?yàn)椋耗I毒性＞肝毒性＞內(nèi)分泌干擾毒性＞致突變性＞基因毒性[59]。MetaTox和SwissADME軟件模擬結(jié)果表明ZEN對(duì)內(nèi)分泌系統(tǒng)功能有顯著的破壞作用，ZEN衍生物的遺傳毒性比ZEN更大，ZEN向其衍生物的生物轉(zhuǎn)化反應(yīng)顯著降低了其誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡的能力[60-61]。已有研究將計(jì)算機(jī)模擬與體外實(shí)驗(yàn)結(jié)合起來檢測ZEN衍生物的毒性。在直接法和間接法的結(jié)合實(shí)驗(yàn)中，對(duì)ZEN-14-Glc的計(jì)算機(jī)模擬結(jié)果顯示其難以與ER結(jié)合，而進(jìn)一步的體外實(shí)驗(yàn)結(jié)果證實(shí)了該預(yù)測[62]。

RPFs是一種假定各種化合物之間為劑量相加，并且在所有劑量水平下每種化合物的效能比保持不變的方法。該方法可為包括ZEN衍生物在內(nèi)的真菌毒素及衍生物在食品中的限量標(biāo)準(zhǔn)提供基于健康的指導(dǎo)值[63]，并根據(jù)真菌毒素的毒性來評(píng)估食品中其衍生物的毒性，但該方法對(duì)毒性的預(yù)測不夠準(zhǔn)確[64]，需要更多關(guān)于ZEN及其衍生物的毒物動(dòng)力學(xué)和毒性的研究數(shù)據(jù)。間接法可作為直接法的參考，但其預(yù)測結(jié)果還需要直接法的進(jìn)一步證實(shí)。

3 ZEN及其衍生物的轉(zhuǎn)化

3.1 食品加工轉(zhuǎn)化

雖然ZEN的熱穩(wěn)定性使其能夠在大多數(shù)食品和飼料加工過程中化學(xué)結(jié)構(gòu)保持不變，但在食品加工過程中ZEN也會(huì)與大分子成分如多糖、蛋白質(zhì)或脂質(zhì)反應(yīng)轉(zhuǎn)化為其衍生物[65-66]；ZEN衍生物也可能重新分解為ZEN，但目前相關(guān)支撐數(shù)據(jù)較少，有待進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)研究。

3.2 生物轉(zhuǎn)化

3.2.1 微生物轉(zhuǎn)化

真菌可感染谷物等植物而產(chǎn)生ZEN及其衍生物[7,67]，常見的ZEN衍生物有ZEN-14-Sulf和ZEN-14-Glc。鐮刀菌以及真菌屬Rhizopus、Aspergillus、Trichoderma可將ZEN代謝轉(zhuǎn)化成ZEN-14-Sulf[9-10]。玉米莖和水稻基質(zhì)上存在的鐮刀菌還可產(chǎn)生α-ZEL、β-ZEL、α-ZAL、β-ZAL[68-69]。ZEN可被毛霉菌屬的真菌有效地轉(zhuǎn)化為ZEN-14G[10]。酵母菌也能夠轉(zhuǎn)化ZEN，研究表明Pichia、Brettanomyces、Hansenula、Schizosaccharomyces、Candida、Saccharomycopsis屬的一些菌株能夠?qū)EN還原為α-ZEL[70]。部分鐮刀菌如根霉、曲霉和木霉可將ZEN代謝成ZEN-14-Sulf[9-10]。部分酵母菌株也具有代謝ZEN的能力[71]，ZEN、α-ZEL、β-ZEL可被白色念珠菌、漢森納菌、皮氏菌和酵母菌還原。粉紅螺旋聚孢霉菌能代謝消除ZEN內(nèi)酯環(huán)上的酯鍵從而降低其雌激素活性[72]。曲霉菌和根霉菌的菌株可誘導(dǎo)ZEN糖基化為ZEN-14-Glc[9]。

3.2.2 哺乳動(dòng)物轉(zhuǎn)化

由于ZEN衍生物可在哺乳動(dòng)物的消化道中被水解，在生物體內(nèi)ZEN可以通過腸道微生物菌群發(fā)生結(jié)構(gòu)變化，這些變化導(dǎo)致了各種ZEN代謝物的產(chǎn)生[73]，因此需要在體內(nèi)進(jìn)行毒物動(dòng)力學(xué)調(diào)查以評(píng)估潛在的健康風(fēng)險(xiǎn)。目前已報(bào)道了一些對(duì)人類和動(dòng)物如豬、大鼠和雞進(jìn)行的毒物動(dòng)力學(xué)研究[1-2,11-12,68,74-82]。

3.2.2.1 體外轉(zhuǎn)化

體外實(shí)驗(yàn)中瘤胃微生物可大量代謝轉(zhuǎn)化ZEN[83-84]。ZEN-14-Glc、α-ZEL-14-Glc、β-ZEL-14Glc難以被人工消化液如唾液、胃液、十二指腸液、膽汁或植物酶β-葡萄糖苷酶水解[74,85]。結(jié)腸菌群能夠?qū)EN-14-Glc和ZEN-14-Sulf在30 min內(nèi)水解為ZEN[74]；糞便微生物群可在4 h內(nèi)水解幾乎所有的ZEN-14-Glc、α-ZEL-14-Glc、β-ZEL-14-Glc[86]。大鼠、雞、豬、山羊、牛以及人體肝臟微粒體的體外代謝實(shí)驗(yàn)表明，大部分ZEN-14-Glc可被代謝為ZEN、α-ZEL-14Glc、β-ZEL-14Glc、α-ZEL、ZEN-16-GlcA、ZEN-14-GlcA，但不同物種間轉(zhuǎn)化率有差異[75]。牛的血漿、全血和血清白蛋白、胎牛血清可將ZEN-14-Glc水解為ZEN或?qū)⑵滢D(zhuǎn)化為α-ZEL和β-ZEL，研究推斷可能是某種具有酶活性的蛋白質(zhì)負(fù)責(zé)水解[87]。ZEN-14-Glc可在MCF-7細(xì)胞中被水解為ZEN[50]，與在牛的全血、血漿和血清中的實(shí)驗(yàn)結(jié)果[87]類似。ZEN-14-Glc、α-ZEL-14-Glc、β-ZEL-14-Glc在體外模擬胃腸道消化液中穩(wěn)定，但能被腸道微生物群有效降解[86]。體外實(shí)驗(yàn)中，ZEN衍生物在哺乳動(dòng)物細(xì)胞中的吸收和水解取決于其濃度、細(xì)胞類型和細(xì)胞培養(yǎng)條件。因體外模型無法模擬動(dòng)物體內(nèi)重要的生理和結(jié)構(gòu)特征，如消化道內(nèi)的酶與微生物菌群的組成、組織和器官之間的血液循環(huán)以及腸肝再循環(huán)等，故需要進(jìn)一步進(jìn)行體內(nèi)實(shí)驗(yàn)來驗(yàn)證體外實(shí)驗(yàn)結(jié)果。ZEN及其衍生物的體外轉(zhuǎn)化研究見表2。

表2 ZEN及其衍生物體外轉(zhuǎn)化Table 2 In vitro metabolism of ZEN and its derivatives

3.2.2.2 體內(nèi)轉(zhuǎn)化

ZEN在單胃動(dòng)物和人類的胃腸道中被轉(zhuǎn)化為α-ZEL和β-ZEL以及α-ZAL和β-ZAL，然后通過兩條途徑進(jìn)行生物轉(zhuǎn)化[1,76]。第一條途徑基于羥基化作用，ZEN在羥類固醇脫氫酶的催化下形成α-ZEL和β-ZEL。α-ZEL對(duì)ER有更大的親和力，因此比ZEN毒性更強(qiáng)；β-ZEL對(duì)ER的親和力較低，因此毒性很小。第二條途徑依賴于尿苷-5’二磷酸葡萄糖醛酸轉(zhuǎn)移酶催化的ZEN及其衍生物與葡萄糖醛酸共軛。在人體內(nèi)，ZEN的生物轉(zhuǎn)化發(fā)生在肝臟、肺部、腎臟和腸道中[68,77]。ZEN的代謝情況與動(dòng)物的種類密切相關(guān)[78-79]。對(duì)人類尿液樣本的分析表明，ZEN的主要代謝物是ZEN-GlcA和α-ZAL-GlcA[11-12]。向大鼠體內(nèi)注射ZEN-14-Glc，55 min后約16%～19%的ZEN-14-Glc被水解為游離的ZEN，表明葡萄糖苷在上消化道中被部分水解[80]。在大鼠體內(nèi)，ZEN-14-Glc主要被水解為ZEN，被水解后的ZEN被還原為α-ZEL和β-ZEL或被羥基化為4-OH-ZEN、5-OH-ZEN、6-OH-ZEN；ZEN-14-Glc還可以直接轉(zhuǎn)化為其葡萄糖醛酸形式，如ZEN-14G-16-GlcA和α-ZEL-14G-16-GlcA[75]。仔豬通過灌胃攝入ZEN-14-Glc 48 h后在其尿液和糞便中的ZEN總生物回收率達(dá)（48±7）%[2]。ZEN-14-Glc易水解為游離形式，但在沒有移植門靜脈導(dǎo)管的情況下，大鼠和豬的體內(nèi)實(shí)驗(yàn)無法確定水解部位；向豬的靜脈注射α-ZEL和β-ZEL后，二者向ZEN的轉(zhuǎn)化率很低；但ZEN-14-Glc向ZEN的轉(zhuǎn)化率較高，可達(dá)約20%[81]。在大鼠靜脈注射的實(shí)驗(yàn)中，ZEN的葡萄糖苷化衍生物向ZEN的轉(zhuǎn)化率較高，且研究表明這些反應(yīng)是在血液中的酯酶和肝酶的作用下發(fā)生的[82]。一項(xiàng)體內(nèi)實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，人體結(jié)腸的微生物可迅速將ZEN-14-Glc和ZEN-14-Sulf水解為ZEN，其對(duì)腸道上皮細(xì)胞有潛在毒性風(fēng)險(xiǎn)[74]。這些數(shù)據(jù)表明ZEN衍生物對(duì)ZEN的總體毒性有貢獻(xiàn)，因此有必要將這些衍生物和ZEN一起納入毒性風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估中，但ZEN轉(zhuǎn)化的研究數(shù)據(jù)仍然不足。ZEN衍生物的最大毒性風(fēng)險(xiǎn)為其在腸道微生物的作用下重新轉(zhuǎn)化為ZEN，且不應(yīng)忽視ZEN及其衍生物的累積影響，因?yàn)槠渎?lián)合毒性往往高于單種毒素的毒性。ZEN及其衍生物的體內(nèi)轉(zhuǎn)化研究見表3。

表3 ZEN及其衍生物體內(nèi)轉(zhuǎn)化Table 3 In vivo metabolism of ZEN and its derivatives

3.2.3 植物轉(zhuǎn)化

植物體內(nèi)的ZEN轉(zhuǎn)化主要經(jīng)歷3 個(gè)階段：第一階段是轉(zhuǎn)化或激活，第二階段是溶解或共軛，第三階段為隔離[88]。在第二階段代謝中，尿苷二磷酸糖基轉(zhuǎn)移酶（uridinediphosphate glycosyltransferases，UGTs）將ZEN與葡萄糖共軛是植物的主要解毒機(jī)制之一[89]。最近有研究發(fā)現(xiàn)大麥的UGT編碼基因HvUGT14077對(duì)ZEN、α-ZEL和β-ZEL具有高催化活性，其還可催化ZEN C14和C16的O-葡糖基化[90]。植物中最常見的ZEN衍生物是ZEN-14-Glc、α-ZEL、β-ZEL及ZEN葡萄糖苷[91-92]。對(duì)小麥細(xì)胞的懸浮培養(yǎng)物進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，結(jié)果表明ZEN植物糖基化的反應(yīng)產(chǎn)物還包括ZEN-16-Glc和ZEN丙二酰葡萄糖苷[93]。草本植物鼠耳芥可將ZEN代謝為ZEN-14-Sulf[92]，但鮮有研究報(bào)道在谷物中觀察到這種情況。ZEN感染作物植物后，植物酶如酯酶、酰胺酶和細(xì)胞色素P-450酶將活性基團(tuán)引入ZEN導(dǎo)致其結(jié)構(gòu)發(fā)生轉(zhuǎn)化，ZEN會(huì)在植物酶作用下與更多的極性物質(zhì)如糖、氨基酸和硫酸鹽共軛，葡萄糖基轉(zhuǎn)移酶將一個(gè)葡萄糖分子附著在ZEN上以增加其水溶性[94-95]。ZEN共軛衍生物在植物細(xì)胞的特定細(xì)胞器如液泡和葉綠體或細(xì)胞質(zhì)外空間如細(xì)胞壁中被隔離[95]，因此無法對(duì)植物產(chǎn)生有害影響，但會(huì)在植物中殘留，被動(dòng)物或人體攝入后對(duì)其健康造成危害。

4 結(jié) 語

ZEN及其衍生物在食品中共存的情況很常見，因此應(yīng)加強(qiáng)對(duì)其聯(lián)合毒性機(jī)制的研究。此外，還需要更多毒性代謝動(dòng)力學(xué)和體內(nèi)實(shí)驗(yàn)毒性的數(shù)據(jù)來提高毒性評(píng)估系統(tǒng)的準(zhǔn)確性。應(yīng)利用從體外實(shí)驗(yàn)中獲得的毒理學(xué)數(shù)據(jù)著重于分析毒素的生物利用率、降解率、吸收速率等。體內(nèi)研究表明ZEN衍生物可通過酶轉(zhuǎn)化為游離形式，近年來針對(duì)ZEN衍生物的體外毒性實(shí)驗(yàn)大多是在胃、腸和肝臟的細(xì)胞系中進(jìn)行，因此未來的體外毒性研究應(yīng)更多使用代表內(nèi)臟的細(xì)胞系，而非以往研究使用的細(xì)胞如癌細(xì)胞系。

大多數(shù)被動(dòng)物和植物代謝轉(zhuǎn)化而成的ZEN衍生物為結(jié)合物，相比ZEN毒性更低，但可在動(dòng)物和人體內(nèi)通過腸道微生物菌群的轉(zhuǎn)化或組織器官的代謝重新轉(zhuǎn)化為ZEN或其他有毒產(chǎn)物；植物來源的ZEN衍生物同樣分布廣泛，但對(duì)其研究較少，植物通過增加ZEN溶解度將其轉(zhuǎn)化為毒性或活性較低的ZEN衍生物，從而排出植物體或?qū)⑵涓綦x。大多數(shù)ZEN衍生物毒性各不相同，其毒性與其結(jié)構(gòu)和化學(xué)性質(zhì)密切相關(guān)，因此有必要進(jìn)行進(jìn)一步的研究以充分闡明其生理和毒理學(xué)作用，其研究結(jié)果可指導(dǎo)相關(guān)法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)的制定，對(duì)食品中毒素污染的綜合管理也有重要意義。