山东农业大学动物科技学院 姜淑贞 杨维仁 杨在宾＊

玉米赤霉烯酮（ZEA），又称F-2毒素，主要由禾谷镰刀菌产生的一种具有雌激素活性的非类固醇类真菌毒素。研究表明，ZEA具有生殖毒性、血液毒性、细胞毒性、免疫毒性和遗传毒性，可导致生殖障碍、消化系统功能紊乱。

1 玉米赤霉烯酮的生物学特性

ZEA最初是从污染了禾谷镰刀菌的发霉玉米中分离获得。ZEA纯品为白色晶体，分子式为C18H22O5，相对分子质量为318，熔点161～163℃。紫外线光谱最大吸收为236、274 nm和316 nm，红外线光谱最大吸收为970 nm，不溶于水、二硫化碳和四氯化碳，溶于碱性溶液、乙醚、苯、甲醇、乙醇、乙酸乙酯等。其甲醇溶液在紫外光下呈明亮的绿-蓝色荧光，这是用荧光光度法检测ZEA的基础。Urry等 （1966）应用经典化学、核磁共振和质谱技术确定了ZEA的化学结构为2，4-二羟基苯甲酸内酯类化合物，具有雌激素活性，在碱性条件下可以将酯键打开，碱性浓度降低酯键恢复。

2 玉米赤霉烯酮的污染现状

2.1 植物中玉米赤霉烯酮的产生 ZEA普遍存在于植物体内，主要是在适当的温度、湿度、昆虫侵扰、收割期间机械性损伤以及贮存方法不当等情况下导致镰刀菌滋生而产生。小麦、大麦、燕麦等在地里感染真菌导致结痂，玉米、谷物等一般在贮存过程中感染。ZEA与高等植物性器官生发、分化、乃至成熟都有密切的关系。Meng等 （1989）报道，冬性植物在春化过程中茎尖内累积ZEA，且其累积量与春化作用的深度同步，当ZEA的积累量达到高峰时，标志着春化作用的完成，同时冬小麦、玉米、棉花等的花器官内ZEA的含量，无论是雌蕊、雄蕊都以开花时达高峰，此时它可能与授粉、受精有关。

2.2 动物饲料或原料中玉米赤霉烯酮的污染ZEA的最适生长温度为24～32℃，最适湿度为40%。Placinta等（1999）对近20个国家的谷物和动物饲料中的真菌毒素含量做了系统调查，发现大多数国家的谷物和动物饲料中都不同程度地受到ZEA的污染并导致家禽的毒害。由于ZEA污染造成巨大的经济损失，许多国家对食品、谷物、饲料当中的ZEA含量都作了十分严格的规定，例如，澳大利亚规定谷物中ZEA的含量不能超过50 ng/g，意大利规定在谷物和谷类产品当中ZEA的含量不能超过100 ng/g，而在法国，植物油和谷类当中ZEA的含量必须低于200 ng/g（Pallaroni，2002）。张丞和刘颖莉（2009）对来自全国各地的90份饲料和原料样品进行霉菌毒素污染检测，结果表明，玉米样品中ZEA阳性检出率从2008年的58.1%提高到84.6%，阳性样品中ZEA含量也从142 mg/g提高到229 mg/g。玉米加工副产品样品中ZEA阳性检出率（100%）及阳性样品中值（632 mg/g）均远高于玉米。配合饲料中ZEA的阳性检出率为97.2%，阳性样品中值为333 mg/g，稍高于玉米。ZEA在谷物和动物饲料中分布的主要特点是与其他镰孢菌属毒素包括单端孢霉烯族毒素类和烟曲霉毒素同时产生。

3 动物组织和产品中玉米赤霉烯酮的残留

动物组织中ZEA的含量依赖于饲料的污染程度、ZEA或α-ZOL对动物的处理方式、毒素接触时间、毒素在动物体内的存留时间以及动物种类。3.1 玉米赤霉烯酮在肌肉和器官中的残留 根据雌二醇受体的分配，ZEA及其代谢产物在子宫、乳房、肝脏和肌肉中有较高水平的表达（Pfaffl等，2001）。给牛皮下埋置α-ZOL后，α-ZOL在血浆中的清除率非常快，在可食组织中几乎不累积，65 d后未在组织中检测到残留 （Sharp和Dyer，1972）。给猪饲喂ZEA污染日粮（40 mg/kg）4周，肝脏中ZEA的浓度为78～128 μg/kg（James和Smith，1982）。小鸡采食含ZEA 100 mg/kg的日粮8 d，肌肉中 ZEA 的含量为 59 ～ 103 μg/kg，肝脏中 ZEA 达 681 μg/kg（Mirocha 等，1982）。 ZEA 及其代谢物主要在肝脏中残留，在骨骼肌中的浓度最低（Dailey 等，1980）。 Zöllner等（2002）证实，采食ZEA污染燕麦日粮猪的肝脏样品主要含有α-ZOL，其次为β-ZOL和ZEA，肌肉样品的结果与肝脏样品类似，也主要含有α-ZOL，只有极少量的ZEA残留。相反，采食相同污染日粮的小母牛，肝脏样品中只有少量的α-ZOL、β-ZOL和ZEA，表明反刍动物经口服ZEA后，生物学利用率很低（Kleinova 等，2002）。

3.2 玉米赤霉烯酮在蛋中的残留 即使摄入的ZEA 94%经排泄物排出体外，蛋黄中也能累积ZEA及其代谢物（Dailey等，1980）。在研究玉米和高粱对蛋鸡产蛋性能影响的试验中，饲喂高粱日粮蛋鸡产蛋量显著降低，蛋的损害也较严重，分析发现高粱中含有低浓度的ZEA以及其他毒素（Branton 等，1989）。饲喂污染 ZEA 玉米（1580 μg/kg），肝脏ZEA和α-ZOL的浓度分别为2.1 μg/kg BW和3.7 μg/kg BW，然而鸡蛋中未发现ZEA及其代谢物的残留（Dänicke等，2002）。

3.3 玉米赤霉烯酮在奶中的残留 研究表明，给绵羊（Hagler等，1980）、牛（Mirocha 等，1981）和猪（Palyusik等，1980）饲喂含高剂量ZEA的日粮，α-ZOL或β-ZOL能够转移到的奶中；一旦停止饲喂含ZEA的日粮，奶中ZEA及其代谢物迅速降低，但是停饲5 d后绵羊奶和猪奶中仍然能够检测到 α-ZOL 或 β-ZOL（Palyusik 等，1980）。 但是奶牛采食含ZEA 25 mg/kg的日粮7 d，ZEA及其代谢物在奶中的含量仅为1.3 μg/kg，表明ZEA不易残留到奶中（Mirocha等，1982）。动物采食含低浓度ZEA的日粮未检测到奶中有ZEA的残留（Young等，1982）。综合以上研究结果，ZEA分布到动物奶中的情况因动物种类和ZEA给饲剂量有关。

4 玉米赤霉烯酮可能的作用机制

4.1 雌激素受体介导的途径 许多研究表明，ZEA具有类似雌激素的作用。雌激素在靶组织中的生物效应依赖于胞浆中雌激素受体（ER）的存在。雌激素与ER结合后，ER发生构型改变，形成的复合物转移至胞核，与DNA模板结合，调节靶基因转录和蛋白质合成。ER与雌激素分子的亲和力非常高并有受体特异性。ER有1个高度变异的N末端区，具有反式激活功能；1个高度保守的中央区，负责特定的DNA结合、二聚化及核定位；1个C末端区，参与配体结合及配体依赖的反式激活功能（Clark，1992）。ZEA及其衍生物为非甾体化合物，具有独特的大环内酯结构。但许多研究表明，ZEA能与17β-雌二醇竞争性结合胞浆中的ER，提示ZEA发挥雌激素作用也是由ER介导的。ZEA与子宫ER的亲和力是雌二醇的1/10。ZEA在1～10 nmol/L浓度范围时能刺激ERα和ERβ的转录活性，是ERα的完全激活剂，ERβ的激动-拮抗剂（Kuiper等，1997）。ZEA 与ER结合，转移至胞核中，与染色质结合，继而调节基因转录和蛋白质合成，从而影响细胞分裂和生长，刺激乳腺癌细胞MCF-7进入细胞周期，促进其增殖，还能增加MCF-7细胞中雌激素调节基因的表达（Dees等，1997）。 ZEA 和 17β-雌二醇都可引起雌性大鼠的无卵性不育，但17β-雌二醇的作用能被雌激素结合蛋白——甲胎蛋白所阻断，而ZEA则不受甲胎蛋白的影响 （Kumagai和 Shimizu，1982）。这说明ZEA的作用机制与雌激素可能不完全相同。

4.2 氧化损伤的途径 氧化应激可干扰促氧化剂-抗氧化剂平衡，造成潜在的细胞损伤（Sies，1985）。氧化应激与某些生化和病理过程交织在一起（Chandra等，2000）。脂质过氧化是与氧化损伤有关的细胞途径之一，脂质过氧化反应产生活性氧和自由基，诱导很多靶细胞损伤。脂质过氧化反应的终产物丙二醛（MDA）被认为是氧化应激和细胞损伤的最好的生物标记物（Tomita和Okuyama，1990）。脂类降解和MDA生成能够改变细胞膜的结构与功能，阻断细胞代谢，造成细胞毒性（Ennamany 等，1995）。Abid-Essefi等（2004）证实，ZEA可增强两种细胞系（Vero和Caco-2 cells）的脂质过氧化反应，提高MDA产量，诱导氧化应激，并呈剂量依赖特性，然而，α-ZOL导致的氧化损伤比β-ZOL强，但比ZEA差。α-和β-ZOL诱导氧化应激是ZEA诱导细胞损伤、DNA损伤和凋亡的潜在机制之一（Hassen等，2007），因为氧化应激是引起细胞凋亡的触发器 （Gautier等，2001）。此外，核DNA是氧化应激最重要的生物靶子之一（Ames，1989）。

众所周知，热应激和氧化应激机制几乎相同，例如，氧化应激也诱导产生一些热诱导弹性蛋白如热休克蛋白 70 （Hsp 70）（Godon 等，1998）。 同时，Hsp诱导产生的机制依赖于氧化应激干扰了细胞氧化还原状态（Zou 等，1998），因此，Hsp 被认为是氧化应激初期的标记物。Ouanes等（2008）证实，α-和β-ZOL增加了脂质过氧化反应，促进氧化应激，并通过抑制细胞增殖、总蛋白和DNA的合成产生细胞毒性，ZEA代谢物诱导Hsp27和Hsp70 的表达。 Kouadio等（2005）证实，15 μmol/L的ZEA对细胞膜的完整性产生不利的影响，通过影响琥珀酸脱氢酶的活性影响线粒体代谢，表明线粒体也是ZEA的靶组织之一。ZEA可能通过线粒体途径损害细胞，溶酶体脱稳定化和线粒体损伤很可能与ZEA导致细胞凋亡有关（Abid-Essefi等，2004），但尚需证实。值得一提的是，所有这些机制都和ZEA诱导产生活性氧有关，因此，氧化应激是ZEA代谢产物毒性的又一个可能的机制。

4.3 损伤染色体的途径 ZEA可增加人外周血淋巴细胞姊妹染色单体交换率；ZEA在枯草芽孢杆菌重组试验中表现出DNA损伤效应，对溶源菌也有基因毒性，还有杀菌作用；ZEA能在体外诱导细胞的姊妹染色单体交换、染色体畸变和产生多倍性；还可在小鼠肝、肾中形成DNA加合物（Pfohl-Leszkowicz等，1995）。 Minervini等（2001）证实，94 μmoL ZEA及其衍生物增加牛卵母细胞的染色体异常。给小鼠饲喂216.6 mg/kg ZEA后，发现ZEA对骨髓细胞内的微核具有诱导作用（Ouanes等，2003）。Lioi等（2004）利用牛淋巴细胞为试验对象进行ZEA毒性试验发现，0.5 μmol/L的ZEA就可以导致染色单体断裂及片段化，细胞生存能力下降。ZEA剂量为10 g/kg时，被证明能增加老鼠的精母细胞染色体断裂，类似的方法在给怀孕老鼠饲喂时，发现胚胎里染色体失常增加，而且在老鼠骨髓细胞中发现染色体的失常于其呈现剂量上的相关。因此，ZEA对肿瘤的影响可能也存在其对染色体的损伤。

4.4 干扰雄激素代谢的途径 ZEA还原为ZEL的反应由3α-羟甾脱氢酶催化，而该酶通常催化肝灭活甾体激素的一个重要反应，即还原雄甾烷二酮为雄甾酮。ZEA在体外试验中干扰此还原反应，而使ZEL的形成受到强烈抑制 （张永红等，1995）。 Yang 等（2007）证实，ZEA 和 α-ZOL（10-4、10-6mol/L和10-8mol/L）可显著抑制人绒毛膜促性腺激素诱导的睾酮分泌，这种抑制作用与3β-羟基类固醇脱氢酶（3β-HSD-1）、细胞色素P450侧链分裂酶（P450scc）和生成类固醇的敏感调节蛋白质（StAR）的转录下降相关。这可能是ZEA发挥作用的另一途径，但尚需体内试验证实。

4.5 其他可能的途径 当ZEA在非雌激素浓度范围内 （即导致不到10%细胞死亡的浓度范围内），发现也能影响靶细胞主要的代谢及合成，导致蛋白质合成被阻，影响细胞的完整性，使细胞生活机能改变，这可能是ZEA产生毒性的又一机制。

5 结语

ZEA等真菌毒素的污染非常普遍，应该引起高度重视。真菌毒素不仅能够通过贸易在世界各国进行传播，还能够通过食物链对人类健康造成威胁，因此，研究ZEA等真菌毒素的毒性机理及预防措施已刻不容缓。

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