郭　璞，黄德玉，刘相莲，程古月，戴梦红，袁宗辉，王　旭

(国家兽药残留基准实验室(华中农业大学)/农业部兽药残留检测重点实验室/农业部畜禽产品质量安全风险评估实验室/华中农业大学动物医学院,湖北武汉 430070 )



单端孢霉烯族毒素抑制动物生长作用的研究进展

郭璞，黄德玉，刘相莲，程古月，戴梦红，袁宗辉，王旭*

(国家兽药残留基准实验室(华中农业大学)/农业部兽药残留检测重点实验室/农业部畜禽产品质量安全风险评估实验室/华中农业大学动物医学院,湖北武汉 430070 )

单端孢霉烯族毒素是主要的饲料污染物，包括T-2毒素、脱氧雪腐镰刀菌烯醇(DON)等，具有较强的毒性作用，能引起动物体多种病理变化。其毒性作用能改变真核翻译起始因子2α (EIF2α)、丝裂原激活的蛋白激酶(MAPK)、热休克蛋白90(Hsp90)、胰岛素样生长因子1 (IGF-1)等细胞因子的活性，调节多种胺酰tRNA合成酶的活性，进而抑制蛋白质合成，阻滞动物生长。论文从单端孢霉烯族毒素对生长激素影响的角度，综述了该类毒素对动物生长的抑制作用，以期为阐明单端孢霉烯族毒素抑制动物生长的毒性作用机制奠定基础。

T-2毒素；脱氧雪腐镰刀菌烯醇；生长激素；毒理机制；生长阻滞

单端孢霉烯族毒素是由多种镰刀菌属真菌，如禾谷镰刀菌、雪腐镰刀菌、梨孢镰刀菌及拟枝孢镰刀菌产生的一类具有倍半萜结构的次级代谢物。该类化合物基本结构相同，都有一个12，13环氧基团。根据其侧链结构不同，被分为4类。A类单端孢霉烯族毒素如T-2毒素，HT-2毒素，在C-8位上不含羰基结构；B类如脱氧雪腐镰刀菌烯醇(deoxynivalenol,DON)，雪腐镰刀烯醇(nivalenol,NIV)，在C-8位上含有羰基结构；C类如扁虫菌素，在C-7和C-8或者C-8和C-9位上含有另外1个环氧基团；D类如黑葡萄穗霉毒素，在C-4和C-15位上含有1个大环结构[1]。

目前，单端孢霉烯族毒素对饲料的污染多有报道。2008年对我国11个省份1 013份样品(包括玉米、小麦、麦麸、豆粕、菜棉籽粕、鱼粉、仔猪和家禽配合料)进行检测，T-2毒素检出率为96.05%，部分省市(福建、江西、河南、四川)饲料样品的毒素检出率达到了100%[2]。2008年欧洲和北亚的玉米和小麦中DON检出率分别为68%和77%[3]。同时，此报道还显示，全球(包括亚洲、美洲、大洋洲)玉米和小麦中DON检出率逐年上升。DON在390份来自北美和322份来自南美的玉米样品中检出率分别为79%和17%[4]。以色列青贮饲料中T-2毒素和DON检出率分别为87.8%和70.7%[5]。由此可见，该类毒素在我国乃至全世界的污染情况非常严重，对动物的健康危害巨大，而抑制动物生长是其重要毒性作用之一。T-2毒素可以引起猪拒食，体重下降，导致口腔病变，并引起母猪繁殖障碍[6]；也可以引起奶牛拒食，产奶量下降，胃肠道出血，甚至死亡[7]。猪DON慢性中毒主要表现为厌食，体重下降，营养效率降低，肝脏肿大等[6，8]。

单端孢霉烯族毒素对动物生长的抑制作用，给畜牧业的发展带来了巨大的挑战。本文总结了该类毒素对动物生长激素的抑制作用和机制，为开发高效、安全的新型拮抗剂奠定基础，并为深入揭示单端孢霉烯族毒素毒抑制生长的作用机制提供参考。

1　生长激素简介

1.1生长激素

生长激素(growth hormone,GH)是一种由脑垂体前叶嗜酸性细胞分泌的蛋白质激素[9]，通过血液运输至靶组织，对动物组织细胞的生长和物质代谢具有极其广泛的作用。从20世纪初期生长激素发现至今，许多物种的生长激素已被测序。生长激素是一种单链蛋白质，由186个～191个氨基酸组成，其分子结构中有两个二硫键，一个连接53与165处半胱氨酸残基，另一个连接182与189处半胱氨酸残基，这两个二硫键使得分子形成两个环。半胱氨酸和二硫键是GH维持其生物活性的重要结构[10]。

1.2生长激素发挥作用的信号通路

生长激素与靶细胞的生长激素受体(growth hormone receptor,GHR)结合，激活下游信号通路，从而发挥生物学功能。JAK2-STAT5途径是GH改善代谢功能、机体生长和启动胰岛素样生长因子1 (insulin like growth factor 1,IGF-1)基因转录的核心通路。GH与GHR结合，使GHR发生二聚化并激活，活化的GHR进一步激活与每个GHR偶联的“两面神激酶”2 (janus kinase,JAK2)，并使JAK2上的酪氨酸残基发生自磷酸化，JAK2逐渐磷酸化GHR上的酪氨酸残基。这些酪氨酸残基为许多信号转导蛋白提供了结合位点，其中最主要的信号转导蛋白是含有Src同源结构域2 (即SH2结构域)的信号传导子及转录激活子分子(signal transducer and activator of transcription,STAT)。STATs能够与DNA结合，并能偶联酪氨酸磷酸化信号通路，是具有转录调控作用的蛋白家族。在已发现的7种STAT中，STAT5是JAK2活化的调节剂。STAT5磷酸化后，会形成同源或异源二聚体，转运到细胞核中，并直接与STAT靶基因启动子上的效应元件相结合。JAK-STAT信号通路缺陷会导致机体生长迟缓[11]。此外，JAK2被激活后，也可通过JAK2-PI3K-PKC-ERK1/2或JAK2-JNK这两条丝裂原激活的蛋白激酶(mitogen activated protein kinase,MAPK)通路进行生长激素信号的传递[12]。

2　单端孢霉烯族毒素对生长激素的影响

有报道证明，单端孢霉烯族毒素毒性作用的靶标是核糖体和内质网[13-14]。其中，核糖体60 S亚基是单端孢霉烯族毒素的主要毒性靶标。单端孢霉烯族毒素通过抑制生长激素蛋白质的合成、折叠及胞内转运，降低机体蛋白质水平，从而抑制动物的生长。

2.1单端孢霉烯族毒素影响生长激素蛋白质的合成

真核翻译起始因子2α激酶2 (eukaryotic translation initiation factor 2-alpha kinase 2,EIF2AK2)，也被称为双链RNA依赖性蛋白激酶(double-stranded RNA dependent protein kinase,PKR)，通过参与细胞信号传导及转录过程，调节细胞生长和分化，参与蛋白质的翻译调控[15]。造血细胞激酶(hematopoietic cell kinase,HCK)是Src激酶家族中的一员，参与细胞骨架重排、基因表达、细胞增殖和凋亡过程[16]。10 nmol/L或40 nmol/L的T-2毒素处理GH3细胞12 h后，EIF2AK2和Hck的mRNA水平上调[17]；4 μmol/L的DON处理GH3细胞2 h时，可检测到Hck的mRNA水平增加，4 h可检测到EIF2AK2的mRNA水平上调[18]。EIF2AK2磷酸化激活真核翻译起始因子2α (eukaryotic translation initiation factor 2α, EIF2α)[19]。磷酸化的EIF2α失去活性，在GTP的作用下，不能生成甲硫氨酸-tRNA-EIF2α-GTP[18]，无法完成蛋白质合成的起始。此外，EIF2AK2和Hck可能是调节MAPK活性的两个上游激酶[20-21]。由单端孢霉烯族毒素活化的EIF2AK2和Hck可以激活MAPKs，如ERK1/2、JNK和p38。p38可以与核糖体40 S亚基结合[22]，并随之引起核糖体应激反应，抑制生长激素蛋白质的合成。早期研究表明，单端孢霉烯族毒素可以降低肽酰转移酶的活性；也有研究表明，T-2毒素可以抑制核糖体80 S亚基合成[1]。近期有研究显示，T-2毒素作用于大鼠垂体瘤细胞(GH3细胞)后，天冬胺酰tRNA合成酶、半光胺酰tRNA合成酶、丙胺酰tRNA合成酶和甲硫胺酰tRNA合成酶呈剂量依赖性下降[17]。而DON则与肽酰基竞争性结合核糖体的结合位点，抑制肽链的延长[18]。综上所述，尽管不同单端孢霉烯族毒素的作用机制可能略有差异，但该类毒素均阻碍生长激素蛋白质合成的起始、延伸过程中关键因子和酶的活性，抑制了肽链的延长。

2.2单端孢霉烯族毒素影响与生长激素蛋白质的加工

单端孢霉烯族毒素可以抑制生长激素蛋白质的折叠和胞内转运过程。10 nmol/L或40 nmol/L的T-2毒素作用于GH3细胞12 h后，Q6巯基氧化酶类1和2 (Q6 sulfhydryl oxidases,QSOX1 and QSOX2)的mRNA水平下降，蛋白二硫化物异构酶Pdia3和P4hb的蛋白水平下降[10]。这些分子对蛋白质二硫键的形成和蛋白质的折叠具有重要作用[23-24]。热休克蛋白90(heat shock protein 90-beta,Hsp90)可将新生肽链或非天然态的蛋白质折叠成具有天然态的功能蛋白外，并参与蛋白质胞内转运[25]。T-2毒素作用于GH3细胞12 h和24 h后，Hsp90 mRNA和蛋白质水平均下调[17]。也有研究显示，0.05 g/mL T-2毒素作用后，检测到猪肝脏细胞中Hsp90 mRNA和蛋白质表达水平均上调[26]。在DON毒性试验中，用0.05 nmol/L DON处理小鼠单核巨噬细胞(RAW 264.7细胞)后发现，Hsp90 mRNA水平在5 min～15 min内表达上调，而在30 min后下调[27]。据此推测，单端孢霉烯族毒素作用于细胞后，蛋白质的折叠程度先补偿性上升，之后由于毒素的作用，其折叠程度最终下降。

单端孢霉烯族毒素抑制蛋白质合成的机制不仅可以影响生长激素的合成，使其合成量下降，无法发挥功能，从而抑制生长和代谢。同时，它还抑制机体生长所需要的其他蛋白质的合成，使得蛋白质缺乏，无法满足生长的需求，导致生长减缓或生长抑制。

2.3单端孢霉烯族毒素影响生长激素受体的功能

除了上述对蛋白质合成和分泌的影响作用外，该类毒素还可以通过影响GHR，抑制动物生长。GHR受到细胞因子信号抑制物(suppressor of cytokine signaling,SOCS)的负反馈调节[28]，胰岛素样生长因子酸不稳定物质(insulin-like growth factor acid-labile substance,IGFALS)可以增加IGF-1和胰岛素样生长因子结合蛋白3 (insulin-like growth factor binding protein 3,IGFBP3)的半衰期，并与二者形成三元复合物，增加生长信号[29]。按0.5 mg/kg～12.5 mg/kg体重给小鼠口服饲喂DON，1 h后检测到肌肉、肝脏和脾脏中SOCS mRNA水平增加，而肝脏IGFALS mRNA水平下降[30]。随后有研究表明，长期(2周～8周)给4周龄小鼠饲喂含有20 mg/L DON饲料，肝脏IGFALS mRNA水平下降，同时血浆中IGFALS和IGF-1含量均降低[13]。研究还显示，小鼠在2 h内大量(12.5 mg/kg体重)摄入DON，4 h后处死小鼠，检测肝脏组织中SOCS3、IGFALS、IGF-1和IGFBP3的mRNA水平，结果显示，SOCS3表达水平显著上调，IGFALS表达水平显著下调，而IGF-1和IGFBP3表达水平无显著变化。然而，即使增加机体GH水平，上述SOCS3和IGFALS变化也无法恢复[28]。因此，毒素诱导SOCS表达水平升高，使SOCS竞争性与GHR的结合增多，阻碍了GH和GHR的结合，无法将生长激素的信号向下游传递，最终抑制生长。此外，由于单端孢霉烯族毒素的作用，IGF-1、IGFALS和IGFBP3表达水平下调，使它们的相互作用减弱，从而抑制动物生长。

3　展望

单端孢霉烯族毒素对动物生长的抑制作用日益受到关注。动物生长是个复杂的过程，该类毒素所引起的生长阻滞是多个方面累积的效果，除了本文中涉及到的对生长激素的作用外，该类毒素还可以通过肠道毒性、神经毒性、免疫毒性、影响细胞周期等多方面的毒性作用，影响动物机体生长。尽管目前的研究发现了单端孢霉烯族毒素发挥毒性作用的多条信号通路，但尚不清楚这些信号通路的激活是核糖体应激的继发效应，还是直接效应。单端孢霉烯族毒素对动物生长的抑制是其主要毒性之一，也是研究关注的重点，但从代谢角度来揭示毒素生长阻滞机制的研究刚刚开始。此外，已发现毒素所致的氧化应激，降低生长激素的合成，引起生长阻滞，且毒素的线粒体毒性也被证实，但其引起的氧化应激与线粒体和生长阻滞的关系尚待深入开展。随着这些问题的深入揭示，不仅有助于阐明单端孢霉烯族毒素对动物生长抑制的毒作用机制，同时为开发出新型高效的拮抗剂奠定基础。

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Progress on Growth Inhibition of Trichothecenes in Animals

GUO Pu,HUANG De-yu,LIU Xiang-lian,CHENG Gu-yue,DAI Meng-hong,YUAN Zong-hui,WANG Xu

(NationalReferenceLaboratoryofVeterinaryDrugResidues(HuazhongAgriculturalUniversity)/KeyLaboratoryoftheDetectionforVeterinaryDrugResidues,MinistryofAgriculture,/LaboratoryofQuality&SafetyRiskAssessmentforLivestockandPoultryProducts,MinistryofAgriculture/CollegeofVeterinaryMedicine,HuazhongAgriculturalUniversity,Wuhan,Hubei,430070,China)

Trichothecenes, mainly feed contaminants,include T-2 toxin,deoxynivalenol (DON) and so on.With a strong toxicity,they can cause a varieties of pathological lesionses in animals.Trichothecenes can inhibit the synthesis of protein via changing the activation of some substances,such as eukaryotic translation initiation factor 2α (EIF2α), mitogen-activated protein kinase (MAPK),heat shock protein HSP 90-beta (Hsp90) and insulin like growth factor 1 (IGF-1) and regulating activation of several aminoacyl-tRNA synthetase, and eventually cause growth retardation in animals.In terms of the toxicity effect on growth hormone,this review summarized the inhibition induced by trichothecenes,with the purpose of laying the foundation for illuminating the mechanism of growth inhibition.

T-2 toxin; deoxynivalenol; growth hormone; toxicology; growth retardation

2016-04-07

国家自然科学基金项目(31572575)；中央高校基本科研业务费专项资金项目(2662016PY115)

郭璞(1992-)，女，河南安阳人，硕士研究生，主要从事兽医药理学与毒理学研究。*通讯作者

S859.82

A

1007-5038(2016)10-0094-04