桔青霉素的理化特性、检测方法及毒性作用

　　摘    要：　桔青霉素是一种分布广泛的真菌毒素，通常存在于谷类、大米、蔬菜等食品中，对人体和动物的健康造成重大威胁。国内外学者研究证实，桔青霉素可造成动物肾脏、肝脏、肠道和生殖系统的损伤。如今人们对桔青霉素毒性作用的认识越来越全面，为了更加深入地了解桔青霉素的毒理作用及作用机制，基于近年来有关桔青霉素的研究资料，重点阐述了桔青霉素检测方法及毒性作用的研究进展，为后续桔青霉素以及其他天然真菌毒素的毒性作用研究提供参考，为真菌毒素引起的食品安全和畜禽健康问题提供理论依据。

　　关键词 :     桔青霉素;理化性质;检测方法;毒性作用;

　　Abstract：　Citrinin is a widely distributed mycotoxin, which is usually found in cereals, rice, vegetables and other foods and poseses a great threat to human and animal health.In recent year, researchers at home and abroad have confirmed that citrinin causes damage to animal kidney, liver, intestine and reproductive system.Nowadays, people have more and more comprehensive understanding of the toxic effects of citrinin.In order to understand the toxicity and mechanism of citrinin more comprehensively and deeply, based on the research data of citrinin in recent years, this article mainly summarized the latest research progress in the detection methods and toxic effects of citrinin, providing reference for the subsequent toxic effects of citrinin and other natural mycotoxins, and providing theoretical basis for food safety and livestock health problems caused by mycotoxins.

　　Keyword：　citrinin; physical and chemical properties; detection method; toxicity;

　　桔青霉素(citrinin, CTN)又叫桔霉素，是一种真菌毒素，是由多种青霉属、曲霉属和红曲霉属真菌产生的次级代谢产物，在自然界中分布十分广泛。1931年，Raistrick和Hetherington从培养的青霉中首次分离出桔青霉素，1995年Blanc P J证实红曲霉素代谢产生的真菌毒素为桔青霉素[1,2]。桔青霉素对人和动物具有多种毒性作用，对肝、肾、心脏和胃肠道均具有毒性作用，其中肝肾毒性和生殖毒性最为明显，同时还可引起细胞突变进而导致肿瘤，这也使得国际社会开始广泛关注红曲产品的安全性[3]。

　　桔青霉素普遍存在于储存不良的作物、饲料和食物中，如玉米、小麦、大米、坚果等，不慎摄入此类受污染的产品可导致人类和动物的疾病和死亡，对养殖业及饲料工业带来极大的危害[2,4]。本文就桔青霉素的理化特性、检测方法和毒性作用机制进行综述，以期为桔青霉素引起的食品安全和畜禽健康危害研究提供参考。

　　1、 桔青霉素的理化特性

　　桔青霉素常温下呈柠檬黄色针状棱形结晶，分子式为C13H14O5,分子量为250 g/mol, 对荧光敏感，最大紫外吸收值在波长321 nm～250 nm(乙醇为222 nm～321 nm, 3-甲基戊烷为322 nm, 氯仿为332 nm),熔点为178℃～179℃[5]。微溶于水，可溶于稀碱液和氯仿、乙醇和乙酸乙酯等有机溶剂。桔青霉素可形成螯合复合物，在酸性及碱性溶液中皆可溶解，易在冷乙醇溶液中结晶析出[6,7,8,9]。桔青霉素在175℃干加热时分解，水溶液中分解温度可降低到140℃,分解形成毒性更强的桔青霉素H1和桔青霉素H2,且对细胞的毒性是桔青霉素的10倍[9,10]。

　　2 、桔青霉素的检测方法

　　桔青霉素由多种青霉和曲霉产生，广泛存在于人类和动物的食品中，给人们的食品安全和养殖业带来了潜在的危害。1991年，桔青霉素被国际生命科学院自然毒素检测委员会欧洲分会列为必须检测的毒素之一[8]。因此，建立对桔青霉素简单、灵敏、便捷的检测方法尤为重要。目前对桔青霉素分析的方法主要有薄层层析法、高效液相色谱法(HPLC)、酶联免疫测定法(ELISA)、高效毛细管电泳法(HPCE)、胶体金免疫层析法[11]。其中酶联免疫分析法是较为灵敏的检测方法，但需要专用的抗体，费用昂贵[6]。高效液相色谱法是目前检测桔青霉素使用最为广泛的方法，具有分离效率高、选择性好、快速、灵敏、结果准确的优点，适用于复杂中药基质中桔青霉素的检测[12]。但也存在回收率低的缺点，需要改进样品处理方法，提高回收率。近年来，通过估计生物体液中的代谢物来评估个体对外源性物质的暴露，Ouhibi S等开发了液相色谱-串联质谱联用法，可用于测定人尿液和血浆中棒曲霉素和桔青霉素[13]。Mandal S等利用桔青霉素官能团与镉相互作用的化学性质，提出黄色发光碳点和刚果红超灵敏视觉检测桔青霉素的方法，这种检测方法简单、廉价、可靠且重复性高，无需任何设备或专业人员即可实现，有望广泛应用于农业和食品工业中真菌毒素的检测[14]。Ying Xu等以两种特异性抗体为偶联物，建立了双荧光免疫层析法，可同时检测玉米样品中的桔青霉素和玉米赤霉烯酮，具有低检出限和高回收率的优点[15]。Singh G等建立了一种基于多克隆抗体的快速特异性间接酶联免疫吸附法(ciELISA),对桔青霉素具有很强的特异性，与其他霉菌毒素无交叉反应，该ciELISA的有效性已经得到了验证，并用于小麦和玉米粉样品桔青霉素的检测[16]。

　　3、 桔青霉素的毒性作用

　　桔青霉素存在严重的生殖毒性、肾毒性[17]和肠道毒性[18,19];还具有肝毒性，表现为动物肝细胞坏死和胆囊增生等病理变化[20]。桔青霉素通过调节脾、肠系膜淋巴结和小肠中不同的免疫细胞群，改变小鼠免疫系统的正常功能[21]。桔青霉素在自然界中通常与其他真菌毒素混合存在，研究证实桔青霉素和其他真菌毒素，如赭曲霉素、展青霉素等联合使用可产生协同作用，增加对机体的损害[22]。

　　3.1 、生殖毒性

　　桔青霉素不仅损伤成年动物的生殖系统，还能够阻碍生殖细胞的成熟与胚胎发育，导致动物生殖障碍。Han Q Q等[23]通过对小鼠的生殖器官相对重量、精液质量、血清睾酮浓度和生育能力进行评估发现，桔青霉素能够显着增加雄性小鼠的睾丸、附睾和包皮腺的重量，畸形精子数量增多，精子存活率降低，对成年雄性小鼠生殖造成不良影响。Aydin Y等[24]以小鼠支持细胞为模型探讨了8种不同浓度的桔青霉素的毒性潜力，结果表明，桔青霉素能够通过降低支持细胞的细胞活率诱导细胞凋亡和坏死，导致精子和睾丸发育不良，对雄性动物生殖造成损伤。桔青霉素还通过诱导ROS水平和早期凋亡标记物水平升高来促进氧化应激的发生，引起小鼠早期的卵母细胞凋亡，破坏细胞骨架动力学，抑制小鼠卵母细胞成熟和早期胚胎发育[25]。

　　ICR小鼠卵母细胞经桔青霉素处理后，细胞内线粒体分布出现异常，线粒体膜电位降低，内质网(ER)未能向梭形周围积聚，并伴随内质网应激，高尔基体损伤，LAMP2的表达量增加，诱导溶酶体损伤；桔青霉素引起小鼠卵母细胞细胞器的分布和功能发生异常，产生细胞毒性，进而导致卵母细胞质量下降[26]。

　　3.2 、肾毒性

　　桔青霉素的毒性作用中肾毒性最为明显，其主要作用的靶器官是肾脏[9],可引起犬、猪、大鼠、鸡等多种动物肾脏损伤病变，且不同物种对桔青霉素敏感性存在显着差异，大鼠经口LD50为50 mg/kg体重，小鼠为112 mg/kg体重，豚鼠为37 mg/kg体重[8]。病理变化主要表现为肾脏肿大、尿量增多、管状上皮细胞变性坏死、肾小球萎缩和尿素氮升高等。将桔青霉素污染的米喂大鼠，导致大鼠生长缓慢，出现肾脏功能和形态改变，排尿量增加；病理学检查可见肾脏明显增大，呈灰白色，肾脏重量为对照组的1.5倍[27]。1977年，Jordan W H等将桔青霉素混入饲料中喂养小鼠，或溶解在氢氧化钠(NaOH),或等体积的二甲亚砜(DMSO)和500 mL/L乙醇中，通过腹腔注射、皮下注射和口服等途径给药，发现病变部位主要局限于肾脏，其中包括肾小管扩张、肾小管管腔内可见蛋白、肾皮质小管上皮轻度和中度坏死、髓管上皮有丝分裂活性的增加[28]。怀孕Wistar大鼠摄入掺有桔青霉素的饲料后，导致肾脏发生病变并影响胎儿肾脏发育形态[29]。毒理学研究发现，在用高剂量桔青霉素处理的大鼠肾皮质中，PCNA阳性细胞的标记指数显着增加，细胞周期蛋白Ccna2、Ccnb1、Ccne1及其转录因子E2f1均增加，桔青霉素可直接促进细胞有丝分裂和代偿，促进ERK磷酸化的发生，加快细胞周期进程，通过加快细胞增殖的方式引起肾脏损伤[30]。

　　桔青霉素、赭曲霉毒素A和T-2毒素联合作用时，显着降低了水分子通过水通道蛋白2的渗透系数，小鼠肾脏的水通道蛋白表达水平下降，表明真菌毒素存在引起肾源性尿崩症和肾毒性的可能性[31]。

　　3.3 、肝毒性

　　单剂量桔青霉素(35 mg/kg)能够引起肝脏局限性病变，包括肝脏实质和周围小叶区的脂肪沉积、肝糖原耗竭和实质有丝分裂增加[32]。研究发现，桔青霉素作用后，大鼠血浆中的谷丙转氨酶活性降低，导致高脂血症和大鼠肝脏中糖原含量的减少，在单次或多次接触后，引起大鼠肝脏毒性。动物摄入高剂量桔青霉素时，刺激肝细胞线粒体中超氧阴离子的产生，发生氧化应激，引起肝细胞凋亡，从而导致动物肝脏损伤[20]。桔青霉素能通过抑制NADH氧化酶、NADH还原酶、细胞色素C还原酶、苹果酸、谷氨酸及α-酮戊二酸脱氢酶的活性，引起跨膜电压的降低，抑制肝细胞线粒体氧化磷酸化效率，诱导肝细胞凋亡，引起肝脏损伤[8]。

　　3.4、 肠道毒性

　　许建平等[18]以健康家兔为对象，研究了桔青霉素对其小肠平滑肌活动的影响。发现0.1 mg/mL桔青霉素能使家兔小肠运动的张力和收缩幅度增大，与小肠运动的正常情况相比差异极显着；证明桔青霉素对小肠平滑肌具有兴奋作用，有可能导致动物机体胃肠功能紊乱，发生腹泻。Salah A等[19]的一项研究表明，桔青霉素诱导的毒性与肠细胞中内质网应激介导的线粒体凋亡途径的激活有关，桔青霉素通过显着降低人小肠HCT116细胞的存活数量，诱导细胞凋亡。Salah A等还发现桔青霉素触发内质网应激激活未折叠蛋白反应的不同部分，如GRP78、PDIA6、CHOP和XBP1等蛋白表达的增加，也能导致发生细胞损伤，引发肠道病变。

　　3.5 、其他毒性

　　有研究发现，桔青霉素还具有致癌性和细胞毒性。其常与其他真菌毒素共同存在，并产生协同作用，如赫曲霉毒素A (Ochratoxin A,OTA)、青霉酸和伏马菌素等，与OTA同时存在时，可以增强OTA对动物的致癌作用[33,34]。桔青霉素通过抑制DNA和RNA合成、线粒体功能的耗竭和促进活性氧(ROS)产生增加和信号转导途径的激活，导致哺乳动物细胞凋亡或死亡[35]。经桔青霉素处理的HCT116细胞，细胞活力下降，呼吸爆发明显增强，产生大量的氧自由基，引起细胞损伤[36]。

　　4、 展望

　　桔青霉素普遍存在于饲料、谷物与果蔬当中，可由多种真菌代谢产生，食用后能够产生不同的毒性效应，其危害范围广，且难以避免。其毒性强弱对机体的作用有所不同，剂量界定可以更为有效的防控桔青霉素带来的危害。全面了解桔青霉素的生物学作用，是保证畜禽养殖业和饲料加工业良性发展的重要依据。现有的研究表明，桔青霉素的生物学作用仍然以毒性作用为主，虽然人们对生殖毒性的研究早已从早期临床及病理变化深入到分子生物学研究，但其诱发生殖毒性的确切机制尚不清楚。因此，在现有研究的基础上，借助分子生物学方法来阐明不同物种之间桔青霉素诱导生殖毒性的确切机制，可以有效抑制桔青霉素造成的生殖毒性，将为桔青霉素诱导不同物种生殖毒性的防控研究提供新思路，为降低畜禽繁殖和养殖业经济损失，保护人类和动物的健康提供支持。

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