综述：吡咯里西啶生物碱的基因毒性致癌性：效能因子对风险评估的相关性

本综述系统评估了1,2-不饱和吡咯里西啶生物碱（PAs）的基因毒性和致癌性，挑战了当前风险评估中所有PAs具有相同毒效的假设。通过分析多组体内外研究数据，作者提出了一套相对效能因子（REP），并证明在保守应用时，引入效能差异对总体风险评估影响有限，但在以低效能PAs（如lycopsamine）为主的暴露场景中尤为重要。文章为完善基于MOE（暴露边际）的PA风险评估提供了关键科学依据。

　　

引言

吡咯里西啶生物碱（Pyrrolizidine Alkaloids, PAs）是一类广泛存在于高等植物中的次生代谢产物，主要分布在菊科、紫草科和豆科植物中。它们是植物化学防御体系的重要组成部分。目前已鉴定出数百种PAs，根据化学结构，可将其分为单酯、开链双酯和环状双酯；根据核心necine碱基的结构，又可细分为retronecine型、heliotridine型、otonecine型和platynecine型。前三种类型在necine碱基的1,2位存在双键，因此通常具有毒性，而platynecine型因结构完全饱和而被认为无毒性。

肝脏是1,2-不饱和PAs毒性的主要靶器官，但肺部等其他器官也可能受损。PAs是前毒物，可通过细胞色素P450单加氧酶（CYP3A4、CYP3A5和CYP2A6）介导的代谢活化生成高反应性的吡咯酯，后者能与蛋白质或DNA发生共价结合，引发细胞毒性或突变。这些分子修饰被认为是肝窦内皮细胞非瘤性病变和基因毒性致癌效应的主要原因。代谢过程也可能通过酯键水解、N-氧化和谷胱甘肽结合等途径实现解毒，但需注意，近年研究发现谷胱甘肽结合物仍可能具有反应活性。

人类暴露于PAs的主要途径包括食用含有PAs的植物（如秦艽和某些膳食补充剂）、农产品中混杂的PA植物、通过花粉污染蜂产品以及通过污染饲料转移至动物产品（如牛奶和肉类）。历史上，高剂量PA暴露曾导致严重甚至致命的中毒事件，例如阿富汗因Heliotropium物种污染谷物引发的肝窦阻塞综合征（HSOS）。此外，亚洲地区也有因使用含PA的传统草药而中毒的案例。

基因毒性致癌性与风险评估现状

动物实验证实许多PAs具有基因毒性和致癌性。以riddelline为例的研究显示，肝细胞DNA加合物水平和突变频率与致癌性具有相关性，其特征性DNA加合物被认为是PA诱导癌症形成的起始步骤。在高度暴露人群的血液中可检测到吡咯-蛋白质加合物（PPAs），这证实了反应性吡咯酯在人体内的形成。因此，啮齿动物中观察到的基因毒性致癌活性被认为对人类也具有相关性。

目前，PA的风险评估基于其基因毒性致癌性这一最敏感终点，因此无法制定安全摄入量或健康指导值，而是采用暴露边际（MOE）方法进行风险评估。欧洲食品安全局（EFSA）利用大鼠两年致癌性研究中riddelline诱导血管肉瘤的数据，得出BMDL₁₀（基准剂量下限）为237 μg/kg体重，并将其作为毒理学参考点。MOE的计算即为此BMDL₁₀与估计人类暴露量的比值。

现行方法通常检测食品中的21种PA单体及16种可能共流出的异构体，并假设所有PAs具有相同的效能。然而，越来越多的体外和体内研究证据表明，PA的毒性效应严重程度依其结构而异，不同同系物的效能存在显著差异。

相对效能因子（REP）的提出与数据基础

2016年，Merz和Schrenk首次系统评估了不同PA同系物的相对毒性效能，提出了临时相对效能因子（iREP）。他们根据啮齿动物急性毒性、体外细胞毒性和果蝇基因毒性数据，建议的效能因子为：7S构型的环状双酯和开链双酯为1；7S构型的单酯（heliotridine型）为0.3；7R构型的开链双酯为0.1；7R构型的单酯为0.01。相应的N-氧化物也被赋予相同的因子。

此后，更多研究（主要基于体外实验）为不同PA的相对效能提供了额外数据。为系统评估这些差异，本研究筛选了16篇出版物中的28个数据集，纳入标准包括：必须包含量效关系指标（如BMD或EC₅₀）、研究需包含riddelline作为内参、实验系统需能合理反映PA的代谢特性（排除如过表达CYP3A4的细胞系）。数据按终点分组，包括：人肝细胞基因毒性（HepaRG细胞的微核试验、γH2AX试验）、大鼠肝细胞基因毒性、细胞游离系统中的加合物形成、体外大鼠肝细胞加合物形成、体外细胞毒性、大鼠口服给药后的加合物形成、斑马鱼肝脏蛋白加合物、小鼠静脉给药的LD₅₀以及大鼠腹腔给药的LD₅₀。

通过将每个数据集中各PA的效应大小归一化为riddelline的效应大小，得到相对效能因子。对每个终点组内多个数据集的结果取均值，得到总体平均相对效能（表2）。数据显示，开链和环状双酯的毒性效能通常高于多数单酯。PA N-氧化物在多数体外实验中显示较低效能，但考虑到它们在肠道和肝脏中可被几乎完全还原为母体PA，尤其在低摄入水平下，建议将其效能因子视为与母体PA相同。

保守效能因子及其对风险评估的影响

基于现有数据，我们提出了保守的相对效能因子：大多数PA同系物的因子为1；大环双酯trichodesmine和otosenine以及单酯europine、indicine、intermedine和lycopsamine的因子为0.1；而rinderine和trachelamzhamine因数据有限被设为0。

为评估引入效能因子对风险评估的影响，我们以茶叶和膳食补充剂为例，比较了使用等效效能假设与保守效能因子时的PA水平。结果显示，对于绿茶和红茶，考虑效能因子后PA水平分别降低约70%和45%，而对rooibos茶和胡椒薄荷茶的影响很小（约5%）。在膳食补充剂中，花粉类补充剂、植物提取物配方和其他膳食补充剂的PA水平分别降低约25%、45%和60%。Chen等人（2022）的研究也表明，效能因子的影响因茶叶类型而异，某些以低效能PA为主的样品（如肺草和琉璃苣）变化尤为显著。

因此，在多数情况下，引入保守的效能因子对最终风险评估影响有限，但在PA谱主要由低效能PA（如lycopsamine）组成时可能至关重要。

风险评估中的不确定性

PA风险评估存在多个层面的不确定性。首先，目前常规检测仅覆盖21种PA及16种异构体，而己知PA多达数百种，可能导致某些食品（如草药和香料）的实际PA水平被低估。其次，用于推导BMDL₁₀的致癌性研究使用高剂量PA，伴随的细胞毒性和慢性炎症可能促进肿瘤形成，从而高估低剂量暴露下的实际风险。

此外，主要基于体外数据推导的效能因子存在局限，因为难以完全模拟毒代动力学过程（如代谢活化和转运）。整合这些因子可能引入额外不确定性。未来，采用复杂的体外-体内外推（IVIVE）模型可能有助于克服这些限制。

未来需求与结论

从风险评估者视角，当前整合保守效能因子不会显著提升PA总体暴露风险评估的准确性，因为这涉及所有评估层面的不确定性。为更准确反映同系物效能差异，需进一步充实数据基础。理想的研究应：a) 使用人源相关细胞系统；b) 关注人相关毒性终点；c) 包含riddelline作为参比化合物；d) 整合毒代动力学信息（如胃肠道生物转化、代谢及细胞转运机制）。

鉴于当前评估显示PA总体暴露的MOE值高于10,000（表明公共卫生风险较低），轻微改进是否值得投入大量成本和努力值得商榷。然而，对于已知主要含低效能PA的特定食品类别，保守应用效能因子仍是合适的。

理论上，考虑PA同系物的相对毒性效能可实现更真实的风险评估。但如本研究所示，应用保守效能因子对草药茶等暴露评估的影响较小。更精确的评估可能揭示更大的效能差异，而保守因子己适用于某些特定食品类别。