谷物中伏马菌素真菌毒素：真菌生物合成、高级监测与绿色脱毒——实现从农场到餐桌的安全保障

《Food Bioscience》：Trichothecene Mycotoxins in Cereals: Fungal Biosynthesis, Advanced Monitoring and Green Detoxification toward Farm-to-Table Safety

　　摘要背景食物在储存和加工过程中容易被病菌、天然毒素和重金属污染，其中主要由镰刀菌属真菌产生的单端孢霉素类毒素构成了严重风险。这些毒素会诱发癌症、损伤肠道、削弱免疫力并扰乱人体激素，给食品工业带来巨大的经济损失，因此快速可靠的检测手段和有效的解毒策略对于消费者健康至关重要。范围与方法单端孢霉素类毒素污染范围广、持久性强，亟需涵盖其毒性、合成、检测和去除的系统性综述。本文对单端孢霉素A型和B型的四个核心研究方向进行了分析：以12,13-环氧基团为主导的结构-毒性关系；受Tri基因调控的生物合成以及新近阐明的Tri3/Tri14协同机制；从实验室色谱法到基于免疫、电化学、光电化学和电化学发光技术的便携式传感器的检测方法；以及对比改良的物理化学处理方法与主流绿色微生物/酶降解的除污策略。主要发现与结论12,13-环氧环是主要的毒性结构，取代基变异会导致不同毒素亚型间毒性的差异。Tri3和Tri14共同构建毒性骨架，检测工具已从实验室设备转向现场便携式传感器。微生物降解引领绿色解毒方向，而物理化学方法仍在持续改进。未来研究应构建从田间到餐桌的智能化集成系统，结合源头防控、实时监测和精准解毒，以维护食品安全和公共健康。引言单端孢霉素类毒素是一类四环倍半萜类次级代谢产物，主要由镰刀菌属、毛壳菌属、木霉属、单端孢菌属和尖孢镰刀菌属产生（Martínez-Reyes等，2025）。它们常污染小麦、燕麦和大米等谷物作物及其加工产品，是全球食品安全和公共健康的主要危害之一（Li等，2025）。全球性调查显示了这种污染的规模：脱氧雪腐镰刀菌烯醇（DON）、T-2和HT-2在全球60%至80%的谷物作物中超过可检出水平（Eskola等，2020），来自100个国家的74,851个样本中88%受到污染，最常见的是DON（Gruber-Dorninger等，2019）。一项为期七年的欧洲谷物调查按作物种类解析了污染模式：大麦芽中DON检出率为64%，小麦为62%，玉米为57%；T-2毒素分别为27%、9%和9%；HT-2毒素分别为33%、14%和5%；伏马菌素（NIV）则分别为0.0%、0.1%和1.0%（Weaver等，2025）。燕麦受A型毒素影响最为严重，85%至100%的未经加工全燕麦中含有游离和糖基化的T-2及HT-2，而NIV的分布具有区域性特征，在中国长江中下游地区达到44%（Gordon等，2026；Wang等，2026）。暴露于这些毒素会损害多个器官系统：急性反应包括皮肤刺激和胃肠功能紊乱，慢性损伤则针对肝脏和肾脏，免疫和生殖发育亦受影响，其中婴幼儿和孕妇风险最大（Garofalo等，2023）。单端孢霉素类毒素的结构组成具有12,13-环氧单端孢-9-烯（EPT）骨架，其中12,13-环氧基团作为主要的毒性功能基团，与生物活性和毒性直接相关（Li等，2025；Wang等，2023c）。根据毒素分子C-8位官能团的结构性差异，单端孢霉素类毒素可分为A、B、C和D四大类（Akinmoladun等，2025）。其中，C型和D型单端孢霉素在食品和饲料基质中的检出率极低，尚未构成大规模污染风险，这归因于其生物合成途径的特殊性和环境适应性的局限性（Gao等，2025a）。相比之下，A型和B型单端孢霉素已成为受污染谷物和饲料中最主要的污染类型（Li等，2023a）。A型单端孢霉素在C-8位缺少羰基（T-2毒素和HT-2毒素）；B型单端孢霉素在该位置带有酮基（DON和NIV）。T-2毒素具有脂溶性，是该类毒素中毒性最强的成员之一（Wang等，2023c）；HT-2毒素是其主要脱乙酰化代谢物，在结构和毒理学上与T-2相似，二者之间动态互变（Meneely等，2023）。DON水溶性好、结构稳定，是全球谷物中最常见的霉菌毒素，常被称为"呕吐毒素"（Garofalo等，2023；Agápto等，2026），而NIV极性更强、免疫毒性更大，常与DON共同污染谷物（Hou等，2024）。欧盟于2024年首次为T-2和HT-2毒素总量设定了最高限量，未经加工的燕麦为1250 μg/kg，其中已有10%的样本超过该限值（Gordon等，2026）。联合污染和隐蔽形态进一步加大了风险：全球调查显示64%的样本含有两种或以上的霉菌毒素（Gruber-Dorninger等，2019），DON-3-葡萄糖苷等糖苷类逃避常规检测，却在消化过程中释放母体毒素（Furmeg等，2026），而12.3%的欧洲成年人DON含量超过了人体生物监测指导值（Namorado等，2024）。图1(A)展示了过去十年（2015–2025）单端孢霉素类霉菌毒素的出版物数量，从2015年的222篇上升至2025年的300余篇，累计增长近38.74%。图1(B)呈现了本文综述讨论的四种代表性毒素（2022–2026）的分布情况：DON和T-2毒素因其对健康和作物的严重影响而受到最广泛的关注，而NIV和HT-2毒素虽然研究较少，但仍构成实质性威胁。图2以示意图形式展示了这四种毒素及其合成、检测和解毒策略，以及主要的受污染产品。鉴于A型和B型单端孢霉素类毒素的广泛污染、强毒性和复杂危害特征，开发稳健的检测和控制措施已成为保障食品安全和公共健康的必然要求。本综述聚焦这两类中最具代表性的四种毒素——即DON、NIV、T-2毒素和HT-2毒素，系统总结其化学结构和生物合成机制，并介绍针对这些毒素的主流检测技术和解毒策略的最新研究进展。各章节摘要化学结构单端孢霉素类毒素是一类结构相似的倍半萜类化合物，由多种真菌产生，其中尤以镰刀菌属最为突出。迄今已鉴定出200余种单端孢霉素类霉菌毒素。其基本结构由稠合环组成，最显著的特征是C-12和C-13之间存在稳定的环氧基团（12,13-环氧环），该基团被认定为主要的毒性功能基团（Jia等，2022）。核心部分由一个中央环己烯环（A环）在C-6位稠合而成。气相色谱法气相色谱法（GC）及其与质谱联用技术（GC-MS）和电子捕获检测器（GC-ECD）的组合技术，凭借其高分离效率、高灵敏度和准确的定性定量能力，已成为检测单端孢霉素类霉菌毒素（如DON、NIV、T-2毒素、HT-2毒素）的经典方法之一。此类方法通常需要对待测毒素进行衍生化处理，以增强其挥发性、热稳定性和检测灵敏度（Jia等）。毒素防控单端孢霉素类毒素在食品和饲料中广泛存在，造成巨大的经济损失，并严重威胁人类和动物健康（Liu等，2025）。去除和控制这些毒素需要高效、安全且低成本的方法。传统物理和化学方法存在局限：其除毒效率低，可能损害食品品质，且可能导致二次污染。因此，技术改进使得绿色、精准的防控策略得以结合。结论单端孢霉素类霉菌毒素通常分为A型和B型，是食品安全和公共健康的重大风险。本文综述了四种代表性成员——DON、NIV、T-2和HT-2——的基本化学结构和生物合成机制，并讨论了检测技术和环保控制策略的最新进展。(1) 在基础层面，12,13-环氧骨架结构与毒性之间的联系现已得到充分阐明。CRediT作者贡献声明陈晓梅：监督、项目管理、概念设计。吴连诚：撰写—审阅与编辑，撰写—原稿撰写，调查。Muhammad Waseem：撰写—审阅与编辑，可视化，验证。姚正新：撰写—审阅与编辑，撰写—原稿撰写，调查。未引用的参考文献Atapattu和Temerdashev，2023；Burmeister，1971；Di Salvo等，2025；Sikdar和Ghosh，2026；Tu等，2020；Yoshizawa和Morooka，1975。数据可用性不适用。利益冲突声明所有作者声明不存在利益冲突。利益冲突声明? 作者声明不存在已知的相互竞争的财务利益或个人关系，这些利益或关系可能影响本文所报告的工作。致谢本研究得到国家自然科学基金（32572703）、国家重点研发计划（2025YFE0123700）以及福建省财政研究基金项目（B2025375）的资助。吴连诚|姚正新|Muhammad Waseem|陈晓梅