网络毒理学与多组学研究揭示了慢性AFB1暴露对雄鹌鹑睾丸产生毒性的机制

《Journal of Hazardous Materials》：Network toxicology and multi-omics reveal the mechanism of testicular toxicity induced by chronic AFB1 exposure in male quails

　　

摘要

黄曲霉毒素B1（AFB1）是一种普遍存在于饲料中的污染物，在长期低剂量暴露下会对雄性生殖健康构成隐匿的威胁。在本研究中，建立了一个使用不同剂量AFB1（25、50和75 μg/kg）的雄性鹌鹑模型。通过综合数据库预测、多组学分析及分子对接研究，发现AFB1可能靶向AKT1、BCL2、TP53和BID，干扰睾丸鞘脂和类固醇代谢，并触发线粒体凋亡途径。体内实验证实，AFB1暴露会降低体重、精子活力和血清生殖激素水平，同时引发氧化应激、炎症反应以及BAX-Cyt-c-Caspase-9/3级联反应的激活。为了超越相关性证据，还使用了原始禽类睾丸Sertoli细胞进行体外功能验证。药物干预实验（使用GW4869和全反式维甲酸）表明，神经酰胺的积累是AFB1诱导的线粒体损伤和凋亡的上游驱动因素。总体而言，这些发现表明AFB1激活了依赖鞘磷脂/神经酰胺的鞘脂-线粒体凋亡轴，最终导致睾丸细胞死亡。本研究为AFB1引起的雄性生殖毒性提供了新的机制见解，并为牲畜生产中的黄曲霉毒素风险管理奠定了理论基础。

引言

霉菌毒素是由真菌产生的有毒次级代谢物，在全球范围内造成广泛污染，对公共卫生构成严重威胁，并导致巨大的经济损失[1]。地理和气候条件是决定全球谷物中霉菌毒素污染水平的关键因素。食品中常见的五种主要霉菌毒素包括脱氧雪腐镰刀菌烯醇、玉米赤霉烯酮、赭曲霉毒素、伏马菌素和黄曲霉毒素[2]。黄曲霉毒素是污染食品和饲料的最严重霉菌毒素之一[3]，其中最重要的成员黄曲霉毒素B1（AFB1）具有高毒性、致突变性、免疫毒性和致癌性[4]，已被国际癌症研究机构列为1类致癌物[5]。

AFB1在动物体内表现出多种毒性作用，包括减少饲料摄入量、生长发育受阻以及生殖能力下降[6]。AFB1暴露会导致肉鸭和肉鸡的肝脏损伤[7]，伴随氧化应激和炎症反应[8]。它还会通过破坏黏膜屏障功能、影响细胞增殖和凋亡而发挥肠道毒性[9]。马宇涵等人的研究证实，AFB1通过激活RIPK4介导的p53线粒体凋亡途径加剧了小鼠的肾毒性[10]。另一项研究发现，AFB1暴露改变了山羊的瘤胃微生物组和代谢组结构，影响碳水化合物降解和微生物蛋白质周转[11]。此外，西方蜜蜂（Apis mellifera）长期摄入受AFB1污染的花粉会导致肠道微生物群结构显著改变，表现为微生物多样性明显下降和有益细菌数量减少[12]。

近年来，关于AFB1引起的生殖毒性的研究日益增多。长期摄入受AFB1污染的食物会导致睾丸损伤，抑制睾酮（T）的合成，降低精子质量，甚至导致不孕[13]。黄万月等人的研究表明，AFB1通过ROS/AMPK信号通路抑制雄性小鼠的睾酮生物合成[14]。此外，AFB1暴露还会干扰小鼠的血清代谢组，通过干扰肠道微生物群导致肠道和睾丸的炎症损伤[15]。张发丽等人发现，AFB1会诱导猪睾丸细胞周期异常，并通过Ras/PI3K/Akt信号通路抑制睾丸发育[16]。总之，AFB1可通过多种途径和靶点共同作用损害雄性生殖功能。

家禽是全球养殖规模最大的牲畜类别，年产量超过600亿只[17]，已成为全球消费量最大的牲畜产品[18]。AFB1污染给家禽产业带来巨大经济损失，因为AFB1暴露会直接导致饲料效率降低、产量和品质下降，以及疾病易感性和死亡率增加[19]。最近的研究发现，AFB1暴露会导致禽类睾丸和附睾的病理变化[20]。它通过加剧氧化应激和鸡原始生殖细胞的死亡对生殖系统产生毒性作用[21]。日本鹌鹑（Coturnix japonica）作为传统家禽养殖的重要补充品种，在家禽生产中受到越来越多的关注[22]，同时也广泛用于生物医学研究[23]。现有研究表明，AFB1污染会导致日本鹌鹑出现低蛋白血症和免疫抑制[24]；因此，不应忽视AFB1对鹌鹑的生殖危害。尽管AFB1的毒性作用已在多个方面得到阐明，但对其对鹌鹑生殖健康的毒性作用和机制的全面解释仍尚缺乏。

AFB1是一种在全球范围内存在于家禽饲料中的霉菌毒素污染物。田间样本中常常含有低于急性毒性阈值的AFB1残留物，但超过了法定限值，动物长期摄入受污染的饲料会导致亚慢性低剂量暴露[25]。不同国家和地区对饲料中AFB1的监管限值各不相同：欧盟指令2002/32/EC规定家禽饲料中AFB1的最大含量为20 μg/kg，而美国食品药品监督管理局建议的限值为100 μg/kg[26]。然而，即使在当前的监管框架下，仍有大量样本接近超标。这种亚临床暴露虽然不会引起明显的系统毒性，但仍足以引发隐匿但不可忽视的器官损伤。值得注意的是，几乎所有现有的关于AFB1的毒理学研究都采用高剂量（mg/kg级别）的急性暴露模型[27]，研究重点主要集中在肝脏这一经典靶器官的急性肝毒性和全身中毒。因此，关于实际养殖条件下慢性低剂量AFB1暴露对家禽生殖损伤的认识仍然非常有限，其背后的分子机制也知之甚少。为了解决这一空白，本研究采用雄性日本鹌鹑作为模型，建立了模拟现实养殖条件的长期低剂量AFB1暴露范式，突破了传统的高剂量毒理学框架。通过整合网络毒理学（毒性靶点预测）、转录组学（通路机制解析）和代谢组学（功能表型验证），本研究系统地阐明了AFB1引起的雄性家禽生殖毒性的分子事件和调控网络。这些发现预计能为AFB1生殖风险评估提供更符合养殖实际的科学依据，并为开发早期预警分子靶点和干预策略奠定理论基础。

章节摘录

饲料中AFB1污染的统计方法：检测率与全球分布

本研究收集了2023-2025年间dsm-firmenich提供的关于多种畜禽饲料中AFB1检测率、平均和最大AFB1污染水平的全球数据。数据排序、分析和绘图采用Origin软件完成，以平均或最大AFB1浓度（μg/kg）作为污染指标。

对于地理分布热图，全球被划分为中美洲、北美、南美洲、撒哈拉以南非洲、北非等区域。

2025年全球饲料中AFB1的检测情况及其毒性风险预测

本研究分析了2023至2025年家禽、猪和水生动物饲料中的AFB1污染数据。结果显示，家禽饲料中AFB1的检测率逐年上升，其中家禽饲料中的增幅最为显著（从2023年的41%上升到2025年的61%）。同时，家禽饲料中AFB1的平均检测量和最大检测量也逐年增加（图1A-C）。全球地理分布

讨论

AFB1是一种不可避免的环境污染物，对人类和动物健康构成严重威胁。研究发现，2023至2025年间，家禽饲料中AFB1的检测率和检测浓度均呈上升趋势，这可能与全球气候变化及饲料原料（如玉米）中霉菌毒素污染加剧有关[29]。利用CTD数据库进行生物信息学预测，该研究发现AFB1与多种疾病高度相关

结论

本研究揭示了慢性低剂量AFB1暴露诱导睾丸细胞凋亡的新机制。AFB1破坏了鞘脂稳态，引发Cer的积累，使促凋亡信号与抗凋亡信号之间的平衡偏向细胞死亡。过量的Cer导致线粒体外膜通透性增加，引起线粒体结构损伤、活性氧大量积累以及抗氧化系统的耗竭。

CRediT作者贡献声明

姜晓文：项目监督、资金筹集。于文辉：项目监督、资金筹集、概念构思。平振雷：原始稿撰写、数据可视化、验证、方法学研究。王宇：原始稿撰写、数据可视化、监督、方法学研究、概念构思。傅琳琳：方法学研究、调查。崔晓颖：方法学研究、调查。郑松涛：方法学研究、调查。

利益冲突声明

作者声明他们没有任何已知的可能影响本文研究的利益冲突或个人关系。

致谢

本研究未获得任何公共机构、商业机构或非营利组织的资助。

意义声明

黄曲霉毒素B1（AFB1）是一种广泛存在于饲料和食品中的隐藏环境污染物。即使在微量水平下也具有高度毒性，对动物生殖健康构成严重威胁。本研究创新性地整合了网络毒理学、单细胞组学、转录组学和代谢组学，成功揭示了AFB1暴露引起的生殖毒性。

Zhenlei Ping|Yu Wang|Linlin Fu|Xiaoying Cui|Songtao Zheng|Xiaowen Jiang|Wenhui Yu

中国哈尔滨东北农业大学兽医学系，150030