综述：转型中的霉菌毒素风险：气候变化、新兴膳食与适应性缓解策略

《Current Food Science and Technology Reports》：Mycotoxin Risk in Transition: Climate Change, Emerging Diets, and Adaptive Mitigation Strategies

　　

审查目的：气候变化和膳食转型正在重塑霉菌毒素暴露途径，并对当前的食品安全框架提出挑战。研究人员探讨了真菌生态学的变化，以及植物基和替代蛋白系统日益广泛的应用，如何影响霉菌毒素的发生和分布。研究人员还探讨了新兴的缓解方法，包括生物防治、生物技术和基于人工智能（AI）的预测系统。
最新发现：近期证据表明，不断变化的环境条件正在改变几种霉菌毒素的地理分布和毒理学特征，包括黄曲霉毒素、伏马毒素和交链孢霉毒素。同时，由于增加了对易受真菌污染的谷物和豆类的使用，植物基肉类和乳制品替代品的扩展可能会改变膳食暴露模式。新兴研究进一步表明，缓解策略（包括杀菌剂和生物防治剂）的有效性可能越来越依赖于环境变异性。预测建模和人工智能（AI）的进步也正在提高预判污染风险的能力，通过整合气候变量、农学信息和污染记录，以支持预警系统和更具适应性的霉菌毒素风险管理。
总结：霉菌毒素暴露应越来越多地被视为一个气候敏感且由膳食介导的食品安全挑战。当前的监管和监测框架可能无法完全捕捉与不断变化的真菌生态学、复合污染毒素和新型食品系统相关的新兴暴露场景。未来的进展将需要综合风险评估、协调的监测策略，以及能够响应不断变化的环境和膳食条件的适应性缓解方法。

引言
目前全球超过8亿人营养不良。气候变化（CC）正通过破坏农业生产力、水资源可用性和生态系统稳定性加剧粮食不安全。全球平均表面温度已较工业化前水平上升约1.1°C，预计到2100年将上升约3.2°C。2024年是全球温度首次超过1.5°C的年份。自1961年以来，人为气候变化（CC）使全球农业生产力降低约21%，在非洲和拉丁美洲等温暖地区下降26-34%。在作物层面，温度超过30°C时玉米生产力急剧下降。温度上升还加剧了极端事件，如巴基斯坦的季风降雨和非洲之角的干旱。在全球人口增长的背景下，对营养的需求不断增加，而气候变化（CC）也在重塑食品安全风险。霉菌毒素是某些真菌产生的有毒次级代谢产物，因其对主要作物的广泛影响和不良健康影响（包括免疫毒性、致癌性和死亡率）而成为主要的食品安全问题。温度和湿度状况的变化影响真菌生态学、宿主-病原体相互作用和毒素生物合成，从而影响食品系统中受管制和新兴霉菌毒素的流行率和地理分布。与此同时，向可持续和富含植物的膳食模式的转变可能改变膳食暴露。素食者和纯素食者可能因依赖植物配方和替代蛋白系统而经历更高的霉菌毒素暴露。当前法规仍集中于传统的毒素-商品配对。本综述将霉菌毒素暴露重新概念化为一个气候敏感、膳食介导的系统，连接环境变化、食品系统转型和缓解性能。气候变化（CC）预计将增加有利于真菌感染的条件，因此缓解策略需要从静态干预向动态、气候敏感的策略演变。

气候变化驱动下的霉菌毒素发生与毒谱变迁
气候变化（CC）通过改变调节真菌生长、宿主-病原体相互作用和毒素生物合成的环境条件，重塑了霉菌毒素的发生模式。这导致受管制毒素在新地区出现，以前监测的商品出现意外污染，以及以前未被认识的毒素日益相关。由黄曲霉驱动的黄曲霉毒素污染是气候驱动的霉菌毒素风险变迁的典型例子。较高的温度和减少的降雨与欧洲和美南玉米种植区黄曲霉毒素风险增加有关。区域特定预测表明，南欧的交链孢霉生长减少，但在波兰等北部地区增加。在地中海葡萄园中，干旱和高温有利于黑曲霉而非炭黑曲霉，降低了赭曲霉毒素A的风险，但提升了伏马毒素B₂的风险。气候变化不仅影响发生，还影响毒理学特征。例如，禾谷镰刀菌在较高温度（约30°C）下产生更高比例的毒性更强的3-乙酰基-脱氧雪腐镰刀菌烯醇，而在较冷条件下（约10°C）则产生15-乙酰基-脱氧雪腐镰刀菌烯醇。对动物饲料的影响可能改变人类暴露，例如气候评估表明，在爱尔兰，牛奶中的黄曲霉毒素M₁水平可能保持较低，但在法国和塞尔维亚等地区风险增加。新兴化合物如恩镰孢菌素和白僵菌素在欧洲谷物中报告增加。在采后储存期间，升高的温度和二氧化碳（CO₂）（+4°C，~300 μmol mol^-1）促进易感生菜品种中细交链孢菌酮酸和腾毒素的产生。

1. 气候变化下的膳食暴露：新兴暴露模式
气候变化（CC）预计通过两种相互关联的途径影响人类对霉菌毒素的暴露：改变食品系统中的发生和分布，以及重塑人口的膳食模式。极端环境条件可能降低磷、钾、钙和镁等基本营养素的可用性5-19%。高温也抑制食欲，共同损害饮食质量。这些变化正与膳食模式的转变相互作用，包括对植物基食品的偏好增加。膳食变化代表了气候驱动的食品污染转化为人类暴露的关键途径。

膳食模式作为暴露的驱动因素
膳食摄入是人类暴露于霉菌毒素的主要途径。植物基饮食在全球迅速增加，通常以谷物和豆类（如大豆、豌豆、鹰嘴豆和羽扇豆）为原料替代动物源产品。这些原料是产毒真菌的基质。近期对植物基肉类（PBMA）和植物基乳制品替代品（PBDA）的分析强调了多种霉菌毒素的复合出现，包括黄曲霉毒素和赭曲霉毒素A等受管制化合物，以及交链孢霉毒素（如交链孢酚和交链孢酚单甲醚）和恩镰孢菌素、白僵菌素等新兴化合物。暴露建模表明，这些产品的摄入量可能接近或超过黄曲霉毒素、赭曲霉毒素A和交链孢霉毒素的可耐受阈值。研究指出，加工肉类消费减少带来的结直肠癌风险降低可能部分被霉菌毒素暴露增加带来的肝癌和肾癌风险所抵消。替代蛋白系统的风险各不相同。例如，源于F. venenatum的真菌蛋白在严格控制的条件下被认为是安全的。相比之下，食用昆虫可能代表一种可变暴露途径，因为受污染饲料中的霉菌毒素可以根据物种和饲养条件在昆虫生物量中转移或积累。

脆弱人群与差异性风险
由于饮食习惯、生理因素和相对体重较高的摄入量，某些人群不成比例地暴露于霉菌毒素。乳糜泻患者严重依赖基于玉米和大米等谷物的无麸质产品。意大利的研究报告称，无麸质产品中霉菌毒素的发生率很高，高达95%的阳性样本，主要涉及镰刀菌毒素。生命早期暴露是另一个关注点。儿童和婴儿相对于体重消耗大量谷物食品。尼日利亚的证据表明，常见产品中霉菌毒素频繁复合出现。在婴儿辅助食品中，黄曲霉毒素B₁浓度大大超过欧洲监管限值（高出53倍），伏马毒素和桔青霉素也常被检测到。这些发现突出了通过广泛消费产品累积早期暴露于多种霉菌毒素的潜力，表明气候变化（CC）驱动的真菌生态学变化可能重塑暴露模式，特别是在当前风险评估框架未能充分捕捉的脆弱群体中。

霉菌毒素格局变迁中的监管空白
现行霉菌毒素立法主要基于固定的毒素-商品配对。虽然对主要作物中的已知危害有效，但可能与气候驱动的真菌生态学和食品系统转变不一致。欧盟已逐步扩大监管范围，包括黄曲霉毒素、桔青霉素、伏马毒素、赭曲霉毒素A、展青霉素、单端孢霉烯族化合物、玉米赤霉烯酮和麦角菌衍生生物碱，控制范围涵盖谷物、坚果、香料、婴儿食品和动物源产品等。近期还将范围扩大到新型食品，如黄粉虫幼虫和富含维生素D₂的蘑菇粉。然而，当前框架未能完全反映当代暴露场景的复杂性。关键空白仍然存在，特别是对于植物基成分及其加工衍生物（如蛋白质分离物-豌豆、鹰嘴豆和羽扇豆-以及肉类类似物），这些产品的暴露是由配方而非原始商品驱动的。此外，尽管交链孢霉代谢物在番茄和苹果衍生产品等广泛消费的产品中频繁出现，但对其监管关注仍然有限。隐蔽型霉菌毒素进一步使暴露评估复杂化，因为它们可能逃避常规监测，同时对总膳食摄入做出贡献，并可能受到环境压力和气候驱动的真菌代谢变化的影响。

2. 气候变化下的缓解策略
随着气候变化（CC）增加环境不可预测性并驱动新兴霉菌毒素风险，缓解策略必须向更具适应性、气候适应能力的方法演变。

可变气候条件下的化学与生物防治
化学控制通常不是霉菌毒素污染相关作物-病原体系统的主要缓解策略。值得注意的例外包括小粒谷物中的镰刀菌穗枯病和黑曲霉。杀菌剂的有效性在很大程度上取决于相对于作物物候和感染窗口的应用时间，而不是固定的日历计划。在小麦中针对镰刀菌穗枯病的杀菌剂在开花期应用最有效，而葡萄藤的治疗通常在闭穗前或成熟前3周进行。由于产毒真菌的感染过程受天气影响很大，化学控制的成功与预测有利感染期的能力密切相关。在日益多变的气候下，预测这些最佳应用窗口变得更具挑战性。整合基于天气的感染模型和决策支持系统对于优化杀菌剂使用和维持其有效性至关重要。生物防治通过限制产毒真菌的建立和活动，作为减少霉菌毒素污染的可持续策略而受到关注。研究最广泛的方法之一是使用黄曲霉的非产毒菌株，竞争性地排除产毒菌株。研究表明，本地无毒菌株在模拟气候变化（CC）条件下保持有效性，尽管反应可能因环境条件和菌株相互作用而异。新兴生物技术正在探索在其他属（如轮枝镰孢菌）中使用CRISPR/Cas9介导的基因编辑产生无毒菌株。田间研究表明，将生物防治与气候适应的作物种质结合可提高稳定性和有效性。对作物相关微生物组的作用也越来越受关注，这可能为在多变环境条件下减轻污染风险提供额外机会。

针对昆虫-真菌相互作用的生物技术途径
在许多种植系统中，昆虫损害是产毒真菌感染的关键驱动因素。在玉米中，鳞翅目害虫幼虫的取食会造成入侵点，促进真菌定植。因此，减少昆虫损害的技术可间接降低污染风险。抗虫转基因玉米品种作为连接害虫管理与食品安全结果的缓解策略被广泛研究。有证据表明，Bt玉米杂交种可以显著减少昆虫损害并因此减少谷物中的霉菌毒素污染。多项研究表明，与常规品种相比，抗虫杂交种的伏马毒素和黄曲霉毒素水平较低。然而，生物技术缓解策略的长期有效性仍不确定。目标昆虫种群中的抗性发展可能逐渐降低Bt性状的有效性。此外，害虫压力、种植方式等环境因素也影响真菌感染和毒素积累的减少程度。在气候变化（CC）情景下，温度和季节模式的转变预计将影响昆虫种群动态和爆发频率。害虫压力的变化将改变昆虫损害与真菌感染之间的相互作用，从而可能改变基于生物技术的缓解策略的有效性。

用于气候适应性缓解的人工智能与预测建模
人工智能（AI）和机器学习（ML）方法越来越多地用于整合天气变量、农学实践和历史污染记录等大型数据集，以预测作物和食品链中的霉菌毒素发生。例如，使用长期田间数据集开发的机器学习（ML）模型显示，整合由气象变量驱动的机制模型输出和种植系统因素可以显著改善玉米田霉菌毒素发生的预测。使用在意大利北部收集的13年数据集，深度神经网络模型能够预测超过法定阈值的黄曲霉毒素B₁和伏马毒素污染，准确率超过75%。气候变量作为污染风险的主要预测因子。人工智能（AI）与遥感、成像技术和传感器监测系统的整合也正在扩大检测空间变异和识别新兴污染热点的能力。然而，尽管其预测能力很强，许多机器学习（ML）模型仍强烈依赖于用于训练的数据集，并且在不同地区、季节和种植系统之间的可转移性有限。某些人工智能（AI）模型的可解释性降低可能对食品安全管理和监管决策的实际实施构成挑战。因此，人工智能应被视为现有生物学和流行病学知识的补充工具。将机器学习与机制模型结合，可能代表着向开发气候意识决策支持系统发展的有前途的途径，能够在日益非平稳的环境条件下预判污染风险。

结论
本综述强调了气候驱动的霉菌毒素风险的三个相互关联的维度。首先，气候变化（CC）正在改变真菌生态学和农业稳定性，增加既定和新兴霉菌毒素污染模式的可能性。其次，膳食转型和替代蛋白系统的扩展正在重塑暴露途径，引入可能增加包括婴儿等脆弱群体在内的多重暴露风险的新型食品基质。第三，虽然存在广泛的缓解策略工具箱，但其应用仍然分散，各方法之间缺乏整合，并且严重依赖环境条件。基于化学防治、生物抑制、宿主抗性技术或预测建模的缓解策略的有效性，与预判和响应气候驱动的感染动态的能力密切相关。未来的进展将需要向气候显性的风险评估转变，建立整合复合出现和隐蔽型霉菌毒素的综合监测系统，并更广泛地监管认可植物基和替代蛋白产品等新兴食品系统。将农学实践、生物防治、宿主抗性技术和预测工具整合到气候响应决策系统中，可以实现从被动控制向预测性和适应性霉菌毒素风险管理的转变。