综述:三种常见环境霉菌毒素:其神经毒性及作用机制的最新进展

《Ecotoxicology and Environmental Safety》:Three common environmental mycotoxins: An update on their neurotoxicities and action mechanisms

【字体: 大 中 小 】 时间:2026年09月10日 来源:Ecotoxicology and Environmental Safety 6.6

编辑推荐:

  环境霉菌毒素是真菌产生的次级代谢产物,污染食品和饲料,对动物和人类健康构成重大风险。其中,黄曲霉毒素B1(AFB1)、T-2毒素(T-2)和脱氧雪腐镰刀菌烯醇(DON)是三种最普遍且具有神经毒性的霉菌毒素,广泛存在于谷物和饲料产品中。虽然AFB1、T-2和DO

  
环境霉菌毒素是真菌产生的次级代谢产物,污染食品和饲料,对动物和人类健康构成重大风险。其中,黄曲霉毒素B1(AFB1)、T-2毒素(T-2)和脱氧雪腐镰刀菌烯醇(DON)是三种最普遍且具有神经毒性的霉菌毒素,广泛存在于谷物和饲料产品中。虽然AFB1、T-2和DON的单独毒性已被广泛研究,但关于其联合暴露的研究仍然有限。这些毒素潜在的协同、拮抗或相加神经毒性效应尚不清楚,其潜在机制,特别是对神经细胞、信号通路和整体神经功能的影响,尚未完全阐明。本综述综合了AFB1、T-2和DON神经毒性的现有知识,强调了它们对中枢和外周神经系统的单独及联合效应。此外,研究人员讨论了它们共同的作用机制,包括氧化应激、神经炎症、细胞凋亡、线粒体功能障碍和神经化学平衡的破坏,以及来自包括人类、牲畜、啮齿动物和水产动物在内的跨物种体内和体外研究的证据。这些发现旨在为制定这些毒素在食品和饲料中的联合安全限值、开发靶向脱毒策略以及降低对畜牧业生产、食品安全、动物性能和人类健康的风险提供科学依据。本工作强调了评估AFB1、T-2和DON联合暴露的神经健康风险的重要性,为未来的风险评估和监管框架提供了见解。
1. 引言
霉菌毒素是真菌产生的次级代谢产物,污染食品和饲料,对动物和人类健康构成重大风险。其中,黄曲霉毒素B1(AFB1)、T-2毒素(T-2)和脱氧雪腐镰刀菌烯醇(DON)是三种较为常见且毒性较高的环境霉菌毒素。这些毒素广泛存在于各种食品和饲料产品中,尤其是在谷物及其副产品中,并已知会引起一系列毒性效应,包括神经毒性。
AFB1主要由黄曲霉和寄生曲霉产生,是最强的天然致癌物之一。已有大量研究涉及其肝毒性和免疫抑制作用。近期研究也强调了其神经毒性效应,包括中枢和外周神经系统中的氧化应激、神经炎症和细胞凋亡。T-2是由镰刀菌产生的A型单端孢霉烯族毒素,同样具有高毒性,以其免疫抑制、细胞毒性及皮肤毒性而闻名。此外,T-2常与其主要代谢物HT-2毒素在食品和饲料中同时被检出,且两者的毒性相当。因此,暴露评估应考虑T-2和HT-2。DON是由镰刀菌产生的B型单端孢霉烯族毒素。与T-2类似,DON暴露常与相关衍生物同时发生,包括3-乙酰基-DON、15-乙酰基-DON和DON-3-葡萄糖苷。尽管许多神经毒性研究聚焦于母体DON,但这些衍生物可能对总体暴露负担有所贡献。DON也以其免疫抑制作用而闻名,近期研究揭示了其神经毒性效应,包括神经炎症、氧化应激和神经递质系统的破坏。
现有文献仍以单一毒素研究和采用非神经学终点的二元混合物研究为主,而关于AFB1、T-2和DON同时暴露的神经毒性的直接证据目前缺乏。因此,它们对神经系统的联合效应是相加、协同还是拮抗仍不清楚。此外,它们联合神经毒性的机制尚未完全明了。缺乏关于这些毒素对神经细胞、信号通路和整体神经功能影响的全面研究。而且,这些毒素对不同物种,尤其是牲畜和人类的神经毒性效应,需要进一步探索。
本综述总结了AFB1、T-2和DON对中枢和外周神经系统在单独及联合暴露下的神经毒性效应,以及它们共同的作用机制,以阐明这些毒素的协同、拮抗或相加效应。本综述为全面评估AFB1、T-2和DON联合暴露的神经健康风险,以及为制定这些毒素在食品和饲料中的联合安全限值、开发靶向解毒剂和控制技术,并降低对水产养殖业安全、食品安全、动物生产性能和人类健康的威胁提供了科学依据。
2. 三种霉菌毒素的全球污染情况
dsm-firmenich世界霉菌毒素调查提供了关于饲料原料和成品饲料中霉菌毒素发生的长期全球数据集。为提高AFB1、DON和T-2之间的可比性,本综述提取了Spectrum Top?50“所有样本”数据集的结果,其中对三种母体毒素分别进行了定量。这一区分很重要,因为常规调查类别“Afla”代表一组黄曲霉毒素,不能单独解释为AFB1。此外,报告的流行率代表高于分析截止值的样本比例,而非超过监管限值的比例。
DON的时间模式最为清晰。其流行率从2022年的61%增加到2023年的70%、2024年的75%和2025年的81%,表明DON是三种母体毒素中最持续检出的。相比之下,阳性样本的平均浓度保持相对恒定,约为496–653 μg/kg。这种流行率上升与平均浓度相对稳定的结合表明,主要变化是DON污染分布更广,而非污染强度普遍增加。然而,年度最大值在11,221至78,330 μg/kg之间,表明少数高度污染的批次可能与显著较低的年度平均值并存。
AFB1显示出较低但相对恒定的流行率,为18%-22%。其阳性样本均值变化比流行率更显著,2023年升至56 μg/kg,随后在2024年降至12 μg/kg,2025年降至15 μg/kg。1204–6473 μg/kg的年度最大浓度表明一种强烈右偏的污染模式,其中相对不频繁但严重污染的样本对风险贡献不成比例。因此,AFB1与DON相比流行率较低不应被解释为监管关注度较低,特别是因为AFB1的限值要严格得多。
T-2的检出频率较低,流行率在6%至12%之间,阳性样本均值为29–42 μg/kg。然而,其最大浓度在2023年达到723 μg/kg,2024年达到1255 μg/kg。这些发现表明,T-2污染不如DON广泛,但在个别批次中仍可能达到值得监管关注的浓度。此外,不应孤立地评估T-2与HT-2毒素,后者也在Spectrum Top?50调查中被检出,并增加了A型单端孢霉烯族的总体暴露负担。
在国际监管比较方面,目前这些饲料霉菌毒素没有全球统一的数值标准;相反,中国、欧盟和美国应用了在分析物定义、饲料类别、目标动物和监管状态方面不同的辖区特定控制值。中国的强制性饲料卫生标准GB 13078–2017仍然有效,为AFB1设定了约10–50 μg/kg、DON为1000–5000 μg/kg、T-2为500 μg/kg的基质和动物特定最大限量。在欧盟,指令2002/32/EC根据饲料原料和目标动物,为AFB1设定了5–20 μg/kg的法定最高限量。委员会建议2006/576/EC为大多数谷物产品中的DON提供了8 mg/kg、玉米副产品中12 mg/kg以及根据动物种类在配合饲料中0.9–5 mg/kg的非约束性指导值。对于T-2和HT-2毒素的总和,委员会建议2013/165/EU为燕麦加工产品设定了2000 μg/kg、其他用于饲料的谷物产品500 μg/kg以及大多数配合饲料250 μg/kg的指示性调查水平;猫用配合饲料的指导值为50 μg/kg。这些指示值不应被解释为具有法律约束力的饲料安全限值。在美国,FDA应用行动或咨询水平,而非欧盟式的法定最高限量。FDA对总黄曲霉毒素(而非单独的AFB1)的行动水平根据饲料原料、动物类别和预期用途在20至300 μg/kg之间。FDA对DON的咨询水平在谷物和谷物副产品中一般为5–10 mg/kg,而对于供四个月以上反刍牛使用的某些酒糟、啤酒糟和麸质副产品,在成分掺入和总日粮限制条件下,适用30 mg/kg的水平。FDA未对T-2或HT-2毒素规定数值行动或咨询水平。因此,这些国际值提供了有用的监管基准,但直接比较应考虑分析物覆盖范围、水分基准、饲料分类、动物种类和法律可执行性的差异。
对照这些基准,DON阳性样本的年度平均浓度低于最严格的1000 μg/kg限值,而每个评估期间的最高浓度都超过了更宽松的5000 μg/kg限值。T-2阳性样本的平均浓度远低于500 μg/kg,但2023年和2024年报告的最大值超过了此限值。对于AFB1,阳性样本均值在每个评估期间都超过了最严格的10 μg/kg限值,2023年的56 μg/kg平均值高于中国限值范围的上限。所有年度AFB1最大值都远高于50 μg/kg。这些比较识别出不同的风险特征:DON的特点是广泛且日益增加的检出,AFB1是流行率较低但在相对较低浓度下更可能引起监管关注,T-2则是检出相对有限但偶发高污染事件。然而,DSM数据集结合了不同国家、商品、成品饲料和动物用途类别,而监管限值是针对基质和物种的。因此,流行率不能直接转换为超标率,年度均值或最大值与监管限值的比较应被解释为风险筛查工作,而非正式的合规性评估。这些调查也主要基于提交进行常规商业分析的样本,而非统计随机化的全球抽样。尽管存在这些局限性,结果表明AFB1、DON和T-2的暴露在地理上仍然广泛且异质,仅基于平均浓度的解释会低估高污染批次和多霉菌毒素暴露的重要性。
除了单一毒素的检出,现有证据表明霉菌毒素污染日益涉及多种化合物。例如,塞尔维亚玉米中AFB1和伏马菌素B1(FB1)的联合超标率达到73.2%。在东南亚,米糠等饲料原料中涉及黄曲霉毒素、FB1、玉米赤霉烯酮(ZEN)和几种新兴霉菌毒素的共同污染率超过90%。同样,南非的商业饲料中也报道了伏马菌素、DON和ZEN的共存。总之,这些发现表明共同污染很常见,但高度依赖于区域气候、作物系统和生产实践。因此,这些例子不应直接外推到所有地理区域。然而,多种毒素的共存并不一定意味着协同毒性。根据毒素类型、暴露浓度、暴露持续时间和所用生物模型,联合效应可能是协同、相加、拮抗或可忽略的。未来的风险评估因此应整合实际暴露浓度、混合物组成、毒理学相互作用和物种特异性易感性,以更准确地评估潜在的神经、动物健康、食品安全和公共卫生风险。
3. AFB1的神经毒性
现有证据表明,AFB1可影响外周神经系统(PNS)和中枢神经系统(CNS),但不同模型和终点的证据强度有所不同。与T-2和DON相比,关于AFB1相关神经毒性的现有证据更强调退行性损伤、发育干扰、胆碱能信号传导、氧化还原稳态、神经炎症、调节性细胞死亡以及脑能量和脂质代谢中的相互关联的紊乱,以及发育和疾病相关易感性的增加。
3.1. AFB1的外周神经毒性
3.1.1. 体内实验
尽管大多数AFB1研究集中在肝脏毒性,但越来越多的证据表明外周神经系统也易受慢性AFB1暴露的影响。现有证据主要来自啮齿动物和斑马鱼模型,表明AFB1可诱导外周神经的结构损伤并损害感觉运动功能。
在成年大鼠中,重复口服暴露于AFB1(250 μg/kg)引起坐骨神经损伤,其特征为华勒氏变性、脱髓鞘、轴突损伤和施万细胞超微结构改变。这些发现提供了直接的形态学证据,表明慢性AFB1暴露可损害外周神经完整性。然而,由于该研究使用了相对较高的暴露条件,这些发现与真实饮食暴露的相关性需要进一步评估。
发育性斑马鱼模型为AFB1诱导的外周神经功能障碍提供了额外证据。Wu等人报道,水体AFB1暴露(6至7 dpf,15–150 ng/mL)破坏了斑马鱼胚胎和幼鱼三叉神经节和后脑神经元的发育,并伴有运动活性降低和惊跳反应受损。神经发育异常和功能缺陷的并行发生加强了AFB1可干扰发育中感觉运动回路的论点。特别是,三叉神经节的异常提供了外周感觉参与的相关解剖学证据。然而,观察到的行为表型不能完全归因于外周神经损伤,因为运动和惊跳反应依赖于中枢神经元、外周感觉神经元、运动通路和骨骼肌的协调活动。因此,这项研究更支持整合性感觉运动回路的中断,而非证明选择性的外周神经毒性。
同样,He等人证明AFB1(6至120 hpf,78–625 μg/mL)暴露影响了斑马鱼胚胎发育并减少了自发运动。研究人员报告了神经元标志物的异常表达和屏障相关蛋白的破坏,表明AFB1可能在早期发育期间损害神经肌肉通讯。尽管该模型主要反映发育毒性而非成熟的外周神经病变,但它为发育中的外周神经系统对AFB1暴露的脆弱性提供了重要证据。
总之,这些研究表明外周神经系统是AFB1毒性的合理靶点,但尚未定义在现实暴露条件下外周神经病变的风险。大鼠研究提供了令人信服的形态学证据,表明足够高的重复暴露可在成熟外周神经中产生轴突、髓鞘和施万细胞损伤,而斑马鱼研究表明发育中的感觉和运动回路可能特别易受AFB1影响。跨物种的结构、分子和行为发现的趋同加强了AFB1诱导外周神经毒性的整体生物学合理性。然而,物种、发育阶段、暴露途径、浓度和结果评估的差异妨碍了研究间的直接比较。未来的研究因此应优先考虑使用环境和生理相关剂量的慢性口服暴露模型,纳入定量神经传导和感觉功能测量,并区分原发性外周神经损伤与中枢神经毒性、肌肉损伤或全身性毒性的继发效应。
3.1.2. 体外实验
目前,关于AFB1外周神经毒性的体外研究有限。缺乏完善的外周神经系统细胞模型限制了对AFB1是直接损伤外周神经元还是外周神经损伤继发于全身毒性的理解。未来的研究应更加强调外周神经系统的内在特异性,以阐明其细胞靶点、剂量-反应关系和AFB1诱导外周神经损伤的关键分子事件。
3.2. AFB1的中枢神经毒性
3.2.1. 体内实验
与外周毒性相比,AFB1诱导的中枢神经系统毒性已被更广泛地研究。现有证据表明,AFB1不产生单一模式的脑损伤,而是干扰几个相互关联的过程,包括胆碱能信号传导、氧化平衡、神经炎症、调节性细胞死亡以及脑能量和脂质代谢。
AFB1在禽类和哺乳动物中枢神经系统中表现出一致的神经毒性。在禽类模型中,日粮AFB1(5 mg/kg饲料,14天)暴露降低了运动和探索活性,延长了强直性不动,抑制了脑乙酰胆碱酯酶活性,并增加了氧化和炎症反应。该研究在相关的日粮暴露途径下将行为异常与胆碱能功能障碍和氧化-炎症损伤联系起来。然而,使用全脑组织和非特异性行为终点使得难以区分直接神经毒性与全身性疾病。Naeini等人提供了更强的机制证据,表明AFB1(0.6 mg/kg体重,腹腔注射4天)损害了空间记忆并激活了海马RIP1/RIP3/MLKL通路。一氧化氮合酶抑制剂的保护作用支持一氧化氮依赖性坏死性凋亡的因果作用。然而,腹腔注射途径限制了对慢性日粮暴露的外推。
AFB1也可能放大预先存在的神经易感性。在BTBR小鼠中,它加重了自闭症样行为,并促进了促炎性T细胞信号传导,同时抑制了调节性免疫反应。在帕金森病相关模型中,AFB1通过可溶性环氧化物水解酶诱导神经炎症、α-突触核蛋白病理和多巴胺能功能障碍;该酶的基因缺失和药理抑制减少了这些效应。这些干预研究加强了因果推断,尽管它们表明的是对易感表型的加剧,而非证明AFB1独立导致自闭症或帕金森病。
非哺乳动物模型进一步扩展了对AFB1诱导中枢神经系统功能障碍的理解。在银鲶鱼中,Souza等人表明日粮AFB1抑制了脑肌酸激酶和Na+/K+-ATP酶活性并增加了氧化损伤,提示能量供应和离子稳态受损。在斑马鱼中,脂质组学分析揭示AFB1改变了脑鞘脂代谢和含DHA的磷脂,提示代谢紊乱可能促成行为异常。这些发现拓宽了机制框架,但酶和脂质组学变化在很大程度上仍是关联性的,没有直接的通路干预。
总体而言,体内证据在物种间具有生物学一致性,但高剂量、异质暴露途径、易感动物模型和非特异性行为结果限制了对现实人类饮食暴露的直接外推。
3.2.2. 体外实验
体外证据表明,AFB1通过涉及小胶质细胞炎症、神经元铁死亡和内质网应激介导的细胞凋亡的细胞特异性机制直接破坏中枢神经系统稳态。
Mehrzad等人表明,环境相关浓度(20 ng/mL)的AFB1暴露激活了人CHME5小胶质细胞中的炎症信号,而未引起明显的急性细胞死亡。TLR/MyD88/NF-κB通路的激活表明低剂量AFB1可能主要作为神经免疫调节剂,可能创造一个增加神经元脆弱性的促炎环境。使用人源小胶质细胞和相对较低的暴露浓度加强了发现的相关性。然而,单一培养模型无法确定激活的小胶质细胞是否随后损伤神经元。
在HT22海马神经元中,Lin等人证明AFB1(48小时半数抑制浓度为33.62 μmol/L)通过铁积累、脂质过氧化和抑制Slc7a11/Gpx4抗氧化通路诱导铁死亡。铁死亡抑制剂减少神经元损伤的能力为该机制提供了因果支持。AFB1还增加了阿尔茨海默病相关蛋白,提示铁死亡损伤可能有助于神经退行性变相关的分子变化。然而,这些改变不应被解释为AFB1直接导致阿尔茨海默病的证据。
Song等人确定了一种独特的凋亡机制,其中AFB1激活了芳香烃受体(AHR),随后触发了IRE1/Xbp1s和PERK/EIF2α/CHOP分支的内质网应激。抑制AHR或内质网应激减少了神经元凋亡,支持AHR-ER应激轴的因果参与。橙皮素的保护作用进一步表明,增强谷胱甘肽(GSH)依赖性解毒可能降低神经元对AFB1的易感性。
总之,这些研究表明AFB1神经毒性并非由单一通路介导。小胶质细胞可能放大炎症信号,而海马神经元可能经历铁死亡或内质网应激相关的细胞凋亡。氧化失衡和GSH耗竭可能是连接这些反应的共同上游事件。然而,仍需要在神经元-胶质细胞共培养系统、脑类器官和慢性低剂量暴露模型中确认。
4. T-2的神经毒性
T-2对外周和中枢神经系统的神经毒性效应已在体内和体外研究中被频繁调查。与AFB1主要以退行性损伤和发育干扰为特征,以及DON与肠脑轴信号传导密切相关不同,T-2的神经毒性特征主要是抑制肠神经系统(ENS)重塑、自主神经功能障碍、线粒体生物合成受损和神经递质紊乱。
4.1. T-2的外周神经毒性
4.1.1. 体内实验
与AFB1和DON相比,T-2的外周神经毒性特别与肠神经系统功能障碍和自主神经调节异常相关。现有证据表明,即使在相对低剂量的暴露条件下,T-2暴露也能改变外周神经信号传导。
在猪模型中,慢性日粮T-2暴露显著影响了肠神经系统神经化学组织。Rychlik等人证明,低剂量T-2暴露(12 μg/kg体重,42天)增加了十二指肠神经系统中神经元型一氧化氮合酶(nNOS)阳性结构。这些改变表明T-2可改变肠神经元内的氮能信号传导,可能影响胃肠蠕动和分泌。同样,Makowska等人报道T-2暴露改变了猪胃和十二指肠中血管活性肠肽(VIP)样免疫反应性神经结构。由于VIP参与胃肠平滑肌松弛和肠道分泌调节,这些发现表明T-2诱导的肠神经系统重塑可能导致胃肠功能障碍。进一步研究表明T-2可广泛影响肠神经系统神经化学编码。在暴露于T-2的猪不同肠道区域观察到可卡因和苯丙胺调节转录物(CART)、降钙素基因相关肽(CGRP)、P物质(SP)和nNOS表达模式的改变。这些变化表明T-2并非简单地损伤外周神经元,而是可能重组胃肠道内的神经信号网络。总之,这些发现表明T-2破坏了肠神经系统的神经化学组织,可能影响胃肠蠕动、分泌和感觉处理。然而,免疫反应性的变化不一定表明神经元损伤或功能损害。它们也可能反映适应性神经可塑性;因此,现有证据支持肠神经调节异常,而非明确的肠神经病变。
除了肠神经系统功能障碍,T-2还可诱导自主神经和反射异常。实验研究表明,T-2暴露激活交感神经反应,增加儿茶酚胺释放,诱导血管收缩,并促成心血管功能障碍。在有意识的大鼠中,T-2(1 mg/kg体重)通过自主神经调节途径引起区域性血管阻力变化,表明外周神经毒性可能涉及异常的神经血管控制,而非仅直接神经元损伤。
T-2还与催吐反应密切相关。Borison和Goodheart证明,T-2诱导的呕吐反应可在去大脑动物模型中持续存在,表明外周感觉通路和低位脑干结构足以介导催吐反应,而无需更高级皮层调节。这一发现突显了T-2毒性中外周感觉神经元和中枢反射中枢之间的独特相互作用。
总体而言,现有证据支持T-2主要改变肠道、自主神经和外周感觉通路的功能组织。使用大型动物模型和在相对低剂量下观察到的效应加强了这一结论,但仍需要直接电生理测量、定量胃肠功能评估和慢性低剂量研究来区分毒性损伤与代偿性神经重塑。
4.1.2. 体外实验
关于T-2诱导外周神经毒性的直接体外证据仍然有限。未来的研究应建立生理相关的外周神经系统模型。
4.2. T-2的中枢神经毒性
4.2.1. 体内实验
与其外周效应相比,T-2诱导的中枢神经系统毒性已被更广泛地研究。现有证据表明,其中枢神经系统毒性的特征是组织特异性损伤、单胺能失调和发育脆弱性,而非单一的脑损伤模式。
T-2似乎在神经内分泌组织中诱导不同的应激反应。在大鼠中,暴露导致脑和垂体出血、水肿和程序性细胞死亡相关改变,但不同组织的主要反应不同:大脑皮层中LC3B、ATG5和mTOR表达增加,而垂体显示出更强的凋亡相关标志物诱导,包括Bax、Bcl-x和caspase-3。这种对比提供了重要证据,表明组织易感性决定了T-2诱导损伤的形式和时间进程。然而,由于自噬可能作为保护性反应或细胞损伤的促成因素,其在脑毒性中的确切作用仍不确定。
神经递质破坏为分子变化和行为结果之间提供了更清晰的联系。慢性T-2暴露增加了伏隔核中多巴胺转运体表达,减少了多巴胺可用性,并在小鼠中诱导了抑郁样行为。转运体失调、神经递质减少和行为障碍的同时观察加强了多巴胺能信号传导改变直接促成T-2诱导的神经行为毒性的论点。早期研究也报道了多个脑区血清素、多巴胺和去甲肾上腺素水平的变化。这些发现支持更广泛的单胺能稳态破坏,但变化的方向和幅度强烈依赖于物种、脑区、剂量和暴露持续时间,因此不应跨实验模型泛化。
发育暴露是另一个主要关注点。小鼠妊娠期和哺乳期T-2暴露减少了后代海马神经干细胞和祖细胞群,并损害了神经发生。这些细胞变化表明T-2可能在敏感发育期干扰海马神经回路的形成和维持。使用发育暴露模型加强了证据的生物学相关性,但需要进一步研究来确定受损的神经发生是否导致后期持续的认知或情绪缺陷。
总体而言,保留的证据表明T-2神经毒性主要与组织依赖性应激反应、单胺能功能障碍和发育性神经发生受损有关。病理、分子和行为发现的结合支持这一机制框架,尽管暴露条件和物种的差异继续限制对慢性人类饮食暴露的直接外推。
4.2.2. 体外实验
体外证据表明,线粒体功能障碍是T-2诱导神经损伤的核心机制。Agrawal等人表明,活性氧(ROS)的早期增加激活了ERK/p38 MAPK信号传导,导致细胞周期停滞和细胞凋亡。Pang等人进一步证明,T-2抑制了NRF2/PGC-1α/NRF1/TFAM轴,从而损害线粒体生物合成,减少ATP产生,并耗竭线粒体DNA。总之,这些发现表明T-2不仅诱导急性氧化应激,还削弱线粒体更新和能量代谢。
近期发现进一步表明,长期低剂量暴露可能将毒性反应从急性细胞凋亡转向细胞衰老和神经退行性变相关的分子变化。Wang等人报道,慢性低剂量T-2暴露激活了p53/p21通路并诱导衰老相关分泌表型,伴随类似阿尔茨海默病观察到的病理特征。该研究特别有价值,因为它将焦点从急性细胞死亡转移到慢性、非致死性细胞功能障碍。衰老神经细胞可能保持代谢活性,同时释放炎症和组织破坏性介质,为重复低水平暴露可能产生累积性中枢神经系统损伤提供了合理机制。
与此解释一致,Zhao等人表明T-2通过JNK/HIF-1α相关信号传导改变了BV2细胞中淀粉样前体蛋白加工和tau磷酸化。这些变化表明氧化和应激反应通路可能与淀粉样蛋白和tau病理相关的分子过程相交。然而,使用小胶质细胞意味着这些发现主要反映神经免疫调节,而非对神经元的直接影响,淀粉样蛋白相关蛋白或tau磷酸化的改变不应被视为等同于阿尔茨海默病的发展。
总体而言,这些研究的主要贡献不在于证明T-2导致特定神经退行性疾病,而在于确定了持续暴露可能增加神经脆弱性的生物学连贯通路。在动物模型和人类相关暴露系统中的确认对于建立T-2暴露与阿尔茨海默病之间的因果关系仍是必要的。
5. DON的神经毒性
DON对外周和中枢神经系统的神经毒性效应已在体内和体外研究中被频繁调查。
5.1. DON的外周神经毒性
5.1.1. 体内实验
DON的外周神经毒性不同于AFB1和T-2,因为胃肠道不仅是其主要暴露部位,也是启动神经反应的主要界面。因此,现有体内证据支持DON主要通过破坏肠-神经通讯起作用,而非通过广泛的外周神经退行性变。
肠神经系统的结构改变为这种以肠道为中心的机制提供了最直接的证据。Rissato等人表明,长期暴露于低剂量DON导致大鼠肌间神经元和肠胶质细胞萎缩。这些发现因此表明形态测量性萎缩或重塑,而非已证明的神经元丢失,并提示重复低水平日粮暴露可在无明显全身毒性或可检测氧化应激的情况下改变肠道网络细胞结构。然而,由于未测量肠蠕动、神经传递和电生理功能,细胞体和神经节面积减少的功能后果仍不确定。Cui等人提供了肠道过程可改变DON相关脑损伤的证据。他们表明DON诱导的血脑屏障(BBB)通透性增加和神经炎症在很大程度上依赖于肠道微生物群介导的信号传导。总之,这些研究支持一个顺序模型,其中DON首先破坏肠道神经和微生物环境,然后通过肠脑轴放大中枢神经系统反应。该证据的优势在于连接外周损伤与中枢后果,尽管负责这种传递的特异性微生物代谢物和神经通路仍未完全明确。
DON还通过激活外周感觉受体产生快速功能反应,而非需要广泛的神经组织损伤。Meng等人证明,肠道受体激活促进饱腹感相关肠道肽的释放,这些肽将厌食信号传递到大脑。相关催吐机制已针对修饰的DON代谢物脱氧雪腐镰刀菌烯醇-3-葡萄糖苷(D3G)而非DON本身得到证明。Qin等人发现,口服和腹腔注射D3G在水貂中诱导剂量相关呕吐,并伴有循环GIP和SP增加。这些发现表明进食抑制和呕吐是由肠道感觉通路产生的协调防御反应。它们的机制价值大于仅报告食欲丧失的研究,因为受体依赖性干预有助于建立因果关系。然而,CaSR、离子通道、迷走神经传入和个体肠道肽的相对贡献可能随剂量、物种和暴露持续时间而变化。
外周感觉激活随后可能发展为更广泛的神经内分泌和炎症反应。Xu Qin等人报道,DON激活了下丘脑-垂体-肾上腺轴,并促进了涉及RIP1/RIP3/MLKL坏死性凋亡通路的神经炎症。这表明DON诱导的神经效应不仅限于短期饱腹感或催吐信号,还可能发展为全身应激调节和炎症损伤。宿主易感性似乎也改变了这种反应,Clark等人发现老年动物对DON诱导的饱腹感信号传导更敏感。因此,年龄相关差异在评估神经风险时是相关的,尽管需要在额外的暴露模型中确认。
总体而言,保留的证据支持DON外周神经毒性的以肠道为中心的框架。DON可以改变肠神经系统的结构,激活肠道感觉通路,并募集延伸到中枢神经系统的神经内分泌和炎症信号。该框架的主要优势在于整合了局部病理与受体介导的行为反应和全身神经效应。然而,现有证据仍以动物模型为主。
5.1.2. 体外实验
与体内研究相比,DON诱导外周神经毒性的直接体外证据仍然有限。尽管DON在动物模型中明确影响肠道神经调节,但很少有研究使用外周神经细胞系统直接调查DON毒性。
5.2. DON的中枢神经毒性
5.2.1. 体内实验
体内证据表明,DON诱导的中枢神经毒性不应被视为全身性疾病的非特异性后果。相反,DON似乎优先破坏负责认知、情绪、动机和进食的神经回路和信号系统。这种回路选择性解释比简单描述广泛脑损伤更能为DON暴露后观察到的多样化行为异常提供连贯的解释。
认知障碍是DON神经毒性最一致的表现之一。Yang等人证明,慢性DON暴露损害了基底外侧杏仁核-前边缘皮层(BLA-PrL)回路中的突触可塑性,并伴有空间和恐惧记忆缺陷。该研究特别有信息量,因为它将行为障碍与定义明确的神经通路功能障碍联系起来,从而提供了比仅测量行为变化的研究更强的机制证据。海马体也是重要靶点。在仔猪中,DON暴露破坏了钙信号传导(Ca2+/CaM/CaMKII通路)并诱导海马神经元超微结构损伤,导致结构性海马损伤。总之,这些发现表明DON诱导的认知功能障碍不太可能源于单个脑区的损伤。相反,它可能反映参与记忆编码、情绪学习和行为适应的相互连接的边缘和皮层回路的协调破坏。然而,将个体分子变化与特定认知结果直接联系的因果证据仍然有限,尤其是在大型动物模型中。
DON还改变调节情绪、动机和进食的神经递质系统。高剂量日粮DON(12.21 mg/kg饲料)暴露增加了雏鸡脑5-HT和NE水平,同时降低DA,这些变化与抑郁样行为相关。这些结果支持单胺能失衡促成DON诱导的行为失调的观点。然而,全脑神经递质浓度的测量提供关于区域特异性信号传导的信息有限,无法区分合成增加与释放、再摄取或降解改变。Csikós等人提供了更多空间分辨的证据,表明DON激活了奖赏相关区域(包括伏隔核、内侧前额叶皮层和腹侧被盖区)的GABA能神经元。这些区域的参与表明DON诱导的厌食和母性行为减少可能部分源于动机和奖赏处理的抑制,而非仅来自胃肠不适或外周饱腹感信号。这一解释将DON诱导的采食量减少的理解从外周毒性反应扩展为中枢调节的行为结果。
DON诱导的神经元激活的区域分布进一步支持直接中枢机制。c-Fos图谱研究揭示DON暴露后脑干、下丘脑和边缘系统核团的显著激活。这些区域共同调节内脏感觉、能量平衡、应激反应和情绪行为,这与DON产生的厌食、不适和行为抑制相对应。重要的是,报道的激活并未因迷走神经切断而消除,表明DON相关的中枢反应不能仅通过外周信号的迷走神经介导传递来解释。下丘脑和延髓中炎症细胞因子的同时诱导进一步表明神经炎症信号可能放大神经元激活。然而,c-Fos是神经元活性的间接标志物,不能确定激活的神经元是启动、补偿还是仅伴随毒性反应。因此,这些研究对于识别候选脑区有价值,但需要通过通路特异性操作来确认。
对现有证据的解释还必须考虑物种间差异。大鼠和家禽之间单胺能反应的差异表明神经组织、毒代动力学和DON代谢可能显著影响所得表型。因此,从一个物种获得的结果,特别是在高暴露剂量下,不应直接推广到其他动物或人类。未来的研究应优先考虑可比较的暴露设计、区域特异性神经化学测量和跨多个物种的因果神经回路方法。
总体而言,当前体内证据支持DON通过突触可塑性、神经递质稳态、神经免疫信号和奖赏相关神经回路的联合破坏诱导中枢神经系统毒性的模型。现有文献的主要优势是行为、分子和脑区水平观察的趋同。其主要局限性是许多研究仍是相关性的,并使用不同的物种、剂量和暴露持续时间。因此,建立特定神经通路与DON诱导行为结果之间的因果关系对于区分原发性中枢毒性与全身性暴露的继发反应至关重要。
5.2.2. 体外实验
体外研究表明,DON诱导神经毒性的显著特征不仅在于其引起神经元死亡的能力,还在于其更早地破坏维持中枢神经系统稳态所需的细胞过程。特别是,DON干扰神经祖细胞增殖、应激反应调节和胶质支持。这些效应可能在明显的细胞毒性显现之前削弱神经组织的再生和代偿能力。
最具机制独特性的发现之一是抑制神经祖细胞增殖。Xu等人表明,DON改变了与p21稳定性相关的m6A依赖性调节,导致G0/G1细胞周期停滞和神经祖细胞增殖能力显著降低。该发现的重要性在于证明DON可以在广泛细胞死亡发生前损害神经再生。因此,该机制将DON神经毒性的解释扩展到常规细胞毒性之外,并表明发育中或再生中的神经组织可能特别脆弱。表观转录组学调控的参与也为DON暴露与神经发育受损之间提供了相对特异的分子联系。然而,该机制的更广泛相关性仍需在分化的神经细胞和体内系统中确认,其中祖细胞行为受更复杂的微环境调节。
DON还扰乱适应性应激反应与细胞损伤之间的平衡。研究表明,DON通过抑制PI3K/Akt/mTOR通路诱导自噬。然而,自噬不应被解释为纯粹的毒性反应。其初始激活可能代表去除受损蛋白质和细胞器并维持细胞稳态的代偿性尝试。在长期或强烈暴露下,这种反应似乎变得失调。JNK和p38 MAPK通路的激活与过度自噬活性和加重细胞损伤有关。因此,关键的毒理学事件可能不是自噬诱导本身,而是从受控的适应性自噬向过度和适应不良反应的转变。这种解释比简单地将自噬描述为保护性或有害性更具信息量,因为其生物学效应取决于暴露强度、持续时间和细胞背景。
现有证据进一步表明DON神经毒性不限于神经元。F?ste等人报道,星形胶质细胞和小胶质细胞对DON高度敏感,表现出代谢活性降低、细胞周期调节紊乱、结构改变和炎症介质释放增加。这一发现尤其相关,因为胶质细胞维持神经元代谢、细胞外稳态、免疫调节和突触功能。它们的损伤可能因此在初始直接神经元损伤有限时放大神经元功能障碍。小胶质细胞炎症激活和星形胶质细胞结构破坏也为体内观察到的神经炎症反应提供了合理的细胞基础。然而,单一培养模型无法完全再现神经元、星形胶质细胞和小胶质细胞之间的相互作用,因此可能高估或低估个体细胞类型的贡献。
总体而言,体外证据支持DON主要损害神经组织维持和适应系统(包括祖细胞更新、调节性自噬和胶质支持)的模型。当前文献的主要优势在于识别了相对特异的上下游机制,特别是m6A相关的细胞周期调节和适应性自噬向适应不良细胞应激的转化。其主要局限性是依赖分离的细胞类型和简化的暴露系统。未来的研究需要使用多细胞共培养、神经类器官和其他整合性中枢神经系统模型来确定这些机制如何在组织水平上相互作用。
6. 这三种霉菌毒素的联合神经毒性
6.1. 联合神经毒性的证据
6.1.1. 二元组合的间接证据
仅少数二元组合有直接的神经证据。在人SK-N-SH神经母细胞瘤细胞中,AFB1 + DON产生了可测量的混合物相互作用,但在测试的比例和效应水平下反应主要是拮抗的,而含有第三种毒素的混合物在更高效应水平可能转向相加或协同。在胚胎斑马鱼中,AFB1 + DON产生了相加的发育毒性,并伴有
相关新闻
生物通微信公众号
微信
新浪微博

热点排行

    今日动态 | 人才市场 | 新技术专栏 | 中国科学人 | 云展台 | BioHot | 云讲堂直播 | 会展中心 | 特价专栏 | 技术快讯 | 免费试用

    版权所有 生物通

    Copyright© eBiotrade.com, All Rights Reserved

    联系信箱:

    粤ICP备09063491号