三聚氰胺及其同系物的毒理学研究进展

尹荣焕，刘 娇，王心竹，白文林＊，尹荣兰，刘宝山，何剑斌

（1.沈阳农业大学畜牧兽医学院，辽宁 沈阳 110161；2.吉林省畜牧兽医科学研究院，吉林 长春 130062）

三聚氰胺（melamine）简称三胺、三胺三嗪、氰尿酰胺，谷称蛋白精、蜜胺，三聚氰胺有3种同系物，分别为三聚氰酸（cyanuric acid）、三聚氰酸一酰胺（ammelide）和三聚氰酸二酰胺（ammeline），均属于三嗪类含氮杂环有机化合物。自从2007年3月以来，三聚氰胺已引起美国发生4000多起猫、狗等宠物中毒死亡事件[1]，美国要求进口的产品全部要检测三聚氰胺。同年，北京、福建、天津、山东、珠海检验检疫局从进口澳大利亚、马来西亚、泰国、秘鲁的宠物食品和鱼粉中检出三聚氰胺。2008年9月，中国暴发了“三鹿婴幼儿奶粉”受三聚氰胺污染事件，致使大量婴幼儿产生肾结石病症，甚至死亡。此后又在多家企业的奶粉、液态奶甚至饲料中检出超量的三聚氰胺，该物质已经对我国的食品企业和饲料行业产生较大的负面影响。

“三聚氰胺”这个原本对一般人而言很陌生的物质，由于其带来的危害已经引起了全世界的重视。2010年－2011年三聚氰胺竟“重现”，又有多家企业因涉嫌生产、销售三聚氰胺超过国家标准的乳制品被监管部门依法查处，甚至还有报道广东潮安县几家食品公司曾经购入含三聚氰胺的问题奶粉来加工奶糖等食品。由此，研究者们针对其毒理学进行了大量研究，并且已取得了较大进展，三聚氰胺及其同系物的肝脏、肾脏、神经、细胞等毒性被陆续揭示出来。由于环境、包装及人为因素的影响，三聚氰胺及其同系物对人和动物的危害不容忽视，本文以近年来最新资料为基础，对三聚氰胺及其同系物的毒理学研究概况做一综述。

1 三聚氰胺及其同系物理化性质及应用

三聚氰胺最早于1834年由德国化学家von Liebing J采用双氰胺法合成，分子式为C3N6H6，结构见图1，是一种白色单斜棱晶体，熔点354℃，难溶于水，20℃时溶解度3g／L，微溶于乙醇，不溶于乙醚、苯和四氯化碳。性质相对稳定，但高温时可以分解放出氰化物、氮氧化物和氨等有毒物质。三聚氰胺作为原料已被广泛用于生产塑料、厨房用具、防火纤维、商业滤膜、胶水和阻燃剂、药物胶囊、皮革、纺织等，部分亚洲国家，也用它来制造肥料，同时象兽药及杀虫剂环丙马秦等在动物体内可以代谢为三聚氰胺。

三聚氰胺在强酸或强碱溶液中会发生水解，胺基被羟基取代，先生成三聚氰酸二酰胺，再水解生成三聚氰酸一酰胺，最后生成三聚氰酸，均属于用途广泛的基本有机化工中间产品，其结构见图1。在三聚氰胺的三种同系物中，目前毒理学研究集中在其水解终产物三聚氰酸的协同作用上。三聚氰酸（cyanuric acid），也称为氰尿酸、异氰尿酸，是一种略带苦味无臭的白色晶体，分子式C3H3N3O3。溶于热水，在20℃水中的溶解度为5g／L，能溶于热乙醇、吡啶、浓盐酸、硫酸以及氢氧化钠和氢氧化钾的水溶液，不溶于醚、苯、丙酮、氯仿和冷乙醇。三聚氰酸也是一种重要的有机合成原料，可用于合成氰尿酸—甲醛树脂、环氧树脂、抗氧剂、涂料、粘合剂、农药除草剂、金属氰化缓蚀剂、高分子材料改性剂等，也用于药物卤三羟嗪的生产。

图1 三聚氰胺及其同系物的分子结构Fig.1 Molecular structures of melamine and its analogues

2 三聚氰胺及其同系物在食品和饲料中安全性研究动态

1958年，Robert等首次提出三聚氰胺作为非蛋白氮来饲喂奶牛，但Newton等发现三聚氰胺对反刍动物而言是一种不可接受的非蛋白氮源，因为其在牛体内的水解作用较慢，而且没有棉籽粉或尿素等氮源有效。我国农业部在《饲料添加剂品种目录》（农业部公告658号）中公布了可在反刍动物饲料中使用的9种非蛋白氮饲料添加剂中，不包括三聚氰胺。在美国和其他国家，三聚氰胺也禁止用来作为动物或鱼、虾饲料添加剂。而对于奶及其制品来说，有研究证明，奶牛饲料中的三聚氰胺并不会直接进入牛奶中，牛奶中超量的三聚氰胺只能是牛奶加工过程中添加的。

三聚氰胺不允许做为食品和饲料添加剂使用，1994年国际化学品安全规划署和欧洲联盟委员会合编的《国际化学品安全手册》第三卷和国际化学品安全卡片说明，长期或反复大量摄入三聚氰胺可能对肾与膀胱产生影响，产生结石。欧洲食品安全权威机构（European Food Safety Authority）（1995）指出，如果将三聚氰胺用于食品中，可能会导致人类和动物产生尿结石和膀胱癌。不法商家将其用于食品或饲料中，是利用其分子中含氮量高达66.7%，冒充高蛋白，以大幅度降低成本。目前，我国对此已经提出严格的限制，决不允许在食品和饲料中添加三聚氰胺。这样由人为因素带来的危害在监管部门的严格监督下，在一定程度上得到了控制。

近年来国内外三聚氰胺的毒性研究最新现况一般认为，三聚氰胺与它的同系物急性毒性作用均很低，当他们联合应用时则对肝脏、肾脏等组织器官毒性较大，并认为这也应该是引起2007年美国宠物死亡事件的主要原因。

3 安全限量标准

三聚氰胺的全部不致死最大剂量为5000 mg／kg。参考我国药物急性毒性分级标准，LD50＞5000mg／kg，曾初步认定为微毒或基本无毒。大鼠经口LD50平均为3.16g／kg，小鼠经口LD50平均为4.55g／kg，据报道雄鼠较雌鼠敏感，LD50为3.296 g／kg。美国食品安全局的官员们曾认为猪和鸡食用了被三聚氰胺和与三聚氰胺相关复合物污染的饲料，人类在短期食用这种猪肉和鸡肉及其蛋类，对人体健康威胁很小 ，2008年中国“三鹿婴幼儿奶粉”事件为上述毒性轻微的结论画上了问号。同时，食品或饲料中含有的三聚氰胺在高温下可能分解产生氰化物，而氰化物具有较强的毒性。

1998年经济合作与发展组织在为期13周的大鼠膀胱结石试验中，得出最低明显作用剂量为每日63mg／kg体重。2004年世界卫生组织（WHO）进行了为期2年的大鼠试验，三聚氰酸钠的最低无明显作用剂量为每日154mg／kg体重。关于人的耐受标准，美国食品和药品管理局（FDA）和欧洲食品安全机构（EFSA）在2007年进行了三聚氰胺及其结构类似物的初步风险评估，并确定了三聚氰胺的每日耐受摄入量 （TDI）为0.63mg／kg体重。欧洲食品安全机构发布最新的公共卫生风险声明，提出三聚氰胺及其类似物总量的TDI为0.5mg／kg体重。2011年，我国卫生部等5部门参考国际食品法典委员会（CAC）提出的食品中三聚氰胺限量标准，制定了我国三聚氰胺在食品中的限量值，并发布10号公告：规定婴儿配方食品中三聚氰胺的限量值为1mg／kg，其他食品中三聚氰胺的限量值为2.5 mg／kg，高于上述限量的食品一律不得销售。

4 三聚氰胺及其同系物的毒性作用机理

目前研究认为，三聚氰胺中毒及死亡的主要机制是肾功能衰竭。尽管三聚氰胺及其同系物单独饲喂动物具有较低的毒性，但三聚氰胺与三聚氰酸分子结构上的氢氧基与氨基之间可以形成水合键，将二者连接起来，这种反应可以快速反复进行，最终构成一个网络结构（图2），这种网络结构在肾脏中会形成不溶于水的大分子复合物，在肾小管、尿道或膀胱中形成结石，肾结石导致肾小管进行性管道堵塞和变性[2－4]，尿液无法顺利排除，使肾脏积水，使毒性增加，最终导致肾脏衰竭[5－6]。而三聚氰胺单独进入机体也可在体内转变成为其同系物三聚氰酸，许多单胃动物如猪、猫等以原体形式或同系物形式而不是其他代谢产物的形式排出。通过对2007年美国宠物食品中毒事件分析，猫和狗的中毒报告数之比约为5∶2，说明三聚氰胺对不同动物的毒性具有选择性，这种毒性的选择性可能是由于不同动物种属间毒物代谢的动力学差异引起的，猫最为敏感[7]。

图2 三聚氰胺及其三聚氰酸混合物形成的网络分子结构[7]Fig.2 Network molecular structure resulting from the combination of melamine and cyanuric acid

5 三聚氰胺及其同系物的毒性研究现状

5.1 对泌尿系统的毒性

三聚氰胺进入体内后主要通过肾脏排泄，血液经滤过、重吸收到最后形成终尿大约要经过1000倍浓缩，三聚氰胺被浓缩后达到一定程度就可以与其在体内分解后形的三聚氰酸形成结晶结构，损害肾脏，最终导致肾功能衰竭，所以有很强的肾毒性[8]。王玉燕等[9]发现大鼠每日染毒25mg／kg体重，5周后肾脏由于结晶体的挤压使肾组织严重缺血呈土黄色沙石样改变。对狗的慢性毒性研究发现，三聚氰胺能导致肾纤维化，远曲小管和集合管上皮增生、扩张，同时还发现甲状腺萎缩，淋巴细胞浸润[10]，此外还可引起钙质沉着等。Chen等利用大鼠对三聚氰胺和三聚氰酸混合物进行了3个月的亚慢性毒性检测，也发现了肾脏中混有坏死细胞碎片及炎性细胞。Park D等[11]经研究证实，三聚氰胺和三聚氰酸混合攻毒时具有很强的剂量依赖性，剂量达到400 mg／kg时肾毒性加剧，会引起急性间质性肾炎，肾小管严重扩张，肾小球萎缩。蔡仕彬等研究了三聚氰胺在SD大鼠胚胎发育过程中对胎鼠肾的致病性，发现三聚氰胺通过胎盘屏障进入胎鼠体内，沉积在肾脏，对胎鼠肾生长发育具有损伤作用，损伤主要在肾小管和肾间质，也有研究认为三聚氰胺或三聚氰酸对成年鼠的肾毒性大于新生鼠。Reimschuessel R等[12－13]研究发现鲶鱼和鳟鱼对三聚氰胺和三聚氰酸也较为敏感，而且由于鱼类排泄较哺乳动物慢，所以受损害更严重。

在肾脏损伤的机理探讨中，陈茜等[14]发现二者单独或混合后能引起机体BUN和CRE升高，SOD活性降低，MDA含量升高，且陈茜等还证实二者混合后能极显著诱导细胞凋亡，Bax、Cyt－c基因的表达显著升高，Bcl－2表达显著降低，并推导三聚氰胺与及其与三聚氰酸混合物可以通过脂质过氧化和线粒体通路介导凋亡共同作用引起肾损伤。Camacho L等[15]采取大鼠尿液检测了暴露在不同浓度三聚氰胺和三聚氰酸水平下的几种肾毒性标志基因，包括 KIM－1、TIMP1、Clu、Lcn2、Spp1表达量的改变，发现接触该类化合物的两个最高浓度组基因的表达量增加了，说明选定的这些生物标志基因的表达水平在评价二者的聚合毒性上也具有一定意义。

黄新凤等在病理学检测中发现三聚氰胺高剂量组可引起膀胱组织黏膜下水肿、血管扩张，局部可见黏膜上皮脱落，部分膀胱组织可见膀胱内沉积物，证明其攻毒后对实验动物膀胱的毒性。

5.2 对消化系统的毒性

一般认为三聚氰胺在胃内可能由胃酸催化，部分水解生成三聚氰酸，再吸收入血发挥其毒性到达各脏器发挥其毒性。经检测三聚氰胺在血中、肝内和血浆中的浓度基本相同，说明其是在体液中分布的，并不在肝脏中代谢。但研究还是发现蛋鸡饲料中单独添加10mg／kg～30mg／kg三聚氰酸会使肝细胞肿大、出现空泡变性[16]。谢志辉等[17]也检测到三聚氰胺及其三聚氰酸混合物对小鼠肝脏的损伤随着混合物剂量的上升呈量效关系，剂量越高损伤作用越严重，并认为二者是通过诱导小鼠肝脏细胞凋亡而致肝组织损伤，凋亡诱导基因Bax和Caspase－3基因参与了三聚氰胺和三聚氰酸诱导小鼠肝细胞凋亡的调控。

5.3 对神经系统的毒性

江泉观等发现大鼠连续4个月以上吸入三聚氰胺会出现中枢神经系统功能紊乱。在体外试验中Wang Y等[18]研究了三聚氰胺及其混合物对大鼠海马神经元细胞的影响，发现不仅混合物会损害神经细胞，甚至低水平的三聚氰胺对培养的海马神经元细胞也会产生损伤。Han Y G等[19]评估了三聚氰胺对已分化PC12神经细胞的影响，结果表明三聚氰胺引起早期细胞凋亡主要浓度范围是33mg／L～3300mg／L，并呈浓度依赖性，在3300mg／L以下几乎不会引起分化的PC12细胞坏死，并认为三聚氰胺通过引起细胞凋亡来抑制分化的PC12细胞的增殖，并且氧化应激参与了这一过程。

5.4 对生殖系统的毒性

Melnick R L[20]用含不同浓度的三聚氰胺分别饲喂大鼠和小鼠，13周后各剂量组动物的乳腺、卵巢、子宫、前列腺、精囊及睾丸等组织结构均未发现任何异常。据报道[21]，兔妊娠期第6d～18d每天给予剂量为0～500mg／kg的三聚氰酸盐，大鼠妊娠期第6d～15d每天给予剂量为0～5000mg／kg的三聚氰酸盐，胚胎和母体都没有表现出与剂量相关的毒性效应。但David等研究则认为，大鼠、兔和狗长期摄入大剂量的三聚氰胺会造成生殖、泌尿系统的损害，FAO和 WHO农药残留联席会议（JMPR）也于2006年公布了这一点。大鼠拌料口服的生殖和发育毒性分别为每日400mg／kg（母鼠）和1060mg／kg（胎鼠）。所以，关于该类化合物的生殖毒性还有待于进一步探讨。

5.5 对免疫系统的毒性

Yoon Y S等[22]研究数据表明饲喂三聚氰胺组小鼠的白细胞、中性粒细胞、淋巴细胞、单核细胞、嗜酸粒细胞、嗜碱粒细胞的数量均有所减少。另外，饲料中添加三聚氰胺对吉富罗非鱼血清总蛋白及全血的白细胞数、血红蛋白及血小板数都会产生显著影响。关于过敏反应，Lazarov A[23]发现83例纺织性皮炎病例中约20.7%源于对三聚氰胺甲醛和乙烯脲三聚氰胺甲醛过敏，Garcia Gavin J等[24]也报道了因三聚氰胺－甲醛树脂职业暴露所致的背部和手腕部位湿疹，皮肤斑。

5.6 细胞毒性

针对于细胞毒性，目前国内外研究多数集中在三聚氰胺及其同系物对动物的肾细胞、神经细胞的影响。林祥梅、Baynes对幼仓鼠肾细胞进行染毒后，采用噻唑蓝（MTT）法测定细胞存活率，计算出IC50为10.11mg／mL。Wang Z F等[25]研究了三聚氰胺对单细胞真核生物模型— —纤毛类原生动物梨形四膜虫的细胞毒性作用，发现三聚氰胺不仅对梨形四膜虫的生长速率具有抑制作用，而且可以使细胞同时发生形变。

5.7 遗传毒性及致癌性

Fronald E等[26]指出向5只刚断奶的乳猪静脉注入6.13mg／kg的三聚氰胺，收集超过24h的血样，用紫外高效液相色谱仪来分析，然后与在小鼠上的研究比较，发现三聚氰胺也引起了乳猪膀胱结石和其过渡期的细胞增生。Okumura M等[27]证实饲喂含30g／kg三聚氰胺饲料能诱发344鼠膀胱肿瘤和输尿管肿瘤，研究者已利用三聚氰胺处理Balb／c小鼠成功复制出泌尿道肿瘤模型[28]。目前国际癌症研究机构（IARC）评估三聚氰胺对人类致癌性属于三级 ，即对人类的致癌性尚无法分类。

5.8 其他毒性

Cianciolo L等用被三聚氰胺污染的猫食喂养猫之后观察到70只猫中有43只出现体征，包括无食欲、呕吐、多尿、烦渴和嗜睡等，喂养7d～11d后38只猫出现氮质血症。研究者还发现了三聚氰胺的其它毒性，大鼠连续4个月以上吸入三聚氰胺会出现体重增加迟滞，肺内炎性改变等。研究证实在蛋鸡的饲料中单独添加10mg／kg～30mg／kg三聚氰胺还可以显著降低1d～21d产蛋率，单独添加等量三聚氰酸1d～21d蛋鸡饲料利用率有降低趋势（P＝0.070）[15]，当三聚氰酸剂量达到50mg／kg时，则能显著降低饲料利用率[29]。而三聚氰胺和三聚氰酸联合中毒的猪临床上还表现出渐进性消瘦、皮肤粗糙等症状[30]。

6 结语

目前毒理学家已掌握了一些关于三聚氰胺及其同系物的毒理学研究资料，但多局限于泌尿生殖系统、代谢动力学和含量检测等方面，该类化合物对机体其它系统的影响积累的资料还非常有限。作为一种有机物，三聚氰胺及其同系物在工农业生产及生活中被广泛应用，食品和饲料通过包装、环境等直接或间接途径造成污染难以控制，尚需对其环境、饲料、食品污染现状，生物有效性及其在高级物种体内致毒的生物学过程和毒性效应机理进行深入探讨。

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