T—2毒素的毒性及其作用机制与代谢研究进展

李丽霞++尚书凤

摘要：T-2毒素是A类单端孢霉烯族真菌毒素。T-2毒素自然发生，严重污染粮食作物及其加工产品，造成巨大的经济损失。T-2毒素污染饲料，威胁畜禽健康，严重影响畜禽养殖业。T-2毒素及其在动物体内的代谢产物在可食组织器官残留，通过食物链传递到人类，威胁到人类的健康。因此，T-2毒素受到广泛关注。综述了有关T-2毒素的毒性及其毒理机制与代谢等的研究进展。

关键词：T-2毒素；毒性；作用机制；代谢

中图分类号：Q935 文献标识码：A 文章编号：0439-8114（2015）21-5207-04

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2015.21.002

单端孢霉烯族毒素是一大类结构相关的真菌毒素，主要是由镰刀菌属（Fusarium genus）产生的，如拟枝孢镰刀菌（Fusarium sporotrichioides）、三线镰刀菌（Fusarium tricinctum）和木贼镰刀菌（Fusarium equiseti）[1]。根据单端孢霉烯族毒素的功能团，将其分为A、B、C、D 4类。T-2毒素属于A类单端孢霉烯族毒素，是单端孢霉烯族毒素中毒性最强的毒素之一。T-2毒素损害肝、皮肤、消化系统、免疫系统、神经系统等，能够使农场动物亚中毒甚至致死。由于T-2毒素的毒性及其稳定性，T-2毒素被用作生化武器[2]。T-2毒素抑制蛋白质合成，从而抑制DNA、RNA合成。T-2毒素诱导哺乳动物细胞凋亡。T-2在体内通过异戊基侧链3′碳的羟化、酰基水解、环氧键打开的脱环氧产生20多种产物。最典型的代谢产物是HT-2、T-2 triol、T-2 tetraol、Neosolaniol、3′OH-T-2、3′-OH-HT-2、3′-OH-T-2 triol、Dihydroxy HT-2、 Deepoxy-3′-OH-HT-2、 Deepoxy-3′-OH-T-2。参与T-2毒素羟化作用的酶主要有细胞色素P450 1A5、3A4、3A22、3A29、3A37、3A46，参与酯键水解的酶有羧酸酯酶[3，4]， T-2毒素环氧键打开的脱环氧反应是由肠道微生物催化的[5]。Fuchs等[6]报道了一种细菌BBSH 797可以将T-2 三醇环氧键打开生成T-2 四醇。

1 T-2毒素的发现及理化性质

20世纪中期，在美国用发霉的玉米喂养动物，一些动物表现出中毒症状。在威斯康星州，从发霉的有毒玉米中分离到许多真菌，三线镰刀菌是发霉玉米中最常见真菌之一，其提取物毒性是最大的。1968年Bamburg等[7]利用Gregory培养基培养三线镰刀菌菌株T-2，从乙酸乙酯提取物中获得毒素并结晶，将其命名为T-2毒素，首次确定了T-2毒素的分子式为C24H3O9，化学名为4β-15-二乙酰氧基-3α-羟基-8α-（3-甲基丁酰氧）-12，13-环氧单端孢霉-9-烯，四环的倍半萜烯，C-9与C-10之间形成一个双键，C-12与C-13之间形成环氧键（图1）。环氧键是T-2毒素毒性和生物活性的重要活性基团[8]。此外，R2、R3和R5也是T-2毒素重要的活性基团，Chanh等[9]利用T-2毒素单克隆抗体HDⅡ研究其结构与功能的关系，发现这些功能基团是毒素结合到靶细胞所必需的。

2 T-2毒素的毒性

在体内，T-2毒素主要毒害的组织是肝，致使肝脏生物膜形态和功能改变。T-2毒素抑制蛋白质合成，减弱代谢药物所必需的酶活性，诱发脂质过氧化，产生类似于自由基所致的溶血。T-2毒素对皮肤损害的典型特征是皮炎，一些动物暴露于T-2毒素，诱发腿部色素沉淀、胳膊黄萎病，还诱发皮下水肿、出血和皮肤坏死[10]。2012年Agrawal等[11]研究T-2毒素对小鼠的皮肤损伤，T-2毒素应用于局部导致氧化应激，活性氧、脂质过氧化、髓过氧化物酶活性增加，导致皮肤炎症因子（TNF-α、IL-6、IL-1β）的mRNA显著增加，抗炎症因子IL-10表达也显著上调。免疫印迹分析显示磷酸化p38丝裂原活化蛋白激酶（MAPK）水平显著增加。所以推测T-2毒素诱导的皮肤炎与以下因素相关：氧化应激、髓过氧化物酶的激活、炎症性细胞因子活性增加、p38 MAPK的激活和表皮细胞凋亡导致的皮肤退行性病理变化等[11]。

对免疫系统的损害是T-2毒素对动物和人所造成的主要毒害之一。用亚临床剂量的T-2毒素喂养猪29 d，用卵清蛋白免疫猪，检测激素和细胞免疫应答，猪产生的抗体大大减少[12]，验证了T-2毒素对免疫系统的毒性，尤其是对激素免疫应答的毒性。动物体暴露于T-2毒素，致使白细胞减少和淋巴器官细胞坏死，抑制骨髓和脾脏促细胞生成，减少淋巴细胞增殖。无论是体液免疫还是细胞免疫，无论是T-依赖免疫应答还是T-非依赖免疫应答，都受T-2毒素影响[10]。T-2毒素几乎对整个消化系统的所有细胞都有毒性。T-2毒素导致的坏死性病变，其典型特征是消化道出现黄白色干酪样的坏死性隆起，出现在口腔、肠黏膜、肫和肝等[13]。T-2毒素的刺激增加胃肠推进率，从而影响到胃肠消化运输和营养物质的吸收，T-2毒素导致胃肠功能紊乱，部分原因是由于T-2毒素改变肠系膜血流量，T-2毒素急性作用导致胃肠上皮细胞出血及坏死[14]。T-2毒素致使大鼠大脑单胺类神经递质水平发生改变、运动能力下降、小鼠脑组织氧化损伤。T-2毒素对血脑屏障具有强的细胞毒性，干扰血脑屏障功能[15]。

3 T-2毒素细胞毒性的分子机制

T-2毒素对60 S核糖体亚基亲和力很强，与肽基转移酶高亲和力，抑制肽基转移酶活性，从而抑制蛋白质合成的起始阶段。T-2毒素抑制DNA、RNA合成，T-2毒素诱导淋巴细胞单链DNA断裂[16，17]。Chaudhari等[18]报道T-2毒素引起活性氧生成和氧化应激发生，紧接着观察到P53蛋白表达量上调，也发现Bax/Bcl2比率增加，更利于细胞凋亡的发生。线粒体细胞凋亡因子Bax、Bcl-2、Cytochrome-c水平增加后，激活Caspases-9，-3，-7，导致细胞凋亡。关于T-2毒素诱导神经细胞凋亡的报道较少，Agrawal等[19] 报道T-2毒素诱导神经细胞胞外信号调节激酶（ERK）、c-Jun氨基末端激酶（JNK）和p38-丝裂原活化蛋白激酶（MAPKs）磷酸化，ERK途径上游的Grb2、Ras和Raf以及下游的转录因子c-fos和c-jun表达均显著上调。所以，T-2毒素通过多种途径诱导神经细胞凋亡。endprint

4 T-2毒素的代谢

T-2毒素在体内半衰期很短，在啮齿动物、鸡、牛、猪体内，T-2毒素被吸收后很快被代谢为多种产物。T-2毒素发现以来的几十年，科学家鉴定了许多种T-2毒素的代谢产物。Ⅰ相代谢产物可以分为3类：异戊基侧链3碳的羟化产物、酰基水解产物、环氧键打开的脱环氧产物。进入体内的T-2毒素及其Ⅰ相代谢产物很快与葡萄糖醛酸结合生成糖苷类化合物。在不同生物体，T-2毒素代谢产物有所不同。已经研究了多种动物体内（鼠、鸡、牛、猪）T-2毒素的代谢、组织分布、排泄。下面主要探讨T-2毒素在禽类代表动物鸡、畜类代表动物猪、啮齿类动物代表鼠体内体外代谢。

除了肠道和肝这两个主要代谢T-2毒素的场所以外，皮肤、血液和胃也在T-2毒素代谢过程中起到重要作用。用溶于DMSO的T-2毒素经注射渗透到皮肤，发现T-2毒素经皮肤渗透在生物体广泛存在，兔与人皮肤渗透性最相似，猴皮肤渗透性比人快2～3倍，HT-2是其主要代谢产物，也检测到T-2 triol和T-2 tetraol[20]。血细胞也能代谢T-2毒素，人和鼠血细胞经两个不同途径代谢T-2毒素分别生成HT-2和Neosolaniol，鼠红细胞代谢T-2毒素生成Neosolaniol作为主要代谢产物，而白细胞则生成HT-2；人红细胞代谢T-2毒素生成Neosolaniol和HT-2，而白细胞则仅仅产生HT-2。用特异抑制剂研究发现白细胞和红细胞中负责T-2毒素水解的酶是羧酸酯酶，血液代谢T-2毒素生成Neosolaniol的途径不同于肝代谢[21]。胃肠道在T-2毒素解毒过程中起到重要作用，鼠和牛胃肠代谢T-2毒素的研究为肝外组织代谢提供大量信息，牛瘤胃微生物在厌氧条件下与T-2毒素孵育，代谢生成HT-2和T-2 triol两种水解产物以及Deepoxy HT-2、Deepoxy T-2 triol、 Deepoxy T-2 tetraol 3种脱环氧产物[22，23]。研究发现鼠胃在不同pH条件下生成的产物有所不同，pH 2.2，孵育60 min后，HT-2是惟一代谢产物；pH 7.5，孵育3 h后，检测到HT-2 （18%）、Neosolaniol（4.4%）、4-deacetylneosolaniol（3.5%）。所以推测在不同组织代谢途径可能不同，因为不同亚型酶的底物特异性受孵育体系pH影响[24]。

T-2毒素在鸡体内的代谢。绝大多数代谢产物残留于排泄物，在鸡肝中也探测到大量T-2毒素代谢产物，肺中仅少量，在其他组织心和肾没有检测到T-2代谢产物。3′-OH-HT-2是组织和排泄物的主要代谢物，也探测到其他代谢物：HT-2、T-2 tetraol、15 acetoxy T-2 tetraol、3′-OH- T-2、4-acetoxy T-2 tetraol，以及微量的8-acetoxy T-2 tetraol、T-2 triol、 3-acetoxy-3'-OH-HT-2[25]。鸡体外，一般以肝微粒体做研究材料，苯巴比妥（Phenobarbital）诱导的鸡肝微粒体与T-2毒素孵育，HT-2是主要代谢产物，3′-OH-T-2是的主要氧化产物[26]。可能是由于体积庞大的异戊基侧链不容易去除，鸡肠道微生物与T-2孵育，仅检测C4位单个脱酰基产物HT-2和T2T及其脱环氧产物HT2-dE和T2T-dE[5]。已报道鸡的CYP1A5和CYP3A37羟化T-2生成3′-OH- T-2，是鸡代谢T-2毒素的关键酶[27，28]。

T-2毒素在猪体内的代谢。猪体内，0.1 mg氚标记T-2/kg体重的剂量给药后18 h，探测到标记物在体内的分布如下：0.7%（肌肉）、 0.43%（肝）、 0.08%（肾）、 0.06%（胆汁）、 21.6%（尿）、25.0% （大便），猪体内的代谢物分布情况与鸡体内的相似，绝大多数代谢产物残留于排泄物，所不同的是肾中检测到标记物[29]。在组织和胃肠道中，共检测到21种代谢产物，HT-2、T-2 triol、T-2 tetraol、 3′-OH T-2、3′-OH HT-2、Deepoxy T-2 tetraol、Deepoxy HT-2、Deepoxy T-2 triol等达到55%。其中HT-2、3′-hydroxy-T-2、 3′-hydroxy-HT-2 是主要代谢产物[30]。葡萄糖醛酸化在T-2毒素代谢过程中起到很重要的作用，胆汁和尿中，葡萄糖醛酸化的T-2毒素及其代谢产物量分别达到77%和63%，主要包括HT-2、3′-OH T-2、3′-OH-HT-2和T-2的葡萄糖醛酸化产物[31]。已报道CYP3A22、CYP3A29、CYP3A46是猪体内羟化T-2毒素的关键酶[32，33]。

T-2毒素在鼠体内外的代谢。用氚标记的T-2毒素灌流鼠肝，除了检测到3′-hydroxy-HT-2、3′-hydroxy-T-2 triol、4-deacetylneosolaniol、T-2 tetraol，还检测到HT-2、3′-hydroxy-HT-2、 T-2 tetraol的葡萄糖醛酸化产物。给鼠口服3′-Hydroxy HT-2 toxin和 T-2 tetraol，检测到了3′-hydroxy-deepoxy HT-2、3′-hydroxy-deepoxy T-2 triol、15-acetyl-deepoxy T-2 tetraol、Deepoxy T-2 tetraol，由此表明环氧键打开也在鼠体内代谢起重要作用[34]。用空肠原位灌流的方法研究T-2毒素在鼠肠道代谢，主要代谢产物是HT-2，也检测到3′-hydroxy-HT-2、3′-hydroxy-T-2、T-2 tetraol、 4-deacetylneosolaniol，没有检测到葡萄糖醛酸化产物，表明葡萄糖醛酸化不是发生在肠道，而是在鼠肝[35]。在体外，用大鼠、小鼠的肝微粒体来研究T-2毒素的代谢，不管来自苯巴比妥诱导还是不诱导的肝微粒体，HT-2是其主要代谢物，苯巴比妥诱导处理的大鼠和小鼠肝微粒体孵育T-2毒素，向孵育体系补充NADPH生成体系，也检测到3′-OH-T-2和3′-OH-HT-2，不过3′-OH-HT-2是小鼠肝微粒体的主要氧化产物，3′-OH-T-2是大鼠肝微粒体的主要氧化产物[36]。endprint

参考文献：

[1] KONIGS M， MULAC D， SCHWERDT G， et al. Metabolism and cytotoxic effects of T-2 toxin and its metabolites on human cells in primary culture[J]. Toxicology， 2009， 258（2-3）：106-115.

[2] KUCA K， POHANKA M. Chemical warfare agents[J]. EXS， 2010， 100： 543-558.

[3] JOHNSEN H， ODDEN E， LIE O， et al. Metabolism of T-2 toxin by rat liver carboxylesterase[J]. Biochem Pharmacol， 1986， 35（9）： 1469-1473.

[4] WU Q H， WANG X， YANG W， et al. Oxidative stress-mediated cytotoxicity and metabolism of T-2 toxin and deoxynivalenol in animals and humans： An update[J]. Arch Toxicol， 2014， 88（7）： 1309-1326.

[5] YOUNG J C， ZHOU T， YU H， et al. Degradation of trichothecene mycotoxins by chicken intestinal microbes[J]. Food Chem Toxicol， 2007， 45（1）： 136-143.

[6] FUCHS E， BINDER E M， HEIDLER D， et al. Structural characterization of metabolites after the microbial degradation of type A trichothecenes by the bacterial strain BBSH 797[J]. Food Addit Contam， 2002， 19（4）： 379-386.

[7] BAMBURG J R， RIGGS N V， STRONG F M， et al. The structures of toxins from two strains of Fusarium tricinctum[J]. Tetrahedron， 1968， 24（8）： 3329-3336.

[8] UENO Y. Toxicology of microbial toxins[J]. Pure Appl Chem， 1986， 58（2）：339-350.

[9] CHANH T C， HEWETSON J F. Structure/function studies of T-2 mycotoxin with a monoclonal antibody[J]. Immunopharmacology， 1991， 21（2）： 83-89.

[10] KALANTARI H， MOOSAVI M. Review on T-2 Toxin[J]. J Natural Pharmfcentical Prodacts， 2010， 5（1）：26-38.

[11] AGRAWAL M， YADAV P， LOMASH V， et al. T-2 toxin induced skin inflammation and cutaneous injury in mice[J]. Toxicology， 2012， 302（2-3）： 255-265.

[12] MEISSONNIER G M， LAFFITTE J， RAYMOND I， et al. Subclinical doses of T-2 toxin impair acquired immune response and liver cytochrome P450 in pigs[J]. Toxicology， 2008， 247（1）： 46-54.

[13] SOKOLOVIC M， GARAJ-VRHOVAC V， SIMPRAGA B. T-2 toxin： Incidence and toxicity in poultry[J]. Arh Hig Rada Toksikol， 2008， 59（1）： 43-52.

[14] SIREN A L， FEUERSTEIN G. Effect of T-2 toxin on regional blood flow and vascular resistance in the conscious rat[J]. Toxicol Appl Pharmacol， 1986， 83（3）： 438-444.

[15] WEIDNER M， HUWEL S， EBERT F， et al. Influence of T-2 and HT-2 toxin on the blood-brain barrier in vitro： New experimental hints for neurotoxic effects[J]. PLoS One， 2005， 8（3）：1-10

[16] DOI K， UETSUKA K. Mechanisms of mycotoxin-induced dermal toxicity and tumorigenesis through oxidative stress-related pathways[J]. J Toxicol Pathol， 2014， 27（1）： 1-10.endprint

[17] VENKATESH P， VAIRAMUTHU S， BALACHANDRAN C， et al. Induction of apoptosis by fungal culture materials containing cyclopiazonic acid and T-2 toxin in primary lymphoid organs of broiler chickens[J]. Mycopathologia，2005，159（3）：393-400.

[18] CHAUDHARI M， JAYARAJ R， BHASKAR A S， et al. Oxidative stress induction by T-2 toxin causes DNA damage and triggers apoptosis via caspase pathway in human cervical cancer cells[J]. Toxicology， 2009， 262（2）： 153-161.

[19] AGRAWAL M， BHASKAR A S， RAO P V. Involvement of mitogen-activated protein kinase pathway in T-2 toxin-induced cell cycle alteration and apoptosis in human neuroblastoma cells[J]. Mol Neurobiol， 2015， 51（3）：1379-1394.

[20] KEMPPAINEN B W， RILEY R T， JOYAVE J L， et al. In vitro percutaneous penetration and metabolism of[3H]T-2 toxin： Comparison of human， rabbit， guinea pig and rat[J]. Toxicon， 1987， 25（2）： 185-194.

[21] JOHNSEN H， ODDEN E， JOHNSEN B A， et al. Metabolism of T-2 toxin by blood cell carboxylesterases[J]. Biochem Pharmacol， 1988， 37（16）： 3193-3197.

[22] SWANSON S P， NICOLETTI J， ROOD H D， et al. Metabolism of three trichothecene mycotoxins， T-2 toxin， diacetoxyscirpenol and deoxynivalenol， by bovine rumen microorganisms[J]. J Chromatogr， 1987， 414（2）： 335-342.

[23] SWANSON S P， ROOD H D， BEHRENS J C， et al. Preparation and characterization of the deepoxy trichothecenes： deepoxy HT-2， deepoxy T-2 triol， deepoxy T-2 tetraol， deepoxy 15-monoacetoxyscirpenol， and deepoxy scirpentriol[J]. Appl Environ Microbiol， 1987， 53（12）： 2821-2826.

[24] LI Y， WANG Z， BEIER R C， et al. T-2 toxin， a trichothecene mycotoxin： Review of toxicity， metabolism， and analytical methods[J]. J Agric Food Chem，2011，59（8）： 3441-3453.

[25] VISCONTI A， MIROCHA C J. Identification of various T-2 toxin metabolites in chicken excreta and tissues[J].Appl Environ Microbiol， 1985， 49（5）：1246-1250.

[26] KNUPP C A， SWANSON S P， BUCK W B. Comparative in vitro metabolism of T-2 toxin by hepatic microsomes prepared from phenobarbital-induced or control rats， mice， rabbits and chickens[J]. Food Chem Toxicol， 1987， 25（11）： 859-865.

[27] SHANG S， JIANG J， DENG Y. Chicken cytochrome P450 1A5 is the key enzyme for metabolizing T-2 toxin to 3'OH-T-2[J]. Int J Mol Sci， 2013， 14（6）： 10809-10818.

[28] YUAN Y. ZhOU X， YANG J， et al. T-2 toxin is hydroxylated by chicken CYP3A37[J]. Food Chem Toxicol， 2013， 62： 622-627.

[29] ROBISON T S， MIROCHA C J， KURTZ H J， et al. Distribution of tritium-labeled T-2 toxin in swine[J]. J Agric Food Chem， 1979， 27（6）： 1411-1413.endprint

[30] CORLEY R A， SWANSON S P， GULLO G J， et al. Disposition of T-2 toxin， a trichothecene mycotoxin， in intravascularly dosed swine[J]. J Agric Food Chem，1986， 34（5）：868-875.

[31] CORLEY R A， SWANSON S P， BUCK W B. Glucuronide conjugates of T-2 toxin and metabolites in swine bile and urine[J]. J Agric Food Chem， 1985， 33（6）：1085-1089.

[32] CHENG G， LIU C， WANG X， et al. Structure-function analysis of porcine cytochrome P450 3A29 in the hydroxylation of T-2 toxin as revealed by docking and mutagenesis studies[J]. PLoS One， 2014，9（9）：1067-1069.

[33] WANG J， JIANG J， ZHANG H， et al. Integrated transcriptional and proteomic analysis with in vitro biochemical assay reveal the important role of CYP3A46 in T-2 toxin hydroxylation in porcine primary hepatocytes[J]. Mol Cell Proteomics， 2011， 10（9）： 1-18.

[34] YOSHIZAWA T， SAKAMOTO T， KUWAMURA K. Structures of deepoxytrichothecene metabolites from 3'-hydroxy HT-2 toxin and T-2 tetraol in rats[J]. Appl Environ Microbiol， 1985， 50（3）： 676-679.

[35] CONRADY-LORCK S， GAREIS M， FENG X C， et al. Metabolism of T-2 toxin in vascularly autoperfused jejunal loops of rats[J]. Toxicol Appl Pharmacol， 1988， 94（1）： 23-33.

[36] KNUPP C A， SWANSON S P， BUCK W B. In vitro metabolism of T-2 toxin by rat liver microsomes[J]. J Agric Food Chem， 1986， 34（5）：865-868.endprint