玉米赤霉烯酮毒性及其脱毒方法研究进展

时从来，李金贵

(1.扬州大学 兽医学院，江苏 扬州 225009 ；2.江苏省动物重要疾病与人兽共患病防控协同创新中心，江苏 扬州 225009)

玉米赤霉烯酮(zearalenone, ZEA)主要是由禾谷镰刀菌(Fusarium graminearum) 和三线镰刀菌 (F. tricinctum)、黄色镰孢 (F. culmorum)、木贼镰孢(F. equiseti)、半裸镰孢 (F. sernitectum)、茄病镰孢 (F. solani) 等真菌产生的次级代谢产物[1]，可对人和动物健康产生严重影响。其主要特点是具有类雌激素样作用，对雌性动物的生殖系统损害极大[2]。此外，其还能导致免疫抑制、肝肾损伤、具有潜在的致癌性[3]。目前，国内外主要采取物理、化学和生物脱毒的方法降低ZEA毒性，但各方法均有优缺点。本文将对ZEA的危害及其近年来脱毒方法进行简要陈述。

1 玉米赤霉烯酮毒性

1.1 生殖系统毒性

研究发现，在饲粮中添加1.04 mg/kg ZEA，较短的时间内不影响断奶仔猪的生长性能，但与正常仔猪相比，生殖器官的重量显著增加。ZEA可能通过调控卵巢中生长激素受体、饥饿激素和增殖细胞核抗原的表达，促使断奶仔猪发育提前，卵巢早熟，造成生殖毒性。猪对ZEA最为敏感，食用小剂量被ZEA污染的饲料可以使小母猪发情期提前，表现出早熟、外阴部充血水肿、直肠脱出、假妊娠等临床症状。若增大ZEA剂量，则会导致母猪流产，死胎，甚至终身不育[5]。

ZEA对雄性动物生殖系统同样有损伤作用，公猪食用含有ZEA的饲料，易出现睾丸炎、精子活力降低、性欲减退等现象。使用不同浓度的ZEA处理小鼠，可显著降低小鼠的体重和精液质量。随着ZEA剂量增加，小鼠睾丸乳酸脱氢酶、碱性磷酸酶、酸性磷酸酶的活力显著升高，血清睾酮和雌激素浓度显著下降[6]。总之，ZEA不仅严重影响雌性动物的生育与繁殖能力，同样影响雄性动物的生殖系统。

1.2 肝肾毒性

ZEA能够引起动物的肝肾损伤，用ZEA处理小鼠，小鼠血液的尿酸、尿素氮、谷草转氨酶和谷丙转氨酶显著升高，肝脏中总超氧化物歧化酶(T-SOD)、谷胱甘肽过氧化酶(GSH-Px)活性降低，丙二醛(MDA)含量显著升高。由此可见，ZEA能够对小鼠肝脏造成氧化损伤[7]。ZEA还可以引起仓鼠肾细胞活力和肾组织内SOD含量显著下降，而MDA含量则显著上升[8]。采用腹腔注射的方式给小鼠注射50 mg/kg剂量的ZEA，可观察到肝脏坏死、肝细胞变性和肾上皮细胞肿胀变性[9]。组织细胞的氧化损伤是目前普遍接受的ZEA引起肝肾损伤机制之一。

1.3 免疫损伤

ZEA可直接损伤免疫系统，导致动物抵抗力下降。小鼠连续腹腔注射ZEA后，可显著降低小鼠的胸腺指数，胸腺明显萎缩，诱导胸腺细胞凋亡[10]。母鼠饲喂150 mg/kg的ZEA之后，可以使血清免疫球蛋白A(IgA)和免疫球蛋白G(IgG)含量显著降低。另外，脾脏SOD和GSH-Px的水平显著降低，脾脏炎症因子的水平显著提升，从而造成脾脏病理性损伤[11]。用不同浓度的ZEA饲喂断奶小母猪，随着剂量的增加，小母猪的淋巴细胞增殖率，白细胞介素2(IL-2)的含量显著下降，显微镜下可见脾脏白髓和红髓明显萎缩[12]。长期饲喂低剂量的ZEA(8 μg/kg BW)会降低B细胞上CD21的表达，抑制IL-2和IFN-γ的分泌，降低了机体对病毒和肿瘤的抵抗力[13]。对雌性小猪连续饲喂18d的ZEA，血清中淋巴细胞、白细胞含量显著下降，CD4+、CD8+细胞含量下降，第18d抗体效价显著降低[14]。饲喂ZEA可导致妊娠母猪脾脏淋巴细胞活性和增殖率显著降低，初生仔猪脾脏淋巴细胞活性降低。以上研究结果表明，ZEA可以显著降低动物的免疫性能。

2 玉米赤霉烯酮脱毒方法

2.1 物理脱毒法

物理脱毒法主要是应用物理学方法使毒素分离或破坏，目前研究最多的有：吸附、辐射和高温破坏三种方法。不同材质的吸附剂对ZEA吸附度有所不同。常用的吸附剂有沸石(吸附率37.8%)、凹凸棒(吸附率43.2%)、海泡石(吸附率55.6%)和活化酵母细胞壁(吸附率33.8%)等。使用组合吸附剂对ZEA吸附效率达到95.17%[15]。以埃洛石作为吸附剂，对ZEA污染的饲料进行吸附实验，埃洛石可以吸附95% 的ZEA，降低其毒性作用[16]。但是，埃洛石与性腺激素作用结果类似无法在饲料中添加。将活性硅藻土添加到饲料中用来吸附ZEA，可以吸附大部分ZEA[17]。由于吸附剂成本较大，而且需要控制各种条件才能达到最大吸附度，因此无法大面积推广使用。Denli等研究发现，经过120-140℃高温处理被ZEA污染的饲料，能除去73%-83% 的ZEA，但高温处理的方法会改变饲料的营养价值[18]。采用紫外线、射线照射方法可以穿透毒素，达到降解的效果，但辐射法存在污染和破坏饲料中正常营养物质结构，因此该方法也不能推广。物理脱毒法对ZEA破坏程度低，但成本高，甚至会改变饲料本身的营养价值，因此不适用于饲料大规模ZEA脱毒。

2.2 化学脱毒法

化学脱毒法是利用酸、碱、强氧化剂等化学物质破坏被污染饲料中ZEA的活性基团，从而达到分解ZEA的效果。例如在80℃条件下，10%的过氧化氢可以有效破坏ZEA的活性基团；此外，高浓度的臭氧能在较短的时间内完全清除ZEA[19]。由此可见，化学脱毒法虽然能高效降解ZEA，但也存在相应的弊端，比如会改变饲料的营养成分、适口性，不适宜用于大批量处理ZEA污染的饲料。

2.3 生物脱毒

生物脱毒法是利用一些对人和动物没有危害的生物来高效降解ZEA。目前国内外研究比较热的是利用细菌、酵母和霉菌等微生物进行ZEA脱毒。张倩等从赤霉病高发区域土壤样品中成功筛选出具有较强ZEA清除作用的芽孢杆菌，经检测转化的产物无雌激素效应，可以考虑作为脱毒剂使用[20]。王国宾对来源于污泥的微生物富集培养，筛选到了高效降解ZEA的菌株，降解率都在75%以上[21]。郝小龙从人工构建的工程菌和酵母里面纯化得到ZEA降解酶，对ZEA进行降解，在最适条件下降解率可达95.4%[22]。此外，结构修饰也可以降低ZEA的毒性，如糖基转移酶可将ZEA转化为葡萄糖苷而明显降低ZEA的毒性，其具体做法是将大麦UDP-糖基转移酶基因导入感受态大肠杆菌中进行表达，通过色谱柱亲和纯化得到相应的酶，并转化ZEA，转化效率很高，极大的降低了ZEA的毒性[23]。通过LC/MS-MS检测zearalenone-14-glucoside在奶牛体内代谢产物，结果显示在血清中检测到ZEA，这说明转化后的产物在体内可能发生水解反应，又会生成ZEA[24]。

生物转化ZEA可以不破坏饲料营养成分，有相对的优势，但转化后产物的安全性如何，仍需要开展深入细致的研究工作来进行综合评价。

3 讨论与展望

我国南方雨水充沛，霉菌容易滋生，饲料谷物易遭到霉菌毒素污染。王若军等报道我国华南、华北等地饲料中ZEA检出率达到100%，且超出国家标准[25]。因此，去除饲料中ZEA已成为国内外研究热点。物理、化学方法虽研究比较透彻，但存在很多弊端，难以推广使用。生物方法主要通过微生物吸附和微生物降解，生物降解法有明显的优势，将会成为今后主要的研究方向。目前ZEA生物降解技术研究还存在对降解机制的研究不够深入，未来通过生物方法脱毒将主要集中在以下几个方面: (1)阐明ZEA 生物合成和调控途径，尤其是在田间合成的机制，从根源阻断ZEA 污染；(2)通过大量取样，筛选出高效的微生物可将ZEA 转化为无毒产物；(3)利用基因工程技术将降解基因异源表达、纯化，制成酶制剂，播撒到田间或添加到饲料中，降解ZEA；(4)通过转基因工程，将 ZEA 降解酶基因转化成禾谷类作物，使转基因作物直接降解ZEA。总之，随着人们对食品安全的日益关注，ZEA生物降解的研究必将引起广泛的重视。