饲料中常见霉菌毒素污染情况及其对畜禽毒性作用的研究进展

刘秋瑾，尹珺伊，张 军，王 岩，白长胜，田秋丰，王 欢，薛沾枚，苗 艳

（黑龙江省农业科学院畜牧兽医分院，黑龙江 齐齐哈尔 161005）

霉菌毒素是由真菌产生的次级代谢产物，霉菌毒素暴露可对人及畜禽机体造成损伤。霉菌毒素存在于食物链的各个环节，畜禽采食被霉菌毒素污染的饲料，可导致霉菌毒素在畜禽产品中的残留，人食用含霉菌毒素残留的畜禽产品后会对健康产生危害［1］。不同的气候条件会影响霉菌的生长，从而影响霉菌毒素的产生量。研究表明，天气因素会影响谷物中伏马毒素（fumonisin，FUM）的含量［2］。饲料样品中霉菌毒素污染情况取决于季节、温度等条件［3］。目前，畜禽饲料及饲料原料中霉菌毒素污染现象普遍存在。研究霉菌毒素对畜禽毒性作用的主要指标包括饲料中霉菌毒素的污染水平以及动物机体组织（肝脏、肾脏）和血液中残留的霉菌毒素水平［1，4-9］。

应用生物、化学和物理方法可防止霉菌毒素污染或消除霉菌毒素的毒性［10］。生产中为防止或降低饲料中霉菌毒素对畜禽健康的危害，可使用防霉剂防止饲料及饲料原料产生霉菌，如中草药类、化学类和复合类防霉剂；使用脱毒剂吸附饲料中及动物消化道内的霉菌毒素，常用的有吸附剂（酵母细胞壁［11］、纳米壳聚糖［12］、麦饭石［13］）、酶解脱毒剂、微生物脱毒剂（黑曲霉［14］、枯草芽孢杆菌、奇异变形杆菌［15］）；使用解霉剂（一些化学物质）阻断霉菌毒素发挥毒性作用的信号通路，降低霉菌毒素对动物机体肝脏的损伤。此外，也可以应用紫外线照射消除畜禽饲料中的霉菌［16］。笔者介绍了畜禽饲料及饲料原料中常见的霉菌毒素种类及污染现状，综述了霉菌毒素对畜禽毒性作用的研究进展，提出了相应的防控措施，以期为减少畜禽生产中霉菌毒素污染造成的危害提供参考。

1 饲料及饲料原料中常见的霉菌毒素种类及污染情况

1.1 常见的霉菌毒素种类

饲料及饲料原料中常见的霉菌毒素有黄曲霉毒素B1（aflatoxin B1，AFB1）、赭曲霉毒素A（ochratoxin A，OTA）、玉米赤霉烯酮（zearalenone，ZEA）、呕吐毒素（deoxynivalenol，DON）和FUM。黄曲霉毒素（aflatoxin）由黄曲霉菌或寄生曲霉菌产生，对人类有致癌、致突变作用，AFB1常见于牛及家禽饲料、蛋、畜禽可食用组织中［17］。OTA 是由曲霉属和青霉属的多种真菌产生的一种霉菌毒素，存在于谷物和乳制品中。DON、ZEA 和FUM 是常见的镰刀属真菌毒素。FUM 是由串珠状镰刀菌和层出镰刀菌产生的一种霉菌毒素，是一种天然存在的饲料污染物。伏马毒素B（fumonisin B，FB）有3 种亚型，FB1、FB2和FB3，其化学结构不同、毒性不同，FB 主要存在于家禽饲料中［17］。

1.2 常见霉菌毒素的污染情况

为了解近期我国饲料及饲料原料中霉菌毒素的污染情况，通过中国知网论文数据库，以饲料、霉菌毒素、调查为关键词进行文献资料的检索，检索时间为2020—2021 年，最终纳入7 篇文献。对其报道的饲料及饲料原料中AFB1、OTA、ZEA、DON 和FUM 的平均含量、检出率及超标率等进行整理，具体情况见表1。

2 霉菌毒素对畜禽的毒性作用

2.1 AFB1对畜禽的毒性作用

AFB1可导致畜禽采食量下降，从而影响其生产性能。研究表明，AFB1对小鼠、兔、鸡、水产动物均有生长抑制作用［25］。当蛋鸡日粮中AFB1含量高于20 μg/kg 时，平均日采食量、产蛋率下降；当AFB1含量高于25 μg/kg 时，蛋壳强度、蛋黄色泽指数、哈氏单位、蛋平均重量均降低，并且可在肝脏组织中检测出AFB1［26］。黄曲霉毒素对畜禽具有免疫毒性，可导致免疫力下降，增加发生疾病的风险。刘雪芹［27］对日粮中添加AFB1的蛋鸡免疫器官进行转录组分析，结果表明，AFB1可使免疫器官的蛋白编码基因和miRNA 出现差异表达，导致部分器官免疫功能缺失，产生免疫毒性。AFB1可通过改变表观遗传修饰以及诱导氧化应激、过度自噬和细胞凋亡来破坏猪卵母细胞的成熟［28］。脾细胞是AFB1在猪体内的主要靶细胞。AFB1暴露的猪脾细胞白细胞介素-2（interleukin-2，IL-2）产生受到抑制，导致免疫毒性。AFB1对猪脾细胞的毒性作用呈剂量依赖性，可降低猪脾细胞中还原性谷胱甘肽（glutathione，GSH）水平，提高脂质过氧化水平，同时ERK1/2磷酸化水平增加［29］。在猪脾细胞中，补充硒后减轻了AFB1的免疫毒性，提高了脾细胞抗氧化能力［30］。AFB1可通过线粒体、内质网和死亡受体3 种通路诱导细胞凋亡，造成机体损伤［31］。解淀粉芽孢杆菌B10 可分别通过内质网、细胞凋亡和Nrf2/HO-1 通路抑制AFB1诱导的小鼠肝脏和肾脏细胞凋亡并缓解组织损伤［32-33］。在黄曲霉毒素中除了含量较高且毒性最强的AFB1外，还存在黄曲霉毒素B2（aflatoxin B2，AFB2）、黄曲霉毒素G1（aflatoxin G1，AFG1）、黄曲霉毒素G2（aflatoxin G2，AFG2）。AFB1与AFB2通过线粒体通路诱导细胞凋亡。AFB2的毒性依赖于肝细胞中活性氧（reactive oxygen species，ROS）的产生和细胞色素C 的释放，诱导线粒体介导的细胞凋亡，从而触发凋亡小体的形成；也可以通过抑制肉鸡肝细胞中PI3K/Akt/mTOR 信号通路激活，增加细胞凋亡和自噬［34］。综上所述，黄曲霉毒素可以通过诱导氧化应激、内质网应激及调控相关信号通路发挥毒性作用。

2.2 OTA 对畜禽的毒性作用

OTA 表现出肝毒性、肾毒性、肠道毒性、免疫毒性，具有致癌、致畸、致突变的作用［35］。由于在体内的代谢时间较长，OTA 通常比其他赭曲霉毒素的毒性更强。被OTA 污染的饲料对猪的生长性能产生负面影响，在动物细胞中具有类似AFB1的毒理效应。在仔猪日粮中添加不同剂量OTA 的研究表明，高剂量组平均日增重及采食量下降；OTA 的细胞毒性主要以剂量依赖方式发挥作用，通过降低抗氧化性能和引起氧化应激，诱导仔猪肾脏和肝脏毒性，发生组织病理学改变［36］。OTA 可诱导猪脾细胞中P38 和ERK1/2的磷酸化，分别导致肾毒性和免疫毒性［37］。此外，OTA 还可诱导猪肺泡巨噬细胞中P38 和ERK1/2的磷酸化，通过增加Toll 样受体4（Toll-like receptor 4，TLR4）介导的炎症信号通路蛋白表达量及增加细胞内ROS 的产生而引起免疫毒性［38］。Gan 等［39］研究表明，在猪日粮中添加OTA，可通过激活MAPK 信号通路促进肾脏、脾脏内质网应激和自噬，诱导组织发生病理学变化。OTA 可促进猪肠上皮细胞ROS 生成，然后依次升高Ca2+浓度、增加肌球蛋白轻链激酶（myosin light chain kinase，MLCK）活性，最终诱导屏障功能障碍并破坏单层猪肠上皮细胞的紧密连接［40］。研究表明，枯草芽孢杆菌产生的挥发性物质可破坏赭曲霉的细胞膜，抑制或杀灭赭曲霉［41］。番茄红素可减缓OTA 对犬肾小管上皮细胞的毒性损伤，修正氧化与抗氧化之间的失衡，抑制细胞凋亡，降低细胞损伤［42］。多项研究表明，虾青素在缓解OTA 导致的不同脏器损伤方面具有积极作用，如可缓解OTA 导致的肉鸡肾脏病变以及小鼠脾脏、肺脏、空肠损伤；通过干预Nrf2-Keap1 信号途径可保护OTA 诱导的小鼠亚急性肾脏损伤［43-47］。进一步明确饲料添加剂缓解OTA 毒性的靶向机制，有助于控制畜禽养殖场OTA 污染带来的经济损失。

2.3 ZEA 对畜禽的毒性作用

ZEA 具有生殖毒性、基因毒性、免疫毒性、细胞毒性［48］。ZEA 对猪小肠上皮细胞的毒性作用具有剂量依赖性，可降低细胞存活率，提高细胞培养液中乳酸脱氢酶含量，通过上调Caspase-1 蛋白水平诱导猪小肠上皮细胞凋亡［49］。ZEA 可通过改变湖羊睾丸间质细胞中相关基因及蛋白质表达水平产生毒性作用，如下调增殖相关基因及蛋白质表达水平，抑制细胞增殖；上调促凋亡相关基因及蛋白质表达水平、下调抗凋亡基因表达水平，促进细胞凋亡；增加氧化应激相关基因表达水平，使细胞产生氧化损伤；另外，m6A 甲基化修饰可能参与ZEA 的上述毒性作用［50］。龙娟等［51］研究表明，在日粮中添加不同剂量的ZEA 可影响蛋鸡生产性能和血清指标，具体表现为产蛋量下降，蛋重量及蛋壳强度降低，料蛋比升高；血清中雌二醇、三酰甘油、白蛋白含量降低，碱性磷酸酶、谷草转氨酶活性升高，孕酮含量升高。上述指标的变化可作为早期检测ZEA 毒性作用的参考。ZEA 对断奶仔猪具有生殖毒性，可通过AMPK/mTOR 途径介导的自噬促进猪子宫肥大，通过SIRT1/PGC-1α 通路导致卵泡异常发育［52-53］。ZEA 可通过降低紧密连接因子和三叶因子3 的表达，损伤断奶仔猪空肠、盲肠的屏障功能；改变盲肠内部分菌群的相对丰度［54］。ZEA 可通过内质网应激途径上调细胞凋亡相关基因表达水平，导致鸡胚成纤维细胞上清液中乳酸脱氢酶、Caspase-3 含量升高，最终促使细胞凋亡，导致毒性作用［55］。有研究表明，姜黄素、低聚壳聚糖硒、连翘酯苷A 等作为饲料补充剂，可减缓ZEA 对畜禽的毒性作用［56-58］。

2.4 DON 对畜禽的毒性作用

DON 对畜禽具有肝脏毒性、肾脏毒性、肠道毒性、生殖毒性和免疫毒性［59］。猪对DON 较为敏感，食用被DON 污染的饲料会出现厌食、呕吐等症状。朱电锋等［60］研究表明，饲喂含DON 的饲料会导致仔猪生长性能、血清细胞因子含量、肠道免疫水平降低，产生免疫毒性。DON 可通过干扰微管动态变化导致猪卵母细胞成熟异常。当猪卵丘-卵母细胞复合体暴露于DON 时，卵丘扩展和纺锤体畸变受到抑制［61］。DON 还可通过调节紧密连接蛋白的表达抑制猪小肠上皮的屏障功能［62］。Gu等［63］研究发现，通过TLR2 配体处理猪肠上皮细胞，激活PI3K/Akt/mTOR 信号通路，可防止DON导致的肠道屏障破坏。DON 可剂量依赖性地影响蛋鸡肝脏组织形态，降低肉鸡干物质采食量、体重、屠体重、腿重及肝脏重［64-65］。宫佳杰［66］研究表明，DON 对雏鸡具有免疫毒性，可通过调节脑组织和血清中脂质过氧化水平引起机体发生氧化应激。DON 还可改变肉鸡脂质组成，如增加血清胆固醇和三酰甘油含量。当饲料中含有10 mg/kg 的DON 时会导致鸡骨骼中的矿物质失衡［67］。研究表明，在仔猪日粮中添加植物炭黑，可通过抑制血清免疫球蛋白降低、缓解免疫器官氧化损伤、调节空肠中蔗糖酶活性，减轻DON 对仔猪健康的不利影响［68-69］。

2.5 FB1对畜禽的毒性作用

FB1对畜禽具有神经毒性、肠道毒性、肝脏毒性、肾脏毒性、免疫毒性和生殖毒性［70］。生长育肥猪日粮中添加FB1后，平均日增重和采食量下降；空肠组织及下丘脑结构被破坏，出现空肠绒毛上皮损伤脱落、炎性细胞浸润、神经细胞空泡化等一系列病理变化；空肠、下丘脑内炎症因子含量发生改变，促食因子表达抑制。在猪日粮中加入羧酸酯酶FumDSB 进行酶解后，由FB1导致的负面影响有所缓解［71］。在FB1作用下，猪肠上皮细胞活力下降、形态改变、数量减少，且细胞增殖受到抑制。FB1可使猪肠上皮细胞线粒体膜电位降低，提高促凋亡基因表达水平，抑制抗凋亡因子表达，促使细胞发生凋亡，从而导致细胞损伤［72］。此外，FB1可抑制猪脐静脉血管内皮细胞增殖，改变细胞形态，下调细胞间紧密连接相关基因和蛋白质的表达水平，损害细胞屏障，破坏细胞间连接，最终可能改变血管通透性，导致细胞渗出［73］。也有研究表明，FB1可通过改变猪肾上皮细胞的细胞核增殖抗原和细胞周期蛋白的表达水平，抑制细胞增殖［74］。FB1对猪卵母细胞的毒性作用具有剂量依赖性，可抑制猪卵母细胞体外成熟，影响细胞周期；增加猪卵母细胞ROS 含量及氧化应激相关因子表达水平，诱导细胞产生氧化应激；上调促凋亡基因使细胞凋亡，最终影响卵母细胞成熟［75］。关于FB1吸附作用的研究发现，应用工程菌pSWB980-ypfd-Bs 168 对FB1污染样品进行酶解，可降低毒素残余率［76］。此外，还可应用乳酸菌和纳豆芽孢杆菌对FB1和AFB1进行吸附，且菌浓度越大，吸附能力越 强［77］。

3 小结与展望

霉菌毒素对畜禽具有多种毒性，饲料中霉菌毒素污染不仅会给养殖场造成经济损失，也会残留到动物源性食品中威胁人类健康。笔者收集整理的资料显示，2020—2021 年各类饲料及饲料原料中AFB1、ZEA 和DON 污染现象普遍，尤其是ZEA 和DON 在玉米和小麦中污染严重，并且存在多种霉菌毒素共存的现象，因此，关于各类饲料及饲料原料中霉菌毒素污染情况仍需重点关注。

随着我国对饲料及饲料原料质量安全和风险评估工作的日益强化，饲料及饲料原料中霉菌毒素的相关研究也不断深入，但与发达国家相比仍存在差距，可从以下几个方面加强研究。一是根据霉菌毒素在饲料及饲料原料中的污染情况，建立健全长效监测机制，饲料生产企业与畜禽养殖企业在生产过程中加强对霉菌毒素污染情况的长期监测，对污染情况采取相应防控措施；二是饲料生产企业应加强饲料原料质量把控和饲料加工管理，畜禽养殖企业应加强饲料储存及使用管理，科学使用防霉剂、脱霉剂、解霉剂保护畜禽健康，降低霉菌毒素对畜禽造成的危害；三是对目前饲料及饲料原料中霉菌毒素的物理、化学和生物降解方法进行完善和优化。综上，饲料安全关系到畜禽健康及动物源性食品质量安全，预防和控制饲料及饲料原料中的霉菌毒素污染，对保障我国畜禽养殖业高质量发展及公共卫生安全具有重要意义。