黄曲霉毒素的生物毒性及其在奶畜体内转移规律

摘 要：黄曲霉毒素（AF）是一种真菌毒素，广泛存在于各种饲料原料中。黄曲霉毒素B 1（AFB 1）是毒性最强的一种AF，常污染奶畜饲料。在动物体内，AFB 1氧化代谢成黄曲霉毒素M 1（AFM 1），AFM 1可分泌到奶畜乳中。本文综述了AF的理化性质、有害生物学效应与机制、生物转化及其向奶畜乳、尿液、粪便和组织转移的规律。

文献标识码：A

文章编号：1006⁃267X（2015）10⁃3020⁃06

doi：10．3969／j．issn．1006⁃267x．2015．10．005

收稿日期：2015－05－08

基金项目：农业部948项目（2014⁃Z3）；公益性行业（农业）科研专项（201403071）

作者简介：黄 帅（1991—），女，安徽安庆人，硕士研究生，研究方向为反刍动物营养。E⁃mail：1028270210＠qq．com

∗通信作者：程建波，副教授，硕士生导师，E⁃mail：chengjianbofcy＠163．com

黄曲霉毒素（aflatoxins，AF）是一种次生代谢物，主要是由曲霉属真菌和寄生真菌产生 ［1］，发现于多种饲料原料中，如玉米、大麦、小麦、棉籽、花生及其副产品等。2014年，我国饲料普遍受到黄曲霉毒素B 1（aflatoxin B 1，AFB 1）污染，检出率在80%以上，饲料原料中AFB 1的超标率在0～38．89% ［2］。天然产生的AF有4种，分别是AFB 1、黄曲霉毒素B 2（aflatoxin B 2，AFB 2）、黄曲霉毒素G 1（aflatoxin G 1，AFG 1）和黄曲霉毒素G 2（af⁃latoxin G 2，AFG 2）。AFB 1是毒性最强的一种AF，已经证实AFB 1对多种动物有致癌性、致畸性和潜在致突变性，这其中也包括人类 ［3］，已被世界卫生组织的癌症研究机构列为（对人类）Ⅰ类致癌物 ［4］。奶畜摄入AFB 1后，代谢成羟基化代谢物——黄曲霉毒素M 1（aflatoxin M 1，AFM 1）。AFM 1是致癌性物质，毒性比AFB 1低 ［5］，主要存在于蛋白质组分中，可通过乳汁分泌 ［6］，因而常污染乳及乳制品。2011年，蒙牛乳业（眉山）有限公司生产的一个批次产品因奶牛食入霉变饲料被检出AFM 1超标近140% ［7］，引起了社会的广泛关注。为了为生产中控制AFB 1和AMF 1污染提供参考，本文将对AF及其在奶畜体内的转移规律进行综述。

1 AF的理化性质、生物学效应及其机制

1．1 AF的理化性质

AF是化学结构相近的一组二呋喃香豆素衍生物，基本结构都含有1个二呋喃环和1个氧化杂萘邻酮（俗称香豆素）。在薄层色谱板的紫外线下，AFB 1、AFB 2发蓝色荧光，AFG 1、AFG 2发绿色荧光。AFB 1纯品为无色结晶，溶于甲醇、乙腈、氯仿等有机溶剂，不溶于水。AFB 1十分耐热，分解温度为268℃，且结构稳定，加入强酸或强碱才能将其破坏，紫外线对低浓度AFB 1也有一定的破坏性。AFM 1是AFB 1羟基化衍生成的代谢物，溶于甲醇、乙腈等有机溶剂和水。AFM 1结构稳定、耐高温，加热处理对其破坏很小，巴氏杀菌不能将其消灭，只有在熔点温度下才发生分解 ［8］。

1．2 AF的有害生物学效应及其机制

AF的生物学效应分为毒性、致癌性、致突变性及致畸性。AFB 1和AFM 1都是剧毒物和肝脏致癌物 ［9］，AFB 1可导致动物急性或慢性中毒。AF的半数致死量（LD50）为0．249 mg／kg，其毒性是氰化钾的10倍、砒霜的68倍 ［10］。AFB 1经微粒体混合功能氧化酶系统生成活性代谢物——AFB 1－外－8，9－环氧化物（AFB 1⁃exo⁃8，9⁃epoxide，AF⁃BO），该环氧化物与DNA、RNA、蛋白质结合生成AF加合物，导致多种生物大分子失去功能，引起动物AF急性或慢性中毒 ［11］。哺乳动物急性AF中毒症状包括：食欲不振、嗜睡、共济失调、表面皮肤粗糙、苍白、肝脏肿大。慢性AF中毒症状有：料重比下降、产奶量降低、黄疸、食欲不振 ［12］。AF能降低畜禽对疾病的抵抗力，干扰疫苗产生的免疫反应 ［13］。Guthrie等 ［14］研究表明，农场饲喂的泌乳奶牛摄入120 μg／kg的AF后，生殖率降低。饲粮AF含量超过100 μg／kg会影响牛群的生产性能和健康 ［15－16］。AFB 1可引起严重的肝脏损伤，包括出血性坏死、脂肪肝、胆管增生 ［17］；还会引发肝炎、肝硬化等疾病 ［11］，甚至引发肝癌 ［18］。

AF的毒性机制主要是AF在体内代谢形成AFBO后，AFBO可与动物体内多种物质结合，导致AFB 1产生毒性、致癌性、致畸性以及致突变性。例如，AFBO与DNA的嘌呤残基共价结合形成AFB 1⁃DNA加合物，诱导抑癌基因p53第249位密码子第3个碱基发生置换（G∶C→T∶A），致使p53突变，导致机体癌症的发生 ［19］。研究表明，AFB 1与DNA共价结合后，抑制DNA的甲基化及蛋白质的合成，改变基因的表达和分化，影响原始细胞的发育和胎儿的分化，从而产生致畸效应 ［20］。

2 AF在体内的生物转化

AFB 1吸收部位在肠道，主要代谢部位是肝脏。AFB 1摄入后，经十二指肠吸收，未被吸收的AFB 1通过粪便排出体外。动物体代谢和转移吸收的AFB 1主要包括2个阶段。第1阶段是Ⅰ相代谢酶，主要是肝脏的细胞色素氧化酶P450系统，通过环氧化、水合、羟基化和O－脱甲基化反应主要产生AFBO、黄曲霉毒素 2a（aflatoxin M 2a，AFM 2a）、黄曲霉毒素Q 1（aflatoxin Q 1，AFQ 1）、黄曲霉毒素P 1（aflatoxin P 1，AFP 1）、AFM 1和黄曲霉毒醇 ［21－22］。AFB 2a、AFP 1、AFQ 1、AFM 1可通过尿液排泄 ［21］，哺乳动物也可通过乳汁排泄AFM 1

［23－24］。黄曲霉毒醇可由细胞质还原酶系统还原为AFB 1 ［25］。AFBO与 7N－鸟嘌呤反应生成致突变的AFB 1⁃DNA加合物，该加合物不稳定，脱嘌呤后通过尿液排泄 ［21］。第2阶段是Ⅱ相代谢酶系统，主要是谷胱甘肽－S－转移酶催化AFBO与谷胱甘肽结合产生AF－谷胱甘肽，AF－谷胱甘肽在肝肾经一系列反应以疏基尿酸（黄曲霉－N－乙酰半胱氨酸）的形式通过尿液排泄 ［26－27］。

3 AF在奶畜体内的转移规律

3．1 AFB 1向奶畜乳中的转移规律

奶畜摄入AFB 1，经肝脏代谢为AFM 1，AFM 1排泄到乳中的速度很快，清除速度也很快。研究表明，奶山羊摄入AFB 11 h后，乳中就检测到了AFM 1 ［28］，说明AFM 1排泄到乳中的速度很快。Polan等 ［29］研究发现，饲喂250和1 250 μg／kg AFB 1的泌乳牛，第4天至第14天，乳中AFM 1浓度持续增加，停喂2 d后，奶中就检测不到AFM 1。奶山羊摄入2 mg／头纯AFB 1，6 h的奶样检测到了AFM，停止饲喂4 d后，奶中未检测到AFM ［3］；

11摄入78 mg／头混合AF（AFB 1，36%；AFG 1，52%；AFB 2，3%；AFG 2，2%）的绵羊，停止饲喂6 d后，奶中不含AFM 1 ［30］；这2个研究表明，奶中AFM 1的清除速度很快，奶畜摄入的AFB 1剂量越低，奶中AFM 1的清除速度越快。

研究表明，AFM 1在乳汁中的转移率为0．1%～6% ［31］。Battacone等 ［28］研究发现，84 h内奶山羊AFM 1排泄总量占AFB 1给量（0．8 mg）的0．17%。Mazzette等 ［32］喂0．8 mg／头纯AFB 1给泌乳中期萨能奶山羊，72 h内，奶中平均排泄的AFM 1占AFB 1摄入量的0．26%。Patterson等 ［33］报道，摄入约10 μg／kg AFB 1的泌乳牛，奶中出现的AFM 1约占AFB 1摄入量的2．2%。Veldman等 ［34］发现，高产奶牛AFM 1的转化率高达6．2%。这些研究也表明，乳汁并不是奶畜排泄AFB 1的主要途径。

影响乳中AFM 1浓度及AFM 1转化率的因素有很多，如AFB 1摄入量、物种差异 ［3］、个体变化 ［32，35］，乳房腺泡细胞膜健康 ［36］、饲粮精料的比例、饲料产地、饲料原料的收割时间及饲喂方式等 ［37－39］。Battacone等 ［3］对4头泌乳早期母羊（试验1）和16头泌乳中期母羊（试验2）进行独立试验，分别饲喂单一剂量纯AFB 1（2 mg／头）和不同浓度的纯AFB 1［32、64、128 μg／（头·d）］14 d，AFB 1转化为奶中AFM 1的平均转化率分别为0．032%（个体差异大，SD＝0．017%）和0．112%；试验1因为AFB 1只饲喂了1次，没有在体内形成累积效应，所以转化率比较低；该研究同时表明AFB 1饲喂时间越长，AFM 1的转化率越高。有研究表明，分泌到牛奶中的AFM 1浓度与AFB 1摄入量呈正比 ［40－41］。对奶山羊的研究也发现，AFB 1剂量与乳中AFM 1浓度呈正比 ［3，42］。

此外，不同泌乳阶段之间AFM 1的转化率也存在着巨大差异，AFM 1的转化率与奶畜的产奶量呈正相关。研究发现，高产、高体细胞组奶牛［产奶量＞30 kg／（头·d），体细胞数＞350 000］AFM 1的转化率为2．32%；高产、低体细胞组AFM1的转化率为2．7%；低产、高体细胞组AFM 1的转化率为1．48%；低产、低体细胞组AFM 1转化率为1．29%；说明产奶量越高，AFM 1的转化率越高 ［43］。Britzi等 ［44］发现泌乳中期和泌乳后期奶牛AMF 1的平均转化率分别是5．8%和2．5%，说明泌乳中期AFM 1转化率高于泌乳后期；并建立了转化率和产奶量之间的回归方程：转化率＝0．515 4e 0．052 1×产奶量（r 2＝0．622 4）。

3．2 AFB 1向奶畜尿液的转移规律

动物摄入AFB 1后，尿液排出的毒素有2种，分别是AFB 1和AFM 1，而AFM 1是排泄到尿液中主要的AF ［45］。Helferich等 ［46］研究发现，口服［ 14C］⁃AFB 1时，尿液发现的放射物质总量占摄入量的30．3%，说明尿液不是排泄AF的主要途径。Fernandez等 ［47］给　24　头　奶　山　羊　饲　喂2．5 mg／（kg·d）AF饲粮21 d，发现尿液AFM 1浓度高于AFB 1，表明排泄到尿液中的AF主要是AFM 1，而不是AFB 1。

3．3 AFB 1向奶畜粪便转移的规律

粪便是排泄AFB 1的主要途径 ［46］，且主要以AFB 1的形式排出 ［45］。有研究报道指出，AFB 1是出现在粪便中含量最高的AF，所有样品AFB 1浓度均高于AFM 1 ［40］，表明粪便可排泄AFB 1和AFM 1，但AFB 1是主要形式。泌乳奶山羊口服［ 14C］⁃AFB 1时，粪便AFB 1的排泄率是52% ［46］，说明粪便是排泄AFB 1的主要途径。

3．4 AFB 1向奶畜体组织转移的规律

AFB 1在奶畜体内转移过程中，也会向奶畜体组织转移少量毒素，肾脏大于肝脏，且肾脏AFM 1浓度高于AFB 1。Polan等 ［29］研究发现，96 h后，粪尿和奶中放射性标记的氚（ 3H）的总含量占［ 3H］⁃AFB 1剂量的15%以下，因此他们推测，其他的 3H还残留于组织中。研究表明，AFM 1和AFB 1存在于肝肾组织和奶中，肾脏AFM 1浓度高于AFB 1

［48－49］。Helferich等 ［46］给泌乳奶山羊口服［ 14C］⁃AFB 1，90%以上的放射性物质与肝脏大分子结合，肝脏的放射性物质含量高于其他组织，占饲喂量的4．9%；肾脏占0．11%；心脏、脾和肺的含量不足0．1%；肌肉的含量占饲喂量的0．48%；脂肪未检测到放射性物质；表明AFM 1主要残留在肝肾组织中，其他组织中AFM 1含量低于肝肾。Shreeve等 ［50］意外发现所有牛的肾脏都出现了AFM 1，且肾中AFM 1的浓度显著高于肝脏，占饲料AFB 1浓度的0．75%，说明AFM 1主要残留于肾脏中。Stubblefield等 ［45］报道，6月龄的荷斯坦阉牛连续5 d口服0．33 mg／（kg·d）部分纯化的AF后，所有组织都含AFM 1，肾脏AFM 1浓度最高且比AFB 1高出3．6倍；连续3 d口服0．35 mg／（kg·d）纯AFB 1的荷斯坦奶牛，除了胸腺，在牛的所有组织样中都发现了AFM 1和AFB 1；肾、肝和乳腺AFM 1浓度最高，肾脏AFM 1水平比AFB 1高40倍，结果表明肾脏残留的AF主要是AFM 1，AFB 1的纯化程度越高，肾脏AFM 1的残留量越大。

4 AFB 1和AFM 1污染的控制

控制AFB 1和AFM 1污染的方式包括有预防AFB 1的产生以及脱去AF污染饲料中的AFB 12种。常用的脱毒方法有3种，分别是物理、化学和生物学方法，其中效果最好的当属饲料中添加霉菌毒素吸附剂。霉菌毒素吸附剂具有体外吸附和体内抑制霉菌毒素的能力，效果好，安全性高，原料基质能保持原有的营养水平和风味，是目前最常用的脱毒法。不同霉菌毒素吸附剂对AFB 1吸附效果不同，企业或养殖户可根据自身情况选择安全、高效的霉菌毒素吸附剂，有效控制AFB 1污染。

5 小 结

尽管学者们对AF在动物体内转移转化规律做了大量的科学研究，但还有很多问题有待解决：1）几种或多种霉菌毒素联合对动物的作用效果和作用机制的确定；2）AF暴露的分子标记物的找寻；3）AF与瘤胃微生物之间的相互作用以及作用机制尚不明确。近年来，分子生物学技术的高速发展和新的研究方法的出现，奶畜AF的研究必将有新的突破。