单端孢霉烯族毒素免疫毒性研究进展

张 衍 ， 李 存 ， 李留安 ， 汤树生 ， 李道稳

(1.天津农学院动物科学与动物医学学院 天津市农业动物繁育与健康养殖重点实验室 ， 天津 西青 300384 ； 2.中国农业大学动物医学院 ， 北京 海淀 100193)

单端孢霉烯族毒素是由镰刀菌属真菌产生的真菌毒素，其导致的主要临床症状表现为呕吐、胃肠炎症和免疫功能降低等。研究表明，单端孢霉烯族毒素具有严重的免疫毒性，T细胞、B细胞和巨噬细胞是其攻击的主要对象[1]。目前，尚未完全了解单端孢霉烯族毒素免疫毒性的机制。此外，单端孢霉烯会引起核糖体应激反应，并激活一系列信号通路，如NF-κB，MAPK和JAK/STAT等。该毒素与核糖体的肽基结合后可以激活MAPK磷酸化，以调节免疫应答和细胞凋亡[2]。A型和B型单端孢霉烯族化合物因其广泛分布及其对人和动物的高毒性，在人和动物健康方面备受关注[3]。单端孢霉烯族化合物在其摄取、结合和整体生物活性(包括毒性)方面有显著不同，这是因为它们有不同的侧基，这些侧基决定着它们的大小、极性和构象。T-2毒素属于A型单端孢霉烯，毒性较大，少量摄入就可导致人和动物的死亡。脱氧雪腐镰刀菌烯醇(DON)属于B型单端孢霉烯族，毒性低于T-2毒素，但它是全球分布最广泛的单端孢霉烯族毒素。DON可引起呕吐和厌食，调节肠道和免疫功能，减少营养吸收，增加慢性疾病的易感性[4]。

1 单端孢霉烯族毒素的免疫调节

在免疫调节方面，单端孢霉烯族毒素具有两面性：这种毒素对免疫功能既可以有抑制作用也可以有刺激作用[5]。这意味着单端孢霉烯族毒素虽然通常会增加宿主对病原体的易感性，但有时也会产生相反的作用。目前尚不清楚这种矛盾的免疫调节作用的潜在机制，但相关研究表明，免疫调节作用受暴露剂量和时间的影响[6]，并且可能是由细胞存活与凋亡信号通路之间的平衡决定[7]。除此之外，单端孢霉烯的免疫刺激作用可能部分由自噬介导[8]。Tang等[9]研究表明，DON诱导的自噬可减轻氧化应激造成的损伤，从而抑制DON诱导的肠上皮细胞凋亡，导致细胞应激反应失败。有研究表明，单端孢霉烯具有抑制宿主和疫苗诱导免疫防御的“免疫逃避”机制。该机制可干扰抗凋亡基因生成，从而促进氧化应激诱导的细胞凋亡[10-11]。单端孢霉烯的免疫调节作用由多种信号通路参与。研究表明，炎症信号通路JNK1-STAT3的激活具有维持线粒体正常功能的作用，可降低T-2毒素诱导线粒体凋亡，而STAT1通路可促进T-2毒素诱导的细胞凋亡[12]。这可能是因为这2条途径之间存在动态平衡，触发其中某条途径的多种因素决定了暴露于单端孢霉烯会导致细胞凋亡还是存活。Zhou等[7]用DON处理RAW 264.7巨噬细胞既启动了凋亡通路p38/p53/bax/线粒体/caspase-3，又启动了竞争性生存通路ERK/AKT/p90Rsk/Bad。证明了低剂量和高剂量的单端孢霉烯可能会不同地触发这些信号通路，从而决定细胞是存活还是凋亡。

2 促炎细胞因子在免疫调节中的作用

许多研究表明，促炎细胞因子在单端孢霉烯的免疫调节作用中起着关键作用。Clarke等[13]研究发现，小鼠急性接触DON会增加其体内几种促炎细胞因子的水平表达，包括IL-1β、IL-6和TNF-α，这也是老年小鼠对DON诱导的厌食症高度敏感的原因。通过激活促炎细胞因子，单端孢霉烯也放大了对细菌病原体的先天炎症反应。Mbandi和Pestka[14]证实了DON预处理RAW 264.7细胞，可以增强沙门菌诱导巨噬细胞释放更多的炎症因子参与炎症反应与免疫调控，并加剧细胞凋亡[12,15]。Islam等[16]研究发现，雌性BALB/c小鼠口服DON 14 d后，其血清的IFN-γ、IL-2、IL-4和IL-6水平显著升高。此外，还观察到脾脏、肠系膜淋巴结和淋巴集结的细胞凋亡。

3 自噬在免疫调节中的作用

自噬是一种进化上保守的机制，细胞质通过该机制在细胞内降解。例如发育，细胞分化，对病原体的防御和营养饥饿。自噬整合到这些生物学功能和其他应激反应中是由承担调节机制的转录因子决定的。自噬参与各种应激反应，如炎症、缺氧、内质网应激和其他各种疾病，自噬也已成为免疫功能的主要调节剂。Tang等[9]研究表明，DON可诱导肠上皮细胞自噬，通过改善氧化应激损伤而使细胞应激反应失败来抑制DON诱导的凋亡，进而调控肠道免疫功能。Wu等[17]发现，T-2毒素以剂量依赖性诱导小鼠间质细胞(TM3)细胞自噬、线粒体功能障碍和细胞凋亡。此外，Bin-Umer等[8]研究表明，通过线粒体自噬来消除被单端孢霉烯破坏的线粒体可以提高细胞存活率。线粒体自噬可保护细胞免受单端孢霉烯诱导的线粒体氧化应激，所以增加线粒体的自噬可能会增强细胞对单端孢霉烯的抗性。线粒体自噬也是单端孢霉烯免疫调节中重点研究方向。

4 参与免疫抑制的相关信号通路

单端孢霉烯可通过激活信号通路诱导氧化应激和抑制免疫反应。MAPK信号通路在单端孢霉烯类免疫抑制机制中的作用已被广泛研究。MAPK亚家族成员JNK、ERK和p38在单端孢霉烯免疫毒性中起重要作用。介导单端孢霉烯免疫调节作用的其他重要信号通路包括线粒体介导的氧化应激和凋亡通路、NK-κB通路等。由于这些通路通常是串扰的，很可能这些相互串扰作用也在单端孢霉烯诱导的免疫抑制中起着重要作用。

4.1 MAPK通路 单端孢霉烯族毒素可以激活MAPK通路，从而诱导氧化应激和免疫抑制。Lee等[18]研究发现，DON增加了MAC-T细胞中PI3K和MAPK信号分子的整体磷酸化，干扰细胞增殖、细胞周期和细胞内钙稳态，诱导细胞凋亡。Sergent等[19]发现，DON可以转运到人肠道Caco-2细胞中，并诱导ERK1/2、p38和JNK磷酸化，降低跨上皮阻力。表明长期接触DON污染的食物可能会通过产生MAPK介导的肠道炎症，降低肠黏膜的完整性，从而影响人类健康。Mishra等[20]研究发现，DON可通过调控MAPK通路，激活NF-κB和AP-1转录因子，从而调控小鼠表皮细胞周期进程。此外，通过激活MAPK通路，单端孢霉烯可引发肠道和皮肤炎症，损害猪肠道屏障功能，进而抑制免疫功能。

4.2 线粒体介导的氧化应激通路 线粒体是单端孢霉烯族毒素毒性作用的靶细胞器。单端孢霉烯族毒素可诱导线粒体产生过多的ROS，激活线粒体凋亡途径。陈晓芳等[21]研究表明，DON作用于海马神经细胞，可诱导Bax/Bcl-2的比值增加和线粒体膜电位下降，继而引发线粒体功能失调，诱导海马神经细胞的凋亡。Liu等[22]研究发现，当T-2毒素处理大鼠垂体瘤细胞系时，增加了IL-1β、IL-6和IL-8等炎症因子的释放；同时诱导型一氧化氮合酶活性提高，促进一氧化氮的产生。高一氧化氮水平诱导线粒体损伤和氧化还原失衡，从而引起细胞凋亡和抑制生长激素-1的生成。因此，一氧化氮可能是T-2毒素诱导的免疫毒性的一个主要因素。Wu等[17]发现，T-2毒素诱导TM3自噬和线粒体自噬，还可导致线粒体分裂和去极化。由此可知，线粒体自噬和功能障碍可能是T-2毒素免疫调节作用的重要机制。

4.3 NF-κB通路 NF-κB是一种核转录因子，由IκB、p65和p50组成的蛋白复合物，它可以调控炎症反应、细胞存活和免疫应答等。研究表明，DON可诱导肠上皮细胞分泌炎症因子，从而引起肠道炎症，这种效应可能是由NF-κB炎症途径介导的，该途径在激活不适当时对宿主产生有害的影响。有研究证实，DON可以激活NF-κB通路，导致炎性小体活化[23]。当NF-κB尚未激活时，主要以二聚体的形式存储在细胞质中；当NF-κB激活后，会以磷酸化的形式易位至细胞核[24]。Wang等[25]研究发现，DON通过上调NF-κB信号通路，诱导肠道炎症因子释放，导致猪肠道损伤和免疫反应。另外，DON可上调IPEC-J2细胞内相关炎症因子的转录，改变了细胞内NF-κB相关基因或蛋白的表达，从而诱导IPECJ2细胞炎性损伤[26]。

5 展望

单端孢霉烯族毒素同时具有免疫抑制作用和免疫刺激作用。如何降低单端孢霉烯的免疫抑制，或将免疫抑制转为主动免疫，从而提高宿主对病原体的抵抗力，该机制尚待解决。单端孢霉烯处理细胞会诱导线粒体功能障碍和氧化应激，并通过MAPK和NF-κB通路诱导细胞凋亡。最新的研究表明，单端孢霉烯可以诱导细胞炎症小体介导的细胞焦亡，其具体机制还不清楚。细胞自噬、细胞凋亡和细胞焦亡如何调节单端孢霉烯的免疫毒性和其他毒性有待进一步研究。