【中科院1区6.2】长江大学/浙江农业科学院团队系统综述,解析脱氧雪腐镰刀菌烯醇(DON)毒性机制与防控策略

点击蓝字

关注我们

文章信息

研究背景

    脱氧雪腐镰刀菌烯醇（DON）是由禾谷镰刀菌产生的B型单端孢霉烯族霉菌毒素，是全球粮食与饲料中污染最普遍的霉菌毒素之一。其热稳定性强，在食品加工过程中难以完全降解，通过食物链蓄积进入人体和动物体后，可引发细胞毒性、免疫毒性、神经毒性等多种危害，尤其对人和猪的毒性最为显著。全球变暖加剧了谷物中霉菌毒素的污染风险，进一步提升了DON的暴露隐患，对食品安全与人畜健康构成严重威胁。

    目前已明确氧化应激、MAPK信号通路激活是DON毒性的经典机制，但近年来研究发现，缺氧诱导因子-1α（HIF-1α）、非编码RNA（lncRNA、miRNA）及Wnt/β-catenin、FOXO等多条信号通路也参与DON毒性调控，肠道菌群与脑—肠轴在DON诱导的生长抑制中发挥关键作用。此外，DON常与玉米赤霉烯酮（ZEN）、赭曲霉毒素A（OTA）等其他霉菌毒素共存，协同或拮抗毒性效应复杂，增加了健康风险评估的难度。

    现有防控手段包括物理、化学及生物降解等，但存在环境污染、安全性不足等问题，生物防控（如微生物、降解酶应用）已成为研究热点。本综述系统梳理DON毒性的新兴分子机制、与其他霉菌毒素的联合毒性及防控策略，为DON污染的精准防控与毒性干预提供全面理论支撑。

核心问题

1. 解析DON毒性的新兴分子机制，明确非编码RNA（lncRNA、miRNA）、HIF-1α及多条信号通路在DON诱导损伤中的调控作用及交叉对话。

2. 阐明肠道菌群与脑—肠轴在DON毒性中的功能，探究其介导肠道损伤与生长抑制的具体路径。

3. 梳理DON与其他霉菌毒素（ZEN、OTA等）的联合毒性效应（协同/拮抗），明确影响联合毒性的关键因素。

4. 总结DON的检测技术与防控策略，分析现有方法的优势与不足，展望生物防控（微生物、降解酶、天然活性物质）的应用前景。

研究方法

1. 文献检索与筛选：系统检索Web of Science、PubMed等数据库中2023年7月前发表的DON相关研究，聚焦毒性机制、联合毒性、检测技术及防控策略四大方向，筛选高质量英文文献进行整合分析。

2. 机制梳理与归纳：按“非编码RNA调控→氧化应激与缺氧响应→信号通路介导→肠道菌群与脑—肠轴调控”分类，梳理DON毒性的分子机制网络，明确各通路的上下游调控关系。

3. 联合毒性分析：汇总DON与不同霉菌毒素联合暴露的体内外实验数据，统计协同/拮抗效应的发生频率，分析浓度、比例、靶细胞类型对联合毒性的影响。

4. 防控策略评估：从检测技术（传统方法与新型技术）、降解手段（物理、化学、生物方法）两方面，对比不同策略的灵敏度、特异性、环保性及应用场景。

核心发现

1. 非编码RNA是DON毒性的重要调控因子：miRNA可通过靶向MAPK15、PTEN等基因，抑制ROS生成、凋亡及自噬，缓解DON损伤；lncRNA通过吸附miRNA或调控DON合成基因，参与毒性调控，但相关研究仍较匮乏。

2. 氧化应激是DON毒性的核心机制，HIF-1α的调控作用具有细胞特异性：DON通过升高ROS水平，激活NLRP3炎症小体介导焦亡，引发肠、肝、肾损伤；HIF-1α在癌细胞中被DON上调，在肝细胞中被下调，功能复杂需进一步验证。

3. 多条信号通路交叉介导DON毒性：Wnt/β-catenin、PI3K/Akt、FOXO、TLR4/NF-κB等通路参与DON诱导的细胞凋亡、自噬及炎症反应，其中PI3K/Akt/mTOR通路可调控自噬活性，成为毒性干预的潜在靶点。

4. 肠道菌群与脑—肠轴调控DON诱导的肠道损伤与生长抑制：DON破坏肠道菌群平衡，改变代谢产物，干扰线粒体信号传导；通过脑—肠轴上调5-羟色胺（5-HT）、肽YY（PYY）表达，抑制食欲并降低生长性能。

1. DON与其他霉菌毒素的联合毒性以协同效应为主：与ZEN、OTA、FB1联合时，可加剧肠道屏障损伤、氧化应激及凋亡，但高浓度下可能出现拮抗效应，依赖于暴露浓度与比例。

2. 生物防控是DON污染治理的未来方向：乳酸菌、酵母菌等微生物及锰过氧化物酶（MnP）、木质素过氧化物酶（LiP）等降解酶，可特异性降解DON且环境友好；天然多酚类物质（白藜芦醇、槲皮素）可通过抗氧化、抗炎缓解DON损伤。

研究结果

    非编码RNA调控：miR-330靶向MAPK15抑制ROS与凋亡，miR-221通过PTEN/PI3K/Akt通路调控DON与ZEN的协同毒性；lncRsp1可下调DON合成基因，减少毒素产生。

Fig. 1. miRNA调控DON毒性机制图

    氧化应激与缺氧响应：DON升高ROS水平，激活Nrf2抗氧化通路（部分情况下被抑制），诱导脂质过氧化与DNA损伤；HIF-1α在不同细胞中表达差异，参与NF-κB介导的凋亡调控。

Fig. 2. 氧化应激与HIF-1α参与DON毒性调控图

    PI3K/Akt通路抑制可引发细胞凋亡与自噬；TLR4/NF-κB通路激活促进炎症因子（IL-6、TNF-α）释放。

Fig. 3. DON毒性关键信号通路图

    肠道菌群紊乱：DON改变拟杆菌门、厚壁菌门丰度，抑制短链脂肪酸生成，破坏肠道屏障完整性；肠道菌群可将乙酰化DON转化为游离态DON，增强其毒性。

    脑—肠轴介导生长抑制：DON干扰肠道蠕动，促进5-HT、PYY分泌，下调生长激素-胰岛素样生长因子1（GH-IGF-1）轴，导致食欲减退与生长迟缓。

Fig. 4. 肠道菌群与脑-肠轴在DON毒性中的作用图

    协同效应：DON+ZEN加剧猪肠道菌群紊乱与肝细胞凋亡；DON+OTA促进NF-κB激活，加重肠道屏障损伤；DON+FB1协同抑制肠道抗氧化通路。

    拮抗效应：高浓度DON与雪腐镰刀菌烯醇（NIV）联合时，对Jurkat T细胞的毒性呈拮抗；DON+ZEN对小鼠血清代谢组的损伤效应弱于单独暴露。

表1 DON与其他霉菌毒素联合毒性汇总表

    检测技术：高效液相色谱-串联质谱法（HPLC-MS/MS）是金标准，近红外光谱、酶联免疫吸附试验（ELISA）适用于快速筛查，便携式光流体免疫传感器实现原位检测。

    防控策略：物理（加热、吸附）与化学（氧化剂处理）方法易造成营养流失或二次污染；生物方法中，乳酸菌、酵母菌可缓解肠道损伤，重组降解酶（如ZHDCP融合酶）可同时降解多种霉菌毒素，天然多酚类物质具有低成本、高安全性优势。

Fig. 5. 霉菌毒素降解酶的发现与制备流程图

文章小结