杏鑫怎样开代理_长江大学吴庆华课题组全面揭示呕吐毒素DON在全球不同人群中生物标志物分布特点

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责任编辑:食品科学

近日,长江大学吴庆华课题组在Trends in Food Science &Technology发表文章—Biomarkers of Deoxynivalenol (DON) and its Modified Form DON-3-glucoside (DON-3G) in Humans”,全面揭示谷物中呕吐毒素DON在全球不同人群中生物标志物的分布特点。长江大学本科生邓莹为本文第一作者。通过“类META”分析,该课题组系统评估了全球人群在不同地区、年龄、性别、饮食习惯下的DON标志物特点,进一步阐明DON生物标志物的规律性和特异性。同时,分析了人类DON-3G生物标志物的数据。通过监测真菌毒素DON和DON-3G生物标志物,可有效确定人类暴露DON的频率和水平,对于筛选易感人群至关重要,并可提供毒性伤害之早期预警。

摄入的DON通常以游离DON和DON-葡萄糖醛酸(DON-GlcA)形式从尿液排泄,包括DON-15-GlcA和DON-3-GlcA。因此,它们被认为是人类暴露DON后的生物标志物。然而,人类DON生物标志在不同人群中的特点比预期的要复杂的多。

区域特点

人类对DON生物标志物的探索始于十年前在法国人群中的研究。对来自法国男性农民(23-74岁)的尿液进行分析后,在98.7%的样品中检测到DON,在34.2%的样品中检测到了脱环氧产物DOM-1。经过定量测定,DON是尿液中的主要生物标志物。在英国成年人中也报告了类似的结果,游离态DON被确定为主要生物标志物,DON-3-GlcA是次要的生物标志物。然而,来自英国、意大利、挪威等多个欧洲国家的尿液样品中,DON-GlcA是主要的生物标志物,而DON是次要产物,脱环氧不是DON的主要代谢途径(意大利人中占1.5%,英国人则没有)。除了DON和DON-3-GlcA,DON-3-硫酸盐也被认为是潜在的新型人类DON生物标志物。因为在克罗地亚孕妇的尿液样本中,发现70%的尿液中含有DON-3-硫酸盐。在一组奥地利男性志愿者的尿液样本中,也检测到了DON-3-硫酸盐。但与克罗地亚孕妇尿液中的含量相比,奥地利男性志愿者尿液中的DON硫酸化是次要的代谢途径。硫酸盐被认为是比脱环氧更重要的次级代谢途径,因为在比利时和瑞典的人群中未检测到DOM-1。因此,不同地区对DON生物标志物的研究表明,DON的生物标志物主要是DON和DON-GlcA,而DON-3-硫酸盐和DOM-1是次要的生物标志物。

年龄

在成年人中,DON-15-GlcA是尿液中的主要生物标志物,此化合物在所有比利时人(19~65岁)和奥地利成年人(20~63岁)中均被发现。在91%的成人尿液样本中也定量了另一种同源物DON-3-GlcA。奥地利科学家化学合成了DON-3-GlcA标准品,以直接定量人类尿液中DON-3-GlcA的水平。通过这种直接方法,DON-15-GlcA被鉴定为主要的DON生物标志物。在意大利和中国成年人中,除了游离态DON外,在尿液样本中还检测到了低量的DOM-1。

在比利时儿童(3~12岁)尿液样本中,均检测到DON-15-GlcA,在77%的尿液样本中检测到DON-3-GlcA。值得注意的是,首次在儿童尿液中检出了DOM-1-GlcA(占样本的17%)。英国科学家发现,在超过95%的儿童和青少年尿液中检测到总DON(tDON),在大多数尿液样本中都检测到了DON和DON-GlcA,所有样本中并未发现DOM-1。根据饮食中DON的估计摄入量,本研究中有33%~63%的儿童和5%~46%的青少年超出了JECFA(2010)年设定的每日最高DON摄入量(1μg/kg b.w./day)。在中国儿童样本中都检测到了DON和DOM-1,且儿童(≤12岁)和青少年(13~18岁)的tDON平均水平最高,约为成人的1.5倍。同样,在比利时、英国的研究中,儿童和青少年尿液样本中的DON和tDON含量最高,表明该青少年人群DON暴露风险确实存在比成人高的风险。与成年人相比,儿童肝脏的功能、生理和酶活性尚未得到充分发育。儿童和成人之间的肠道中也存在细菌差异,儿童的微生物群比成人少。这些可能是儿童体内DON生物转化率降低的一些潜在原因。

在老年人中,DON-GlcA是尿液中的主要生物标志物。在英国65岁及以上的人群中,尿液样本中检出了游离DON(60%~70%)和DON-GlcA(90%),但未检出DOM-1。根据DON饮食摄入量,有10%的老年人超过了DON最大日允许摄入量。但是,这项研究未鉴定出葡萄糖醛酸化DON-3-GlcA或DON-15-GlcA的确切形式,因此还不知哪一种是其主要的生物标志物。在中国老年人组中,所有尿液样本中都检测到了DON和DOM-1。老年人尿液中DON含量低于儿童和年轻人。

孕妇

在怀孕期间,胎儿同样受到母亲毒素污染食物的毒害。DON可穿过胎盘屏障进入胎儿血液,抑制胎儿生长并降低其免疫功能。在英国Bradford的一个多族裔孕妇群体中开展了DON标志物测定研究,以全面评估孕妇人群DON暴露。在所有样品中均检测到游离DON,但未检测到DOM-1。南亚妇女表现出的DON水平高于非南亚妇女,这主要是由于她们平时食用面包和薄煎饼更多(2.4μg/day ),非南亚人(0.2μg/day)。在这项研究中,未鉴定到葡萄糖醛酸代谢产物。然而,在随后的英国孕妇研究中,大多数尿液样本中检出了游离DON和DON-GlcA(83.3%~88.1%),但未鉴定出DOM-1和DOM-1-GlcA。对于来自南亚(孟加拉国)的孕妇,尿液中可检测到DON(52%),但在任何尿液样本中均未检测到DOM-1。然而,在2.89%的埃及孕妇中则观测到了DOM-1。所以这些研究表明,游离态DON和DON-GlcA是孕妇的主要生物标志物。在大多数来自不同国家的样本中,除了埃及的一份报告,均无法检测到DOM-1。

饮食习惯

中国主要位于温带地区,由于居民的饮食习惯以谷物为主要食物,居民暴露于DON的风险要比其他国家高得多。中国曾在两个饮食结构不同的省份,河南和四川开展了一项关于人类DON生物标志物的研究。在河南和四川所有样本尿液中均检测到了DON。河南受试者的尿中总DON水平明显高于四川人群,此差异尚的原因尚不清楚。从饮食习惯上看,河南居民以小麦为主食,四川居民以大米为主食。河南的面条(273.91 g/day)和馒头(70.67 g/day)的平均消费量明显比四川(面条:75.87 g/day;馒头:8.45 g/day)高出数倍。此外,河南是镰刀菌作物污染的高发省份,也是DON污染水平很高的地区。在发展中国家,郊区居民消费的小麦面包要比农村居民多,面临DON暴露量更高。例如,在孟加拉国的一项研究中,郊区人群(尿液中DON:1.44 ng/mL)食用小麦面包更多,这些人群中尿液DON的量远高出农村人群(尿液中DON:0.47 ng/mL)。

素食人群有较高暴露DON的风险,他们在日常生活中消耗更多的蔬菜和谷物。在英国的素食主义者中,大多数成年人的每日DON摄入量在允许范围内(0~1 μg/kg b.w./day)。从素食者那里收集的尿液样本表明,DON的平均水平为3.42~6.69 ng/mg creatinine,远高于其他成年人(不包括素食者)的水平(2.98~3.05 ng/mgcreatinine)。因此,长期素食会增加DON暴露风险。但由于该研究中的大多数样本是女性(65.6%),因此将来需要更全面的数据,尤其是男性素食者的数据。

性别

目前,尚无关于男女性别之间人类DON生物标志物的具体报道。但是,当前的动物数据可为人类研究提供参考信息。雌性大鼠(57.13%)DON和其代谢产物的尿排泄率高于雄性(27.29%),表明雌性大鼠对DON的耐受性更高。同样,雌性小鼠比雄性更快的排泄DON及其主要代谢产物,包括DON-3-GlcA。在雌性小鼠尿液中发现了某些痕量代谢物,例如DON-3-硫酸盐和DON-15-硫酸盐,而在雄性小鼠中没有检测到。与尿液相比,雄性小鼠DON和DON-硫酸盐的粪便排泄率更高。因此,需要更多的对不同性别人群中DON生物标志物特点的研究。

隐蔽毒素DON-3G

与DON相比,关于人类DON-3G生物标志物的报道很少。比利时科学家在2018年首次发现DON-15-GlcA是最主要的泌尿生物标志物,其次是DON和DON-3-GlcA。在DON-3G暴露后的尿液中也检测到DOM-1。荷兰在2019年也发现了DON-3G的主要生物标志物是DON-15-GlcA。此外,DON-15-GlcA的排泄水平高于DON和DON-3-GlcA。目前的有限研究表明,DON-15-GlcA可能是人类DON-3G的主要生物标志物。但是,需要对大量人群中的DON-3G的暴露进行进一步研究,以证明这一发现。

结论与展望

结合产物DON-15-GlcA、DON-3-GlcA、游离DON是人类DON生物标志物。儿童和青少年比成年人具有更高的DON暴露量,而老年人有较低的DON暴露量,其潜在的机制尚不清楚,但应考虑肝功能,酶活性和细菌差异。经常面食摄入者,其DON的暴露量要远高于稻米摄入人群。现有信息提示,长期素食习惯会增加DON暴露风险。游离DON和DON-GlcA是孕妇的主要生物标志物。此外,这些毒素可穿过胎盘屏障进入胎儿体内,抑制胎儿生长并降低免疫功能。关于人类DON-3G生物标志物的研究很少,因此需要研究不同年龄、饮食习惯和区域对DON-3G生物标志物影响。

作者简介

吴庆华教授

吴庆华,1981年生,教授,博士生导师;捷克University of Hradec Kralove客座教授。湖北省营养学会理事,欧洲Society of Mycotoxin Research会员。国家自然科学基金网评专家,Letter Drug Design Discov编委;Food Chem Toxicol, Toxins客座编委。主要从事食品安全研究工作,重点开展真菌毒素免疫毒性、致癌与神经毒性研究。主持国家自然科学基金项目2项,以第一和通讯作者在Alzheimer’s & DementiaMed Res RevArch Toxicol等杂志发表SCI论文60余篇,引用次数2000余次,4篇论文入选ESI全球1%高被引。邮箱:wqh212@yangtzeu.edu.cn; qinghua.wu@uhk.cz

邓莹 硕士研究生

邓莹,女,1999年生,长江大学食品质量与安全专业本科生。2019年曾赴捷克University of Hradec Kralove参加“毒理学”游学项目。现已保送本校食品科学与工程专业硕士研究生,研究方向食品毒理学。邮箱:507814420@qq.com。

(该文章《Biomarkers of deoxynivalenol (DON) and its modified form DON-3-glucoside (DON-3G) in humans》2021年4月发表于Trends in Food Science & Technology。)

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