抗氧化剂研究的新启示——抗单端孢霉烯类的抗氧化剂（二）

时间：2018-03-06 点击：3643

氧化应激和单端孢霉烯类

氧化应激是单端孢霉烯类产生毒性的重要机制。单端孢霉烯类毒素可干扰线粒体的正常功能并可产生ROS等自由基。这些物质可引起脂质过氧化并改变细胞的抗氧化系统，降低细胞抗氧化酶的活性，如谷胱甘肽转移酶（GST）、超氧化物歧化酶（SOD）和过氧化氢酶（CAT）（Wu QH,2014）。这一过程最先导致DNA损伤，并产生ROS增加和脂质过氧化作用，随后伴随着一些炎症信号通路的激活，如MAPK、JAK/STAT和NF-κB，且可激活由半胱天冬酶介导的细胞凋亡通路（Zhou HR,2003）。

氧化应激是T-2毒素引起的DNA损伤和细胞凋亡中的重要机制（Chaudhari M,2009；Chaudhari M,2009；Bócsai A,2016），有研究表明，当细胞暴露于T-2毒素30分钟后，ROS大量生成，并且细胞中的谷胱甘肽显著消耗，并产生明显的脂质过氧化作用（Chaudhari M,2009）。在T-2毒素引起的细胞凋亡机制中，受ROS作用的线粒体起着重要作用（Fang H,2012；Wu J,2013）。用T-2毒素处理颗粒细胞和鼠胚胎干细胞发现，细胞内的ROS大量聚集，并导致线粒体跨膜电位降低。此外，有研究发现，T-2毒性可强烈抑制小鼠心肌细胞中线粒体中的电子传递系统（Ngampongsa S,2013）。在鼠类的胚胎干细胞（mESCs）中发现，T-2毒素可通过增加ROS水平来抑制线粒体的生物合成，并反过来抑制ESC的分化（Fang H,2016）。此外，研究发现，当鸡的原肝细胞暴露在T-2毒素中时，可引起氧化应激增加和线粒体增殖。我们近期的研究发现，大鼠垂体前叶GH3细胞在受T-2毒素引起的细胞凋亡和生长激素不足等现象中，NO介导的线粒体损伤机制起了重要作用（Liu X,2017），T-2毒素可引起明显的NO生成增加，细胞凋亡，并改变iNOS活性，促使炎症因子产生并激活半胱天冬酶信号通路，同时减少生长激素（GH）的产生和降低线粒体膜电位（ΔΨm）。这些结果显示，线粒体是T-2的作用的主要靶器官，而NO是T-2毒素通过线粒体依赖途径来诱导细胞凋亡和生长激素减少的关键介质。

T-2毒素诱导的氧化应激主要发生在肝脏（Mu P,2013）。尤其是T-2毒素可通过耗尽肝脏中的谷胱甘肽，增加细胞的脂质过氧化来增加氧化应激，并通过时间依赖性机制来引起蛋白质氧化。在对斑马鱼胚胎的研究发现，由T-2毒素引起的氧化应激和细胞凋亡与这些化合物的发育毒性有关（Yuan G,2014）。众所周知，T-2毒素可通过血脑屏障（Weidner M,2013）。正因为这个原因，经皮或皮下注射T-2毒素可引起脑中的氧化损伤。

暴露于T-2毒素的小鼠，大脑中ROS产生、谷胱甘肽的消耗以及脂质过氧化、羰基蛋白的产生均呈一定的时间依赖性（Chaudhary M,2010）。在人的大骨节病(KBD)的发病机制中，由T-2毒素引起的氧化应激是其一个重要机制（Chen JH,2012），用T-2毒素处理接头组织时，硫巴比妥酸反应物（TBARS）的产生增加，抗氧剂水平的降低。此外，鱼类T-2中毒时，同样可引起萎瘪病和氧化应激，并引起免疫应答的改变（Matejova I,2017；Deng Y,2017）。虾采食T-2毒素污染的饲料，肝胰脏中ROS水平增加、SOD活性增加以及组织病理学变化（Deng Y,2017）。

氧化应激是DON和B型单端孢霉烯类中毒的重要机制。表现出明显的ROS水平增加和MDA浓度增加，且抗氧化酶如GSH和SOD的活性降低。此外，和T-2毒素相同，DON可通过降低线粒体膜电位的方式造成线粒体损伤，并通过上调细胞凋亡相关因子如caspase-3、 caspase-8和 caspase-9的表达来诱导细胞凋亡（Zhang X, Li D）。DON可通过ROS介导的线粒体途径来诱导脾脏淋巴细胞和PC12细胞的凋亡（Ren Z, Wang X,）。Yang等（2014）年的研究发现，在人外周血淋巴细胞中，DON可通过氧化损伤的方式来激发其潜在的细胞毒性（Yang W）。此外，这些研究都显示，DON可引起机体和细胞的过氧化反应增加、降低抗氧化酶活性、抑制DON修复以及血红素加氧酶-1的表达。

氧化应激很显然是单端孢霉烯类重要的作用途径。但有意思的是，一些细胞可以通过调节胞内的抗氧化系统去抵御这些有毒物质。例如，当HepG2细胞暴露于DON时，ROS水平显着升高，但随着时间的推移，抗氧化酶如SOD和CAT活性显著上调，这也反正了细胞正在发动自身的抵御功能去解毒，尽可能避免DON的毒性给自身带来的伤害（Bodea GO）。因此，HepG2细胞的抗氧化系统的总抗氧化能力也正反应出该细胞在减少DON诱导的氧化损伤时的能力。此外，JunD即AP-1转录因子家族的一员，在抵御由T-2毒素引起的氧化应激机制中起到重要的防御作用（Zhuang Z）。在体内试验中也同样能观察到类似的自身防御能力。给鸡短期的口服T-2毒素，可导致鸡肝脏产生脂质过氧化，但是其抗氧化防御系统可尽可能地去消除自由基和抑制氧化应激（Bocsai A）。

总的来说，这些研究结果均表明氧化应激是机体和细胞在受到毒素污染时的一个重要的潜在毒性机制。单端孢霉烯类可通过产生ROS诱发脂质过氧化来破坏细胞膜的完整性、影响细胞内的氧化还原信号传导以及改变细胞的抗氧化状态。且当细胞产生大量的ROS和脂质过氧化时，便会引起DNA损伤。单端孢霉烯类在食物和饲料中普遍存在，一些消除毒素及其引起的氧化应激的相关措施便成为今后的研究重点。由单端孢霉烯类引起的氧化应激的潜在机制见图-3。

图3.由单端孢霉烯类毒性引起的氧化应激的潜在机制

抗单端孢霉烯类的抗氧化剂

前述内容说明，氧化应激在单端孢霉烯类毒性中起到重要作用。潜在的氧化应激作用可诱导细胞和DNA损伤，并最终导致肿瘤发生（Wu QH）。当前，研究人员正在试图找出可以有效抑制单端孢霉烯类引起的氧化应激并可提高免疫功能的可能物质。一些物质如维生素、槲皮素、硒、葡甘露聚糖、氨基酸、核苷酸、抗菌肽、细菌、多不饱和脂肪酸、寡糖和一些植物提取物均具有良好的抗单端孢烯类引起的氧化应激作用。因此，也引起了研究人员的密切关注。

维生素

在过去的十年中，抗氧化剂如维生素和微量元素被给予了极大的关注。早期的研究显示，饮食中添加VE和VC可以降低脂质过氧化和TBARS水平，因此也可以起到抵抗单端孢霉烯类的急性中毒的作用（Rizzo AF）。Strasser等（2013）（Strasser A）进一步证实，具有抗氧化作用的VE、VA和VC具有明显的缓解由DON引起的蛋白质和脂质过氧化作用。当细胞暴露于毒素时，这些物质具有显著的提高细胞存活率和细胞增殖的作用。叶黄素又称类胡萝卜素，对保护眼睛健康和改善年龄相关性黄斑变性(AMD)的作用的效果显著（Rehak M）。在对HT-29细胞的试验证实，叶黄素具有抗DON引起的氧化应激的作用（Krishnaswamy R），用10μM的叶黄素预处理细胞可保持细胞95%的存活率。另外，叶黄素可以下调炎症相关基因如NF-κB和COX-2的表达量，并可阻碍DON诱导产生的NF-κB进入核内，可阻止由DON引起的细胞凋亡。另外，除了维生素外，辅酶Q10可降低由T-2毒素引起的小鼠肝脏DNA损伤（Atroshi F）。

槲皮素

槲皮素是类黄酮大家族中的一员，可发挥多种生物学功能，具有抗炎、抗氧化、清除自由基的作用和金属螯合性。槲皮素可促进兔子卵巢细胞增殖并减少因T-2毒素引起的细胞凋亡（Leśniak-Walentyn A）。最近的体外试验发现，槲皮素并没有消除由T-2毒素引起的猪卵巢层粒细胞中的ROS增殖的作用，但仍可有效维持和增加细胞的总抗氧化酶的含量以及提高抗氧化酶-SOD和GPx的活性（Wrobel JK）。因此，基于体外研究，槲皮素具有潜在的抗T-2引起的氧化应激和细胞凋亡的作用，关于这方面的作用，还有待更多的体内研究的证实。

硒

硒是对人体健康具有复杂影响的必不可少的微量元素。硒具有较强的抗氧化、抗炎和抗病毒的特点（Wrobel JK）。硒参与保护细胞免受过量的H2O2和重金属的危害并调节免疫和生殖系统（Kieliszek M）。从对霉菌毒素的作用来看，硒可以阻止红细胞膜免受T-2毒素损伤（Keshavarz SA）。硒的保护作用可能与其膜保护作用有关。Salimian等（2014）（Salimian J）研究发现，硒可显著抵抗T-2毒素对T淋巴细胞的免疫毒性。大骨节病是一种地方性软骨病，表现为软骨细胞的坏死和凋亡、软骨退行性恶化和基质降解，T-2毒素是该疾病的重要诱发原因（Guan F）。此外，硒缺乏也被认为是该病的一个危险因素。本综述指出，硒类蛋白质的缺乏可引起氧化应激和细胞凋亡，并可最终引起大骨节病（Tan JA）。最近，由Guo等人研究出的尺寸范围为30-200nm的硒纳米硫酸软骨素纳米粒（SeCS）对由T-2毒素诱导的大骨节病患者的软骨细胞的凋亡具有有抑制作用（Han J）。结果显示，SeCS可通过降低ATF2、JNK和p38蛋白的活性来部分限制由T-2毒素诱导的软骨细胞的凋亡。因此可被用来治疗大骨节病和其他一些硒缺乏相关的疾病。

葡甘露聚糖

葡甘露聚糖是从亚洲土生土长的象属或魔芋属植物中提取的具有可溶解性、可发酵性和高粘稠性的膳食纤维（Keithley J）。因食用该物质对人类健康有益，近20年来，葡甘露聚糖在西方国家的普及率极高（González Canga A）。在一段时期内，研究人员也对它抗霉菌毒素引起的氧化应激的特点进行了研究。在对猪的研究证实，含有葡甘露聚糖的日粮供给未对猪产生毒性，相反可防止在疫苗接种期的T-2毒素的免疫毒性。在另一项研究中（Verbrugghe E），当猪暴露于T-2毒素中时，改性葡甘露聚糖霉菌毒素吸附剂可显著缓解猪体重减轻的症状，同时也可以降低猪盲肠和盲肠端中的鼠伤寒沙门氏菌的数量。此外，有机硒（Sel- Plex™)的抗氧化作用和改性葡甘露聚糖对T-2毒素的作用都已被证实（Dvorska JE）。在T-2毒素污染的饲料中加入改性葡甘露聚糖可保护鸡的肝脏，以免其遭受由T-2引起的氧化应激的影响（Atroshi F），且改性葡甘露聚糖与有机物硒的结合可进一步保护肝脏免受毒素诱导的氧化应激和脂质过氧化的损伤。

译者：胡健江苏奥迈生物科技有限公司

文献来源-“Antioxidant agents against trichothecenes: new hints for oxidative stress treatment” Oncotarget, 2017, Vol. 8, (No. 66), pp: 110708-110726

（未完待续，下期更精彩）

作者：江苏奥迈胡健，转载请注明出处