黄曲霉毒素致癌机理的研究进展.docx

黄曲霉毒素致癌机理的研究进展作者：庄振宏张峰李燕云袁军杨燕凌林玲汪世华来源：湖北农业科学2011年第08期摘要：黄曲霉毒素为肝脏毒素，主要损害肝脏。介绍了黄曲霉毒素的种类、毒性，以及对人类和其他动植物的危害。并综述了近年来关于黄曲霉毒素引发DNA损伤与基因突变、对raS等癌基因与P53等抑癌基因的作用及与HBV联合致癌等致癌机理的最新研究进展。关键词：黄曲霉毒素；肝脏；致癌机理；进展中图分类号：R730.231+.3文献标识码：A文章编号：0439-8114(2011) 08-1522-03TheProgressotheCarciogeesisMechanism0fAf1atoX1sZHUANGZhe-hog1ZHANGFeng1LlYan-yu,YUANJun1YANGYan-Iing1LINLing,WANGShi-hua(KeyLaboratoryofBiopesticideandChemicalBiology,MinistryofEducation,adCollegeofLifeScience,FujianAgricultureandForestryUniversity,Fuzhou350002,Chia)Abstract:Aflatoxin1sonekindofthe1ivertox1n,Itmainlycausesliverdamage.ThetypeSofaflatoxinanditstoxicity,aswe11asitsharmagaisthumanandotheranimalsadp1atswereintroduced.WithanemphasisinrecentprogressonDNAdamageandgenemutationinducedbyaf1atoxin,Itsaffectononcogenes(suchasras)adtumorsuppressorgenes(suchasP53),aswellasonitsco-carciogenicitymechanismwithHBVwerereviewed.Keywords : afl ato×i ns；liver; ca rci ogenesismechaism;progress黄曲霉毒素（Aflatoxins）是通过聚酮途径由黄曲霉和寄生曲霉所产生的一种对人类和畜禽危害最大、最常见的霉菌毒素。1961年黄曲霉毒素首次从霉变花生粉中被发现1,后来人们又发现了黄曲霉毒素的许多衍生物和类似物，所以现在一般认为它是指一类结构类似的化合物的总称。能够产生黄曲霉毒素的常见的真菌主要有黄曲霉菌（A.f1avus）和寄生曲霉菌（A.parasiticus）。后者主要以寄生方式存在于水蜡虫体内，这种动物能对热带和亚热带地区甘蔗或葡萄造成危害，不过它在我国并不常见2。黄曲霉毒素通常由含有一个双氢味喃环和一个氧杂禁邻酮的基本结构单位构成。根据其分子结构与感染方式的不同，天然产生的黄曲霉毒素分为B1,B21G1,G2,其化学分子结构式分别为：C17H12O6、C17H1406.C17H12O7xC17H1407o后来人们又在奶中分离到黄曲霉毒素的另外两种衍生物即：Ml和M2。G和B是根据毒素分别在紫外光下发出绿色荧光（Green）和蓝色荧光（BlUe）来命名的，M则是由于它最早发现于奶（Mi1k）中3。除此之外，人们还分离到了多种黄曲霉毒素的代谢产物、异构物和类似物，如P1、Q1、B2a、G2a等。毒力试验证明，B1毒性最强，接下来依次是：M1>G1>B2>M2>G20由于AFB1（图1）是已知致癌毒性最强的霉菌毒素而且目前研究最多，因此通常所说的黄曲霉毒素主要是指AFBI0黄曲霉毒素的相对分子量为312346,通常状况下难溶于水、己烷、石油酸，可溶于甲醇、乙醇、氯仿、丙酮等。它的热稳定性好，在280才开始分解，所以通常的高压灭菌并不能使其分解C不过，C12、NH3、H202,Se）2、5%次氯酸钠、强碱等均可与黄曲霉毒素起化学反应而破坏其毒性。相反，在PH值13的强酸性溶液中它只稍有分解。因此，在自然条件下，黄曲霉毒素在食品中稳定性很强。调查表明被黄曲霉毒素Bl严重污染的稻谷，即使在室温下自然存放20多年，仍可检出黄曲霉毒素Bl4o1黄曲霉毒素的危害作为迄今发现的最稳定的一种分子真菌毒素，黄曲霉毒素广泛影响了各种作物的品质，对人类和各种动物的健康造成严重的威胁。11.1 人类健康的影响食品或饲料中黄曲霉毒素的含量高于1mg/kg就有剧毒。黄曲霉毒素的毒性是氨化钾的10倍，砒霜的68倍，致癌力是奶油黄的9。倍，二甲基亚硝胺的75倍，3.4-苯并在的4OOo倍。它除了主要诱使动物发生肝癌外，也能诱发胃癌、肾癌、直肠癌及乳腺、卵巢、小肠等部位的癌症。临床研究发现，误食了黄曲霉毒素污染的食品的患者，较轻者可出现发热、腹痛、呕吐、食欲减退等现象，严重者在23周内出现肝脾肿大、肝区疼痛、皮肤黏膜黄染、腹水、下肢浮肿及肝功能异常等中毒性肝病症状，也可能出现心脏扩大、肺水肿，甚至痉挛、昏迷等症状。由于黄曲霉毒素(特别是B1)是潜在的致癌物质，人长期接触即使剂量很低的黄曲霉毒素也可能会影响到健康，1988年国际癌症研究机构将黄曲霉毒素归为IA类致癌物C随后的研究表明食物中黄曲霉毒素的含量与肝细胞癌症呈正相关，这已被在亚洲和非洲进行的许多流行性病研究机构所证实5。11.2 动物健康的影响动物个体对黄曲霉毒素的敏感性主要和动物的种类、性别、年龄、抵抗力和营养条件有关，幼龄动物是最易遭危害的阶段，但对不同的动物危害的程度不一样。黄曲霉毒素的靶器官是肝脏，除了对动物的肝脏有危害外，对动物胚胎也有影响，还会降低雌性个体的产奶或产蛋量、造成免疫抑制和反复感染。黄曲霉毒素中毒的临床症状包括饲料利用率下降、肠胃紊乱、生殖能力下降、贫血、黄疸等，乳牛的奶中还会产生黄曲霉毒素B1的代谢产物M10对不同动物进行试验发现黄曲霉毒素B1、Ml和Gl可弓|起各种癌症6。11.3 经济的影响世界粮农组织(FAc)对食用作物的污染情况进行了估计，发现大约25%的受真菌毒素污染，其中黄曲霉毒素污染最为严重。由于黄曲霉毒素不仅可导致家畜厌食、生长率下降、死亡，还能降低食用作物和纤维作物的产量，所以各国纷纷制定了相应的黄曲霉毒素允许标准和法规，从而对贸易会造成一定的影响，例如欧盟多次以黄曲霉毒素超标为由拒绝花生及其制品7的进口。2黄曲霉毒素的致癌机理黄曲霉毒素主要通过致癌、致畸、致突变和免疫抑制等对动物造成影响，影响的主要靶器官是肝脏.可引起肝脏出血、脂肪变性、胆管增生等，并可导致肝癌的发生8。研究显示，AFBl进入体内后由于具有亲肝性，首先在肝细胞内聚积，随后在细胞色素P450系统作用下转变为8,9-环氧AFB1(AFB1-8,9-epo×de,AFBO),催化这一代谢的关键酶为细胞色素P450,该酶正好主要存在于肝细胞内。虽其代谢产物AFBo在水中性质极不稳定，但因其分子结构中含有惰性质子，故也易于为研究者所掌控。AFBC)可分为两种空间构象不同的异构体：即外AFBO(eX0-AFBO)和内AFBO(Intro-AFBO)o不过，目前认为只有主要在P4503A4作用下形成ex。-AFB。具有基因毒性和致癌性的AFB1代谢产物。Exo-AFB。能自发和核酸及蛋白质等生物大分子结合形成相应加合物，由于肝细胞中P4503A4量最多和活性最高，因此AFB1-DNA加合物主要存在于肝细胞内。理论上这种加合物也存在诸如肠道上皮细胞及肺组织中，但含AFB1-DNA加合物的肠道上皮细胞极易脱落，不利于其发挥基因毒性和致癌性，而肺组织中因P4503A4含量极低，关于AFB1-DNA加合物在此作用的报道并不多CAFB1和DNA共价结合后除部分被诸如谷胱甘肽硫转移酶等体内二期解毒酶作用下转为无毒物排出体外，由于分子内电子场的改变，可自发形成其他DNA加合物，导致DNA损伤9,10o2.1 导致DNA损伤与基因突变AFB1的基因毒性之一是诱发DNA损伤和导致基因突变。前述AFBo能和DNA分子共价结合形成AFB1-DNA1这一加合物的形成是其发挥基因毒性的关键步骤。研究表明11,AFBC)极易和DNA链上的鸟昔残基上的N7结合，二者一旦共价结合，它们之间的电子云便会因原子核的吸电子作用发生漂移，自发形成许多其他DNA损伤形式，包括：DNA加合物引起的碱基修饰。AFB1和DNA共价结合后形成加合物AFB1-DNA,后者可自发形成甲酰喀咤-AFB1-DNA加合物(FormamIdopyfimIdine-AFBI-DNA1AFB1FAPy-DNA)和8,9-二氢8(N7一鸟昔)-9-煌-AFBl-DNA加合物8,9-dhydro-8-(N7-guany1)-9-hydro×y-AFB1-DNA,AFB1-N7-Gua-DNA,这些碱基损伤都可造成基因突变。值得一提的是，和AFB1相连的碱基可和AFB1从DNA分子结构中一起脱落形成AFBl-FAPy和AFBl-N7-Gua。前者由于分子量较小，可进入血液并经尿液排出体外。研究表明，血尿中AFB1-DNA相应加合物水平与AFB1暴露程度呈正相关，因此可以通过检测血尿中的AFB1-DNA加合物水平来研究AFB1毒性。形成无嗯吟/无喀嚏位点(APUrinicapr1mdiics1te,AP)o这是一种特殊的碱基损伤方式，除部分为DNA糖甘酶作用产生外多为AFB1-DNA自发形成12o由于AP的形成，使DNA分子链上存在碱基空缺，因此DNA复制和转录在此极易受阻可能导致DNA损伤。DNA单链断裂(SingIe-Strandbreak1SSB)和双链断裂(DOUble-Strandbreak,DSB)损伤。这两种损伤形式多在AFB1作用时自发形成。有证据表明，机体在AFB1持久作用下时断裂表现明显，而且损伤形式与AFB1摄入量密切相关，在AFBl低水平暴露时以形成SSB为主，而在高水平暴露时以DSB为主。而DNA链的断裂在细胞水平以染色体断裂形式表现出来，表现为多种染色体畸变方式，诸如重复、互换、倒位和易位等C染色体畸变的形成直接影响结构基因在基因组内的正常排列，或造成基因片段的丢失或重排，甚至可能改变基因的调控机理，成为AFB1诱导基因突变和细胞癌变的分子基础。DNA氧化性损伤。AFBC)具有氧化活性，它与DNA作用产生的8-羟脱氧鸟喋吟(8-dihydroxyJeoxyganosine,8-0H-dG)是一种重要的DNA氧化性损伤形式，目前被用作流行病学中检测生物体DNA氧化性损伤的重要标记因子。DNA碱基错配损伤。AFB1与G结合后易于与T互补形成G-T错配，经过2个复制周期后导致GTT突变。这些DNA损伤进一步发展可导致碱基替代、插入、缺失和颠换，进而影响DNA复制与转录。此外，它还能引起姐妹染色体交换(SiSter-ChrOmatidexchange,SCE)频率增加，增加基因的不稳定性13o值得注意的是，AFBl能诱导p53基因特定密码子的特定碱基突变，即249号密码子第三位碱基G突变成T,而且研究发现P53基因突变频率与AFB1暴露程度呈正相关，现在该突变位点被视为“AFB1突变点二并被作为调查各地肝癌发病情况的一个分子流行病学指标14o2.2 对癌基因与抑癌基因的作用与人类肿瘤发生密切相关的P53抑癌基因是细胞增殖的负调控基因之一，在黄曲霉毒素致肝癌过程中起着极其重要的作用。有研究表明15,AFB1高污染区HCC患者癌组织细胞中，P53和AFB1结合率极高。野生型P53在细胞中易水解，半衰期较短，所以正常情况下在细胞中含量较低。不过，野生型P53能够辅助DNA进行修复或者引起突变细胞凋亡，以防止细胞发生癌变。突变型P53基因不仅失去抑癌活性，还获得癌基因的性质，抑制细胞凋亡，引起细胞恶性转化，导致细胞异常扩增，最后形成肿瘤160有研究表明17AFB1及其代谢产物致使P53突变的敏感性增强，弓I起P53突变率升高，是对p53基因CPG位点甲基化造成的。而大多数突变结果为第249密码子(AGG)第三个碱基G：CT:A的颠换。P53第249密码子(AGG)进化上高度保守，突变后基因产物P53蛋白的空间构象发生了变化，丧失了与特异的DNA片段结合的能力，无法促进下游相连的报告基因的表达。P53基因的突变不仅可以导致所编码的P53蛋白构象改变而增强稳定性，还可以与一些癌基因蛋白形成稳定复合物，使得它们的半衰期延长，在细胞核内聚集.产生过度表达18,19,引发细胞发生癌变。编码P21蛋白的ras是2。世纪7。年代发现的一个癌基因超家族，在细胞内信号传递和细胞增殖过程中起着关键和核心作用。在人类的多种肿瘤中已发现突变的raS癌基因存在，有研究表明20,在肝癌形成早期，AFB1主要诱发肝组织raS癌基因第12、13位密码子上的G突变，多数为G:CT:A的颠换。突变后的raS癌基因引起p21表达增加，而p21表达阳性的动物肝癌发生率明显高于阴性对照。这些结果提示aS癌基因可能参与了肝癌的发生发展过程21。近年来发现的Survivin是凋亡蛋白抑制因子(Inhibitorofapoptosisproteins,IAP)家族成员，参与细胞增殖、分裂及细胞凋亡，在许多肿瘤组织内存在不同程度的表达。有研究提示Survivin也参与了黄曲霉毒素B1高污染地区肝癌的发生，且动物试验暗示Survivin可能通过抑制细胞凋亡、促进细胞增殖及恶性转化等途径引起肝癌的发生22o此外，c-fOS是与细胞增殖激活有关的癌基因，黄曲霉毒素可引起树跑肝组织C-fOS度表达，促进了肝癌的发生和演进23o2.3 与HBV联合致癌大量研究结果表明，HBV和AFB1有协同致肝癌作用24。一部分研究者认为，HBV病毒本身并不会引起DNA的损伤，也不会导致肝细胞癌变，而DNA修复系统也可使AFB1-DNA加合物引起的DNA损伤获得修复，从而降低AFB1引起的致癌效应。但是由于HBV蛋白能影响宿主DNA修复系统和药物代谢酶系统，抑制细胞对受损DNA的修复能力，即病毒造成了潜在缺陷使机体抵御外来侵略的能力降低，因此一旦AFBl及其代谢产物攻击DNA时，这使得受损DNA在体内大量累积，增加了机体对外来化合物的敏感性，最终引起肝癌发生率增加25。试验的证据显示HBV转基因小鼠受HBV和AFBl双重攻击后，肝组织的DNA修复基因及药物代谢酶基因表达水平明显降低，这提示HBV与AFBl协同致癌的分子机制很可能是二者协同影响了DNA修复和药物代谢酶系统26。此外基因的整合及AFB1的攻击还降低了细胞色素P45O(CYP)代谢酶基因的表达，这也可能会增加AFB1及其代谢产物的致癌效应。动物试验提示AFB1有利于HBV抗原的表达，HBV基因组与宿主肝细胞染色体的整合，从而使得肝细胞更易蓄积HBV抗原，这也可能是HBV与AFBl协同致肝癌作用的机制之一。此外HBV还可能协调AFBl所致的P53基因突变及P21的过量表达，从而参与肝癌发生发展过程27oAFB1致癌机理的研究已经取得了较大的进展，可能通过影响as、c-f。s癌基因及P53、Survivin抑癌基因的表达等多种途径使得AFB1及其代谢产物引起肝癌发生。但由于缺乏直接的相关试验证据，AFB1致癌机理仍未能完全阐明。与此同时，AFB1可能与HBV协同影响DNA修复系统、药物代谢酶系统及改变CYP代谢酶基因的表达，从而增加了AFB1的对肝脏的致癌效应。也有研究表明AFB1与微囊藻毒素可以协同致癌28。此外肝癌的发生也可能是AFB1与其他多种因素(遗传因素、过量饮酒等)联合引起。正是这些方方面面的原因，导致AFBl明确的致癌机理有待进一步研究。参考文献：1肖良，邢卫锋.黄曲霉毒素的危害与控制J.世界农业，2003(3):40-42.2魏丽莉.黄曲霉毒素对食品的污染及防治措施J.粮油加工，2008(9):86-89.3李洪，李爱军，董红芬，等.黄曲霉毒素的发生危害与防控方法J.玉米科学，2004(12):88-90,94.4吴丹.黄曲霉毒素在粮食和食品中的危害及防治J.粮食加工，2007.32(3):91-94.5杨建伯.真菌毒素与人类疾病J.中国地方病学杂志，2002,21(4):314-317.6王凤荣，张祥宏，张振东，等.真菌及其毒素诱发肺癌的动物实验研究J.北京大学学报(医学版)，2003,1(35):1-8.7张艺兵，张鹏，宋小岩，等.食品供应中真菌毒素的风险分析方法J.食品工业科技，2002.23(7):76-78.8WANGJS,GROOPMANJD.DNAdamagebymycotoxinsJ.MutatRes,1999,424(1-2):167-181.9Guengerichnfp1johnsonww,shimadatieta1.Activationanddeto×icatioofaf1ato×inB1J.MutatRes11998,402(1-2):121-128.10姜丽娜，杨杰，李君文.黄曲霉毒素B1诱发肝癌的生物标记物检测技术J.中国公共卫生，2005,21(1):114-115.11 Denissenkomf,CAHlLLj,KoudriakovatB,etal.Quantitatonadmappngofaflato×1nB1-iducedDNAdamageigenomicDNAus1ngaflatoxiB1-8,9-epo×ideadmicrosomalactivationsystemsJ.MutatResl1999,425(2):205-211.12龙喜带，唐月浩，曲德英，等.黄曲霉毒素Bl毒性及其发挥与DNA修复(修复相关酶)J.右江民族医学院学报，2006.28(2):278-27913HOEIJMAKERSJH.GenomemaintenancemechaismsforpreventingcancerJ.Nature,2001,411(6835):366-374.a 1 . Expression of precanceros eve 1 duced by AFB1 a Wo r 1 d J Gastroen14QINLL,SUJJ1LIY,etIGF-II,p53,p21andHB×Agitsofhepatocarcinogeesisnd/orHBVintreeshrewsJtero1,2000,6(1):138-139.15马韵，邓卓霖，罗虹，等.广西肝癌高低发区p53基因突变热点的对比研究J.临床与实验病理学杂志，1997,13(4):302-304.16杜艳平，朱惠莲.黄曲霉毒素Bl致癌机制及植物性化学物防治的研究进展J.现代食品与药品杂志，2006,16(1):3-8.17CHANKT,DENNISPH1MARIALLieta1.InVitroaflatoxinB11nducedp53mtationsJ.CancLet,2003,199(1):1-7.18PAULCT,ABDOULAYES1KUANGSK,eta1.AbsenceofP53Codon249mutatiosInyoungguineanchiIdrenwithKighAflatoxinexposureJ.CancEpidBio&Pre,2005,14:2053-2055.19许真，金银龙.环境致癌剂与P53基因突变J.卫生研究，2004.33(2):239-243.20SUJJ,BANKC,LI,Y,etal.Alterationofp53andp21duringhepatocarcogenesis1treeshrewsJ.WorldJGasl2004,10(24):3559-3563.21苏建家，李谖，班克臣，等.动态研究HBV和AFB1诱发树购肝细胞癌过程中一些基因的表达J,广西医科大学学报，2001(18):151-154.22班克臣，曹骥.SUrViVin在AFBl高暴露地区肝细胞癌中的表达及其临床意义J.中国肿瘤临床，2005,32(11):614-617.23DUANXX,OUJS1LIYtetal.Dynamicexpressionofaoptosis-re1atedgenesdurigdeve1opmentoflaboratoryhepatocellularcarciomaanditsrelationtoapoptosisJ.Wor1dJGas,2005,11(30):4740-4744.24HENRYSH,BOSCHFX1BOWERSJC,eta1.AfIatoxin,hepatitisandworldwidelivercancerrisksJ.AdvExpMedBiol,2002,504:229-233.25KWAKM,Patriciaae,patrickmd,eta1.RoleofphaseenzymeinductioninchemoprotectiobydithiolethionesJ.MutRes,2001,480(1):305-315.26吴一迁，仇效坤，万曙光，等.HBVX转基因小鼠肝组织基因表达谱的微阵列研究J.肿瘤，2001,21(4):235-238.27ZHANGYJtAHSANH,CHENY.eta1.HighFreqecyofpromoterhypermethylationofRASSF1Aandp16anditsRelationshiptoaflatoxinB1-DNAadductLevelsinhumanhepatocellularcarcinomaJ.MoleCarc12002,35:85-92.28俞顺章，赵宁，资晓林，等.饮水中微囊藻毒素与我国原发性肝癌关系的研究J,中华肿瘤杂志，2001,23(2):96-99.