基于微囊藻毒素毒理學(xué)研究進展

1、    基于微囊藻毒素毒理學(xué)研究進展            作者：張煒時間：2009-4-1 11:12:00                     【論文關(guān)鍵詞】：微囊藻毒素; 毒理學(xué); 進展 【論文摘要】:近年來，隨著人類生產(chǎn)、生活活

2、動的迅速發(fā)展，工農(nóng)業(yè)排污的增加，各地水體富營養(yǎng)化日益加劇，導(dǎo)致江河、湖泊中藻類尤其是藍藻異常繁殖生長而出現(xiàn)水華現(xiàn)象。當藍藻水華嚴重時，水面形成厚厚的綠色湖靛，散發(fā)出難聞的氣味，不僅破壞了水生生態(tài)系統(tǒng)的平衡，而且因藻細胞破裂后釋放出多種藻毒素而對人和動物的飲用水安全構(gòu)成了嚴重的威脅。文章從微囊藻毒素的理化性質(zhì)、一般毒性、毒理研究及作用機理方面來說明當前藻毒素研究進展。 1. 微囊藻毒素一般概況 微囊藻毒素(Mycrocystins，MC)是水體中藍藻爆性繁殖產(chǎn)生的二級毒性代謝物，是一種肝毒素，可在貽貝和扇貝的消化腺內(nèi)積累并沿食物鏈進入到高營養(yǎng)生物體內(nèi)，包括魚、鳥、哺乳動物和人類，引起野生動物和家

3、畜中毒，其癥狀包括虛弱、皮膚蒼白、過冷等，嚴重的可引起肝大出血及肝壞死，使動物因呼吸阻塞而死亡。微囊藻毒素也可引起人類疾病，甚至導(dǎo)致人類死亡。 微囊藻毒素是由水體中藍綠藻如銅綠微囊藻(Microcystis aeruginosa)、魚腥藻 (Anabaena)、顫藻(Oscillatoriaruescens)等產(chǎn)生的具有生物活性的單環(huán) 肽化合物，其結(jié)構(gòu)可表示為環(huán)D-丙氨酸-L-X-赤-甲基-D-異天冬氨酸-L-Z-Adda-D-異谷氨酸-N-甲基脫氫丙氨酸。X、Z為兩個可變的氨基酸殘基，這兩個可變的L-氨基酸的更替及其它氨基酸的去甲基化，衍生出眾多的毒素類型，至今已發(fā)現(xiàn)MC有60多種異構(gòu)體。在

4、這眾多異構(gòu)體中存在最普遍、含量較多、毒性較大、研究較詳細的是MC-LR、MC-RR和MC-YR，L、R、Y分別代表亮氨酸、精氨酸和酪氨酸。Adda(3-氨基-9-甲氧基-2，6，8-三甲基-l0-苯基-4，6-二烯酸)是MC生物活性表達所必需的，研究發(fā)現(xiàn)去除Adda后藻毒素的毒性降低。 2. MC的理化性質(zhì) MC性質(zhì)穩(wěn)定，具有水溶性和耐熱性。MC極易溶于水，在水中的溶解度>lgL，不易沉淀或被吸附于沉淀物和懸浮顆粒物中。在實驗室研究中發(fā)現(xiàn)MC在水體中的穩(wěn)定時間與水體的特征有關(guān)，水庫水中低濃度MC-LR(1OgL)不到1個星期即發(fā)生初級降解，在去離子水中超過27天毒素依舊很穩(wěn)定。毒素在消毒

5、的水庫中可保持穩(wěn)定l2天，在自然水庫水中其不穩(wěn)定性是由于生物降解通過Adda旁鏈的修飾而滅活這一機制實現(xiàn)。在色素存在的情況下，MC卻被迅速降解，使其活性降低。此外，純化的MC在陽光照射下依然保持其穩(wěn)定性，但當毒素暴露在紫外線時即可被水解或發(fā)生化學(xué)異構(gòu)和化學(xué)鍵合反應(yīng)而使毒性喪失，其半衰期是 l0天。當紫外線波長接近其吸收峰周圍 (即 238254nm)，MC被迅速地降解。MC耐高溫，加熱煮沸(水浴100，30分鐘)后不失活，不揮發(fā)，抗pH變化，可溶于甲醇或丙酮，現(xiàn)行自來水處理工藝的混凝、沉淀、過濾、加氯均不能有效去除微囊藻。董傳輝等人的調(diào)查研究亦表明采用飲水消毒處理不能完全消除水體中的藻毒素。

6、3. 致毒機理 一些研究發(fā)現(xiàn)微囊藻毒素是一個相對化學(xué)惰性的環(huán)七肽，不具有直接的誘癌能力，但有極強的肝毒性，所以即使是低濃度的MC，也可能使人類患上慢性肝病。有研究認為微囊藻毒素同Okadaic acid(OA)的作用類似，但是OA的化學(xué)結(jié)構(gòu)與微囊藻毒素差別極大，所以很有可能它們作用于不同的受體，但通過同一GS受體途徑調(diào)節(jié)相同下游信使酶PP2A的活性。所以，目前諸多學(xué)者公認，微囊藻毒素是蛋白磷酸酶1和2A的強烈抑制劑，通過抑制蛋白磷酸酶1和2A的活性，從而幫助解除對細胞增值的正常的制動作用。另外，有些研究發(fā)現(xiàn)，微囊藻毒素肝毒作用與體內(nèi)活性氧（ROS）及其誘發(fā)的脂質(zhì)過氧化水平相關(guān)。所以，微囊藻毒素

7、的肝毒性機制還不完全清楚，其致毒機理可能有化學(xué)、基因、細胞、受體毒性等多種情況。 另外，微囊藻毒素還可導(dǎo)致細胞生化代謝、膜離子通道改變?？傊⒛以宥舅赜邢喈敹嗟纳锒拘?，尤其對肝臟的作用表現(xiàn)為作用形式的多樣性。 4. MC的一般毒性 藍綠藻毒素引起的人類疾病有3種，即胃腸炎及其相關(guān)疾病、變應(yīng)性和刺激性反應(yīng)以及肝臟疾病，MC也是腫瘤促進物。1878年在南澳大利亞的Alexandrina湖首次發(fā)現(xiàn)因泡末節(jié)球藻水華污染飲水導(dǎo)致家畜及禽類死亡。此后有許多關(guān)于鳥類、魚和其它動物藍綠藻中毒的報道，其中亦包括了MC。近年來，隨著人類生產(chǎn)、生活活動的迅速發(fā)展，工農(nóng)業(yè)排污的增加，使得水中富營養(yǎng)化元素如硝酸鹽和

8、磷酸鹽不斷增加，導(dǎo)致了藍藻水華接連不斷的發(fā)生。至此藍藻水華引發(fā)嚴重的水污染和公共健康問題已引起人們的關(guān)注，由此展開了一系列MC分子結(jié)構(gòu)和毒理學(xué)的研究。結(jié)果顯示MC的致毒機理是通過與蛋白磷酸酶中的絲氨酸/蘇氨酸亞基結(jié)合，抑制其活性，從而誘發(fā)細胞角蛋白高度磷酸化，使哺乳動物肝細胞微絲分解、破裂和出血，導(dǎo)致肝充血，動物失血休克而死亡。隨著有關(guān)MC毒性的深入研究，發(fā)現(xiàn)MC具有多器官毒性、遺傳性和致癌性。有研究表明MC具有腎毒性，表現(xiàn)為：腎小球內(nèi)紅細胞減少，周圍紅細胞增多，管腔直徑增大，且存在劑量-反應(yīng)關(guān)系。近端小管上皮壞死，遠端小管蛋白質(zhì)表膜物質(zhì)出現(xiàn)。MC對脾臟亦有一定的毒性，可導(dǎo)致脾臟腫大，有些亞型

9、的MC也可能有神經(jīng)毒性或免疫抑制與刺激作用。此外還有報道指出MC是心源性心臟病的潛在的致病因素，它可引起心臟輸出量下降、血管擴張、血壓降低、心率下降以及多巴胺和異丙腎上腺素分泌等血液動力學(xué)改變及其引起的激素分泌。許多研究均表明MC是一種腫瘤促進物。長期飲用有MC污染的水是引起肝癌的最主要危險因素之一；飲用河水、池塘水等淺表水是大腸癌的危險因素之一，其中MC的含量與大腸癌的發(fā)病率呈正相關(guān)。兩者研究均表明飲用水中微量MC的存在與人群中原發(fā)性肝癌、大腸癌的發(fā)病率有很大的相關(guān)性，由此表明MC具有潛在的促癌性。     5. MC的肝毒性 MC具有明顯的嗜肝性，經(jīng)

10、口、腹腔注射后主要作用于肝臟引起肝臟病變，肝灌流染毒和原代肝細胞培養(yǎng)染毒表現(xiàn)出與在體實驗相似的結(jié)果。參照前人所做急性毒性實驗：大、小鼠經(jīng)腹腔或靜脈接觸MC，LD50在36122gkg，經(jīng)口、呼吸道染毒大鼠時，其分別為 109mgkg、43gkg。急性中毒對肝臟的損傷在組織病理學(xué)上主要表現(xiàn)為肝臟大面積出血、壞死、腫脹、瘀血，肝細胞結(jié)構(gòu)破壞。血清酶學(xué)表現(xiàn)為乳酸脫氫酶(LHD)滲漏，-谷?；D(zhuǎn)移酶(-GT)和堿性磷酯酸合成酶(AKP)升高，蛋白磷酸酯酶1(PP1)和蛋白磷酸酯酶2A(PP2A)受抑制。光鏡下Diss間隙微絨毛消失，肝竇狀血管破壞、血竇內(nèi)皮損傷、細胞間隙增大、PAS染色部位可見大面積糖

11、原缺乏區(qū)。電鏡下肝細胞超微結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)發(fā)生折疊、線粒體脊膜擴張、胞質(zhì)空泡樣變、漿膜反折、細胞內(nèi)器重新分布，有時可見核崩解，有些肝細胞索微管壓縮，細胞骨架破壞，肝細胞壞死融合成帶，出現(xiàn)橋接樣壞死。MC亞急性染毒動物可使其血清LHD升高，細胞膜通透性增加。對肝臟的損傷類似于急性中毒，且呈現(xiàn)時間一劑量反應(yīng)關(guān)系。而在慢性毒性實驗中，F(xiàn)alconer等用含MC的水喂養(yǎng)小鼠1年后，小鼠肝細胞呈現(xiàn)漸進性的損傷壞死，肝纖維化樣變，淋巴細胞、中性粒細胞浸潤，肝組織淀粉樣變，表明MC可引起受試小鼠肝臟慢性炎癥。體外細胞試驗表明，當MC濃度為pg級時，細胞動力增加，細胞凋亡率下降；當毒素濃度為ng級時，

12、細胞被抑制，其結(jié)構(gòu)、形態(tài)學(xué)均發(fā)生改變，維管系統(tǒng)破壞，肝細胞壞死、崩解，肝臟中磷酯酸合成酶抑制，細胞骨架破壞。 毒理學(xué)研究發(fā)現(xiàn)MC引發(fā)肝臟損傷的機理可能是MCs是一種具有肝毒性的環(huán)狀七肽化合物，可作用的主要靶器官是肝臟，作用于肝臟的兩種細胞，即肝細胞和肝巨噬細胞。MCs主要經(jīng)飲用水攝入機體后通過膽汁酸的攜帶轉(zhuǎn)運至肝細胞，在肝細胞中通過抑制絲氨酸和蘇氨酸的蛋白磷酸酯酶1(PP1)和蛋白磷酸酯酶2A(PP2A)的活性，激活蛋白激酶和環(huán)加氧酶，導(dǎo)致細胞內(nèi)多種蛋白質(zhì)的過度磷酸化，使細胞內(nèi)的蛋白磷酸化和去磷酸化作用調(diào)節(jié)失衡，抑制磷酸脫磷酰作用，使蛋白激酶補充的?；e聚，并通過細胞信號系統(tǒng)進一步放大這種生化

13、效應(yīng)，改變了多種酶的活性，造成細胞內(nèi)一系列的生理生化反應(yīng)紊亂，導(dǎo)致兩種主要的結(jié)果：1.細胞骨架(中間絲和微絲)損壞，直接引起細胞毒性效應(yīng)；2.細胞增生失控，引發(fā)腫瘤增生活性。在巨噬細胞中MC可誘導(dǎo)腫瘤壞死因子 (TNF-)和白細胞介素 1(IL-1)，這些細胞因子能誘導(dǎo)產(chǎn)生血小板激活因子(PAF)，并激活環(huán)加氧酶，環(huán)加氧酶可誘導(dǎo)產(chǎn)生血栓素和前列腺素，引起肝細胞炎癥，肝損壞甚至肝壞死 。 6. 國內(nèi)MC-LR毒理學(xué)研究近況 徐元紅等在水生生物學(xué)報文章“微囊藻毒素分子致毒機理研究近況”中報道了國外MC-LR分子致毒機理研究近況，當時國內(nèi)這方面的研究尚屬空白。吳靜等發(fā)表的藻毒素的毒性及其所引起的健康

14、效應(yīng)和發(fā)生的可能機制文章中提到了國內(nèi)最早針對MC肝毒性的研究工作，但只有l(wèi)篇。施瑋等發(fā)表的MC毒理學(xué)綜述文章只是針對國外就MC的理化性質(zhì)、暴露劑量毒作及機理、預(yù)防等方面的研究作了綜述，未提國內(nèi)的研究進展。趙金明等綜述的MC致癌性的研究進展文章中已提到國內(nèi)針對MC的毒理學(xué)研究文章達5 篇。閏海、羅皓等等相繼發(fā)表了MC相關(guān)的毒理學(xué)研究進展報道，雖然介紹了一些國內(nèi)的有關(guān)MC毒理學(xué)研究工作，但側(cè)重點介紹的還是國外研究進展。 綜上所述，國內(nèi)近十幾年來對MC的毒理學(xué)研究取得了很多有價值的研究成果，但在MC的毒作用機制等方面仍未十分清楚，有待進一步的研究。此外，MC對人體健康危害甚為嚴重且無有效的治療方法，

15、今后應(yīng)對MC引起的污染狀況給予足夠的重視，加強環(huán)境水體的監(jiān)測，加強MC解毒劑的研究。為此，我相信隨著進一步的深人研究，MC毒理學(xué)研究一定會有突破性的進展，從而能有效預(yù)防和治療MC對人體的危害，保障人民的生命安全。 參考文獻 1 錢蕓，戴樹桂，劉廣良. 富營養(yǎng)化淡水水體中微囊藻毒素的研究進展J. 環(huán)境污染治理技術(shù)與設(shè)備，2002，3(8)：1317 2 沈建國 微囊藻毒素的污染毒性和檢測J 預(yù)防醫(yī)學(xué)情報雜志，2001.17(1)：10-l1 3 閆海， 潘綱， 張明明 微囊藻毒素研究進展J 生態(tài)學(xué)報，2OO2.22(11)：1968-1975. 4 S Poufia，A de Andrade,J

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