t-2毒素影响动物代谢组的NMR研究

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T-2毒素是由多种镰刀菌(Fusarium)产生的一种A类单端孢霉烯族毒素(trichothecenes),它是污染粮谷类农作物以及动物饲料的常见毒素。由于T-2毒素具有很强的毒性且不易在普通的食品加工过程灭活,被T-2毒素污染的食物、或者因误食T-2毒素污染的农作物而残留在家畜、家禽体内的T-2毒素及其相关代谢产物对人类的健康直接或者间接的构成了威胁。目前的研究显示T-2毒素主要的毒性分子机制是与核糖体60S亚基结合、抑制蛋白质以及核酸的合成、引起氧化应激并诱发细胞凋亡。但是,目前还没有关于T-2毒素对动物体液以及多个器官广泛性代谢影响的报道。此外,T-2毒素的毒性与其在机体内的代谢过程息息相关。由于不同种属的生物存在着解剖学、代谢酶种类和含量水平、以及药物排出方式等差别,T-2毒素在生物体内的毒性表现出种属差异性。但是T-2毒素对动物内源性代谢影响的种属差异性还未见报道。并且,长期的T-2毒素暴露对动物内源性代谢的影响也是未知的。基于此,本论文借助基于NMR的代谢组学方法并结合多变量统计分析方法,开展了以下的研究:  首先,研究了低(0.5 mg/kg.动物体重)、中(2 mg/kg.动物体重)、高(4mg/kg.动物体重)剂量的T-2毒素单次灌胃给药对Wistar大鼠体液、多组织脏器的代谢影响。结果发现,三个剂量的T-2毒素都影响了大鼠的血浆和尿液代谢组,并且尿液代谢组受影响程度与给药剂量成正相关。高剂量的T-2毒素给药后,大鼠肝脏、胸腺、脾脏以及胃组织的代谢组发生了显著变化。给药组大鼠胸腺中氧化型谷胱甘肽含量的显著升高,脾脏中牛磺酸含量的显著下降,尿液中1-甲基烟酸、1-甲基烟酰胺含量的显著下降提示T-2毒素引起了机体氧化应激。给药组大鼠脾脏中磷酸胆碱、磷酸乙醇胺含量的降低,肝脏中甘油磷酸胆碱含量升高,胸腺中磷酸乙醇胺含量的下降,提示T-2毒素可能影响了细胞膜完整性进而影响其功能。给药组大鼠肝脏中延胡索酸含量的下降、烟酰胺腺嘌呤二核苷酸含量的升高以及尿液中柠檬酸、琥珀酸含量的降低,提示T-2毒素影响线粒体功能造成了三羧酸循环受阻。给药组大鼠血浆中葡萄糖含量的下降和丙酮酸含量的升高提示T-2毒素增强了糖酵解途径,而3-羟基丁酸和乙酰乙酸含量在给药组血浆中升高提示T-2毒素调动了脂肪酸的β氧化供能。给药组大鼠脏器中氨基酸和核苷酸的变化还提示T-2毒素可能造成了氨基酸以及核苷酸代谢的紊乱。此外,给药组大鼠尿液中苯乙酰甘氨酸、对甲基苯酚葡萄糖醛酸、对甲基苯酚硫酸含量的上升以及马尿酸含量的下降提示T-2毒素可能影响了肠道菌群微生态,这些代谢物变化也不能排除T-2毒素对机体药物代谢酶活性水平的影响。  然后,研究了单次急性T-2毒素(0.5 mg/kg.动物体重)静脉给药对科宝肉仔鸡和仔猪的内源性代谢影响。结果发现,科宝肉仔鸡以及仔猪血浆中大量氨基酸的含量分别在给药2小时和4小时后达到峰值,同时伴随着葡萄糖和脂肪酸含量的下降。T-2毒素也对仔鸡肝脏、肾脏以及脾脏的代谢组产生了影响,发生变化的代谢物主要包括:氨基酸、核苷酸、能量代谢相关物质等。研究中比较明显的发现是,鸡在T-2毒素处理后,血浆中色氨酸浓度从核磁共振检测不到信号的水平升高到了核磁共振检测限以上。血液中色氨酸浓度的变化可能同T-2毒素的神经毒性相关。此外,本研究中还发现T-2毒素给药后,肝脏、脾脏和肾脏中核苷酸类物质的改变相对滞后于氨基酸类物质,这为前人关于T-2毒素对蛋白质合成抑制近而影响DNA的假设提供了一个佐证。  最后,研究了低(0.1 mg/kg.动物体重)、中(0.5 mg/kg.动物体重)、高剂量(2 mg/kg.动物体重)T-2毒素为期12周的灌胃给药对Wistar大鼠内源性代谢的影响。结果发现,高剂量T-2毒素连续给药2周,大量的老鼠死亡。低剂量的T-2毒素处理并没有影响大鼠尿液、血液以及脏器的代谢组。然而,中剂量的T-2毒素却影响了大鼠尿液代谢组以及血液中谷丙转氨酶(ALT)、葡萄糖(Glc)、碱性磷酸酶(ALKP)的含量。总体而言,单次低剂量T-2毒素暴露对机体产生的毒性可以在机体长时间的代谢作用下得到修复,但是长期暴露对机体产生的影响可能是不可逆转的,高剂量的T-2毒素更有致命的危险。因此,在实际生活中,应该严格控制粮谷类作物以及畜禽产品中T-2毒素的含量。  综上所述,本文为T-2毒素影响动物体液以及多组织脏器的代谢组提供了基础数据,加深了我们对T-2毒素的毒性机制的认识,并为T-2毒素的食品安全评价提供了数据参考。
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