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迄今为止,预防霉菌毒素中毒的策略仅侧重于使用霉菌毒素黏合剂或通过饲料添加剂解除霉菌毒素的毒性。然而,动物本身在一定程度上能够消除霉菌毒素的毒性,这主要发生在肝脏中。如何发挥其作用呢?
霉菌毒素在作物或饲料中的含量低,但会严重威胁动物的健康。超过规定的污染临界水平——通常取决于霉菌毒素的种类、动物的品种、年龄和所处的生产阶段,霉菌毒素就具有会影响动物生产性能的潜在威胁,通过改变肾脏、肝脏和肠道等器官的功能表现出毒性效应。
目前,市场大量销售的解毒产品其功能主要源自于它们与霉菌毒素的结合能力。但是,仅仅依赖结合策略就足以清除霉菌毒素吗?实际上,大多数霉菌毒素是非极性的或部分非极性的,这意味着它们不能在肠道中被其他物质结合,因而能够突破肠道屏障侵入机体内部。因此,这需要一个解毒的策略。
动物摄入霉菌毒素后,每一种霉菌毒素的命运是各不相同的(图1)。众所周知,目前已经了解的霉菌毒素超过1 000种,它们相互间可以协同地损害动物的生产性能。因此,能够增强动物自身解毒系统功能以应对各种而不是仅针对某一种单个霉菌毒素毒性效应的方法应该优先考虑。
1 代谢和排泄
并不是所有的动物在其肠道黏膜中准备了大量能够用于霉菌毒素解毒所需的酶。此外,并不是所有动物在其肝脏——机体主要的解毒器官——中拥有可以分解霉菌毒素的相应代谢酶。霉菌毒素经动物机体处理后生成生物异源物质,这些物质可通过粪便、胆汁(再通过粪便)、乳汁和/或尿液等途径被清除和排出。
肝脏是生物异源物质(包括霉菌毒素)解毒的主要场所。在经过血液循环系统到达其他组织之前,霉菌毒素在肝脏中经过两个阶段被解除毒性。
2 第一阶段:氧化、还原和水解阶段
第一阶段被称为氧化、还原和水解阶段。霉菌毒素首先被转化为可以被第二阶段中的酶所分解的代谢产物。第一阶段反应的主要作用因子是细胞色素P450酶系(图2),这些酶位于细胞的内质网和线粒体中,它们主要催化氧化反应,以及脱烷作用和环氧衍生物的生成反应。
在第一階段中,生物异源物质的代谢主要通过细胞色素P450酶系中三个家族的酶发挥作用:CYP1、CYP2和CYP3。
目前,这些酶的异构体在人、家禽、猪、反刍动物、鱼及其他许多物种中均有发现。此外,CY P450在不同动物物种间以及在同一物种不同品种间的多态性,在一定程度上可以解释不同物种或同一物种不同品种对霉菌毒素敏感性的差异。
3 第二阶段:共轭阶段
在第二阶段中,变性的霉菌毒素或其代谢产物可以与水溶性物质结合以提高水溶性,这一阶段被称为共轭阶段,有多种类型的反应可能会在此发生,并可导致代谢产物通过不同的途径排出。例如,因动物物种的不同,磺基转移酶可以催化硫酸盐基团并结合呕吐毒素(Deoxynivalenol,DON),UDP-葡萄糖醛酸转移酶能对T2毒素、DON和玉米烯酮进行葡糖醛酸化反应,而谷胱甘肽-S-转移酶能够通过谷胱甘肽分子与赭曲霉毒素和DON形成共轭物。所得代谢产物具有较高的水溶性,从而加快它们通过肝脏排出的速度。
霉菌毒素的吸收水平、生物转运效率、所形成代谢产物的类型、排泄途径和宿主敏感性,主要取决于霉菌毒素的种类,动物采食的饲料是被一种或多种霉菌毒素污染,以及动物的种类和它所处的生长阶段。
这一策略的功效可在仔猪利用DON和在母猪利用赤霉稀酮进行的试验中验证。
4 仔猪和呕吐毒素
一项在猪上进行的试验比较了霉菌毒素综合解毒策略的核心成分My-T(瑞典潘可斯玛公司生产)对肝脏氧化酶和共轭酶活性的影响。试验动物喂给不含(阴性对照组)或含(阳性对照组) 2 000 μm/kg DON的日粮,第三组动物饲喂受到呕吐毒素污染但添加了该解毒剂的日粮(试验组)。
试验结束后,通过差速离心,将来自肝叶的样本制成肝微粒体和胞浆,随后用分光光度计测定细胞色素P450酶系的总含量,并用不同的方法测定可催化以下物质的酶含量:
● 氨基比林;
● 苄非他明;
● 红霉素;
● 7-乙氧基试卤灵;
● 微粒体UDP-葡萄糖醛酸转移酶;
● 胞浆谷胱甘肽-S-转移酶等酶。
5 校正代谢紊乱
该试验表明,长期摄入DON会降低仔猪肝脏中氧化酶的水平。在被DON污染的日粮中添加解毒剂,可以调节由于霉菌毒素引起的代谢紊乱。这一有益的效果可以通过检测微粒体细胞色素P450酶系的总水平得到验证(图3)。
通过诱导产生更多的细胞色素P450酶系,该解毒剂可以在第一阶段加快肝脏中霉菌毒素的生物转变,这些活性反过来会促进霉菌毒素的解毒和排泄。
6 母猪和玉米赤霉烯酮
在摄入猪体内的玉米赤霉烯酮(Zearalenone,ZEA)中,大约80%在肠道中被吸收。在解毒的第一阶段,细胞色素P450酶系家族的酶在肠上皮细胞和肝细胞中与毒素发生系列反应,产生重要的代谢产物α-ZEA以及极少量的β-ZEA。在第二阶段,UDP-葡萄糖醛酸转移酶与毒素的代谢产物通过催化反应产生共轭作用。
ZEA及其代谢产物主要作用于猪的生殖系统和雌激素分泌组织,并主要通过胆汁被排出,再经肝肠循环被吸收(65%),最后经过尿液排出体外。这就可以解释猪为何对这类霉菌毒素特别敏感。ZEA及其代谢产物的毒性主要体现在以下两个方面:
● 它们具有雌激素的活性。ZEA的分子结构与17-β雌二醇的相似,因此可以与雌激素受体结合,结合后很有可能会引发癌症。母猪摄入被ZEA污染的日粮,会减少促黄体生成素和孕酮的分泌,发生阴道炎、卵巢和子宫肿大,因此会出现流产,受胎率下降,窝重减小。此外,所产后代患阴户肿胀和雌激素亢进症的风险增加。 ● ZEA及其代谢产物通过与DNA碱基形成共价键而表现出基因毒性效应,产生DNA碎片以及络合物,损害基因转录。
鉴于饲料原料在加入动物日粮前要降解其所含的ZEA极为困难,添加饲料添加剂即外源性解毒剂来限制这类霉菌毒素对动物健康的不利影响可能是一个不错的手段。这种添加剂产品应该具备两个重要的特性:一是能够结合ZEA,并能有效地限制ZEA;二是有能力优化天然的解毒功能和动物的抗氧化状态。众多研究的成果已经能帮助研究人员成功开发出一种可以满足这两个要求的解毒剂——My-T Premium霉菌毒素解毒剂产品,该产品由一种特殊的黏土和一种解毒剂组成。
7 体内试验
该产品随后利用饲喂被ZEA污染的日粮的小母猪进行了体内试验,以观察其对母猪生殖道的影响,阴性對照组日粮不含ZEA,阳性对照组日粮含2 000 μg/kg ZEA,试验组日粮在阳性对照组日粮的基础上再添加My-T Premium霉菌毒素解毒剂。每个处理组有6头仔猪,试验初的平均重为10.8 kg。
结果表明,ZEA不会影响仔猪的生产性能,但从试验的第6天至第21天,小母猪阴户体积增加。在试验结束时,试验猪的生殖道长度和相对重量增加。添加My-T Premium可以抑制ZEA对小母猪生殖系统的不利影响,早在试验的第6天小母猪的阴户容积减少(图4),到第21天时生殖道的长度和相对重量显著减小(图5)。这些结果证明,在日粮中添加具有特异性结合和解毒特性的饲料添加剂,能够消除日粮中ZEA污染物对母猪的不利影响。
8 限制不利影响
利用黏合剂对控制霉菌毒素污染产生的不良影响作用不大,因为这些添加剂不能有效地结合许多霉菌毒素。单端胞霉烯毒素,如脱氧雪腐镰刀菌烯醇和T-2毒素,极难被吸附和结合。调控动物自身的解毒功能对应由单种和多种霉菌毒素产生的毒性是一个很好的解决途径。专业配制的My-T产品能够优化猪的解毒系统,研究表明其可以有效地抑制霉菌毒素对母猪繁殖和健康的不利影响,从而提高动物生产性能。
原题名:Helping the liver to detoxify mycotoxins(英文)
原作者:Clementine Oguey和Sandrine Durox(瑞士潘可士玛公司产品经理)
霉菌毒素在作物或饲料中的含量低,但会严重威胁动物的健康。超过规定的污染临界水平——通常取决于霉菌毒素的种类、动物的品种、年龄和所处的生产阶段,霉菌毒素就具有会影响动物生产性能的潜在威胁,通过改变肾脏、肝脏和肠道等器官的功能表现出毒性效应。
目前,市场大量销售的解毒产品其功能主要源自于它们与霉菌毒素的结合能力。但是,仅仅依赖结合策略就足以清除霉菌毒素吗?实际上,大多数霉菌毒素是非极性的或部分非极性的,这意味着它们不能在肠道中被其他物质结合,因而能够突破肠道屏障侵入机体内部。因此,这需要一个解毒的策略。
动物摄入霉菌毒素后,每一种霉菌毒素的命运是各不相同的(图1)。众所周知,目前已经了解的霉菌毒素超过1 000种,它们相互间可以协同地损害动物的生产性能。因此,能够增强动物自身解毒系统功能以应对各种而不是仅针对某一种单个霉菌毒素毒性效应的方法应该优先考虑。
1 代谢和排泄
并不是所有的动物在其肠道黏膜中准备了大量能够用于霉菌毒素解毒所需的酶。此外,并不是所有动物在其肝脏——机体主要的解毒器官——中拥有可以分解霉菌毒素的相应代谢酶。霉菌毒素经动物机体处理后生成生物异源物质,这些物质可通过粪便、胆汁(再通过粪便)、乳汁和/或尿液等途径被清除和排出。
肝脏是生物异源物质(包括霉菌毒素)解毒的主要场所。在经过血液循环系统到达其他组织之前,霉菌毒素在肝脏中经过两个阶段被解除毒性。
2 第一阶段:氧化、还原和水解阶段
第一阶段被称为氧化、还原和水解阶段。霉菌毒素首先被转化为可以被第二阶段中的酶所分解的代谢产物。第一阶段反应的主要作用因子是细胞色素P450酶系(图2),这些酶位于细胞的内质网和线粒体中,它们主要催化氧化反应,以及脱烷作用和环氧衍生物的生成反应。
在第一階段中,生物异源物质的代谢主要通过细胞色素P450酶系中三个家族的酶发挥作用:CYP1、CYP2和CYP3。
目前,这些酶的异构体在人、家禽、猪、反刍动物、鱼及其他许多物种中均有发现。此外,CY P450在不同动物物种间以及在同一物种不同品种间的多态性,在一定程度上可以解释不同物种或同一物种不同品种对霉菌毒素敏感性的差异。
3 第二阶段:共轭阶段
在第二阶段中,变性的霉菌毒素或其代谢产物可以与水溶性物质结合以提高水溶性,这一阶段被称为共轭阶段,有多种类型的反应可能会在此发生,并可导致代谢产物通过不同的途径排出。例如,因动物物种的不同,磺基转移酶可以催化硫酸盐基团并结合呕吐毒素(Deoxynivalenol,DON),UDP-葡萄糖醛酸转移酶能对T2毒素、DON和玉米烯酮进行葡糖醛酸化反应,而谷胱甘肽-S-转移酶能够通过谷胱甘肽分子与赭曲霉毒素和DON形成共轭物。所得代谢产物具有较高的水溶性,从而加快它们通过肝脏排出的速度。
霉菌毒素的吸收水平、生物转运效率、所形成代谢产物的类型、排泄途径和宿主敏感性,主要取决于霉菌毒素的种类,动物采食的饲料是被一种或多种霉菌毒素污染,以及动物的种类和它所处的生长阶段。
这一策略的功效可在仔猪利用DON和在母猪利用赤霉稀酮进行的试验中验证。
4 仔猪和呕吐毒素
一项在猪上进行的试验比较了霉菌毒素综合解毒策略的核心成分My-T(瑞典潘可斯玛公司生产)对肝脏氧化酶和共轭酶活性的影响。试验动物喂给不含(阴性对照组)或含(阳性对照组) 2 000 μm/kg DON的日粮,第三组动物饲喂受到呕吐毒素污染但添加了该解毒剂的日粮(试验组)。
试验结束后,通过差速离心,将来自肝叶的样本制成肝微粒体和胞浆,随后用分光光度计测定细胞色素P450酶系的总含量,并用不同的方法测定可催化以下物质的酶含量:
● 氨基比林;
● 苄非他明;
● 红霉素;
● 7-乙氧基试卤灵;
● 微粒体UDP-葡萄糖醛酸转移酶;
● 胞浆谷胱甘肽-S-转移酶等酶。
5 校正代谢紊乱
该试验表明,长期摄入DON会降低仔猪肝脏中氧化酶的水平。在被DON污染的日粮中添加解毒剂,可以调节由于霉菌毒素引起的代谢紊乱。这一有益的效果可以通过检测微粒体细胞色素P450酶系的总水平得到验证(图3)。
通过诱导产生更多的细胞色素P450酶系,该解毒剂可以在第一阶段加快肝脏中霉菌毒素的生物转变,这些活性反过来会促进霉菌毒素的解毒和排泄。
6 母猪和玉米赤霉烯酮
在摄入猪体内的玉米赤霉烯酮(Zearalenone,ZEA)中,大约80%在肠道中被吸收。在解毒的第一阶段,细胞色素P450酶系家族的酶在肠上皮细胞和肝细胞中与毒素发生系列反应,产生重要的代谢产物α-ZEA以及极少量的β-ZEA。在第二阶段,UDP-葡萄糖醛酸转移酶与毒素的代谢产物通过催化反应产生共轭作用。
ZEA及其代谢产物主要作用于猪的生殖系统和雌激素分泌组织,并主要通过胆汁被排出,再经肝肠循环被吸收(65%),最后经过尿液排出体外。这就可以解释猪为何对这类霉菌毒素特别敏感。ZEA及其代谢产物的毒性主要体现在以下两个方面:
● 它们具有雌激素的活性。ZEA的分子结构与17-β雌二醇的相似,因此可以与雌激素受体结合,结合后很有可能会引发癌症。母猪摄入被ZEA污染的日粮,会减少促黄体生成素和孕酮的分泌,发生阴道炎、卵巢和子宫肿大,因此会出现流产,受胎率下降,窝重减小。此外,所产后代患阴户肿胀和雌激素亢进症的风险增加。 ● ZEA及其代谢产物通过与DNA碱基形成共价键而表现出基因毒性效应,产生DNA碎片以及络合物,损害基因转录。
鉴于饲料原料在加入动物日粮前要降解其所含的ZEA极为困难,添加饲料添加剂即外源性解毒剂来限制这类霉菌毒素对动物健康的不利影响可能是一个不错的手段。这种添加剂产品应该具备两个重要的特性:一是能够结合ZEA,并能有效地限制ZEA;二是有能力优化天然的解毒功能和动物的抗氧化状态。众多研究的成果已经能帮助研究人员成功开发出一种可以满足这两个要求的解毒剂——My-T Premium霉菌毒素解毒剂产品,该产品由一种特殊的黏土和一种解毒剂组成。
7 体内试验
该产品随后利用饲喂被ZEA污染的日粮的小母猪进行了体内试验,以观察其对母猪生殖道的影响,阴性對照组日粮不含ZEA,阳性对照组日粮含2 000 μg/kg ZEA,试验组日粮在阳性对照组日粮的基础上再添加My-T Premium霉菌毒素解毒剂。每个处理组有6头仔猪,试验初的平均重为10.8 kg。
结果表明,ZEA不会影响仔猪的生产性能,但从试验的第6天至第21天,小母猪阴户体积增加。在试验结束时,试验猪的生殖道长度和相对重量增加。添加My-T Premium可以抑制ZEA对小母猪生殖系统的不利影响,早在试验的第6天小母猪的阴户容积减少(图4),到第21天时生殖道的长度和相对重量显著减小(图5)。这些结果证明,在日粮中添加具有特异性结合和解毒特性的饲料添加剂,能够消除日粮中ZEA污染物对母猪的不利影响。
8 限制不利影响
利用黏合剂对控制霉菌毒素污染产生的不良影响作用不大,因为这些添加剂不能有效地结合许多霉菌毒素。单端胞霉烯毒素,如脱氧雪腐镰刀菌烯醇和T-2毒素,极难被吸附和结合。调控动物自身的解毒功能对应由单种和多种霉菌毒素产生的毒性是一个很好的解决途径。专业配制的My-T产品能够优化猪的解毒系统,研究表明其可以有效地抑制霉菌毒素对母猪繁殖和健康的不利影响,从而提高动物生产性能。
原题名:Helping the liver to detoxify mycotoxins(英文)
原作者:Clementine Oguey和Sandrine Durox(瑞士潘可士玛公司产品经理)