长江大学吴庆华教授课题组全面揭示呕吐毒素DON在全球不同人群中生物标志物分布特点

　　近日，长江大学吴庆华教授课题组在Trends in Food Science ＆Technology发表文章《Biomarkers of Deoxynivalenol (DON) and its Modified Form DON-3-glucoside (DON-3G) in Humans》，全面揭示谷物中呕吐毒素DON在全球不同人群中生物标志物的分布特点。长江大学本科生邓莹为本文第一作者。通过“类META”分析，该课题组系统评估了全球人群在不同地区、年龄、性别、饮食习惯下的DON标志物特点，进一步阐明DON生物标志物的规律性和特异性。同时，分析了人类DON-3G生物标志物的数据。通过监测真菌毒素DON和DON-3G生物标志物，可有效确定人类暴露DON的频率和水平，对于筛选易感人群至关重要，并可提供毒性伤害之早期预警。

　　摄入的DON通常以游离DON和DON-葡萄糖醛酸（DON-GlcA）形式从尿液排泄，包括DON-15-GlcA和DON-3-GlcA。因此，它们被认为是人类暴露DON后的生物标志物。然而，人类DON生物标志在不同人群中的特点比预期的要复杂的多。

　　区域特点

　　人类对DON生物标志物的探索始于十年前在法国人群中的研究。对来自法国男性农民（23~74岁）的尿液进行分析后，在98.7％的样品中检测到DON，在34.2％的样品中检测到了脱环氧产物DOM-1。经过定量测定，DON是尿液中的主要生物标志物。在英国成年人中也报告了类似的结果，游离态DON被确定为主要生物标志物，DON-3-GlcA是次要的生物标志物。然而，来自英国、意大利、挪威等多个欧洲国家的尿液样品中，DON-GlcA是主要的生物标志物，而DON是次要产物，脱环氧不是DON的主要代谢途径（意大利人中占1.5％，英国人则没有）。除了DON和DON-3-GlcA，DON-3-硫酸盐也被认为是潜在的新型人类DON生物标志物。因为在克罗地亚孕妇的尿液样本中，发现70％的尿液中含有DON-3-硫酸盐。在一组奥地利男性志愿者的尿液样本中，也检测到了DON-3-硫酸盐。但与克罗地亚孕妇尿液中的含量相比，奥地利男性志愿者尿液中的DON硫酸化是次要的代谢途径。硫酸盐被认为是比脱环氧更重要的次级代谢途径，因为在比利时和瑞典的人群中未检测到DOM-1。因此，不同地区对DON生物标志物的研究表明，DON的生物标志物主要是DON和DON-GlcA，而DON-3-硫酸盐和DOM-1是次要的生物标志物。

　　年龄

　　在成年人中，DON-15-GlcA是尿液中的主要生物标志物，此化合物在所有比利时人（19~65岁）和奥地利成年人（20~63岁）中均被发现。在91％的成人尿液样本中也定量了另一种同源物DON-3-GlcA。奥地利科学家化学合成了DON-3-GlcA标准品，以直接定量人类尿液中DON-3-GlcA的水平。通过这种直接方法，DON-15-GlcA被鉴定为主要的DON生物标志物。在意大利和中国成年人中，除了游离态DON外，在尿液样本中还检测到了低量的DOM-1。

　　在比利时儿童（3~12岁）尿液样本中，均检测到DON-15-GlcA，在77％的尿液样本中检测到DON-3-GlcA。值得注意的是，首次在儿童尿液中检出了DOM-1-GlcA（占样本的17％）。英国科学家发现，在超过95％的儿童和青少年尿液中检测到总DON（tDON），在大多数尿液样本中都检测到了DON和DON-GlcA，所有样本中并未发现DOM-1。根据饮食中DON的估计摄入量，本研究中有33%~63％的儿童和5%~46％的青少年超出了JECFA（2010）年设定的每日最高DON摄入量（1μg/kg b.w./day）。在中国儿童样本中都检测到了DON和DOM-1，且儿童（≤12岁）和青少年（13~18岁）的tDON平均水平最高，约为成人的1.5倍。同样，在比利时、英国的研究中，儿童和青少年尿液样本中的DON和tDON含量最高，表明该青少年人群DON暴露风险确实存在比成人高的风险。与成年人相比，儿童肝脏的功能、生理和酶活性尚未得到充分发育。儿童和成人之间的肠道中也存在细菌差异，儿童的微生物群比成人少。这些可能是儿童体内DON生物转化率降低的一些潜在原因。

　　在老年人中，DON-GlcA是尿液中的主要生物标志物。在英国65岁及以上的人群中，尿液样本中检出了游离DON（60%~70％）和DON-GlcA（90％），但未检出DOM-1。根据DON饮食摄入量，有10％的老年人超过了DON最大日允许摄入量。但是，这项研究未鉴定出葡萄糖醛酸化DON-3-GlcA或DON-15-GlcA的确切形式，因此还不知哪一种是其主要的生物标志物。在中国老年人组中，所有尿液样本中都检测到了DON和DOM-1。老年人尿液中DON含量低于儿童和年轻人。

　　孕妇

　　在怀孕期间，胎儿同样受到母亲毒素污染食物的毒害。DON可穿过胎盘屏障进入胎儿血液，抑制胎儿生长并降低其免疫功能。在英国Bradford的一个多族裔孕妇群体中开展了DON标志物测定研究，以全面评估孕妇人群DON暴露。在所有样品中均检测到游离DON，但未检测到DOM-1。南亚妇女表现出的DON水平高于非南亚妇女，这主要是由于她们平时食用面包和薄煎饼更多（2.4 μg/day ），非南亚人（0.2 μg/day）。在这项研究中，未鉴定到葡萄糖醛酸代谢产物。然而，在随后的英国孕妇研究中，大多数尿液样本中检出了游离DON和DON-GlcA（83.3%~88.1％），但未鉴定出DOM-1和DOM-1-GlcA。对于来自南亚（孟加拉国）的孕妇，尿液中可检测到DON（52％），但在任何尿液样本中均未检测到DOM-1。然而，在2.89％的埃及孕妇中则观测到了DOM-1。所以这些研究表明，游离态DON和DON-GlcA是孕妇的主要生物标志物。在大多数来自不同国家的样本中，除了埃及的一份报告，均无法检测到DOM-1。

　　饮食习惯

　　中国主要位于温带地区，由于居民的饮食习惯以谷物为主要食物，居民暴露于DON的风险要比其他国家高得多。中国曾在两个饮食结构不同的省份，河南和四川开展了一项关于人类DON生物标志物的研究。在河南和四川所有样本尿液中均检测到了DON。河南受试者的尿中总DON水平明显高于四川人群，此差异尚的原因尚不清楚。从饮食习惯上看，河南居民以小麦为主食，四川居民以大米为主食。河南的面条（273.91 g/day）和馒头（70.67 g/day）的平均消费量明显比四川（面条：75.87 g/day；馒头：8.45 g/day）高出数倍。此外，河南是镰刀菌作物污染的高发省份，也是DON污染水平很高的地区。在发展中国家，郊区居民消费的小麦面包要比农村居民多，面临DON暴露量更高。例如，在孟加拉国的一项研究中，郊区人群（尿液中DON：1.44 ng/mL）食用小麦面包更多，这些人群中尿液DON的量远高出农村人群（尿液中DON：0.47 ng/mL）。

　　素食人群有较高暴露DON的风险，他们在日常生活中消耗更多的蔬菜和谷物。在英国的素食主义者中，大多数成年人的每日DON摄入量在允许范围内（0~1 μg/kg b.w./day）。从素食者那里收集的尿液样本表明，DON的平均水平为3.42~6.69 ng/mg creatinine，远高于其他成年人（不包括素食者）的水平（2.98~3.05 ng/mgcreatinine）。因此，长期素食会增加DON暴露风险。但由于该研究中的大多数样本是女性（65.6％），因此将来需要更全面的数据，尤其是男性素食者的数据。

　　性别

　　目前，尚无关于男女性别之间人类DON生物标志物的具体报道。但是，当前的动物数据可为人类研究提供参考信息。雌性大鼠（57.13％）DON和其代谢产物的尿排泄率高于雄性（27.29％），表明雌性大鼠对DON的耐受性更高。同样，雌性小鼠比雄性更快的排泄DON及其主要代谢产物，包括DON-3-GlcA。在雌性小鼠尿液中发现了某些痕量代谢物，例如DON-3-硫酸盐和DON-15-硫酸盐，而在雄性小鼠中没有检测到。与尿液相比，雄性小鼠DON和DON-硫酸盐的粪便排泄率更高。因此，需要更多的对不同性别人群中DON生物标志物特点的研究。

　　隐蔽毒素DON-3G

　　与DON相比，关于人类DON-3G生物标志物的报道很少。比利时科学家在2018年首次发现DON-15-GlcA是最主要的泌尿生物标志物，其次是DON和DON-3-GlcA。在DON-3G暴露后的尿液中也检测到DOM-1。荷兰在2019年也发现了DON-3G的主要生物标志物是DON-15-GlcA。此外，DON-15-GlcA的排泄水平高于DON和DON-3-GlcA。目前的有限研究表明，DON-15-GlcA可能是人类DON-3G的主要生物标志物。但是，需要对大量人群中的DON-3G的暴露进行进一步研究，以证明这一发现。

　　结论与展望

　　结合产物DON-15-GlcA、DON-3-GlcA、游离DON是人类DON生物标志物。儿童和青少年比成年人具有更高的DON暴露量，而老年人有较低的DON暴露量，其潜在的机制尚不清楚，但应考虑肝功能，酶活性和细菌差异。经常面食摄入者，其DON的暴露量要远高于稻米摄入人群。现有信息提示，长期素食习惯会增加DON暴露风险。游离DON和DON-GlcA是孕妇的主要生物标志物。此外，这些毒素可穿过胎盘屏障进入胎儿体内，抑制胎儿生长并降低免疫功能。关于人类DON-3G生物标志物的研究很少，因此需要研究不同年龄、饮食习惯和区域对DON-3G生物标志物影响。

　　作者简介

　　吴庆华 教授

　　吴庆华，1981年生，教授，博士生导师；捷克University of Hradec Kralove客座教授。湖北省营养学会理事，欧洲Society of Mycotoxin Research会员。国家自然科学基金网评专家，Letter Drug Design Discov编委；Food Chem Toxicol、Toxins客座编委。主要从事食品安全研究工作，重点开展真菌毒素免疫毒性、致癌与神经毒性研究。主持国家自然科学基金项目2 项，以第一和通讯作者在Alzheimer’s & Dementia、Med Res Rev、Arch Toxicol等杂志发表SCI论文60余篇，引用次数2000余次，4 篇论文入选ESI全球1%高被引。

　　邓莹 硕士研究生

　　邓莹，女，1999年生，长江大学食品质量与安全专业本科生。2019年曾赴捷克University of Hradec Kralove参加“毒理学”游学项目。现已保送本校食品科学与工程专业硕士研究生，研究方向食品毒理学。

　　该文章《Biomarkers of deoxynivalenol (DON) and its modified form DON-3-glucoside (DON-3G) in humans》2021年4月发表于Trends in Food Science & Technology。点击下方阅读原文即可查看摘要原文。

　　编辑：袁艺；责编：张睿梅

　　图片来源于作者提供