玉米赤霉烯酮对猪生产性能的影响及其脱毒方法研究进展_张议心.pdf

综述NO.02 2023140饲料研究 FEED RESEARCH玉米赤霉烯酮对猪生产性能的影响及其脱毒方法研究进展张议心1 尚佳静1 罗娟1 郝洪丹1 张永英1，2 石玉祥1，2 刘冠慧1，2*（1.河北工程大学生命科学与食品工程学院，河北 邯郸 056000；2.河北省禽病技术创新中心，河北 邯郸 056000）摘要：玉米赤霉烯酮（ZEA）是谷物中最常见的真菌毒素之一，可造成20%30%的饲料浪费。ZEA可以对动物的肝脏、肠道、肾脏造成严重的氧化损伤。ZEA作为雌激素类似物，能够干扰内分泌平衡，影响动物的繁殖性能。文章总结了ZEA对猪生长性能的影响及其作用机制，列举了消除ZEA的物理、化学和微生物法并分析其局限性，重点阐述利用天然植物提取物，如葡萄籽提取物、番茄红素缓解（消除）ZEA毒性的研究进展，为解决饲料霉菌污染问题提供参考。关键词：玉米赤霉烯酮；猪；氧化应激；脱毒方法；葡萄籽提取物；番茄红素中图分类号：S 828 文献标识码：A 文章编号：1002-2813（2023）02-0140-05 Doi：10.13557/ki.issn1002-2813.2023.02.029Research progress on effect of ZEA on pig production performance and its detoxification methodsZHANG Yi-xin SHANG Jia-jing LUO Juan HAO Hong-dan ZHANG Yong-ying SHI Yu-xiang LIU Guan-huiAbstract:ZEA is the most prevalent mycotoxins found in cereals,resulting in feed wastage by 20%30%.ZEA can cause severe oxidative damage to liver,intestines and kidneys of animals.ZEA,as an estrogen analogue,can interfere with endocrine balance and affect the reproductive performance of animals.The paper summarizes the effect of ZEA on growth performance of pigs and its mechanism of action,lists the physical,chemical and microbial methods to eliminate ZEA and analyzed its limitations,and focuses on the research progress of alleviating(eliminating)ZEA toxicity by using natural plant extracts,such as grape seed extract and lycopene,to provide reference for solving the problem of mold contamination in feed.Key words:zearalenone;pig;oxidative stress;detoxification methods;grape seed extract;lycopene玉米赤霉烯酮（ZEA）是一种由镰刀菌属真菌产生的非甾体雌激素霉菌毒素。近10年的全球霉菌毒素监测报告显示，45%的谷物（如玉米、小麦和大豆）中可检测出ZEA1，ZEA污染已成为世界性公共安全问题。据统计，来自全国19省市的140份全价料中ZEA阳性率为95%，超标率为7.9%，最高含量达1 730.9 g/kg，远超饲料卫生标准（GB 130782017）中要求仔猪和青年母猪饲料中ZEA含量分别小于0.15 mg/kg及0.1 mg/kg的限量要求2。ZEA在谷物饲料中的污染状况以及对畜禽生殖系统的危害，严重阻滞我国畜牧业的健康发展，我国每年因饲料霉变而造成的经济损失高达百亿元以上。据美国农业部统计，因畜禽食用霉菌毒素污染的饲料导致畜牧业每年遭受14.4亿美元的经济损失3。ZEA及其代谢产物会影响动物的肝脏结构和功能4、小肠屏障结构5、盲肠肠道免疫屏障6和肠道菌群丰富度7，而且由于ZEA具有类似雌激素的结构，能够竞争性结合雌激素受体，导致母猪外阴发红、充血和肿胀，乳腺肿大，产生子宫及卵巢囊肿8。目前，主要通过物理、微生物和化学方法控制饲料中的霉菌毒素，但添加吸附剂可将毒素转移到周围区域，从而污染环境。化学脱毒方法存在设备成本高、化学药物残留和适口性降低等局限性9。利用微生物脱毒方法仅能够鉴定出一小部分可以使ZEA脱毒的细菌，并且转化产物仍具有雌激素样作用10。植物提取物中萜类、黄酮类、多酚类、生物碱、多糖类成分，对霉菌、酵母菌等真菌生长具有明显的抑制作用11。因此，利用植物提取物缓解ZEA对动物的不利影响是近年来的研究热点。文章讨论植物提取物在畜第一作者：张议心，硕士，研究方向为植物提取物饲用效果。通信作者：刘冠慧，副教授，硕士生导师。基金项目：国家自然科学基金青年科学基金项目（项目编号：31802150）；河北省自然科学基金资助项目（项目编号：C2022402048）；河北省自然科学基金资助项目（项目编号：C2017402108）收稿日期：2022-07-04综述NO.02 2023141饲料研究 FEED RESEARCH禽养殖的应用价值，为消除饲料霉菌毒素提供参考。1ZEA对猪生产性能的影响不同动物对ZEA的敏感性强度依次为猪啮齿动物家禽。ZEA被机体吸收后，在单胃动物的肝脏和肠道细胞3/羟基甾醇脱氢酶作用下，ZEA可代谢为/玉米赤霉烯醇（-ZOL、-ZOL）以及/玉米赤霉醇。ZEA以及衍生物能够在尿苷二磷酸葡萄糖醛酸酶转移酶和磺基转移酶的催化作用下分别与葡萄糖醛酸、硫酸盐结合，进入胆汁、肠道，由肠道黏膜细胞吸收，并再次经门静脉进入到机体各器官12。因此，ZEA对动物的肝脏、肠道组织会产生一定损伤。此外，国际癌症研究机构将ZEA归类为具有严重生殖毒性的第3类致癌物13。作为雌激素类化合物，ZEA在猪体内主要代谢为-玉米赤霉烯醇（-ZOL），因其结构与17雌二醇结构相似，与卵巢、子宫、睾丸等部位雌激素受体具有较高的“亲和力”，容易诱发生殖损伤14。日粮中添加1.0 mg/kg ZEA不能够降低胚胎数目，但能够显著降低母猪胚胎大小，增加子宫内膜厚度并使之充血，引发子宫局部免疫炎症反应15。ZEA可扰乱仔猪内分泌激素的分泌，减少卵泡数目，诱导卵巢细胞凋亡、子宫黏膜病理性增生16。ZEA对猪不同生长时期猪肝脏、肠道组织、繁殖性能以及子代的影响见表1。2ZEA发挥生殖毒性的作用机制ZEA主要通过诱导生殖器官局部氧化应激水平，激活细胞凋亡途径，发挥生殖毒性。研究发现，ZEA可损害小鼠睾丸局部抗氧化抵御系统抑制谷胱甘肽过氧化物酶（GSH-PX）、超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化氢酶（CAT）活性，能够通过激活ATP/AMPK通路，上调睾丸支持细胞内活性氧（ROS）水平，破坏内质网稳态引起内质网应激，诱导细胞凋亡25。ZEA能够增加细胞中溶酶体和自噬小体的数量，促进细胞中自噬标志蛋白LC3蛋白的表达，并通过Caspase3途径诱导胚胎着床期子宫内膜细胞发生凋亡，影响母猪胚胎着床的进行15。氧化应激与细胞内氧化-抗氧化系统的失衡有关。本团队前期研究显示，氧化应激是影响胚胎着床异常的主要因素26。当细胞内抗氧化系统失活后，细胞膜上含有不饱和脂肪酸长链的磷脂分子被过氧化破坏，造成细胞膜破裂，会引发铁死亡。铁死亡主要表现为铁沉积、表1ZEA对不同生长时期猪肝脏、肠道组织、繁殖性能以及子代的影响 试验动物母猪（7884日龄）断奶仔猪42 d断奶仔猪42 d断奶仔猪断奶仔猪妊娠母猪妊娠母猪妊娠母猪母猪（252 kg）初情期前母猪8周龄公猪ZEA含量及试验时间300 g/kg，60 d1.5、3.0 mg/kg，32 d1.04 mg/kg，35 d1.04 mg/kg，35 d0.68 mg/kg、1.62 mg/kg，28 d1、2、10 mg/kg，妊娠第714 d2.77 mg/kg，妊娠第3570 d0.2、0.5、1.0 mg/kg，妊娠和泌乳期间40 g/kg，6 w20、40 g/kg（928.741 856.8 g/kg），48 d0.8 mg/kg，4 w症状试验进行到15 d时，母猪的会阴部面积明显增大，不影响母猪的平均日增重（ADG）、平均日采食量（ADFI）、料重比（F/G），不影响子宫和卵巢中雌激素受体（ER）mRNA的表达可导致盲肠黏膜上皮细胞大面积脱落，改变M细胞数量和形状，降低盲肠中杯状细胞数量以及紧密连接蛋白的表达增加血清中雌二醇（E2）、卵泡刺激素（FSH）和促性腺激素释放激素（GnRH）含量，上调卵泡刺激素受体（FSHR）、黄体生成素（LHR）、GnRH和促性腺激素释放激素受体（GnRHR）表达，促进卵泡增生，增大会阴部面积导致回肠绒毛萎缩，降低十二指肠和空肠黏膜上皮细胞中细胞核增殖抗原（PCNA）的表达，进而影响肠道的吸收功能影响脂代谢和糖代谢，改变脂联素、胰岛素抵抗素和胎球蛋白B含量增加子宫内膜上皮细胞层厚度，增加子宫内膜毛细血管中红细胞数量，增加自噬小体数量，导致子宫内膜发生炎症反应，进而影响胚胎着床进程和胚胎大小降低出生仔猪数目、活仔数及活仔体重不同浓度ZEA并不影响刚出生以及出生21 d仔猪的卵泡的动态变化，但能够破坏卵泡的完整，卵巢雌激素受体（ER）mRNA表达增加；不影响出生后160190 d初情期前母猪卵泡的发育，对21 d仔猪卵泡发育的影响，可能加速卵泡池的提前衰竭导致肝窦扩张，肝小叶及其周围结缔组织中出现大量铁沉积、增加光面内质网数量，加重肝脏损伤和纤维化程度两种剂量ZEA均能够使E2和睾酮（T）含量超出生理水平，并且高剂量ZEA更易引起内分泌紊乱改变盲肠微生物菌群，增加乳酸菌和拟杆菌相对丰度文献来源Liu等17Zhang等18Wang等19Zhang等5Nagl等20Wu等15Zhang等21Schoevers等22Skiepko等23Zielonka等24Reddy等7综述NO.02 2023142饲料研究 FEED RESEARCHROS累积、谷胱甘肽（GSH）耗竭，谷胱甘肽过氧化物酶4（GPX4）活性下降。铁死亡在妊娠相关疾病，如妊娠糖尿病、子痫症、自发性早产、流产中发挥着重要作用27。但关于猪胚胎着床胚胎丢失与铁死亡的关系鲜见报道，甘建宇等28研究发现，在猪胚胎发育异常的子宫内膜组织中检测到铁死亡相关基因GPX4、铜蓝蛋白（CP）、谷氨酸-半胱氨酸连接酶调节亚基（GCLM）和肾上腺髓质素（ADM）的表达。但是关于铁死亡与早期胚胎丢失之间的分子机制尚不明确。尽管没有找到ZEA诱导子宫内膜发生铁死亡的直接证据，但从与ZEA共同来源的霉菌毒素的研究中发现，T-2霉菌毒素通过增加ROS含量，降低胱氨酸/谷氨酸转运体（SLC7A11)，诱导细胞发生铁死亡19。黄曲霉毒素B1（AFB1）可扰乱细胞内氧化平衡，激活铁死亡相关基因表达，进而损害心脏功能29。You等30研究发现，核转录因子E2相关因子2（Nrf2）在保护细胞免受ROS的氧化损伤中发挥重要作用，是脂质过氧化和铁死亡的关键调节因子。Nrf2 基因特异性敲除会降低 SLC7A11 的表达，抑制GPX的活性进而加强铁死亡诱导剂（Erastin）诱导的PC12细胞铁死亡的敏感性31。25 mol/L ZEA能够抑制Nrf2的表达，进而诱导猪睾丸支持细胞氧化应激损伤、细胞内线粒体DNA损伤，导致细胞凋亡32。Chen等33研究发现，50 mol/L ZEA通过激活PI3K-AKT/Nrf2信号通路，诱导间质细胞内ROS含量增多、引发细胞凋亡。由此推测，Nrf2和铁死亡可能介导ZEA所致的生殖毒性作用。3ZEA的脱毒策略3.1ZEA的物理、化学和微生物脱毒方法ZEA的脱毒方法主要包括物理、化学和微生物脱毒方法。物理法主要利用矿物质、活性炭、离子交换树脂、葡甘露聚糖、壳聚糖、蒙脱石等吸附作用。含有铝、铁、钛的蒙脱石，黏土矿物因其层状结构、表面积较大、离子交换能力较强、稳定性高以及成本低等特点被用于霉菌毒素的脱毒34。由于蒙脱石能够同时吸附饲料中的赖氨酸和维生素，因此，需要对传统蒙脱石进行改良，达到兼顾吸附霉菌毒素和维持饲料营养的目的35-36。化学法主要用酸（盐酸）、碱（氨气、氢氧化钠）、氧化剂（过氧化氢、臭氧）、氯化剂（次氯酸钠、气态氯）、甲醛等降解霉菌毒素。尽管这些化学试剂能够在一定程度上破坏霉菌毒素，但是由于化学制剂降低了饲料的营养价值，产生了有毒物质，使化学法在消除霉菌毒素中的应用受到了限制37。微生物脱毒法因具有高度特异性、有效性以及代谢产物无毒性的优点，在ZEA脱毒中具有较大的应用潜力。芽孢杆菌 A2 菌株（B.velezensis）与ZEA（7.45 g/mL）在37 LB培养基中共孵育72 h后，能够完全降解ZEA，使降解率达到100%38。地衣芽孢杆菌（B.licheniformis）CK1 能够降低断奶仔猪的阴户面积，增加血清中黄体生成素水平，消除ZEA的雌激素样作用39。Lactococcus lactis、Bifidobacterium sp.也能够发挥微生物吸附作用，降低ZEA浓度40。尽管益生菌作为霉菌毒素理想的脱毒物质具有广泛的应用前景，但是不同益生菌对ZEA脱毒效果不同，脱毒机制尚不明确，因此有学者侧重研究与霉菌毒素脱毒有关的酶，为微生物脱毒方法提供支撑。Huang等41研究表明，采用复合益生菌（枯草芽孢杆菌、酪蛋白乳杆菌、产朊假丝酵母）和来源于米曲霉中的霉菌毒素降解酶联用，可使ZEA的降解率由42.18%增加至73.51%。3.2ZEA的植物提取物脱毒方法ZEA与葡萄糖醛酸结合形成的化合物因缺少雌激素活性，因此把这种方式作为机体清除ZEA的主要方式12。在人类和大鼠体内，ZEA可被羟基化转变为8-OH-ZEA、13-OH-ZEA和15-OH-ZEA，这些衍生物的雌激素样作用要弱于ZEA42。因此，氧化也是ZEA脱毒方式之一43。研究表明，来自发酵茶中的提取物茶多酚能够抑制AFB1在大鼠肝脏中的吸收，减轻其对肝脏的损伤44。一些天然抗氧化物质，如番茄红素45、葡萄籽原花色素46、番红花素47、藏红花素48、萝卜提取物49均可以降低ZEA对动物机体氧化应激损伤、器官毒性及免疫毒性作用。3.2.1葡萄籽提取物对ZEA所致生殖毒性的保护作用高效液相色谱分析显示，葡萄籽提取物中富含没食子酸、丁香酸、香兰素、槲皮素和香豆酸多酚类物质，具有抗炎、抗感染、抗过敏以及抗凋亡等作用46。葡萄籽原花色素是强氧化物质，能够提高断奶仔猪肠道消化酶（胰蛋白酶、脂肪酶和淀粉酶）活性50，提高机体抗氧化能力，降低腹泻发生率。在体外培养的猪前体脂肪细胞中，添加葡萄籽原花色素能够抑制前体细胞的增殖和分化，促进成熟脂肪细胞发生脂分解51。但葡萄籽提取物在缓解ZEA毒性的研究较少，仅在啮齿动物 中 有 记 载。小 鼠 在 妊 娠 期 口 服 葡 萄 籽 提 取 物（150 mg/kg），能够显著缓解ZEA（25 mg/kg，从妊娠第613 d口服）基因毒性和细胞毒性作用，降低子宫内被吸收的胚胎数目和分娩的死胎数目，增加出生胎儿的体重和体长，缓解ZEA所致子代小鼠骨骼发育异常（肋骨生长异常、脊柱骨化缺陷、腰椎椎体缺失以及耻骨等部分骨盆骨缺失）等现象46。葡萄籽和沙棘与AFB1和ZEA具有较高的结合力，且0.5%葡萄籽和沙棘复合物能够降低猪肝脏和肾脏中霉菌毒素浓度52。葡萄籽提取物中的原花青素可通过Nrf2/ARE信号通路减轻ZEA所致的肝脏损伤，主要表现为增加肝脏组织中抗氧化酶 GSH-Px、SOD活性，降低肝脏内谷草转氨酶和谷丙转氨酶活性53。3.2.2番茄红素对ZEA所致生殖毒性的保护作用番茄红素是一种来自番茄、西瓜等红色水果和蔬菜中的天然类胡萝卜素，具有强抗氧化能力、抗炎、抗癌症和抗凋亡的功能54。在母猪妊娠和泌乳期间，日粮中综述NO.02 2023143饲料研究 FEED RESEARCH添加50 mg/kg番茄红素能够提高胎盘的抗氧化功能和免疫保护力，使死胎率降低66.7%，对于总产仔数无显著影响55。目前，有关番茄红素缓解ZEA所诱导的生殖毒性方面的研究均重点关注雄性动物生殖。番茄红素（20 mg/kg，连续10 d口服）通过谷胱甘肽系统发挥抗氧化和抗炎作用，缓解ZEA对小鼠睾丸的毒性作用，提高精子数目和活力45。外源性添加30 mol/L番茄红素可激活Nrf2/HO-1途径，抑制ZEA所诱导的猪睾丸支持细胞氧化应激、细胞自噬和细胞凋亡过程，发挥生殖保护作用32。Dai等56研究发现，番茄红素能够缓解邻苯二甲酸二乙基己酯所诱导的小鼠机体铁代谢紊乱，进而抑制脾脏启动铁死亡程序。番茄红素是否能够通过Nrf2影响铁死亡相关代谢，进而缓解ZEA所致的胚胎着床异常，这一问题仍需进一步研究。4结论ZEA主要通过诱导机体氧化应激损伤而发挥毒性作用，对动物肝脏、肠道、肾脏造成严重的氧化损伤。作为雌激素类似物，ZEA可干扰内分泌平衡，影响动物的繁殖性能。ZEA的物理、化学和微生物的脱毒法，存在一定的局限性。食品加工副产品如葡萄籽、番茄皮等提取物中含有类胡萝卜素、黄酮类、多酚类等抗氧化物质，可在一定程度上消除ZEA对动物的生殖毒性、免疫毒性等不利影响。利用天然植物提取物缓解ZEA毒性的研究设计，可解决饲料的霉菌污染问题，并为食品加工副产品的再回收利用提供新思路。参考文献1 Gruber D C,Jenkins 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