脫氧雪腐鐮刀菌烯醇導致厭食和嘔吐的機制研究進展

張馨培，范瑞祺,2，羅蓀琳，陳義強,2*

（1.中國農業大學動物科學技術學院，北京 100193；2.動物營養學國家重點實驗室，北京 100193）

脫氧雪腐鐮刀菌烯醇（Deoxynivalenol，DON）是一種由鐮刀菌屬真菌產生的單端孢霉烯族化合物，因可引起豬的嘔吐反應也被稱為嘔吐毒素。DON 化學性質穩定，廣泛存在于玉米、小麥、大麥等谷物及其加工產品中[1]。

厭食和嘔吐是生物體攝入DON 后出現的典型中毒癥狀，當DON 的短期攝入量超過一定限度時，機體則會出現更為極端的嘔吐反應。采食含有20 mg/kg DON 污染的飼料能引發豬的嘔吐反應[2]；經腹腔注射0.25 mg/kg DON 能夠誘導水貂出現嘔吐[3]。攝入低劑量DON 會降低機體采食量及誘發厭食癥，而攝入高劑量DON 則會引起嘔吐[4]。DON 在飼料及原料中的普遍存在不僅會限制飼料產業及畜禽養殖業的發展，含DON 的畜產品也會對人類產生健康風險[5]。

盡管DON 引起厭食和嘔吐的具體機制仍待明確，但主要可歸因于中樞神經系統的神經反射和內分泌調節作用以及胃腸道食欲調節因子的間接作用，2 種系統又可通過腸-腦軸相互交聯，構成網絡；此外，DON 對細胞因子及腸道微生物的影響也可能在一定程度上誘發厭食和嘔吐[5-6]。本文綜述了DON 導致厭食和嘔吐癥狀的可能機制，為進一步探究DON 的毒性作用機理和指導生產提供參考。

1 腸內分泌細胞與腸-腦軸在DON 誘導厭食和嘔吐毒性效應中的作用

1.1 腸內分泌細胞與腸-腦軸概述 腸-腦軸是由腸神經系統及中樞神經系統共同構成的神經網絡[7]。腸道內分泌細胞分泌的腦腸肽識別相應受體后轉化為神經信號，經迷走神經傳遞至中樞神經系統，從而使機體做出相應的應答反應。這當中便涉及食欲和攝食行為的改變[8]。因此，腸-腦軸在DON 介導的厭食和嘔吐反應中發揮著重要作用（圖1A）。

腸內分泌細胞（Enteroendocrine Cells，EECs）散在分布于胃腸道黏膜的上皮組織，是毒素進入腸道后的重要靶點。腸內分泌細胞最重要的功能是感知腸腔的營養物質，并通過分泌一系列肽和胺類激素誘導機體做出相應的反應[9]。這些激素控制著不同的消化和生理功能，也參與了調節食欲和飽腹感[10]。

研究人員利用STC-1（小鼠小腸內分泌細胞）細胞，體外試驗證明了DON 可通過激活鈣敏感受體（Calcium Sensing Receptor，CaSR）及瞬時受體電位A1 通道（Transient Receptor Potential Cation Channel，Subfamily A，Member 1，TRPA1）來驅動Ca2+介導的激素分泌[11]。進一步的體內研究更是印證了該通路在誘導生成肽YY（Peptide YY，PYY）、膽囊收縮素（Cholecystokinin，CCK）、5-羥色胺（5-hydroxy tryptamine，5-HT）中的作用[12-13]。釋放的不同信號分子隨后通過迷走神經介導或經由血液循環將腸道內信號傳遞至中樞神經系統，并最終引發厭食和嘔吐反應。涉及的腦腸肽包括PYY、CCK、5-HT、胰高血糖素樣肽-1（Glucagon-like peptide 1，GLP-1）和抑胃肽（Gastric inhibitory peptide，GIP）（圖1D）。

1.2 腸內分泌細胞產生的腦腸肽在DON 誘導厭食、嘔吐反應中的作用

1.2.1 PYY PYY 又名酪酪肽，是一種由回腸遠端和結腸L 細胞釋放出的腸道激素。多項研究均證明PYY 在介導DON 誘發厭食和嘔吐反應中的重要作用。經口攝入的DON 可通過激活L 細胞上的鈣敏感受體及瞬態電壓感受電位錨定蛋白從而介導PYY 的分泌[12-13]。釋放入血后，分泌型PYY 又可被體內廣泛存在的二肽基肽酶-4 轉化為循環型PYY3-36[14]。

外周PYY 含量升高可能與DON 誘導的厭食反應有關。Li 等[15]在口服暴露DON 的仔豬中觀察到，PYY 與DON 暴露呈時間和劑量依賴關系。Flannery 等[16]報道，經口或腹腔注射DON 均可觀察到小鼠血漿中PYY 濃度升高，并伴有采食量下降；進一步，他們使用神經肽Y2（Neuropeptide Y2，NPY2）受體拮抗劑BIIE0246 進行的實驗也反向證明了PYY 通過與神經肽Y2 受體結合從而介導了DON 誘導的厭食癥。另一方面，研究已證實外周注射PYY3-36可降低實驗動物和人類志愿者的攝食量[17]。

PYY 參與腦內厭食和食欲信號分子的調節，促進下丘腦厭食激素的表達及抑制胰腺的分泌。Batterham等[18]發現，PYY 對這種位于大腦和迷走神經上的神經肽Y2 受體具有很強的親和力。鑒于PYY 受體在大腦和迷走神經上均有存在，因此PYY 信號的傳遞不僅依賴于迷走神經，也可直接經由血液循環穿過血腦屏障作用于中樞神經系統。在到達中樞神經后，PYY3-36可分別與下丘腦的神經肽Y（NPY）神經元、阿片-促黑素細胞皮質素原（Proopiomelanocortin，POMC）神經元上的Y2 受體特異性結合，抑制NPY 的釋放并激活阿片-促黑素細胞皮質素原，從而降低食欲，減少飲食的攝入[17,19]（圖1B）。此外，DON 還可以直接誘導阿片-促黑素細胞皮質素原作用，進而產生飽腹感[20]。而在嚙齒動物上，PYY3-36可以激活中樞神經系統不同區域的c-Fos基因，包括食欲調節中心下丘腦弓狀核區和延髓最后區[21]。

在誘發嘔吐反應方面，PYY 也發揮著一定作用。Wu 等[22]通過實驗證明，靜脈注射DON 可導致水貂出現嘔吐，而在嘔吐期間，血漿PYY3-36顯著升高。此外，該研究還通過NPY2 受體拮抗劑JNJ-31020028 的預處理成功減輕了DON 和PYY 所引發的嘔吐，說明與誘導厭食一致，PYY 同樣通過識別特定部位的NPY2 受體，從而誘導嘔吐的發生。Dumont 等[23]同樣證明，PYY3-36可作用于傳入迷走神經上的Y2 受體，經孤束核呈遞信號或直接作用于延髓最后區內的受體，最終激活中樞模式發生器內的信號，誘導嘔吐的發生。

1.2.2 CCK CCK 由十二指腸和空腸內的I 細胞分泌[14]，作用于2 種分布于胃腸道及迷走神經的特異性受體（CCK-1R 和CCK-2R）。通過小鼠小腸內分泌細胞系（STC-1）體外模型證明，DON 可通過鈣敏感受體激活磷脂酶C 和三磷酸肌醇（IP3）信號通路發揮作用（圖1E），同時，瞬時受體電位離子通道M5（Transient Receptor Potential Melastatin-5 ion Channel，TRPM5）和L 型鈣通道（L-type Voltage-Sensitive Ca2+Channel，L-type VSCCs）被激活，促使胞外Ca2+進入胞內，最終激活瞬時受體電位A1 通道介導的Ca2+信號通路，從而誘導CCK 的分泌[11]。此外，瞬時受體電位A1 通道的激活，更可能來源于DON 誘導的鈣敏感受體激活，而不是毒素與TRP 通道直接作用的結果[17]。研究證實DON誘導的厭食與外周飽腹激素CCK 的升高有關。Li 等[15]在經口暴露DON 的仔豬中觀察到CCK 與DON 暴露呈現的時間和劑量依賴關系。Wu 等[24]實驗證明，小鼠血漿CCK 的升高與DON 誘導厭食反應顯著相關。此外，使用CCK1 受體拮抗劑SR 27897 和CCK2 受體拮抗劑L-365260 均劑量依賴性地削弱了CCK 和DON 誘導的厭食癥，進一步印證CCK 參與了DON 介導的厭食反應。

DON 通過激活I 細胞上的鈣敏感受體及瞬時受體電位A1 通道介導了CCK 的分泌[12]。隨后，CCK 可進一步參與腦內厭食和食欲信號分子的調節，促進下丘腦厭食激素的表達。此外，作為一個重要的“飽食中樞興奮信號”，它能促進膽囊收縮，延緩胃排空，減少小腸蠕動，引發胃電節律失常及胃腸運動障礙從而導致厭食的發生[25]。由于外周產生的CCK 不能透過血腦屏障，因此排除了直接作用中樞系統的可能性[17]，其更多會與迷走神經元末端的CCK-1R 結合，通過迷走神經投射到孤束核（NTS）和最后區（AP），由孤束核發揮調節攝食的作用，并將信號分送到下丘腦[26]。信號的傳遞進一步激活了下丘腦神經元中的厭食因子阿片-促黑素細胞皮質素原（POMC）及黑皮質素受體4（The Melanocortin-4 Receptor，MC4R），最終引起厭食的發生。

在誘發嘔吐反應方面，CCK 也可能發揮一定作用。在人、猴子、犬以及嚙齒類動物上，CCK 都可以誘導產生嘔吐或類嘔吐的反應[12]。此外，藥理學劑量的CCK 可引起機體胃部的不適和惡心，并伴有垂體激素分泌的劑量依賴性增加。CCK 與催吐劑氯化鋰在對成年雪貂腦干和前腦c-Fos 激活方面具有相似的模式，它們都可激活腦干內臟感覺區神經元c-Fos 的表達，這其中包括背側迷走神經復合體（Dorsal Vagal Complex，DVC）神經元。而在前腦，激活的神經元普遍存在于下丘腦室旁核和視上核[27]。這可能部分反映了CCK 的誘導方式。而Wu 等[22]發現，在DON 誘導的嘔吐期間，水貂血漿CCK 水平并未升高，CCK1 受體拮抗劑也不會緩解DON 引起的嘔吐。這在一定程度上否定了DON通過CCK 誘導嘔吐的可能性，但由于相關數據的缺乏，少數報道不足以排除CCK 介導的可能性，因此對于CCK 在DON 誘導嘔吐中的作用，仍有待進一步研究。

1.2.3 GLP-1 GLP-1 由位于遠端回腸和結腸的L 細胞分泌。除了常見的CCK 和PYY 外，飽腹激素GLP-1也可能參與了DON 介導的厭食和嘔吐反應。研究顯示，人無論胖瘦，靜脈給予GLP-1 后均可出現食欲下降，且表現為劑量依賴性[28]。Jia 等[29]通過小鼠研究證實了GLP-1 在 DON 引起厭食反應中的作用。GLP-1 可與腹腔迷走傳入神經上的GLP-1R 特異性結合，信號隨后經腦干孤束核投射到中樞神經系統。作為小分子物質，GLP-1 可以自由通過血腦屏障，直接識別下丘腦攝食中樞上的GLP-1R，從而抑制NPY 的表達并增加阿片-促黑素細胞皮質素原的分泌,進而影響食欲[30]。此外，GLP-1 可抑制胃腸運動及胃酸的分泌，增強葡萄糖誘導的胰島素分泌，抑制胰高血糖素的釋放[31]。這些不同的作用方式共同介導了GLP-1 引起的機體攝食行為改變。然而，由于缺乏GLP-1 介導DON 引發嘔吐反應的直接證據，因此無法斷定其在誘導嘔吐反應中的參與程度。GLP-1 具有降低血糖和控制體重的臨床意義，因此許多的GLP-1 受體激動劑在臨床中得到應用。在這個過程中發現，GLP-1 受體激動劑可誘導惡心、嘔吐及其他胃腸道副作用的發生[32]。這在另一方面間接說明了GLP-1 誘發嘔吐的可能性，但更為明確的作用機理仍待探究。

1.2.4 GIP GIP 由位于十二指腸和空腸的K 細胞生成，具有抑制胃酸分泌、葡萄糖濃度依賴性促胰島素分泌的作用[33]。研究表明，DON 暴露誘導的GIP 釋放也可能參與了攝食行為的改變。Jia 等[29]使用小鼠模型證實了GIP 在DON 介導厭食反應中的作用。此外，GIP 受體拮抗劑Pro3GIP 的使用可顯著抑制外源性GIP 或DON誘導的厭食癥的發生。這表明分泌的GIP 可與迷走神經或下丘腦上的GIPR 特異性結合，從而進一步介導了反應的發生。然而Flannery 等[34]使用相同的小鼠模型卻沒有發現血漿GIP 與DON 誘導厭食之間的聯系。目前并未證實GIP 與嘔吐反應間的關聯。這些GIP 對飲食攝入影響方面的矛盾性報道以及有關GIP 確切作用機制的模糊都反映出該領域知識內容的欠缺，仍需要更多的實驗作進一步探究。

1.2.5 5-HT 5-HT 又名血清素，是一種廣泛存在于胃腸道和中樞神經系統中的神經遞質。體內大約90%的5-HT是在腸內分泌細胞中的腸嗜鉻細胞（Enterochromaffin Cell，EC）內合成分泌的[36]。來自食物的刺激可激活腸嗜鉻細胞上的相應受體（鈣敏感受體），隨后通過激活瞬時受體電位A1 通道觸發電壓門控Ca2+通道激活，使5-HT 得以釋放[11,36]。由于外周系統中的5-HT 不能通過血腦屏障直接作用于中樞神經，因此其作用方式為經旁分泌激活帶有5HT3R 受體的腹部迷走神經，從而將信息間接傳遞到中樞神經系統[37]。

5-HT 具有誘發生物體出現厭食癥狀的潛質。腹腔注射5-HT 可引起大鼠[38]、小鼠[39]出現顯著的厭食反應。涉及的作用途徑為5-HT 與迷走神經元末端的受體特異性識別，經腸-腦軸發出飽腹信號，從而升高下丘腦神經元中阿片-促黑素細胞皮質素原和可卡因-安非他明轉錄調節肽（Cocaine-Amphetamine-Regulated Transcript，CART）的表達[22]，最終得以介導食欲的調節。

也有研究顯示，灌胃或靜脈注射DON 不會對仔豬血漿的5-HT、5HIAA 和色氨酸（Tryptophan，TRP）水平產生影響[39]，即在DON 作用下，外周5-HT 參與機體調節的能力存疑。目前，仍缺少研究證明胃腸道中5-HT 的分泌是否參與了DON 誘導的厭食反應。但Sheng 等[37]關于5-HT 介導的T-2 毒素引發厭食反應的研究，考慮到T-2 毒素與DON 同屬于單端孢霉烯族化合物，因此不排除5-HT 參與DON 作用的可能性。

相較而言，5-HT 在DON 誘導嘔吐方面的作用更大。Wu 等[22]報道，在DON 誘導的嘔吐期間，水貂血漿5-HT 水平顯著升高；而另一方面，5-HT3受體拮抗劑也可以完全抑制DON 和5-HT 誘導的嘔吐。這些結果從正反兩個方面證實了5-HT 在DON 誘導的嘔吐中所起到的促進作用。利用水貂模型，研究人員進一步證明了DON 是通過激活鈣敏感受體及瞬時受體電位A1通道，從而介導了5-HT 的分泌[13]，產生的5-HT 隨后作用于迷走神經元末端的5-HT3R 受體，并進一步傳導至嘔吐中樞，最終誘導嘔吐的發生[22]。

1.3 腸道微生物在DON 誘導厭食反應中的作用 一些腸道中的微生物可通過酶解作用將DON 降解成為無毒性的DOM-1[40]，從而減輕其對機體造成的危害。然而，兩者的作用是相互的，DON 也同樣會引發腸道微生物群的紊亂，進而影響機體的攝食行為。Wang 等[41]在斷奶仔豬上試驗發現部分由DON 引起的腸道微生物變化可能與厭食癥的產生有關。這表明，由DON 引發的腸道菌群改變可能在一定程度上介導了厭食反應的發生。徐翰南等[42]研究表明，腸道菌群及其代謝產物會對腸內分泌細胞分泌腦腸肽的過程產生影響。在腸道菌群影響腦腸肽分泌的過程中，腸道菌群主要通過影響短鏈脂肪酸（SCFAs）組成來介導不同腦腸肽的分泌。通過識別G-蛋白耦合受體41（GPR41）和G-蛋白耦合受體43（GPR43）這兩種在人或動物上皮黏膜細胞和內分泌細胞上的受體蛋白，短鏈脂肪酸可影響腸嗜鉻細胞5-HT的生成[43]、介導L 細胞PYY[44]及GLP-1[45]的分泌，從而進一步影響機體的攝食行為。除了影響外周信號分子的分泌外，腸道產生的SCFAs 能通過血腦屏障直接作用于大腦組織[46]。Frost 等[47]研究表明，灌注的乙酸通過血腦屏障進入腦組織，影響小鼠的攝食中樞神經，進而調控攝食行為，這在一定程度上也肯定了SCFAs直接作用于中樞神經系統的合理性。因此，DON 可能通過影響消化道中腸道微生物菌群的組成，間接參與外周及中樞神經系統有關攝食行為的調控。

1.3 細胞因子在DON 誘導厭食反應中的作用 細胞因子（Cytokine，CK）是一類能在細胞間傳遞信息、具有免疫調節和效應功能的蛋白質或小分子多肽。大多數細胞因子是機體免疫應答的產物，對機體免疫系統具有強大的調節功能，但其分泌異常時亦可引起病理反應[48]。

另外，白細胞介素-1β（IL-1β）、白細胞介素-6（IL-6）、腫瘤壞死因子-α（TNF-α）和干擾素-γ（IFN-γ）等在內的促炎性細胞因子能夠引發拒食、飲食紊亂及神經性厭食癥[3]。其誘發機理主要是通過直接或間接作用于下丘腦的食欲調節中樞，進而調控食物的攝入。DON 可以影響這些細胞因子的水平。Bracarense 等[49]試驗證明，DON 能刺激豬空腸和回腸中促炎性細胞因子（TNF-α、IL-1β、IFN-γ和IL-6）的表達。柳芹[50]證明了DON 能在mRNA 水平激活JAK/STAT 通路，而該通路參與調控炎性細胞因子IL6、IL-1β和TNF-α相關基因的表達。值得注意的是，張婷等[51]通過試驗發現，日糧中添加2 mg/kg 或4 mg/kg 的DON 可使雄鼠血漿中白細胞介素-4（IL-4）、白細胞介素-6（IL-6）和腫瘤壞死因子-β（TNF-β）含量顯著上升，而DON 含量增加到 8 mg/kg 時，雄鼠血漿中的白細胞介素-2（IL-2）、IL-4、IL-6、IFN-γ和TNF-β含量顯著下降。這可能解釋了許多看似與本文觀點相矛盾的報道，即DON 顯著降低了一些細胞因子的水平。由此來看，低劑量DON 會在作用初期誘導細胞因子的產生，通過不同途徑最終介導厭食的發生，這也符合低劑量誘導厭食反應的事實。而當DON 攝入劑量超過一定范圍時，其對機體免疫系統的破壞，最終導致了細胞因子水平的下降。因此綜合來看，細胞因子的誘導同樣是DON 引起厭食的一個潛在因素。

2 中樞神經系統在DON 誘導厭食和嘔吐毒性效應中的作用

除了通過腸-腦軸的間接作用，部分攝入的DON可經血液循環通過血腦屏障直接作用于特定的腦區，涉及腦干、下丘腦、邊緣系統及大腦皮層邊緣結構[53]。一方面，DON 能夠直接誘發中樞神經系統對其做出一系列的生理反應；另一方面，其可觸發特定腦區的神經元釋放中樞腦腸肽，介導機體相應反應的發生。在這些過程中，不同區域的激活相互聯系和影響，最終使機體表現出厭食和嘔吐癥狀（圖1-C）。

2.1 DON 可能通過影響下丘腦而調節食欲 食欲的生理調節機制十分復雜，外周及中樞神經內分泌系統共同構成了一個協同合作、相互影響的“食欲調節網絡”（Appetite Regulation Network，ARN）[17]。在 腸-腦軸的間接作用中，DON 誘導分泌的腦腸肽一部分經迷走神經投射到孤束核，發揮調節攝食的作用，或將內臟沖動分送至下丘腦；另一部分經血液循環穿過血腦屏障識別神經中樞上的相應受體。此外，DON 還可直接作用于中樞神經。這些信號的識別和傳遞進一步激活了下丘腦神經元中不同的厭食因子，并最終引起厭食的發生。哺乳動物下丘腦中分布著多個控制攝食行為的神經中樞，包括“饑餓中樞”下丘腦外側區（Lateral Hypothalamic Area，LHA）和“飽腹中樞”下丘腦腹內側核（Ventromedial Hypothalamus，VMH）、弓狀核（ARC）、室旁核（Paraventricular Nucleus，PVN）等。不同核團都可以分泌大量食欲調節因子（包括食欲促進因子和抑制因子）并合成相關受體，它們彼此之間相互聯系，某個環節平衡的破壞都可能對攝食行為產生影響，并最終導致動物體重的改變。而DON 的作用可能會破壞這些平衡。

圖1 DON 誘導嘔吐厭食反應機理圖（參考改繪自文獻[10,11,52] ）

下丘腦弓狀核具有2 種功能相反的神經元：一種表達神經肽Y（NPY）/ 刺鼠相關蛋白（Agouti-related Protein，AgRP）刺激食欲，另一種表達阿片-促黑素細胞皮質素原（POMC）/ 可卡因-安他非明轉錄調節肽（CART）抑制食欲[54]。腦腸肽可直接作用于這2 種神經元，從而調節動物的攝食行為。DON 對腦腸肽的影響可能會干擾這2 種神經元的功能。

2.2 DON 可能通過影響腦干影響嘔吐調節 誘發惡心嘔吐的機制也同樣復雜。目前認為，嘔吐中樞及化學感受區（CTZ）在其中扮演著重要角色。嘔吐中樞是腦干內控制嘔吐的所有神經核團的總稱[55]，其中的最后區（AP）、孤束核（NTS）和迷走神經背核（DMNX）組成的背核迷走復合體（DVC）被認為是催吐反應的主要部位，其催吐效應與腦腸肽及其受體有關[56]。

DON 誘導內分泌細胞分泌不同的信號分子，在與腹部迷走神經傳入纖維上的相應受體結合后，產生的神經沖動傳至延髓及第四腦室基底部的催吐化學感受區（CTZ），并進一步傳導至嘔吐中樞。隨后，嘔吐信號通過傳出神經末梢傳遞至膈并最終誘導嘔吐反應的發生。此外，腦脊液中的DON 也可以直接刺激第四腦室后極區的化學感受器激發區，通過神經傳導至嘔吐中樞[57]。

5-HT 被認為是嘔吐反應發生過程中的重要神經遞質，鑒于DON 可升高外周[22]及中樞[58,59]神經系統中的5-HT 水平，因此其參與介導DON 誘發嘔吐反應的可能性很高。然而，DON 是先經血液循環作用于嘔吐中樞和化學感受區，再通過傳出神經引起胃腸道中5-HT的變化，還是先通過誘導胃腸道中5-HT 的釋放，再通過一系列傳導途徑作用于化學感受區或嘔吐中樞從而引起嘔吐的發生，有待進一步研究[3]。

3 小 結

DON的攝入會引起不同物種出現厭食和嘔吐反應，其對于農業生產及人類健康都有著潛在的沖擊和風險。目前，厭食和嘔吐的產生主要可歸因于DON 對中樞神經系統和胃腸道食欲因子的影響。DON 可直接作用于中樞神經系統的嘔吐中樞產生嘔吐反射，同時激活下丘腦神經元分泌食欲調節因子影響采食；DON 可誘導腸內分泌細胞分泌PYY、CCK、GLP-1、GIP、5-HT 等食欲調節因子從而引發厭食；同時，DON 對中樞神經系統和胃腸道分泌的影響又可通過腸-腦軸產生關聯；此外，細胞因子及腸道微生物也部分參與了反應的介導。綜上所述，DON 引發厭食、嘔吐反應的途徑是復雜且相關的。雖然部分重要的致病機理已大致探明，但不同途徑在介導整個反應發生中的參與程度并不明確。同時由于不同途徑彼此之間存在關聯，它們之間的先后作用關系也存在疑問。因此，有關DON 誘發厭食和嘔吐的機制仍需要進一步研究。