串珠镰刀菌素

多种镰刀菌产生的有毒次级代谢产物

串珠镰刀菌素（moniliformin）是由多种镰刀菌产生的有毒次级代谢产物。其产毒菌种常侵染玉米、小麦和水稻等禾谷类作物，不仅造成农作物减产，更会危害动物和人类健康。

简介

在全球范围内串珠镰刀菌是污染玉米等粮食作物的优势菌，能产生多种毒素。串珠镰刀菌素是由Cole等首次从串珠镰刀菌的培养物中分离得到的一种真菌毒素，该毒素在自然界分布广泛。目前已知有十余种镰刀菌可产生串珠镰刀菌素，目前已知产串珠镰刀菌素的镰刀菌主要有串珠镰刀菌(F．moniliforme)、串珠镰刀菌胶胞变种(F．moniliformevar．subglutinus)、木贼镰刀菌(F．equiseti)、半裸镰刀菌(F．semitectum)、本色镰刀菌(F．concolor)、燕麦镰刀菌(F.auenaceum)等，最高产毒量可以达到33.7g/kg。镰刀菌能在1～39℃的温度范围内生长，最适温度为25～30℃，最适产毒温度通常在8～12℃。

来源

产生串珠镰刀菌素的镰刀菌广泛分布于自然界中，主要引起麦穗、谷粒及玉米等霉变，并能在燕麦、大豆、高粱、大麦、小米、小麦及土壤中生长，导致串珠镰刀菌素主要污染玉米等粮食作物。

串珠镰刀菌是侵害玉米及玉米制品等谷物食品和饲料的优势真菌。有人曾报道波兰95%～100%的玉米受镰刀菌污染，污染水平达到4．2～530mg/kg；秘鲁25份玉米样品中检出串珠镰刀菌素污染水平为70～270mg/kg。1996年我国克山病病区43个玉米样品中串珠镰刀菌污染率为81．4%，串珠镰刀菌素污染水平为52.3～1116og/kg。

理化性质

串珠镰刀菌素通常以钠盐和钾盐的形式存在于自然界中，分子式为 C4HO3R（R=Na 或 K），化学名称为 1，2-二酮-3-羟基环丁烯（3-hydroxycyclobutene- 1,2-dione）。其游离酸为强酸， pKa 为 0.0±0.05 至 1.7，化学性质属于半方酸阴离子，与无机酸性质类似，故从结构上也可将串珠镰刀菌素命名为半方酸钠（或钾）。通常为淡黄色针状结晶, 易溶于水和甲醇, 不溶于二氯甲烷和三氯甲烷。Springer等运用 X 射线衍射技术确定了串珠镰刀菌素的空间立体结构。

由串珠镰刀菌素钠盐（sigma，纯度≥99%）的紫外扫描图可知，串珠镰刀菌素在 227 nm 处有最大吸收峰，在 256 nm 处有次级吸收峰；而红外光谱表明串珠镰刀菌素在 1 780 cm-1、1 709 cm-1、1 682 cm-1、1 605 cm-1、1 107 cm-1 和 846 cm-1 处均有吸收。串珠镰刀菌素在水溶液中以单体形式存在，并在 pH 值为7 时最稳定；另外，在 pH 值为 10 时也较稳定。试验结果显示，串珠镰刀菌素在 100 ℃且 pH 值为 4 的溶液中加热 60 min 不会遭到破坏，冷冻干燥也不会影响串珠镰刀菌素的稳定性，但碱法蒸煮能够部分或者完全将其破坏，破坏程度依赖加工的温度和时间。在串珠镰刀菌素的水溶液中通入 O3 曝气 15 min，其四元环会被打开形成 2,3-二羟基-2,3-环氧-丁二酸和 2-羰基-3-羟基-丁二酸。

分子机理

串珠镰刀菌素毒作用的分子机理主要是特异性抑制丙酮酸进入三羧酸循环，并能够阻碍三羧酸循环的中间产物(如：α-酮戊二酸)的氧化。

Burka 等和 Gathercole 等首先发现串珠镰刀菌素能抑制丙酮酸脱氢酶的活性，Pirrung 等的进一步研究证实串珠镰刀菌素可通过与丙酮酸脱羧酶、α 酮戊二酸脱氢酶竞争活性位点来发挥毒性作用。并且串珠镰刀菌素能通过抑制酮糖移转酶和醛糖还原酶干扰碳水化合物的代谢；而其引起的成肌细胞氧化损伤可能与抑制谷胱甘肽氧化酶和还原酶的活性有关。另外，串珠镰刀菌素对琥珀酸脱氢酶和细胞色素氧化酶也具有竞争型抑制作用，可导致呼吸链的中断，从而引起心肌供能不足，最终造成心肌损伤。

也有学者认为，MON 的毒性可能是因其导致细胞内外电位失衡而引起。串珠镰刀菌素对心肌细胞的B、L、T 三型离子通道具有阻滞作用，能引起细胞内Ca2+平衡失调[19]，最终导致细胞的损伤。章红等用串珠镰刀菌素钠盐水溶液与方酸钠水溶液（串珠镰刀菌素的结构类似物）的灌胃试验首次证实了串珠镰刀菌素结构中 4 号位上的氢原子对其毒性的发挥起着重要的作用。

毒性作用

串珠镰刀菌素对动物有较强的毒性作用，主要作用于增殖活跃的细胞，例如心肌、肝、脾、骨骼肌以及软骨细胞和骨细胞等。有学者提出串珠镰刀菌素的急性毒性作用主要危害心肌，造成充血性心力衰竭、心肌变性和坏死。另外还会使中毒动物身体组织水肿，细胞线粒体异形、空泡变性或颗粒变性，同时还能造成乳头肌、回肠末端肌肉和主动脉以及肺动脉的收缩力下降。亚慢性毒性试验则发现其能影响生长性能，并具有免疫抑制，还可导致猪的大骨软骨病。此外，通过流行病学等调查显示，串珠镰刀菌素可能与人的克山病存在相关性，而且当串珠镰刀菌素与伏马菌素（此两种同为镰刀菌产生，且产毒菌株种类有交叉）同时存在，由于具有协同作用，其毒性往往比串珠镰刀菌素单独引起的毒性强。

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