閆 靜 閻賀靜 王薇薇 李 軍 朱鳳妹

（河北科技師范學(xué)院食品科技學(xué)院，河北 秦皇島 066600）

赭曲霉毒素（Ochratoxin）是由多種曲霉屬和青霉屬產(chǎn)生的一類次級代謝產(chǎn)物，該物質(zhì)含有多種結(jié)構(gòu)類似化合物，如赭曲霉毒素A（Ochratoxin A，OTA）、赭曲霉毒素B（Ochratoxin B，OTB）、赭曲霉毒素C（Ochratoxin C，OTC）、赭曲霉毒素α（Ochratoxin α，OTα）、赭曲霉毒素β（Ochratoxin β，OTβ）等。其中OTA 的毒性最大，分布最廣，含量最高，對農(nóng)產(chǎn)品的污染最重，廣泛存在于各種食品、中草藥及香料中，嚴(yán)重危害人類健康［1］。且OTA有熱穩(wěn)定強(qiáng)、水溶性差的特點，在食品中經(jīng)高溫加工（250 ℃）難以去除，因此世界各國對各種制品中的OTA含量制定了嚴(yán)格的監(jiān)管限制及檢測技術(shù)手段［1-4］，具體信息如表1所示。

表1 各種制品的污染情況及相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)限量Table 1 Contamination of various products and relevant standard limits

在已發(fā)現(xiàn)的多種真菌毒素中，OTA 的危害程度僅次于黃曲霉毒素。研究表明，OTA具有多種毒害作用，如腎毒性、肝毒性、腸毒性、免疫毒性、致畸、致癌、致突變等，是巴爾干地方性腎病的誘因之一［22］。國際癌癥研究機(jī)構(gòu)（International Agency for Research on Cancer，IARC）和世界衛(wèi)生組織（World Health Organization，WHO）已將OTA 歸類為2B 類致癌物［23］。組學(xué)技術(shù)是研究真菌毒素領(lǐng)域的重要工具，用于識別生物標(biāo)記物，檢測真菌毒素的種類并探究其生物合成途徑。本文擬對近年來應(yīng)用組學(xué)技術(shù)對OTA 研究的情況做一概述，旨在為相關(guān)科技工作者對OTA 的生物合成機(jī)制、致毒機(jī)理、污染防控以及抗赭曲霉毒素藥物的開發(fā)等方面提供參考。

1 基因組學(xué)技術(shù)在赭曲霉毒素A 研究中的應(yīng)用

基因組學(xué)是一門對生物體所有基因進(jìn)行集體表征、定量研究及不同基因組比較研究的交叉生物學(xué)學(xué)科?；蚪M學(xué)技術(shù)能識別與真菌毒素產(chǎn)生有關(guān)的基因，并分析相關(guān)基因組的結(jié)構(gòu)、功能、進(jìn)化、定位、編輯和作用［24］?；蚪M學(xué)包括多種內(nèi)容，如功能基因組學(xué)、結(jié)構(gòu)基因組學(xué)、比較基因組學(xué)和宏基因組學(xué)等。其中功能基因組學(xué)有助于了解宿主與真菌的相互作用及影響真菌毒素產(chǎn)生的遺傳因素，對于制定防控OTA 污染的策略起重要作用［25］。比較基因組學(xué)是用于比較不同物種或不同群體間的基因組差異和相關(guān)性的系統(tǒng)生物學(xué)研究，目前廣泛用于研究OTA 的生物合成途徑。

隨著基因組學(xué)不斷的發(fā)展，OTA 的生物合成途徑研究不斷深入。Wang 等［26］利用Aspergillusochraceus、Aspergilluscarbonarius、Aspergillusniger、Aspergillussteynii、Aspergilluswesterdijkiae和Penicilliumnordicum均可以產(chǎn)生OTA，經(jīng)基因組比較分析，鑒定出了與OTA 生物合成相關(guān)的關(guān)鍵基因并推測出合成途徑，即起始由乙酰輔酶A 和丙二酰輔酶A 經(jīng)聚酮合成酶（polyketide synthases，PKS，基因名OtaA）作用合成7-甲基蜂蜜曲霉素，然后被細(xì)胞色素P450 單加氧酶（OtaC）氧化生成OTβ。OTβ 和L-β-苯丙氨酸在非核糖體肽合酶（nonribosomal peptide synthetase，NRPS，基因名OtaB）作用下形成酰胺鍵進(jìn)而形成OTB。OTB 再經(jīng)鹵代酶（OtaD）氯化，最終得到OTA，如圖1 所示。此外，該項研究還證明了OTβ 和OTB 是OTA 生物合成的中間產(chǎn)物，而OTC 和OTα 則不是。這項研究成功證明了所有OTA 產(chǎn)生菌中都存在一條統(tǒng)一的OTA 生物合成途徑，包含4 個高度保守的基因和1 個堿性亮氨酸拉鏈轉(zhuǎn)錄因子（basic leucine zipper，bZIP，基因名OtaR1），并闡明了途徑中的特定基因、特定酶與代謝中間產(chǎn)物的關(guān)系。在此基礎(chǔ)上，F(xiàn)errara 等［27］通過對產(chǎn)OTA 的19 種曲霉和2 種青霉進(jìn)行基因組比較，分析發(fā)現(xiàn)在PKS 和NRPS之間存在一個新基因，該基因序列中的SnoaL 環(huán)化酶結(jié)構(gòu)域（OtaY）起到了推動OTA 合成的作用。這是首次在A.carbonarius已知的OTA 生物合成基因簇上發(fā)現(xiàn)了一個新的未知基因，基因簇如圖2 所示。這為更深入全面地了解OTA生物合成提供了新證據(jù)。

圖1 推測的OTA生物合成途徑Fig.1 The putative OTA biosynthesis pathway

圖2 預(yù)測Aspergillus carbonarius的OTA生物合成基因簇Fig.2 Prediction of OTA biosynthesis gene cluster in Aspergillus carbonarius

與傳統(tǒng)的真菌毒素檢測方法相比，聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)（polymerase chain reaction，PCR）可以更加便捷、快速、高效、準(zhǔn)確地檢測出OTA。Susca 等［28］從奶酪表面分離了5 株A.westerdijkiae并分析其基因組序列數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)編碼bZIP 轉(zhuǎn)錄因子的基因只存在于產(chǎn)OTA 菌株中。利用這一信息設(shè)計了一種PCR 方法，可以專一地識別并區(qū)分A.westerdijkiae能否產(chǎn)生OTA。張健等［29］利用A.nigerCBS 513.88 中PKS 的酰基轉(zhuǎn)移酶結(jié)構(gòu)域（acyltransferase，AT）設(shè)計引物，建立了一個針對產(chǎn)毒黑曲霉的PCR 檢測方法，該方法適用于產(chǎn)毒黑曲霉的初篩，對黑曲霉產(chǎn)毒污染農(nóng)產(chǎn)品具有良好的檢測及預(yù)警作用。

基因組學(xué)的進(jìn)步引發(fā)了系統(tǒng)生物學(xué)領(lǐng)域的一場革命，促進(jìn)了對復(fù)雜生物系統(tǒng)的理解。將新發(fā)現(xiàn)的每一種產(chǎn)毒菌株的基因組序列進(jìn)行比較分析，經(jīng)過不斷修訂，改進(jìn)基因組注釋并對預(yù)測基因進(jìn)行比較，可以提高對OTA 合成途徑的了解。從基因組數(shù)據(jù)中挖掘的與OTA相關(guān)的基因及不同菌種之間的差異基因都將是研究OTA 調(diào)控、防治的重要對象。基因組學(xué)還有望促進(jìn)治療OTA 藥物的開發(fā)，并為制定預(yù)防人和動物疾病的策略提供重要信息。盡管該技術(shù)已經(jīng)揭示了OTA 生物合成的一些關(guān)鍵酶促反應(yīng)，但其生物合成途徑及其調(diào)控機(jī)制尚未完全闡明，需要和其他組學(xué)技術(shù)相結(jié)合才能更好地說明問題。

2 轉(zhuǎn)錄組學(xué)技術(shù)在赭曲霉毒素A 研究中的應(yīng)用

轉(zhuǎn)錄組學(xué)是在整體水平上研究細(xì)胞中基因轉(zhuǎn)錄及轉(zhuǎn)錄調(diào)控規(guī)律的一門學(xué)科，是研究細(xì)胞表型和功能的重要手段［30］。轉(zhuǎn)錄組學(xué)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于研究真菌毒素，可以同時檢測大量基因表達(dá)的變化，提供有關(guān)基因組結(jié)構(gòu)和有毒化合物誘導(dǎo)細(xì)胞機(jī)制的信息［31］。因此，應(yīng)用轉(zhuǎn)錄組學(xué)可以確定OTA 的生物合成途徑、闡明其藥理學(xué)及毒理學(xué)機(jī)制，為預(yù)測遺傳毒性和致癌性提供有用的信息。

A.carbonarius是OTA的主要產(chǎn)生菌，是農(nóng)產(chǎn)品中廣泛存在的真菌病原體，嚴(yán)重威脅人和動物的健康，但不是所有的A.carbonarius都能產(chǎn)生OTA，研究菌株之間的差異能制定有效的防控策略，降低食品中OTA 的污染［32-33］。高通量測序技術(shù)（transcriptome sequencing，RNA-Seq）、逆轉(zhuǎn)錄PCR（reverse transcription-PCR，RTPCR）和高通量微陣列分析等轉(zhuǎn)錄組分析手段已廣泛用于真菌毒素的研究中。利用RNA-Seq 分析兩種A.carbonarius（產(chǎn)毒與不產(chǎn)毒）與OTA 相關(guān)的轉(zhuǎn)錄變化，在不產(chǎn)毒的菌株中存在大量的差異表達(dá)基因，并利用實時熒光定量PCR（quantitative real-time PCR，qRTPCR）進(jìn)行驗證。其中所有與OTA 生物合成相關(guān)的假定基因均下調(diào)幅度最大，AcOTAbZIP的下調(diào)可能是不產(chǎn)OTA 的主要原因。此外，AcOTApks基因中的AT 結(jié)構(gòu)域中存在有害突變，也阻止了OTA的產(chǎn)生［33］。

基因可以在不同的環(huán)境條件下進(jìn)行不同的調(diào)節(jié)和表達(dá)，進(jìn)而合成不同的代謝物［34］，如表2中的環(huán)境因素部分所示。干腌火腿是一種重要的肉類產(chǎn)品，通常霉菌有助于火腿感官品質(zhì)的發(fā)展，然而一些霉菌如P.nordicum能在高鹽環(huán)境中產(chǎn)生OTA。qRT-PCR 分析表明，NaCl可通過激活參與OTA 生物合成途徑中的otapksPN和otanpsPN基因，從而導(dǎo)致OTA 的產(chǎn)生［24］。此外，產(chǎn)毒能力強(qiáng)的P.nordicum不需要毒素和NaCl的誘導(dǎo)就可產(chǎn)生大量的OTA，而產(chǎn)毒能力弱的菌株則需要誘導(dǎo)［34］。這為減少干腌肉制品中的OTA 污染奠定了基礎(chǔ)。

表2 轉(zhuǎn)錄組學(xué)在影響OTA合成的環(huán)境因素、OTA毒理學(xué)機(jī)制與生物防治方面的應(yīng)用Table 2 Application of transcriptomics in environmental factors affecting OTA synthesis，OTA toxicological mechanisms and biological control

目前，OTA的多種毒性機(jī)制尚未闡明，可以利用轉(zhuǎn)錄組學(xué)技術(shù)開展相關(guān)的毒理學(xué)研究［35-39］，如表2 中毒理學(xué)機(jī)制部分所示。OTA 是一種有效的腎致癌物，且作用效果具有性別差異，以小鼠為研究對象，雄鼠對OTA 更為敏感，雄鼠體內(nèi)大量的差異表達(dá)基因主要與代謝（Cyp2c11、Cyp2d1、Cyp2d5、Dhrs7）、鈣穩(wěn)態(tài)（Gc、S100g）和轉(zhuǎn)運(yùn)（Slc51b）有關(guān)［35］。斑馬魚中發(fā)生肝癌的相關(guān)基因和途徑與人類之間高度保守［36］，以斑馬魚胚胎為研究對象，研究轉(zhuǎn)錄組首次發(fā)現(xiàn)OTA 對早期發(fā)育脊椎動物具有肝毒性并闡明了其作用機(jī)制［37］。該研究可為評估孕婦和發(fā)育中個體的健康風(fēng)險提供更多信息。向分化的人腸上皮細(xì)胞系Caco-2 細(xì)胞加入不同濃度的OTA 共培養(yǎng)后進(jìn)行轉(zhuǎn)錄組分析，確定了OTA 引起腸功能損害的部分原因［38］。這項研究強(qiáng)調(diào)了OTA的腸道毒性，并提供了生物反應(yīng)的全基因組視圖，為腸道毒性提供了理論基礎(chǔ)，并有助于確定OTA 的最大殘留限量，但還需進(jìn)行更詳盡的研究闡明所有的潛在機(jī)制。

轉(zhuǎn)錄組學(xué)有助于理解復(fù)雜的生物系統(tǒng)和開發(fā)新的生物標(biāo)記物，這些可以幫助早期診斷疾病，并找到有效的治療方法或藥物，如表2 生物防治部分所示。轉(zhuǎn)錄組學(xué)已證明Bacillussubtilis可通過產(chǎn)生伊枯草菌素A抑制A.carbonarius的生長和OTA 的產(chǎn)生［39］。這一發(fā)現(xiàn)為開發(fā)高效的抗OTA 藥物提供了有效信息，對農(nóng)業(yè)和生物醫(yī)學(xué)具有重要意義。OTA生物降解的主要機(jī)制為酰胺鍵水解后降解為無毒或低毒的OTα。從微生物和動物胰腺中分離或克隆的一些OTA 降解酶，在食品和飼料工業(yè)中有著巨大的應(yīng)用前景，但微生物在食品和飼料工業(yè)中的應(yīng)用必須謹(jǐn)慎，尤其要注意安全性。

由于轉(zhuǎn)錄調(diào)控在真菌次級代謝過程中的重要性，轉(zhuǎn)錄組分析可以作為深入了解OTA 的重要工具。經(jīng)過回顧OTA 的相關(guān)轉(zhuǎn)錄組研究，雖然該技術(shù)沒有闡明OTA 的作用模式，但有助于研究OTA 的毒理學(xué)信息。因此，轉(zhuǎn)錄分析方面仍需進(jìn)行大量的工作，以便在轉(zhuǎn)錄組水平上提取到更多關(guān)于OTA 的信息，為研究和理解OTA 的生物學(xué)開辟新的途徑。同時，轉(zhuǎn)錄組與經(jīng)典毒理學(xué)或與其他組學(xué)技術(shù)相結(jié)合的研究將成為熱潮，能更深入地探究影響OTA作用模式的因素。

3 蛋白質(zhì)組學(xué)技術(shù)在赭曲霉毒素A 研究中的應(yīng)用

蛋白質(zhì)是生理生化途徑的重要組成部分，是體內(nèi)代謝的主要信號分子，蛋白質(zhì)組學(xué)可以重點識別和表征參與OTA 代謝途徑中的蛋白質(zhì)，包括研究每種蛋白質(zhì)的細(xì)胞位置、亞型和功能，以闡明生物系統(tǒng)中發(fā)生的分子過程，對于揭示生物過程中潛在的分子機(jī)制至關(guān)重要［40］。微生物種類、營養(yǎng)條件和環(huán)境信號等因素影響著OTA 的生物合成［41］。Crespo-Sempere 等［42］首次利用蛋白質(zhì)組學(xué)分析兩種A.carbonarius（產(chǎn)毒與不產(chǎn)毒）中與OTA 產(chǎn)生相關(guān)的蛋白質(zhì)，二維凝膠電泳和質(zhì)譜法表示這些蛋白質(zhì)可能在氨基酸代謝、氧化應(yīng)激和孢子形成通路中發(fā)揮作用；同時，還發(fā)現(xiàn)了一種上調(diào)的功能未知的蛋白質(zhì)CipC，通過RT-PCR 證實了該蛋白參與OTA 的生物合成，為OTA 生物合成途徑提供了新見解。

環(huán)境因素對OTA 生物合成具有顯著影響，如表3環(huán)境因素部分所示。蛋白質(zhì)組學(xué)是探究一些曲霉和青霉能夠在高鹽環(huán)境中生長并產(chǎn)生OTA 的有力工具［43］。Wang 等［44］利用基于同位素標(biāo)記相對和絕對定量（isobaric tags for relative and absolute quantification，iTRAQ）的蛋白質(zhì)組學(xué)技術(shù)分析赭曲霉在高鹽（70 g·L-1）和低鹽（20 g·L-1）時的蛋白質(zhì)差異表達(dá)，發(fā)現(xiàn)NaCl 濃度可影響麥角甾醇的合成途徑、能量代謝、氧化應(yīng)激反應(yīng)、蛋白質(zhì)的合成加工以及次級代謝等方面從而影響OTA 的合成。這些研究為防控OTA 污染，保護(hù)食品安全提供了思路。

表3 蛋白質(zhì)組學(xué)在影響OTA合成的環(huán)境因素、OTA毒理學(xué)機(jī)制與生物防治方面的應(yīng)用Table 3 Application of Proteomics in environmental factors affecting OTA synthesis，OTA toxicological mechanisms and biological control

OTA的多種毒害作用可誘導(dǎo)哺乳動物細(xì)胞系中的DNA 損傷、細(xì)胞毒性和凋亡，如表3毒理學(xué)機(jī)制部分所示。microRNA（miRNA）可調(diào)控基因表達(dá)，參與機(jī)體的生理和發(fā)育過程并與人類疾病息息相關(guān)。Zhao 等［45］首次通過解除miRNA 的調(diào)控，利用高通量miRNA 分析、基因本體（Gene Ontology，GO）和京都基因與基因組百科全書（Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes，KEGG）分析研究OTA 對HEK293 和HepG2 細(xì)胞造成的損傷，發(fā)現(xiàn)miRNA 主要與人類癌癥和信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑有關(guān)。在探究OTA 誘導(dǎo)早期肝毒性的機(jī)制時，將大鼠用OTA 灌胃13周后測量肝臟中miRNA、mRNA 和蛋白質(zhì)的表達(dá)，發(fā)現(xiàn)兩種途徑與肝損傷直接相關(guān)，分別是初級膽汁酸生物合成和細(xì)胞色素P450 對外源性物質(zhì)的代謝［46］。

據(jù)報道，在谷物、飼料和食品中易檢測出OTA，為保障人和動物的安全及減少農(nóng)民經(jīng)濟(jì)損失，防治OTA污染十分重要［47］。OTA 的生物防治是一種很有前景的策略，生物脫毒方法具有更好的安全性、風(fēng)味、營養(yǎng)質(zhì)量、感官特性、可用性和成本效益，比物理和化學(xué)脫毒方法更有前景［47-52］，如表3 生物防治部分所示。基于iTRAQ 蛋白質(zhì)組分析發(fā)現(xiàn)檸檬醛能夠抑制A.ochraceus的生長和OTA 的積累，這一結(jié)果證明了檸檬醛具有對糧食和其他農(nóng)產(chǎn)品保鮮的潛力，為其在亞抑制濃度下的抗OTA 機(jī)制提供了新見解［48］。熊果酸（ursolic acid，UA）廣泛存在于水果、食品和藥用植物的各種表皮蠟中。有研究表明UA 具有保護(hù)腎臟功能，利用凝膠電泳法分析UA 對OTA 誘導(dǎo)的腎細(xì)胞毒性的保護(hù)機(jī)制，證明其具有治療腎毒性方面的潛力［49］，并為研制治療腎細(xì)胞毒性的醫(yī)藥提供了新思路。干腌發(fā)酵香腸的工業(yè)生產(chǎn)過程中，Debaryomyceshansenii和迷迭香衍生物可作為生物防治劑抑制OTA的產(chǎn)生［50-52］。

蛋白質(zhì)組學(xué)通過研究真菌產(chǎn)生OTA 時的蛋白質(zhì)含量，提高對真菌次級代謝時細(xì)胞行為的理解，通過蛋白質(zhì)譜的變化信息可以增強(qiáng)對生物因素影響真菌次級代謝的了解。蛋白質(zhì)組學(xué)促進(jìn)了OTA 領(lǐng)域的發(fā)展，探究了環(huán)境因素影響OTA 生物合成的機(jī)制以及OTA 的毒理學(xué)機(jī)制，為生物防治劑的研制提供了大量的證據(jù)。蛋白質(zhì)組為深入了解OTA 的生物學(xué)功能提供了重要的線索，為今后更加深入的研究提供了有力的工具。同時與其他組學(xué)技術(shù)聯(lián)合使用成為今后的研究熱點，能夠更全面系統(tǒng)的了解OTA。

4 代謝組學(xué)技術(shù)在赭曲霉毒素A 研究中的應(yīng)用

代謝組學(xué)重點分析代謝組，包括有機(jī)體中所有的代謝物，如代謝中間體、激素和其他信號分子以及次級代謝物［24］。該技術(shù)分為靶向和非靶向兩種，前者側(cè)重于識別和量化已知的真菌毒素［53］，而后者用于發(fā)現(xiàn)新的代謝物。目前，代謝組學(xué)通常會基于一系列色譜、質(zhì)譜聯(lián)用的手段來分析檢測真菌毒素，彌補(bǔ)質(zhì)譜在痕量水平上的缺陷［54-55］。

以真菌為重點，代謝產(chǎn)物譜已被用作真菌分類學(xué)和生理學(xué)研究的常用工具，還可以用來檢測食品中病原體和腐敗微生物［56］。一些菌株能夠通過防御機(jī)制和相關(guān)酶的水解或結(jié)合反應(yīng)將親本赭曲霉毒素轉(zhuǎn)化為衍生赭曲霉毒素［57-60］。通過液相色譜-高分辨質(zhì)譜（liquid chromatography-high resolution mass spectrometry，LCHRMS）對3株經(jīng)OTA誘導(dǎo)后的釀酒酵母進(jìn)行衍生赭曲霉毒素鑒定，鑒定出了OTα、OTβ、OTC、赭曲霉毒素α甲酯、赭曲霉毒素B 甲酯、乙酰胺赭曲霉毒素A、羥基赭曲霉毒素A、羥基赭曲霉毒素A甲酯和赭曲霉毒素A纖維二糖酯。評估葡萄品種和成熟期對形成OTA 及其衍生毒素的影響，LC-HRMS鑒定出了乙酰胺赭曲霉毒素A，這一發(fā)現(xiàn)為保證葡萄、葡萄酒等制品的安全和質(zhì)量提供了新的方向。同時也表明了僅檢測OTA 無法保證食品安全，有必要在加工過程中對這些衍生毒素進(jìn)行檢測并提出相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)法規(guī)。

環(huán)境是影響OTA 生物合成的重要因素，代謝組會隨著微生物、宿主和環(huán)境的波動而不斷變化。如表4環(huán)境因素部分所示。在特殊環(huán)境空間站中，真菌會產(chǎn)生腐蝕設(shè)備的有機(jī)酸和危害健康的真菌毒素從而對空間站的長期運(yùn)行構(gòu)成威脅，微重力是空間站中不可避免的特殊條件［61］。以A.carbonarius為研究對象，以氣相色譜飛行時間質(zhì)譜（gas chromatography time-offlight-mass spectrometry，GC-TOF-MS）為手段分析微重力對OTA、有機(jī)酸的產(chǎn)生及相關(guān)合成途徑的影響，為空間站能長期安全的運(yùn)行提供了保障。

表4 代謝組學(xué)在影響OTA合成的環(huán)境因素、OTA毒理學(xué)機(jī)制與生物防治方面的應(yīng)用Table 4 Application of metabolomics in environmental factors affecting OTA synthesis，OTA toxicological mechanisms and biological control

代謝組學(xué)可從分子水平上理解OTA的致毒機(jī)制［62］，如表4毒理學(xué)機(jī)制部分所示。斑馬魚胚胎經(jīng)OTA誘導(dǎo)后進(jìn)行代謝譜分析，提出了OTA 肝毒性的綜合模型并確定了相關(guān)的代謝途徑。牛奶中通常會同時存在黃曲霉毒素（aflatoxin M1，AFM1）和OTA，基于代謝組評估AFM1 和OTA 在CD-1 小鼠模型中的腎毒性和肝毒性的聯(lián)合效果，這是首次嘗試評估和比較OTA 和AFM1的腎毒性。該項研究為制定牛奶中OTA 的限量標(biāo)準(zhǔn)提供證據(jù)，也為將OTA 歸類為更高水平的致癌物提供了依據(jù)。以氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用（gas chromatographymass spectrometry，GC-MS）和核磁共振氫譜為基礎(chǔ)的手段，結(jié)合病理切片等傳統(tǒng)技術(shù)，探討了OTA 影響脂肪酸代謝而導(dǎo)致肝毒性和腎毒性的機(jī)制，為全面理解并預(yù)防OTA的肝毒性和腎毒性提供了理論基礎(chǔ)。

OTA對腸道上皮細(xì)胞具有明顯的侵犯作用，損害了動物健康，減少OTA對畜牧業(yè)的不利影響迫在眉睫［65-66］，如表4 生物防治部分所示。經(jīng)液相色譜/質(zhì)譜法（liquid chromatography/mass spectrometry，LC/MS）分析姜黃素對OTA 誘導(dǎo)后鴨子的血清脂質(zhì)代謝產(chǎn)物的水平及盲腸消化液中的代謝物的影響，結(jié)果顯示姜黃素具有抗氧化功能，調(diào)節(jié)腸道微生物組成，減輕OTA 的腸毒性作用，對機(jī)體具有明顯的保護(hù)作用，是預(yù)防OTA 誘導(dǎo)的肝氧化損傷的重要物質(zhì)。

代謝組學(xué)分析也具有明顯的缺陷，該技術(shù)能顯示不同處理后代謝物的變化，但不能區(qū)分這些變化與不同代謝物的因果關(guān)系。代謝組學(xué)技術(shù)為深入了解OTA的生物學(xué)功能提供了新的方法，同時與其他組學(xué)技術(shù)聯(lián)合使用成為今后的研究趨勢，能夠從不同維度解析OTA的致毒機(jī)制及防控策略，更深入地了解OTA。

5 聯(lián)合組學(xué)及其他組學(xué)技術(shù)在赭曲霉毒素A研究中的應(yīng)用

OTA 的生物合成機(jī)制、毒理學(xué)機(jī)制以及生物防控機(jī)制極其復(fù)雜，這些機(jī)制是多層次網(wǎng)絡(luò)相互調(diào)節(jié)作用的結(jié)果。使用單一組學(xué)技術(shù)難以全面、系統(tǒng)、真實地反映這些機(jī)制。近年來，聯(lián)合組學(xué)分析在OTA 的研究中逐漸增多，如轉(zhuǎn)錄組學(xué)-蛋白質(zhì)組學(xué)聯(lián)合、蛋白質(zhì)-脂質(zhì)組學(xué)聯(lián)合、轉(zhuǎn)錄-脂質(zhì)組學(xué)聯(lián)合分析。

通過組學(xué)技術(shù)聯(lián)合應(yīng)用，更好地探究了環(huán)境因素對OTA 生物合成的影響，與分子層面的全局代謝變化相關(guān)聯(lián)，進(jìn)而從信號調(diào)控、轉(zhuǎn)錄翻譯、生化反應(yīng)、代謝途徑等多個維度研究了pH值影響OTA生物合成的機(jī)制。Zhao 等［67］聯(lián)合轉(zhuǎn)錄組和蛋白質(zhì)組揭示了P.citrinum的OTA 的生物合成受pH 調(diào)控，在酸性環(huán)境（pH 值為3）下毒素產(chǎn)生受到抑制。轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)氨基酸、碳水化合物、無機(jī)離子的運(yùn)輸和代謝，次級代謝物的合成以及能量供應(yīng)等代謝途徑可能參與OTA 生物合成。蛋白組數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，在酸性培養(yǎng)條件下，與OTA 合成相關(guān)的酶及蛋白表達(dá)水平顯著降低。該研究為進(jìn)一步研究OTA 生物合成的分子水平提供了基礎(chǔ)，揭示了OTA合成和分子調(diào)控的可能機(jī)制，也為控制OTA 的合成提供了科學(xué)指導(dǎo)。

OTA 的腸毒性是近兩年的研究熱點，通過轉(zhuǎn)錄組和蛋白質(zhì)組交叉組學(xué)分析AFM1 和OTA 的聯(lián)合作用，確定了這兩種毒素在破壞腸道完整性方面具有協(xié)同作用，且作用機(jī)制與一系列與腸道完整性相關(guān)的途徑有關(guān)，如腫瘤壞死因子（tumor necrosis factor，TNF）信號通路、肌動蛋白細(xì)胞骨架的調(diào)節(jié)、粘著斑痕、粘附連接和縫隙連接途徑［68］。這些結(jié)果表明，AFM1 和OTA 的聯(lián)合使用可能會加劇腸道炎癥，因此監(jiān)管機(jī)構(gòu)在進(jìn)行風(fēng)險評估時僅以一種毒素作為標(biāo)準(zhǔn)太過片面，應(yīng)注意多種毒素對食品的污染。

在OTA 生物防治方面，聯(lián)合組學(xué)能夠用來挖掘更多有效的生物防治劑減少OTA 的污染，為研制藥物治療腎毒性和肝毒性提供新思路。脂毒性是導(dǎo)致嚴(yán)重腎病的最常見原因，目前可供選擇的治療方法很少。轉(zhuǎn)錄組與脂質(zhì)組聯(lián)合分析，發(fā)現(xiàn)曲克蘆丁可有效的降低腎病患者甘油三酯、磷脂酰膽堿和磷脂酰乙醇胺的水平，減輕了OTA 誘導(dǎo)的腎毒性和腎臟炎癥［69］。該研究為曲克蘆丁能治療腎病的潛在醫(yī)療用途奠定了基礎(chǔ)。近年來，研究人員發(fā)現(xiàn)了大量能夠降解或吸附OTA 的微生物，包括放線菌、細(xì)菌、絲狀真菌和酵母菌。蛋白質(zhì)組和轉(zhuǎn)錄組分析的結(jié)果表明，拮抗酵母Yarrowia lipolyticaY?2 對OTA 的降解可能是對OTA 脅迫的多種防御反應(yīng)的協(xié)同作用［70］。該研究有助于了解酵母菌降解OTA的分子機(jī)制并將其用于OTA的生物防治。

微生物組學(xué)是以微生物組為研究對象，利用高通量測序和質(zhì)譜等技術(shù)來探究其內(nèi)部群體間的相互關(guān)系、結(jié)構(gòu)、功能及其與環(huán)境或宿主間相互關(guān)系的學(xué)科。近年來，微生物組學(xué)已成為食品行業(yè)的熱門話題，用來提高食品鏈的質(zhì)量和安全［71］。時空組學(xué)技術(shù)是一種空間分辨的轉(zhuǎn)錄組技術(shù)，能更好地闡明外源化學(xué)物與生物活性分子的時空特性，對于細(xì)胞生命活動的調(diào)控機(jī)制具有重要意義。該技術(shù)在描述生物細(xì)胞中的生物活性分子間的互作關(guān)系及各種疾病導(dǎo)致的細(xì)胞結(jié)構(gòu)和功能的改變等研究中具有應(yīng)用前景與價值［72-73］。雖然目前鮮有明確研究是利用微生物組學(xué)技術(shù)、時空組學(xué)技術(shù)探究OTA，但這些技術(shù)是探究產(chǎn)OTA 菌株與復(fù)雜環(huán)境或宿主關(guān)系的有力工具，闡明OTA 的毒性機(jī)制，為解決OTA 造成的糧食污染、人和動物的健康危害、環(huán)境污染等問題提供革命性的新思路和新方法。

6 結(jié)論與展望

組學(xué)技術(shù)是應(yīng)用于生物科學(xué)的一組分析工具，不同的研究對象對應(yīng)著不同的組學(xué)技術(shù)及方法，如圖3所示?；蚪M學(xué)有助于識別與OTA 產(chǎn)生有關(guān)的基因，開發(fā)新的OTA 防控策略；轉(zhuǎn)錄組學(xué)側(cè)重于研究整套RNA，在藥理學(xué)、藥物代謝動力學(xué)和毒理學(xué)領(lǐng)域廣泛應(yīng)用，有助于了解OTA 的遺傳毒性和致癌的生物學(xué)機(jī)制；蛋白質(zhì)組學(xué)能夠識別和表征與OTA 生物合成途徑有關(guān)的整個肽和蛋白質(zhì)分布，還可以整合不同的分析方法和技術(shù)，了解生物體內(nèi)細(xì)胞過程的全局信息。這兩種組學(xué)信息可以幫助農(nóng)民在作物發(fā)育的早期階段預(yù)測OTA 污染。最后，代謝組學(xué)重點分析的是對食品安全有重大影響的代謝物和小分子，例如衍生赭曲霉毒素。聯(lián)合組學(xué)是未來生物學(xué)研究的一個趨勢，探索解決每個組學(xué)所面臨的一些問題，從DNA、RNA、蛋白質(zhì)和代謝產(chǎn)物等多方面來控制和確保食品安全和質(zhì)量。如轉(zhuǎn)錄組學(xué)本身并不能產(chǎn)生足夠的信息來理解OTA產(chǎn)生的生物學(xué)過程，因此有必要將其與基因組學(xué)或蛋白質(zhì)組學(xué)結(jié)合，以更清楚地了解其生物合成途徑。此外，還應(yīng)該結(jié)合新興的微生物組學(xué)技術(shù)、時空組學(xué)技術(shù)等手段來研究OTA，以便更深入全方位的了解其信息。通過多種組學(xué)及聯(lián)合組學(xué)對OTA 的生物合成途徑、調(diào)控因子、信號轉(zhuǎn)導(dǎo)、毒理學(xué)機(jī)制等方面進(jìn)行深入研究，了解更深層的信息。

圖3 用于OTA研究的不同組學(xué)方法和分析技術(shù)示意圖Fig.3 Schematic diagram of different omics approaches and analytical techniques used for OTA research