中药材中玉米赤霉烯酮毒素污染现状及其脱毒研究进展

摘要 具有雌激素样效应、致癌性等多种毒性的玉米赤霉烯酮（zearalenone，ZEN）在中药材及其制剂中的污染引起了社会的广泛关注。ZEN的污染是造成中药材品质下降及安全隐患的重要因素之一，同时也关系到中药临床用药的安全。因此，系统总结国内外中药材及其制剂中ZEN污染状况、ZEN的脱毒技术、ZEN生物降解机制等方面的研究，展望中药材中ZEN的污染控制及消解技术，以期为中药材中ZEN脱毒研究提供理论指导，从而提高中药材用药安全。

关键词 中药材;玉米赤霉烯酮;污染;脱毒;生物降解

中图分类号 R284  文献标识码 A  文章编号 0517-6611（2022）16-0005-05

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2022.16.002

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The Present Situation of ZEN Pollution in Chinese Medicinal Materials and Its Research Progress of Detoxification

DENG Tao， YUAN Qing-song， ZHOU Tao et al

（Guizhou University of Traditional Chinese Medicine， Guiyang， Guizhou 550025）

Abstract The pollution of zearalenone （ZEN）， which has estrogen-like effect and carcinogenicity， in Chinese medicinal materials and its preparations has attracted extensive attention from society. The pollution of ZEN is one of the important factors causing the quality decline and safety hidden danger of Chinese herbal medicine， and it is also related to the safety of clinical use of Chinese herbal medicine. Therefore， this research from home and abroad ZEN pollution condition in traditional Chinese medicine and its preparations， detoxification technology of ZEN， ZEN system summarized biological degradation mechanism and so on， and for pollution control of Chinese herbal medicine in ZEN and digestion technique were discussed， so as to provide theoretical guidance for ZEN detoxification in traditional Chinese medicine research， so as to improve Chinese traditional medicine medication safety.

Key words Chinese medicinal materials;Zearalenone;Contamination;Detoxification;Biodegradation

随着中药在重大疾病、常见病、疑难杂症的防治上取得巨大的成果，中药材的质量及用药安全也越发受到重视。中药材在种植、采收、运输和贮藏过程中，因方法不当而发生真菌生长（霉变）和毒素积累，直接影响了中药的质量与安全[1]。玉米赤霉烯酮（zearalenone，ZEN）又称为F-2毒素，由Stob等[2]于1962年首次从赤霉病的玉米中分离得到，其化学结构为一种酚的二羟基苯酸内脂结构[3]，是一种主要由镰刀菌属菌株产生的真菌毒素[4]。ZEN及代谢产物具有雌激素样效应、致癌性以及多种毒性，人类食用被其污染的食物会导致肝癌、睾丸癌、食道癌及青春期早熟等疾病;动物食用后则会影响繁殖机能，导致其繁殖机能紊乱[5]。为保证食用安全，ZEN的膳食允许摄入量及其在各类产品中的含量也被世界上多个组织和国家进行了严格的规定，GB 2761—2011《粮食卫生标准》[6]规定供人类使用的谷物及其制品中ZEN的最高水平是60 μg/kg，2020版《中国药典》也规定薏苡仁中ZEN不得超过500 μg/kg。

该研究对中药材中ZEN污染现状、ZEN脱毒方法以及ZEN生物降解机制等相关文献进行了综述，以期为预防中药材的ZEN污染及其脱毒研究提供参考。

1 中药材中ZEN污染现状

近年来，随着国内外对中药材安全关注度的提高，中药材中ZEN污染的报道也逐渐增多，不同药用部位、不同基质的中药材中ZEN污染情况不尽相同，笔者归纳整理了已报道的不同药用部位中药材中ZEN污染情况（表1）。由表1可知，ZEN在根及根茎类、果实种子类中药材中污染较为广泛，在富含淀粉的根及根茎类药材中ZEN被检出的最大值为4.53 μg/kg，最小值为0.04 μg/kg，在富含油脂类的果实种子类中药材中ZEN污染最为严重，被检出的最大值为325.00 μg/kg;叶、全草类中药材污染报道较少，ZEN被检出值为0.06～29.98 μg/kg;花类药材中尚未发现ZEN的污染。ZEN在薏苡仁中污染最为严重，申红红等[14]检测了薏苡仁、白术、板蓝根等25个中药材及人参健脾丸、黄连上清丸等5个中药制剂中的ZEN，结果8个薏苡仁样品均含有ZEN，且其中3个超过了60 μg/kg。毛丹等[15]对薏苡仁、麦芽、绿豆3种中药材共11批样品中的ZEN进行检验，结果4批薏苡仁均检出ZEN，结果分别为325、30、268和178 μg/kg。张晓飞等[16]检测了薏苡仁、山楂、神曲、麦芽等107个中药样品中的ZEN，有8个阳性样品均为薏苡仁，ZEN的含量在37.1～229.2 μg/kg。

除此之外，Gray等[23]在不同来源的人参、西洋参根的提取物中检出ZEN，其中人参根提取物中最高检出量为11.7 mg/kg，西洋参根的提取物中最高检出量为2.6 mg/kg。陈重均[9]在黄芪颗粒剂中检测到1.63 μg/kg的ZEN。

2 ZEN的脱毒方法

ZEN污染广、毒性强、危害大，如何有效地预防和清除ZEN污染是研究的热点。

2.1 物理脱毒法

物理法主要包括高温处理、辐照处理、物理吸附等。高温处理是将受ZEN污染的粮食、谷物等在110～160 ℃的高温下烘烤，使产生ZEN的菌被杀死。这种方法对ZEN的作用不大，且破坏营养价值，现在已经不采用。辐照法是指用电离辐射线破坏物质结构，促使物质发生一系列物理化学变化，辐照处理后产物的组成、性质以及毒理等尚缺乏研究。物理吸附法[24]是指采用蒙脱石、活性炭、葡聚糖等吸附剂，利用分子间作用力、化学键等作用，使吸附剂与目标物质结合在一起，达到去除的目的;该方法在吸附毒素的同时对营养成分的损失也很大，所以目前已很少采用。

2.2 化学脱毒法

化学法是通过ZEN与碱、氧化剂等的作用，破坏毒素的活性基团，使其转化成其他无毒或低毒的物质。主要包括臭氧处理、双氧水处理、硫酸钠浸泡、维生素E处理法等。Xu等[25]研究发现，臭氧能去除玉米粉中ZEN，并预测了臭氧处理后ZEN的化学结构变化。但化学法可能造成营养成分的破坏或化学试剂残留，甚至出现二次污染等不确定的危害，所以目前也很少采用化学法对ZEN进行脱毒。

2.3 生物脱毒法

2.3.1 微生物吸附法。

微生物吸附是指其菌体细胞或者提取的大分子化合物与毒素分子结合，产生吸附作用，从而减轻或消除ZEN的毒性。研究发现，酵母细胞壁能很好地吸附ZEN，荣迪[26]发现从酵母细胞壁中提取的酵母β-D-葡聚糖及其酯化制剂可以吸附部分ZEN。Krifaton等[27]研究显示，酿酒酵母细胞壁中的β-D-葡聚糖类化合物在吸附ZEN时发挥主要作用。

2.3.2 微生物降解法。

微生物降解法是利用微生物产生的代谢产物或者酶来破坏毒素分子，降解成无毒的产物。目前，关于ZEN生物降解已取得了一定的成果，发现了一些能降解ZEN的细菌、真菌及降解酶（表2）。潘丽婷等[29]从麦粒中筛选出一株解淀粉芽孢杆菌对ZEN的降解能力高达95%。杨凡等[30]从猪粪便中筛选出枯草芽孢杆菌，其ZEN分解率达95%。Molnar等[32]从白蚁的尾肠里分离到了一株酵母菌可以将ZEN降解为无毒的产物。Takahashi-Ando等[35]从粉红黏帚霉中分离纯化出一种水解酶ZHD101，可以将ZEN转化为无雌激素活性的产物。Yu等[36]从不动杆菌SM04中克隆了一个过氧化物酶（Prx）基因，并在大肠杆菌中进行过表达，该酶在过氧化氢存在下能很好地消除ZEN的毒性。

通过NCBI可以下载到24种能降解ZEN的核酸序列，用MEGA7.0软件构建系统进化树（图1），结果显示：芽孢杆菌属被报道较多的枯草芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌均是能高效降解ZEN的益生菌。

3 ZEN的生物降解机制

ZEN主要通过4个途径进行降解，包括C-6′-酮羰基的还原、C-2/C-4-OH的衍生化、内酯环的裂解以及二羟基苯环的裂解等。

3.1 C-6′-酮羰基的还原

ZEN内酯环C-6′-酮羰基位置上加氢生成玉米赤霉烯醇（zearalenol，ZEL），包括α-ZEL和β-ZEL两个异构体（图2）。研究发现[24]，灰色链霉菌、和班尼毛霉、根霉及酵母等菌株可将ZEN转化为α-ZEL与β-ZEL。但α-ZEL与β-ZEL均具有雌激素毒性，且α-ZEL的雌激素毒性比ZEN要大很多，因此视为无效脱毒。

3.2 C-2/C-4-OH的衍生化（图3）

Brodehl等[33]研究发现，米曲霉和根霉能将ZEN转化为各种代谢物，包括ZEN-4-β-D-葡萄糖苷、ZEN-4-硫酸盐等霉菌毒素缀合物。但有研究发现，ZEN的C-2/C-4-OH衍生化的产物摄入体内后，由于体内的水解酶作用，有可能脱去衍生基团，从而释放出原型

ZEN，具有一定的风险[37]。

3.3 内酯环的裂解

ZEN分子中的内酯环结构，裂解有3种方式（图4）。Takahashi-Ando等[35]成功将分离纯化出的碱性水解酶ZHD101克隆到异源宿主（裂殖酵母和大肠杆菌）中，含有该基因的大肠杆菌可在24 h内将ZEN、α-ZEL和β-ZEL降解为无毒产物。其脱毒方式为先断裂ZEN的内酯键，使其环型结构打开，然后自发脱羧形成代谢产物1-（3，5-二羟苯基）-10′-羟基-1′反式-十一碳烯-6′-酮，代谢途径如图4中a所示。Vekiru等[38]通过液相色谱-串联质谱和核磁共振等手段证明了毛孢酵母菌将ZEN降解为一种含羧基和羟基的新型降解产物，其代谢路径如图4中b所示，C-6′-酮羰基加一个氧原子形成一个新的内酯，然后在水解酶的作用下水解生成无毒降解产物。黄哲[39]筛选出一株枯草芽孢杆菌发酵产生的酶作用于ZEN上C-6′-酮羰基后，使其脱去一分子碳和一分子氧，从而形成开环的降解产物（图4中c所示）。破坏ZEN内酯结构的降解产物没有类雌激素效应与生殖毒性，因此内酯环裂解是目前研究的较为有效的脱毒方式。

50卷16期邓 桃等 中药材中玉米赤霉烯酮毒素污染现状及其脱毒研究进展

3.4 二羟基苯环的裂解（图5）

二羟基苯环的裂解目前还处于研究阶段，Yu等[31]筛选出不动杆菌SM04的氧化酶组分和过氧化物酶组分可高效降解ZEN，得到无苯环、含羧基结构的产物ZEN-1、ZEN-2。Sun等[34]从发酵大豆中分离的黑曲霉菌株FS10可高效降解ZEN，并推测ZEN的苯环结构可能被破坏。破坏ZEN的二羟基苯环，使其降解成小分子物质，无论是从揭示新降解途径还是发现新ZEN降解酶方面，都为ZEN的生物脱毒提供了新的方向[24]。