基于细胞代谢组学的农产品中单端孢霉烯族类毒素联合毒性评价及机制研究

Mycotoxin contamination has always been the difficulty and the focal point of the agricultural products quality and safety supervision. Trichothecenes is a class of mycotoxins with the highest global contamination rate whose combined toxic effects and mechanisms of its mixed contamination have not yet been clarified. This project was based on our previous study of typical mycotoxins combined toxicity on mice metabolome. (1) As the target cells of trichothecenes, Caco-2 and RAW 264.7 will be used as the cell mode to screen the combined toxicity assessment model under complex dose combinations of trichothecenes. (2) The trichothecene combined toxicity type will be calculated for studying the relationship between the toxicity type and cell lines, exposure time, and molecular configuration of trichothecenes. (3) Taking the level of cellular acetyl amino acid metabolism as the starting point, the mechanism of combined toxicity of trichothecene mycotoxin will be deeply clarified, combined with the expression level of cell metabolism pathway, key synthetases and regulatory genes. Similar research ideas have found wide innovative applications both at home and abroad. This project provides a theoretical basis and method for the study of the combined toxicity mechanism of mycotoxins. It has important theoretical and practical significance for risk assessment and prevention as well as the control of mycotoxins in agricultural products.

真菌毒素混合污染一直是农产品质量安全监管的难点与重点。单端孢霉烯族类毒素作为全球污染率最大的一类毒素，其混合污染产生的联合毒性效应及作用机制尚未明确。本项目在前期开展的典型真菌毒素在小鼠代谢组联合毒性研究的基础上：（1）以单端孢霉烯族毒素靶细胞Caco-2和RAW 264.7为细胞模型，明确单端孢霉烯族毒素复杂剂量组合下的联合毒性作用评价模型；（2）揭示联合毒性作用类型与单端孢霉烯族毒素分子构型的关系，阐述在不同细胞系不同时间内产生联合毒性类型的差异；（3）以细胞乙酰氨基酸代谢水平为切入点，结合细胞代谢通路、关键合成酶和调控基因的表达水平，阐明单端孢霉烯族毒素的联合毒性作用机制。类似研究思路在国内外均具有较好的创新性，项目开展为真菌毒素的联合毒性机制研究提供理论依据和方法借鉴，对农产品中真菌毒素风险评估和防控均具有重要的理论和实践意义。

真菌毒素混合污染一直是农产品质量安全监管的难点与重点。单端孢霉烯族类毒素作为全球污染率最大的一类毒素，其混合污染产生的联合毒性效应及作用机制尚未明确。.本项目在前期开展的典型真菌毒素在代谢组联合毒性研究的基础上：（1）筛选分析单端孢霉烯族毒素联合作用类型的模型；（2）DON、3-ADON及15-ADON联合诱导靶细胞A549和Caco2的毒性效应研究及作用类型判定；（3）基于细胞代谢组学探究DON、3-ADON及15-ADON联合毒性机制。.结果发现：（1）DON + 3-ADON、3-ADON + 15-ADON和DON + 3-ADON + 15-DON的混合物对A549细胞产生几乎完全拮抗的细胞毒性（IC10-IC90），而DON+15-ADON的组合在低细胞抑制水平（IC10）上发挥了协同作用，在中高细胞抑制水平（IC30-IC90）则产生拮抗作用。对于Caco-2细胞，DON + 3-ADON和3-ADON + 15-ADON的组合产生几乎完全拮抗的细胞毒性（IC10-IC90）；DON+15-ADON的组合在中低细胞抑制水平（IC10-IC50）上发挥了协同作用，在较高细胞抑制水平（IC70-IC90）则产生拮抗作用；DON+3-ADON+15-ADON的组合在较低细胞抑制水平（IC10-IC30）产生协同作用，而在中高细胞抑制水平（IC50-IC90）又发挥拮抗作用。（2）采用非监督的PCA、聚类热图分析与通路分析对DON、3-ADON及15-ADON单独与联合作用于靶细胞后的胞内代谢轮廓变化加以分析，探索了三者共存对机体的毒性效应及毒性机制。显著差异代谢物筛选的结果显示，随着毒素浓度的增加，细胞显著差异代谢物是数量增多，说明高剂量毒素加剧了毒素对细胞正常代谢动态的扰动。对于A549和Caco-2两种不同的靶细胞，显著差异代谢物变化的趋势并不相同。此外，毒素联合作用相比于单独作用并没有明显增加显著差异代谢物的数量，这可能与毒素共存时产生拮抗作用相关。代谢通路富集分析结果表明，DON及其衍生物主要通过扰乱靶细胞的苯丙氨酸、酪氨酸、色氨酸、丙氨酸、天冬氨酸、谷氨酸、牛磺酸和低牛磺酸代谢通路，从而影响氨基酸和蛋白质的合成，产生细胞毒性。.项目开展为真菌毒素的联合毒性机制研究提供理论依据和方法借鉴，对农产品中真菌毒素风险评估和防控均具有重要的理论和实践意义。.