串珠鐮刀菌素

串珠鐮刀菌素（moniliformin）是由多種鐮刀菌產生的有毒次級代謝產物。其產毒菌種常侵染玉米、小麥和水稻等禾穀類作物，不僅造成農作物減產，更會危害動物和人類健康。

基本介紹

• 中文名：串珠鐮刀菌素
• 外文名：moniliformin
• 分子式： C4HO3R
• 化學名稱：1，2-二酮-3-羥基環丁烯

簡介

在全球範圍內串珠鐮刀菌是污染玉米等糧食作物的優勢菌，能產生多種毒素。串珠鐮刀菌素是由Cole等首次從串珠鐮刀菌的培養物中分離得到的一種真菌毒素，該毒素在自然界分布廣泛。目前已知有十餘種鐮刀菌可產生串珠鐮刀菌素，目前已知產串珠鐮刀菌素的鐮刀菌主要有串珠鐮刀菌(F．moniliforme)、串珠鐮刀菌膠胞變種(F．moniliformevar．subglutinus)、木賊鐮刀菌(F．equiseti)、半裸鐮刀菌(F．semitectum)、本色鐮刀菌(F．concolor)、燕麥鐮刀菌(F.auenaceum)等，最高產毒量可以達到33.7g/kg。鐮刀菌能在1～39℃的溫度範圍內生長，最適溫度為25～30℃，最適產毒溫度通常在8～12℃。

來源

產生串珠鐮刀菌素的鐮刀菌廣泛分布於自然界中，主要引起麥穗、穀粒及玉米等霉變，並能在燕麥、大豆、高粱、大麥、小米、小麥及土壤中生長，導致串珠鐮刀菌素主要污染玉米等糧食作物。

串珠鐮刀菌是侵害玉米及玉米製品等穀物食品和飼料的優勢真菌。有人曾報導波蘭95%～100%的玉米受鐮刀菌污染，污染水平達到4．2～530mg/kg；秘魯25份玉米樣品中檢出串珠鐮刀菌素污染水平為70～270mg/kg。1996年我國克山病病區43個玉米樣品中串珠鐮刀菌污染率為81．4%，串珠鐮刀菌素污染水平為52.3～1116og/kg。

理化性質

串珠鐮刀菌素通常以鈉鹽和鉀鹽的形式存在於自然界中，分子式為 C4HO3R（R=Na 或 K），化學名稱為 1，2-二酮-3-羥基環丁烯（3-hydroxycyclobutene- 1,2-dione）。其游離酸為強酸， pKa 為 0.0±0.05 至 1.7，化學性質屬於半方酸陰離子，與無機酸性質類似，故從結構上也可將串珠鐮刀菌素命名為半方酸鈉（或鉀）。通常為淡黃色針狀結晶, 易溶於水和甲醇, 不溶於二氯甲烷和三氯甲烷。Springer等運用 X 射線衍射技術確定了串珠鐮刀菌素的空間立體結構。

由串珠鐮刀菌素鈉鹽（sigma，純度≥99%）的紫外掃描圖可知，串珠鐮刀菌素在 227 nm 處有最大吸收峰，在 256 nm 處有次級吸收峰；而紅外光譜表明串珠鐮刀菌素在 1 780 cm-1、1 709 cm-1、1 682 cm-1、1 605 cm-1、1 107 cm-1 和 846 cm-1 處均有吸收。串珠鐮刀菌素在水溶液中以單體形式存在，並在 pH 值為7 時最穩定；另外，在 pH 值為 10 時也較穩定。試驗結果顯示，串珠鐮刀菌素在 100 ℃且 pH 值為 4 的溶液中加熱 60 min 不會遭到破壞，冷凍乾燥也不會影響串珠鐮刀菌素的穩定性，但鹼法蒸煮能夠部分或者完全將其破壞，破壞程度依賴加工的溫度和時間。在串珠鐮刀菌素的水溶液中通入 O3 曝氣 15 min，其四元環會被打開形成 2,3-二羥基-2,3-環氧-丁二酸和 2-羰基-3-羥基-丁二酸。

串珠鐮刀菌素的毒作用機理

串珠鐮刀菌素毒作用的分子機理主要是特異性抑制丙酮酸進入三羧酸循環，並能夠阻礙三羧酸循環的中間產物(如：α-酮戊二酸)的氧化。

Burka 等和 Gathercole 等首先發現串珠鐮刀菌素能抑制丙酮酸脫氫酶的活性，Pirrung 等的進一步研究證實串珠鐮刀菌素可通過與丙酮酸脫羧酶、α 酮戊二酸脫氫酶競爭活性位點來發揮毒性作用。並且串珠鐮刀菌素能通過抑制酮糖移轉酶和醛糖還原酶干擾碳水化合物的代謝；而其引起的成肌細胞氧化損傷可能與抑制谷胱甘肽氧化酶和還原酶的活性有關。另外，串珠鐮刀菌素對琥珀酸脫氫酶和細胞色素氧化酶也具有競爭型抑制作用，可導致呼吸鏈的中斷，從而引起心肌供能不足，最終造成心肌損傷。

也有學者認為，MON 的毒性可能是因其導致細胞內外電位失衡而引起。串珠鐮刀菌素對心肌細胞的B、L、T 三型離子通道具有阻滯作用，能引起細胞內Ca2+平衡失調[19]，最終導致細胞的損傷。章紅等用串珠鐮刀菌素鈉鹽水溶液與方酸鈉水溶液（串珠鐮刀菌素的結構類似物）的灌胃試驗首次證實了串珠鐮刀菌素結構中 4 號位上的氫原子對其毒性的發揮起著重要的作用。

串珠鐮刀菌素的毒性

串珠鐮刀菌素對動物有較強的毒性作用，主要作用於增殖活躍的細胞，例如心肌、肝、脾、骨骼肌以及軟骨細胞和骨細胞等。有學者提出串珠鐮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、心肌變性和壞死。另外還會使中毒動物身體組織水腫，細胞線粒體異形、空泡變性或顆粒變性，同時還能造成乳頭肌、迴腸末端肌肉和主動脈以及肺動脈的收縮力下降。亞慢性毒性試驗則發現其能影響生長性能，並具有免疫抑制，還可導致豬的大骨軟骨病。此外，通過流行病學等調查顯示，串珠鐮刀菌素可能與人的克山病存在相關性，而且當串珠鐮刀菌素與伏馬菌素（此兩種同為鐮刀菌產生，且產毒菌株種類有交叉）同時存在，由於具有協同作用，其毒性往往比串珠鐮刀菌素單獨引起的毒性強。