组学技术在赭曲霉毒素A研究中的应用进展.pdf

文章编号(2023)08-1551-11Journalof NuclearAgricultural Sciences1551核农学报2 0 2 3,37(8)：1551 156 1组学技术在赭曲霉毒素A研究中的应用进展闫静阎贺静王薇薇李军*朱凤妹（河北科技师范学院食品科技学院，河北秦皇岛066600)摘要：赭曲霉毒素A（O c h r a t o x i n A,O T A)是人类和动物饮食中最常见的真菌毒素之一，是一种由曲霉或青霉产生的次级代谢产物。OTA具有肝毒性、肾毒性、肠毒性、神经毒性、免疫毒性、致癌、致突变等毒害作用，严重危害人和动物的健康。近年来，不同组学研究发展迅速，基因组学、转录组学和蛋白质组学为确定OTA生物合成的分子关键步骤提供了新的信息，代谢组学技术也广泛用于研究OTA的毒性及其机制。本文从基因组、转录组、蛋白质组以及代谢组等组学技术对OTA的研究进行了综述，并提出了相关研究的发展趋势以及有待解决的问题，利用多组学技术有助于全方面了解OTA，为研究OTA的生物合成、毒性机制及防控提供了理论参考。关键词：赭曲霉毒素A；基因组学；转录组学；蛋白质组学；代谢组学D0I:10.11869/j.issn.1000-8551.2023.08.1551赭曲霉毒素(Ochratoxin)是由多种曲霉属和青霉属产生的一类次级代谢产物，该物质含有多种结构类似化合物，如赭曲霉毒素A（O c h r a t o x i n A，O T A）、赭曲霉毒素B(Ochratoxin B,OTB）、赭曲霉毒素C(Ochratoxin C,OTC）、赭曲霉毒素（O c h r a t o x i n，O T）、赭曲霉毒素（O c h r a t o x i n,OT）等。其中OTA的毒性最大，分布最广，含量最高，对农产品的污染最重，广泛存在于各种食品、中草药及香料中，严重危害人类健康 。且OTA有热稳定强、水溶性差的特点，在食品中经高温加工（2 50)难以去除，因此世界各国对各种制品中的OTA含量制定了严格的监管限制及检测技术手段1-4,具体信息如表1所示。在已发现的多种真菌毒素中，OTA的危害程度仅次于黄曲霉毒素。研究表明，OTA具有多种毒害作用，如肾毒性、肝毒性、肠毒性、免疫毒性、致畸、致癌、致突变等,是巴尔干地方性肾病的诱因之一2 。国际癌症研究机构（International Agency for Research on Cancer,IARC）和世界卫生组织（WorldHealthOrganization，WHO)已将OTA归类为2 B类致癌物2 3。组学技术是研究真菌毒素领域的重要工具，用于识别生物标记物，检测真菌毒素的种类并探究其生物合成途径。本文拟对近年来应用组学技术对OTA研究的情况做一概述，旨在为相关科技工作者对OTA的生物合成机制、致毒机理、污染防控以及抗赭曲霉毒素药物的开发等方面提供参考。1基基因组学技术在赭曲霉毒素A研究中的应用基因组学是一门对生物体所有基因进行集体表征、定量研究及不同基因组比较研究的交叉生物学学科。基因组学技术能识别与真菌毒素产生有关的基因,并分析相关基因组的结构、功能、进化、定位、编辑和作用2 4。基因组学包括多种内容，如功能基因组学、结构基因组学、比较基因组学和宏基因组学等。其中功能基因组学有助于了解宿主与真菌的相互作用及影响真菌毒素产生的遗传因素，对于制定防控OTA污染的策略起重要作用2 5。比较基因组学是用于比较不同物种或不同群体间的基因组差异和相关性的系统生物学研究，目前广泛用于研究OTA的生物合成途径。随着基因组学不断的发展，OTA的生物合成途径研究不断深人。Wang等2 6 利用Aspergillus ochraceus、Aspergillus carbonarius Aspergillus niger、A s p e r g i l l u s s t e y n i i,收稿日期：2 0 2 2-10-2 0 接受日期：2 0 2 2-12-2 7基金项目：国家自然科学基金资助项目（32 2 7 158 2），河北省重点研发计划项目（2 137 2 8 0 1D）作者简介：闫静，女，主要从事食品生物技术研究。E-mail：2 9 39 8 8 4430 q q.c o m*通讯作者：李军，男，教授，主要从事食品生物技术研究。E-mail：s p g c x 16 3.c o m；朱凤妹，女，教授，主要从事食品生物技术研究。E-mail：z h u f e n g me i 0 7 14 16 3.c o m。同为通讯作者。155237卷核报农学表1各种制品的污染情况及相关标准限量Table1Contamination of various products andrelevant standard limits国家标准限量污染物含量National参考文献ContaminationContentstandard limitReferences/(gkg*)玉米Corn025.90 gkg-l5.05小麦Wheat0.1634.75 gkg-l5.05大米Rice024.90 gkg*l5.06高粱1.0427.80 g kg-l5.07Sorghum grains大麦Barley0.16 185.24 g:kgl5.08燕麦Oat0.534.00 g:kgl5.09黑麦Rye0.2 1 10.00 g kg*5.010葡萄Grape0 10.14 g:kg*l11葡萄酒Wine0.308.60 ng L-12.012啤酒Beer4.00100.00 ng L-113烘焙咖啡4.80120.20 gkg*15.014Roasted coffee速溶咖啡4.0931.40 gkgl10.015Instantcoffee茶Tea0.01 93.76 g:kg*110.015牛奶Milk2.00270.00 ng L-116肉制品0.06103.69gkg*117Pork products奶酪Cheese1.30 22.40 g kg*18坚果Nuts0.06 1.78 g:kgl10.019草药0.02 23.82 g kg120.019Medicinal herbs香料Spices0.12452.46 gkg*115.019油籽Oilseed0271.00 gkg*l5.019饲料Feed1.897.68 g kg*19婴儿食品0.6022.10 g kg*0.520Baby formulae巧克力0.180.75 gkg*l21ChocolateAspergillus westerdijkiae和Penicillium nordicum均可以产生OTA,经基因组比较分析，鉴定出了与OTA生物合成相关的关键基因并推测出合成途径，即起始由乙酰辅酶A和丙二酰辅酶A经聚酮合成酶（polyketidesynthases,PKS,基因名OtaA)作用合成7-甲基蜂蜜曲霉素，然后被细胞色素P450单加氧酶(OtaC)氧化生成OT。O T 和L-苯丙氨酸在非核糖体肽合酶(nonribosomal peptide synthetase,NRPS,基因名 OtaB)作用下形成酰胺键进而形成OTB。O T B再经卤代酶(OtaD)氯化，最终得到OTA，如图1所示。此外，该项研究还证明了OT和OTB是OTA生物合成的中间产物，而OTC和OT则不是。这项研究成功证明了所有OTA产生菌中都存在一条统一的OTA生物合成途径，包含4个高度保守的基因和1个碱性亮氨酸拉链转录因子(basicleucinezipper,bZIP,基因名OtaRI），并阐明了途径中的特定基因、特定酶与代谢中间产物的关系。在此基础上，Ferrara等2 7 通过对产OTA的19 种曲霉和2 种青霉进行基因组比较，分析发现在PKS和NRPS之间存在一个新基因,该基因序列中的SnoaL环化酶结构域(OtaY)起到了推动OTA合成的作用。这是首次在A.carbonarius已知的OTA生物合成基因簇上发现了一个新的未知基因，基因簇如图2 所示。这为更深入全面地了解OTA生物合成提供了新证据。与传统的真菌毒素检测方法相比，聚合酶链式反应（polymerasechainreaction，PCR）可以更加便捷、快速、高效、准确地检测出OTA。Su s c a 等2 8 从奶酪表面分离了5株A.westerdijkiae并分析其基因组序列数据，发现编码bZIP转录因子的基因只存在于产OTA菌株中。利用这一信息设计了一种PCR方法，可以专一地识别并区分A.westerdijkiae能否产生OTA。张健等2 9 利用A.nigerCBS513.88中PKS的酰基转移酶结构域（a c y l t r a n s f e r a s e，A T)设计引物，建立了一个针对产毒黑曲霉的PCR检测方法，该方法适用于产毒黑曲霉的初筛，对黑曲霉产毒污染农产品具有良好的检测及预警作用。基因组学的进步引发了系统生物学领域的一场革命，促进了对复杂生物系统的理解。将新发现的每一种产毒菌株的基因组序列进行比较分析，经过不断修订，改进基因组注释并对预测基因进行比较，可以提高对OTA合成途径的了解。从基因组数据中挖掘的与OTA相关的基因及不同菌种之间的差异基因都将是研究OTA调控、防治的重要对象。基因组学还有望促进治疗OTA药物的开发,并为制定预防人和动物疾病的策略提供重要信息。尽管该技术已经揭示了OTA生物合成的一些关键酶促反应，但其生物合成途径及其调控机制尚未完全阐明，需要和其他组学技术相结合才能更好地说明问题2车转录组学技术在赭曲霉毒素A研究中的应用转录组学是在整体水平上研究细胞中基因转录及转录调控规律的一门学科，是研究细胞表型和功能的重要手段30 。转录组学已经广泛应用于研究真菌毒素，可以同时检测大量基因表达的变化，提供有关基因组结构和有毒化合物诱导细胞机制的信息31。因此，1553组学技术在赭曲霉毒素A研究中的应用进展8期CoAOHOHOP450/黄素嘌呤二核苷酸乙酰辅酶A(1)依赖性氧化还原酶HOOCCOOHacetyl CoA(1)PKSP450/FAD-dependent oxidoreductaseOtaANH2CH,OtaC/OtaECH,CoA7-甲基蜜蜂曲霉素L-苯丙氨酸HO7-methylmelleinOTL-phenylalanme丙二酰辅酶A(4)NRPSOtaBmalonyl CoA(4)COOHOHOCOOHOHOHALNHOtaDNHCH;CH,C1OTAOTB图1推测的OTA生物合成途径Fig.1The putative OTA biosynthesis pathwayOtaR2OtaAOtaYOtaBOtacOtaR1OtaD注：otaR2为锌指DNA结合蛋白。Note:otaR2 is a zinc finger DNA binding protein.图2预测Aspergilluscarbonarius的OTA生物合成基因簇Fig.2Prediction of OTA biosynthesis gene cluster in Aspergillus carbonarius应用转录组学可以确定OTA的生物合成途径、阐明其药理学及毒理学机制，为预测遗传毒性和致癌性提供有用的信息。A.carbonarius是OTA的主要产生菌，是农产品中广泛存在的真菌病原体，严重威胁人和动物的健康，但不是所有的A.carbonarius都能产生OTA,研究菌株之间的差异能制定有效的防控策略，降低食品中OTA的污染3-3。高通量测序技术(transcriptome sequencing,RNA-Seq）、逆转录 PCR(reverse transcription-PCR,RT-PCR和高通量微阵列分析等转录组分析手段已广泛用于真菌毒素的研究中。利用RNA-Seq分析两种A.carbonarius（产毒与不产毒）与OTA相关的转录变化，在不产毒的菌株中存在大量的差异表达基因,并利用实时荧光定量PCR（q u a n t i t a t i v e r e a l-t i me PCR，q RT-PCR)进行验证。其中所有与OTA生物合成相关的假定基因均下调幅度最大，AcOTAbZIP的下调可能是不产OTA的主要原因。此外,AcOTApks基因中的AT结构域中存在有害突变,也阻止了OTA的产生33。基因可以在不同的环境条件下进行不同的调节和表达，进而合成不同的代谢物34，如表2 中的环境因素部分所示。干腌火腿是一种重要的肉类产品，通常霉菌有助于火腿感官品质的发展，然而一些霉菌如P.nordicum能在高盐环境中产生OTA。q RT-PCR分析表明,NaC1可通过激活参与OTA生物合成途径中的otapksPN和otanpsPN基因，从而导致OTA的产生2 4此外,产毒能力强的P.nordicum不需要毒素和NaCl的诱导就可产生大量的OTA，而产毒能力弱的菌株则需要诱导34。这为减少干腌肉制品中的OTA污染奠定了基础。目前，OTA的多种毒性机制尚未阐明，可以利用转录组学技术开展相关的毒理学研究35-39 ,如表2 中毒理学机制部分所示。OTA是一种有效的肾致癌物,且作用效果具有性别差异，以小鼠为研究对象，雄鼠对OTA更为敏感,雄鼠体内大量的差异表达基因主要与代谢（Cyp2cll、Cy p 2 d l、Cy p 2 d 5、D h r s 7）、钙稳态（Gc、S100g)和转运（Slc51b)有关35。斑马鱼中发生肝癌的相关基因和途径与人类之间高度保守36 ,以斑马鱼胚胎为研究对象,研究转录组首次发现OTA对早期发育脊椎动物具有肝毒性并阐明了其作用机制37 。该研究可为评估孕妇和发育中个体的健康风险提供更多信息。向分化的人肠上皮细胞系Caco-2细胞加人不同浓度的OTA共培养后进行转录组分析，确定了OTA引155437卷报核农学起肠功能损害的部分原因38 。这项研究强调了OTA的肠道毒性,并提供了生物反应的全基因组视图，为肠道毒性提供了理论基础，并有助于确定OTA的最大残留限量，但还需进行更详尽的研究阐明所有的潜在机制。转录组学有助于理解复杂的生物系统和开发新的生物标记物，这些可以帮助早期诊断疾病，并找到有效的治疗方法或药物，如表2 生物防治部分所示。转录组学已证明Bacillussubtilis可通过产生伊枯草菌素A抑制A.carbonarius的生长和OTA的产生39 。这一发现为开发高效的抗OTA药物提供了有效信息，对农业和生物医学具有重要意义。OTA生物降解的主要机制为酰胺键水解后降解为无毒或低毒的OT。从微生物和动物胰腺中分离或克隆的一些OTA降解酶，在食品和饲料工业中有着巨大的应用前景，但微生物在食品和饲料工业中的应用必须谨慎，尤其要注意安全性。表2 转录组学在影响OTA合成的环境因素、OTA毒理学机制与生物防治方面的应用Table 2 Application of transcriptomics in environmental factors affecting OTA synthesis,OTA toxicologicalmechanisms and biological control研究方向研究内容试验结果参考文献ResearchdirectionResearchcontentsExperimental resultReferences环境因素高NaCl高产毒菌株的OTA合成基因不受外源OTA和NaCI浓度的影响，与之相反，产毒能力35Environmental factors弱的菌株受到影响毒理学机制致肾癌试验受体：小鼠36Toxicologicalmechanisms其作用具有性别差异，男性更为敏感，其机制可能与代谢、转运、核受体和细胞增殖或调亡等基因相关致肝癌试验受体：斑马鱼胚胎37OTA能抑制肝母细胞分化过程中两个关键转录因子造血表达同源框（Hhex）和prospero同源框1(prox1)的表达,并抑制肝细胞增殖，导致肝脏变小,凝血因子和肝脏特异性microRNA-122的信号水平降低，最终使肝脏的发育中断肠毒性试验受体：小鼠38OTA激活了肿瘤蛋白p53介导的细胞凋亡信号通路，导致小鼠双微体2 基因（MDM2)下调，半胱天冬酶3（CASP3)上调，使OTA诱导分化的Caco-2细胞调亡生物防治伊枯草菌素A抑制OTA产生：Bacillus subtilis可通过产生伊枯草菌素A对多种代谢途径造成显著干39Biological control扰，从而抑制Aspergilluscarbonarius的生长和OTA的产生由于转录调控在真菌次级代谢过程中的重要性，转录组分析可以作为深人了解OTA的重要工具。经过回顾OTA的相关转录组研究，虽然该技术没有阐明OTA的作用模式，但有助于研究OTA的毒理学信息。因此，转录分析方面仍需进行大量的工作，以便在转录组水平上提取到更多关于OTA的信息，为研究和理解OTA的生物学开辟新的途径。同时,转录组与经典毒理学或与其他组学技术相结合的研究将成为热潮，能更深人地探究影响OTA作用模式的因素3蛋白质组学技术在赭曲霉毒素A研究中的应用蛋白质是生理生化途径的重要组成部分，是体内代谢的主要信号分子，蛋白质组学可以重点识别和表征参与OTA代谢途径中的蛋白质，包括研究每种蛋白质的细胞位置、亚型和功能，以阐明生物系统中发生的分子过程，对于揭示生物过程中潜在的分子机制至关重要40 。微生物种类、营养条件和环境信号等因素影响着OTA的生物合成41。（Crespo-Sempere等42 首次利用蛋白质组学分析两种A.carbonarius（产毒与不产毒）中与OTA产生相关的蛋白质，二维凝胶电泳和质谱法表示这些蛋白质可能在氨基酸代谢、氧化应激和孢子形成通路中发挥作用；同时，还发现了一种上调的功能未知的蛋白质CipC,通过RT-PCR证实了该蛋白参与OTA的生物合成，为OTA生物合成途径提供了新见解。环境因素对OTA生物合成具有显著影响，如表3环境因素部分所示。蛋白质组学是探究一些曲霉和青霉能够在高盐环境中生长并产生OTA的有力工具43。Wang等44 利用基于同位素标记相对和绝对定量(isobaric tags for relative and absolute quantification,iTRAQ)的蛋白质组学技术分析赭曲霉在高盐(7 0 gL-)和低盐（2 0 gL-)时的蛋白质差异表达，发现NaCI浓度可影响麦角留醇的合成途径、能量代谢、氧化应激反应、蛋白质的合成加工以及次级代谢等方面从而影响OTA的合成。这些研究为防控OTA污染，保护食品安全提供了思路。15558期组学技术在赭曲霉毒素A研究中的应用进展表3蛋白质组学在影响OTA合成的环境因素、OTA毒理学机制与生物防治方面的应用Table33Application of Proteomics in environmental factors affecting OTA synthesis,OTA toxicologicalmechanisms and biological control研究方向研究内容试验结果参考文献Research directionResearchcontentsExperimental resultReferences环境因素高NaCl添加NaCI后，麦角留醇合成途径显著上调；包括OTA产生在内的真菌生长和发育44Environmental factors是一个复杂的过程，与营养吸收、细胞膜完整性、细胞周期、能量代谢、细胞内氧化还原稳态、蛋白质合成和加工、自噬和次生代谢等有关；活性氧种类可能是了解中等盐含量有利于细胞内信号转导而高盐含量引起氧化应激的机制的重要窗口毒理学机制致癌试验受体：HEK293和HepG2细胞45ToxicologicalmechanismsmiRNA主要与人类癌症和信号转导途径有关肝毒性试验受体：小鼠46初级胆汁酸生物合成和细胞色素P450对外源性物质的代谢两种途径与肝损伤直接相关生物防治柠檬醛抑制OTA产生：柠檬醛在亚抑制浓度下可影响营养摄人、留醇生物合成、核糖体生48Biological contro物发生、能量代谢、氧化应激和氨基酸代谢等途径，从而抑制OTA产生熊果酸治疗肾毒性：熊果酸可以缓解由OTA导致的氧化应激引起的肾细胞死亡49Debaryomyces抑制OTA产生：Debaryomyceshanseni减少了参与OTA生物合成的蛋白质，与迷选50-52hansenii和迷迭香香结合后改变了细胞壁完整性途径；迷迭香可以降低与苯丙氨酸和麦角留醇合成衍生物相关的蛋白质丰度OTA的多种毒害作用可诱导哺乳动物细胞系中的DNA损伤、细胞毒性和调亡，如表3毒理学机制部分所示。microRNA（mi RNA)可调控基因表达，参与机体的生理和发育过程并与人类疾病息息相关。Zhao 等45首次通过解除miRNA的调控，利用高通量miRNA分析、基因本体(Gene Ontology,GO)和京都基因与基因组百科全书（Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes,KEGG)分析研究OTA对HEK293和HepG2细胞造成的损伤，发现miRNA主要与人类癌症和信号转导途径有关。在探究OTA诱导早期肝毒性的机制时,将大鼠用OTA灌胃13周后测量肝脏中miRNA、m RNA 和蛋白质的表达，发现两种途径与肝损伤直接相关，分别是初级胆汁酸生物合成和细胞色素P450对外源性物质的代谢46 据报道，在谷物、饲料和食品中易检测出OTA，为保障人和动物的安全及减少农民经济损失，防治OTA污染十分重要47 。OTA的生物防治是一种很有前景的策略，生物脱毒方法具有更好的安全性、风味、营养质量、感官特性、可用性和成本效益，比物理和化学脱毒方法更有前景47-52 ,如表3生物防治部分所示。基于iTRAQ蛋白质组分析发现柠檬醛能够抑制A.ochraceus的生长和OTA的积累，这一结果证明了柠檬醛具有对粮食和其他农产品保鲜的潜力，为其在亚抑制浓度下的抗OTA机制提供了新见解48 。熊果酸(ursolicacid,UA）广泛存在于水果、食品和药用植物的各种表皮蜡中。有研究表明UA具有保护肾脏功能，利用凝胶电泳法分析UA对OTA诱导的肾细胞毒性的保护机制，证明其具有治疗肾毒性方面的潜力49 ，并为研制治疗肾细胞毒性的医药提供了新思路。干腌发酵香肠的工业生产过程中,Debaryomyceshanseni和迷迭香衍生物可作为生物防治剂抑制OTA的产生50-52 。蛋白质组学通过研究真菌产生OTA时的蛋白质含量，提高对真菌次级代谢时细胞行为的理解，通过蛋白质谱的变化信息可以增强对生物因素影响真菌次级代谢的了解。蛋白质组学促进了OTA领域的发展，探究了环境因素影响OTA生物合成的机制以及OTA的毒理学机制，为生物防治剂的研制提供了大量的证据。蛋白质组为深人了解OTA的生物学功能提供了重要的线索，为今后更加深入的研究提供了有力的工具。同时与其他组学技术联合使用成为今后的研究热点，能够更全面系统的了解OTA。4代谢组学技术在赭曲霉毒素A研究中的应用代谢组学重点分析代谢组，包括有机体中所有的代谢物，如代谢中间体、激素和其他信号分子以及次级代谢物2 4。该技术分为靶向和非靶向两种,前者侧重于识别和量化已知的真菌毒素53,而后者用于发现新的代谢物。目前，代谢组学通常会基于一系列色谱、质谱联用的手段来分析检测真菌毒素，弥补质谱在痕量水平上的缺陷54-5以真菌为重点，代谢产物谱已被用作真菌分类学和155637卷报核农学生理学研究的常用工具，还可以用来检测食品中病原体和腐败微生物56。一些菌株能够通过防御机制和相关酶的水解或结合反应将亲本赭曲霉毒素转化为衍生赭曲霉毒素57-6 0 。通过液相色谱-高分辨质谱(liquidchromatography-high resolution mass spectrometry,LC-HRMS)对3株经OTA诱导后的酿酒酵母进行衍生赭曲霉毒素鉴定,鉴定出了OT、O T、O T C、赭曲霉毒素甲酯、赭曲霉毒素B甲酯、乙酰胺赭曲霉毒素A、羟基赭曲霉毒素A、羟基赭曲霉毒素 A甲酯和赭曲霉毒素A纤维二糖酯。评估葡萄品种和成熟期对形成OTA及其衍生毒素的影响,LC-HRMS鉴定出了乙酰胺赭曲霉毒素A，这一发现为保证葡萄、葡萄酒等制品的安全和质量提供了新的方向。同时也表明了仅检测OTA无法保证食品安全，有必要在加工过程中对这些衍生毒素进行检测并提出相关的标准法规。环境是影响OTA生物合成的重要因素，代谢组会随着微生物、宿主和环境的波动而不断变化。如表4环境因素部分所示。在特殊环境空间站中，真菌会产生腐蚀设备的有机酸和危害健康的真菌毒素从而对空间站的长期运行构成威胁，微重力是空间站中不可避免的特殊条件6 1。以A.carbonarius为研究对象，以气相色谱飞行时间质谱（gas chromatography time-of-flight-mass spectrometry，G C-T O F-M S)为手段分析微重力对OTA、有机酸的产生及相关合成途径的影响，为空间站能长期安全的运行提供了保障。表4代代谢组学在影响OTA合成的环境因素、OTA毒理学机制与生物防治方面的应用Table 4 Application of metabolomics in environmental factors affecting OTA synthesis,OTA toxicological mechanisms andbiological control研究方向研究内容实验结果参考文献ResearchdirectionResearch contentsExperimentalresultReferences环境因素微重力微重力不会影响碳曲霉菌落的生长和形态，但会增加OTA和有机酸的分泌，显著影响62Environmental factors与运输和能量代谢有关的通路毒理学机制肝毒性试验受体：斑马鱼胚胎63Toxicologicalmechanisms提出了OTA毒性的综合模型一OTA肝毒性损害了解毒和抗氧化途径，导致线粒体膜功能障碍，表现为能量代谢途径之间的串扰肾毒性、试验受体CD-1：小鼠64肝毒性与AFM1相比，OTA的肝毒性和肾毒性更强，且两种毒素对肝毒性有协同作用。溶血磷脂酰胆碱（LysoPCs）可能是引起肾损伤和肝损伤的关键代谢产物肾毒性、试验受体：小鼠、大鼠65肝毒性OTA上调了能量代谢水平；上调了小鼠肝脏中脂肪酸氧化而导致肝损伤；抑制了大鼠肾脏中脂肪酸氧化而导致肾损伤;确定肌醇、氧化三甲胺、假尿苷和亮氨酸为OTA毒性的潜在生物标记物生物防治姜黄素预防肝氧化损伤：可以调节OTA诱导的盲肠微生物群和脂质代谢的破坏来减轻肝脏氧66Biological control化损伤姜黄素治疗肠毒性：降低脂质过氧化，改善肠道屏障和线粒体功能67代谢组学可从分子水平上理解OTA的致毒机制6 2 ,如表4毒理学机制部分所示。斑马鱼胚胎经OTA诱导后进行代谢谱分析，提出了OTA肝毒性的综合模型并确定了相关的代谢途径。牛奶中通常会同时存在黄曲霉毒素（aflatoxinM1，A FM 1）和OTA，基于代谢组评估AFM1和OTA在CD-1小鼠模型中的肾毒性和肝毒性的联合效果，这是首次尝试评估和比较OTA和AFM1的肾毒性。该项研究为制定牛奶中OTA的限量标准提供证据，也为将OTA归类为更高水平的致癌物提供了依据。以气相色谱-质谱联用（gaschromatography-mass spectrometry,CC-MS)和核磁共振氢谱为基础的手段，结合病理切片等传统技术，探讨了OTA影响脂肪酸代谢而导致肝毒性和肾毒性的机制，为全面理解并预防OTA的肝毒性和肾毒性提供了理论基础。OTA对肠道上皮细胞具有明显的侵犯作用,损害了动物健康,减少OTA对畜牧业的不利影响迫在眉睫6-6 1,如表4生物防治部分所示。经液相色谱/质谱法（liquidchromatography/mass spectrometry,LC/MS)分析姜黄素对OTA诱导后鸭子的血清脂质代谢产物的水平及盲肠消化液中的代谢物的影响，结果显示姜黄素具有抗氧化功能，调节肠道微生物组成，减轻OTA的肠毒性作用，对机体具有明显的保护作用，是预防OTA诱导的肝氧化损伤的重要物质。代谢组学分析也具有明显的缺陷，该技术能显示不同处理后代谢物的变化，但不能区分这些变化与不同代谢物的因果关系。代谢组学技术为深人了解OTA1557组学技术在赭曲霉毒素A研究中的应用进展8期的生物学功能提供了新的方法，同时与其他组学技术联合使用成为今后的研究趋势，能够从不同维度解析OTA的致毒机制及防控策略，更深人地了解OTA。5联合组学及其他组学技术在赭曲霉毒素A研究中的应用OTA的生物合成机制、毒理学机制以及生物防控机制极其复杂，这些机制是多层次网络相互调节作用的结果。使用单一组学技术难以全面、系统、真实地反映这些机制。近年来，联合组学分析在OTA的研究中逐渐增多，如转录组学-蛋白质组学联合、蛋白质-脂质组学联合、转录-脂质组学联合分析。通过组学技术联合应用，更好地探究了环境因素对OTA生物合成的影响，与分子层面的全局代谢变化相关联，进而从信号调控、转录翻译、生化反应、代谢途径等多个维度研究了pH值影响OTA生物合成的机制。Zhao等6 7 联合转录组和蛋白质组揭示了P.citrinum的OTA的生物合成受pH调控,在酸性环境（pH值为3下毒素产生受到抑制。转录组数据发现氨基酸、碳水化合物、无机离子的运输和代谢，次级代谢物的合成以及能量供应等代谢途径可能参与OTA生物合成。蛋白组数据发现，在酸性培养条件下，与OTA合成相关的酶及蛋白表达水平显著降低。该研究为进一步研究OTA生物合成的分子水平提供了基础，揭示了OTA合成和分子调控的可能机制，也为控制OTA的合成提供了科学指导。OTA的肠毒性是近两年的研究热点，通过转录组和蛋白质组交叉组学分析AFM1和OTA的联合作用，确定了这两种毒素在破坏肠道完整性方面具有协同作用，且作用机制与一系列与肠道完整性相关的途径有关，如肿瘤坏死因子（tumornecrosis factor,TNF)信号通路、肌动蛋白细胞骨架的调节、粘着斑痕、粘附连接和缝隙连接途径6 8 。这些结果表明，AFM1和OTA的联合使用可能会加剧肠道炎症，因此监管机构在进行风险评估时仅以一种毒素作为标准太过片面，应注意多种毒素对食品的污染。在OTA生物防治方面,联合组学能够用来挖掘更多有效的生物防治剂减少OTA的污染，为研制药物治疗肾毒性和肝毒性提供新思路。脂毒性是导致严重肾病的最常见原因，目前可供选择的治疗方法很少。转录组与脂质组联合分析，发现曲克芦丁可有效的降低肾病患者甘油三酯、磷脂酰胆碱和磷脂酰乙醇胺的水平,减轻了OTA诱导的肾毒性和肾脏炎症6 9 。该研究为曲克芦丁能治疗肾病的潜在医疗用途奠定了基础近年来，研究人员发现了大量能够降解或吸附OTA的微生物，包括放线菌、细菌、丝状真菌和酵母菌。蛋白质组和转录组分析的结果表明，拮抗酵母YarrowialipolyticaY-2对OTA的降解可能是对OTA胁迫的多种防御反应的协同作用7 0 。该研究有助于了解酵母菌降解OTA的分子机制并将其用于OTA的生物防治。微生物组学是以微生物组为研究对象，利用高通量测序和质谱等技术来探究其内部群体间的相互关系、结构、功能及其与环境或宿主间相互关系的学科。近年来，微生物组学已成为食品行业的热门话题，用来提高食品链的质量和安全7 1。时空组学技术是一种空间分辨的转录组技术，能更好地阐明外源化学物与生物活性分子的时空特性，对于细胞生命活动的调控机制具有重要意义。该技术在描述生物细胞中的生物活性分子间的互作关系及各种疾病导致的细胞结构和功能的改变等研究中具有应用前景与价值7 2-7 3。虽然目前鲜有明确研究是利用微生物组学技术、时空组学技术探究OTA，但这些技术是探究产OTA菌株与复杂环境或宿主关系的有力工具，阐明OTA的毒性机制，为解决OTA造成的粮食污染、人和动物的健康危害、环境污染等问题提供革命性的新思路和新方法。6结论与展望组学技术是应用于生物科学的一组分析工具，不同的研究对象对应着不同的组学技术及方法，如图3所示。基因组学有助于识别与OTA产生有关的基因，开发新的OTA防控策略；转录组学侧重于研究整套RNA,在药理学、药物代谢动力学和毒理学领域广泛应用，有助于了解OTA的遗传毒性和致癌的生物学机制；蛋白质组学能够识别和表征与OTA生物合成途径有关的整个肽和蛋白质分布，还可以整合不同的分析方法和技术，了解生物体内细胞过程的全局信息。这两种组学信息可以帮助农民在作物发育的早期阶段预测OTA污染。最后，代谢组学重点分析的是对食品安全有重大影响的代谢物和小分子，例如衍生赭曲霉毒素。联合组学是未来生物学研究的一个趋势，探索解决每个组学所面临的一些问题，从DNA、RNA、蛋白质和代谢产物等多方面来控制和确保食品安全和质量。如转录组学本身并不能产生足够的信息来理解OTA产生的生物学过程,因此有必要将其与基因组学或蛋白质组学结合，以更清楚地了解其生物合成途径。此外，还应该结合新兴的微生物组学技术、时空组学技术155837卷报农学核组学技术基因组学转录组学蛋自质组学代谢组学染色体：DNARNA蛋自质代谢物OTA生物合成途径中参与OTA合成的功能涉及OTA生物合成衍生曲霉毒素，大量基因表达变化的基因途径的蛋白质确保食品安全信息帮助农民在作物发育开发新策略控制OTA有助于了解OTA的检测毒素，确保食品的早期阶段预测OTA的污染毒性机制质量与安全的污染1.微列阵分析1.微列阵分析RNA1.MALDI-TOF1.GC-MS2.定量逆转录-PCR2.RNA-Seq2.LC-MS2.LC-MS3.基于LAMP的群体特异性3.恒温扩增技术3.LC-MS/MS3.UPLC4.HRMS图3用于OTA研究的不同组学方法和分析技术示意图Fig.3Schematic diagram of different omics approaches and analytical techniques used for OTA research等手段来研究OTA，以便更深人全方位的了解其信息。通过多种组学及联合组学对OTA的生物合成途径、调控因子、信号转导、毒理学机制等方面进行深人研究，了解更深层的信息参考文献：1王薇薇，闫静，李军，朱凤妹.赭曲霉毒素A的生物合成和调控机制研究进展J.食品安全质量检测学报，2 0 2 2，13（5）：1444-1452 2 Bryla M,Ksieniewicz-Wozniak E,Stepniewska S,Modrzewska M,Szafranska A.Transformation of ochratoxin A during bread-makingprocessesJ.Food Control,2021,125(7):1079503 Wang Y,Wang L Q,Liu F,Wang Q,Selvaraj JN,Xing F G,Zhao Y J,Liu Y.Ochratoxin A producing fungi,biosyntheticpathway and regulatory mechanismsJ.Toxins,2016,8(3):83-98【4尚艳娥，杨卫民.CAC、欧盟、美国与中国粮食中真菌毒素限量标准的差异分析J.食品科学技术学报，2 0 19，37(1)：10-155 WeiT,Ren PP,Huang L,Ouyang Z C,Wang Z Y,Kong XF,LiT J,Yin Y L,Wu Y H,He Q H.Simultaneous detection of aflatoxinBl,ochratoxin A,zearalenone and deoxynivalenol in corn andwheat usin