综述:自噬在霉菌毒素诱导的毒性中的作用:综述

时间:2026年3月9日
来源:Toxicology

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黄曲霉毒素等真菌毒素通过引发氧化应激、内质网应激和线粒体功能障碍激活自噬,其作用具有双重性:适度自噬可清除受损细胞器及蛋白质,维持稳态;过量自噬则导致细胞自噬性死亡。靶向自噬通路调控可能成为缓解毒素毒性的有效策略。

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徐玉珂|刘梦洁|陈佳雪|刘泽宇|马书雅|刘业强|严国荣|徐晓香
中国上海200443,同济大学医学院上海皮肤病医院病理学系

摘要

霉菌毒素是由真菌产生的一种广泛存在的有毒次级代谢产物,对人类和动物健康构成重大风险。近期研究强调了自噬在介导霉菌毒素诱导的毒性中的关键作用。作为一种高度保守的细胞内降解途径,自噬通过选择性清除受损的细胞器和错误折叠的蛋白质聚集体来维持细胞稳态。然而,在霉菌毒素暴露的背景下,自噬的功能具有双重性:它既可以作为一种保护机制,也可能导致有害的细胞后果。本综述重点介绍了对自噬在霉菌毒素诱导的毒性中作用的理解进展,并讨论了通过靶向自噬途径进行干预的潜在策略。

引言

霉菌毒素是由霉菌产生的一种有毒次级代谢产物,经常在植物性食品和饲料中被检测到。根据Francine Kerstner等人的数据,在由各种食物原料制成的植物性饮料中已经鉴定出21种不同的霉菌毒素(Kerstner和Garda-Buffon,2024年)。其中,黄曲霉素B1(AFB1)、玉米赤霉烯酮(ZEA)、脱氧雪腐镰刀菌烯醇(DON)、伏马菌素B1(FB1)、赭曲霉毒素(OTA)和T-2毒素是日常生活中常见的霉菌毒素(Malir等人,2023年)。这些污染物可以侵染各种植物和动物产品,导致严重的营养损失和商业价值下降(Fumagalli等人,2021年)。此外,当动物和人类摄入受污染的食物时,霉菌毒素会被迅速吸收,并可能引发细胞毒性、基因毒性、免疫毒性和生殖毒性,从而破坏代谢稳态(Khan,2024年)。
自噬是一种由溶酶体介导的细胞过程,有助于降解和回收细胞内成分(Klionsky等人,2021年;Debnath等人,2023年)。它受到多种信号通路的严格调控,是一个涉及许多基因、蛋白质和信号通路的连续过程(Lu等人,2023年)。自噬主要分为三种类型:巨自噬、微自噬和伴侣蛋白介导的自噬(Kocak等人,2022年;Yamamoto和Matsui,2024年)(图1A)。巨自噬是最常见的类型。自噬的完成包括几个不同的阶段:吞噬小泡的形成、自噬体的形成和自噬体的成熟(Carinci等人,2021年)。
当细胞遇到能量限制(Schneider等人,2008年)、氧化应激和营养匮乏(Kazyken等人,2024年)等压力因素时,受损或有毒蛋白质和细胞器的积累会触发关键信号通路的激活,包括腺苷酸活化蛋白激酶(AMPK)和哺乳动物雷帕霉素靶蛋白(mTOR)(图1B)。AMPK可以通过直接激活unc-51样自噬活化激酶1(ULK1)(Yang和Klionsky,2021年)或间接抑制mTOR(Chen等人,2025年)来磷酸化并激活磷脂酰肌醇3-激酶(PI3K)复合体,从而诱导吞噬小泡的形成并成熟为自噬体。在整个过程中,一系列与自噬相关的基因(ATGs)被激活,介导封装待降解细胞成分的小泡的组装和成熟。最终,自噬体与溶酶体融合形成自溶酶体。溶酶体内的酸性水解酶将封装的物质分解为氨基酸和脂肪酸等小分子,然后释放回细胞质中重新利用(Feng等人,2018年)。这种溶酶体介导的细胞自我消化一方面有助于在饥饿和压力期间维持细胞代谢和存活;另一方面,通过消除受损的蛋白质和细胞器来保持蛋白质和细胞器的质量和数量(Liu等人,2023a)。鉴于自噬及其调控网络的复杂性,这一过程的失调与多种病理状况有关,包括癌症、神经退行性疾病(Wong和Cuervo,2010年)和传染病(Sabli和Sancho-Shimizu,2021年)。
需要注意的是,自噬激活和自噬流是两个不同的概念。自噬激活指的是自噬过程的启动阶段,具体指自噬被触发并开始的时刻。其核心特征包括ATGs的上调以及自噬相关蛋白水平的增加。这标志着自噬的开始,但不包括随后的步骤,如自噬体的成熟、与溶酶体的融合或货物的降解。自噬流代表自噬的完整动态过程,是判断自噬是否正常运作的关键指标。它涵盖了整个自噬级联反应,包括自噬激活、自噬体的形成、自噬体与溶酶体的融合、货物的降解以及降解产物的回收。
值得注意的是,自噬在霉菌毒素诱导的细胞毒性中表现出双重调控功能,其影响取决于具体的霉菌毒素类型、暴露剂量和细胞类型。自噬的保护作用主要体现在清除被霉菌毒素损伤的线粒体和内质网(ER)、减轻氧化应激和细胞损伤,以及降解由霉菌毒素产生的错误折叠蛋白质,从而抑制其毒性积累(Tang等人,2015年)。此外,自噬通过回收营养物质有助于维持细胞能量稳态。相反,当高浓度的毒素引发过度的自噬活动时,自噬的有害效应就会显现,导致细胞自我降解失控并最终导致细胞死亡。此外,自噬与凋亡之间的相互作用可能会加剧细胞损伤,因为增强的自噬水平可能触发凋亡途径,加剧细胞损伤。因此,适度的自噬有助于维持细胞存活,而过度的自噬则可能导致细胞走向不利的结果。调控自噬过程为减轻霉菌毒素毒性提供了有前景的途径。本综述阐述了基本的自噬机制、常见的霉菌毒素变体及其毒理学影响,并阐明了自噬在霉菌毒素诱导的毒性中的作用,为利用自噬调节来预防和管理霉菌毒素相关危害提供了有价值的见解。

部分摘录

诱导自噬的霉菌毒素类型

在食品质量、安全和公共卫生领域,霉菌毒素污染长期以来一直是全球关注的重点食品安全问题。它可以通过诱导细胞内氧化应激、内质网应激和线粒体功能障碍等途径激活自噬反应,从而发挥双重调控作用:一方面,自噬作为一种保护机制促进细胞存活和功能恢复;另一方面,过度或失调的自噬可能导致

霉菌毒素诱导的毒性中的自噬机制

霉菌毒素可以通过触发三种主要的应激反应来破坏细胞内稳态并诱导自噬:氧化应激、内质网应激和线粒体功能障碍(Zou等人,2024年)。自噬具有双重作用:保护性自噬可以维持细胞稳态,而破坏性自噬可能导致细胞死亡,如凋亡、焦亡和铁死亡。霉菌毒素产生毒性效应并诱导自噬的具体机制如图3所示。

靶向自噬以减轻霉菌毒素毒性

作为重要的细胞内自我保护和代谢调节机制,自噬对于维持细胞稳态具有重要意义。霉菌毒素可以通过干扰自噬途径来破坏细胞稳态,从而加剧细胞损伤。因此,调控自噬可能是预防其毒性的有效策略。目前,该领域的研究主要集中在以下几个方面:

未来方向和结论

霉菌毒素污染已成为一个突出的全球食品安全问题,不仅造成重大经济损失,还对人类和动物健康构成严重威胁。本综述系统地总结和分析了自噬在主要霉菌毒素毒性中的作用。研究表明,自噬在霉菌毒素诱导的细胞毒性中起着“双刃剑”的作用,这种调控效应与毒素暴露的剂量和持续时间密切相关。

利益冲突

作者声明没有利益冲突。

知情同意声明

不适用。

机构审查委员会声明

不适用。

未引用的参考文献

Zhang等人,(2021年);Xu等人,(2020年)

资助

本研究由中国国家自然科学基金资助,项目编号为82203942。

CRediT作者贡献声明

徐玉珂:撰写——初稿,可视化。 陈佳雪:撰写——初稿。 刘泽宇:撰写——初稿。 刘梦洁:撰写——初稿。 马书雅:撰写——初稿。 刘业强:撰写——审稿与编辑,监督。 严国荣:撰写——审稿与编辑,监督。 徐晓香:撰写——审稿与编辑,撰写——初稿,可视化,监督,资金获取,概念构思。

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的可能会影响本文工作的财务利益或个人关系。

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