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。