海洋脂溶性藻毒素虾夷扇贝毒素产毒来源、毒性效应和检测技术研究进展

庞 敏，马 新，吴忠迅, 徐金涛，吴振兴，张学雷，赵 欢

(1. 自然资源部第一海洋研究所自然资源部海洋生态环境科学与技术重点实验室，山东 青岛 266061；
2. 青岛海洋科学与技术试点国家实验室海洋生态与环境科学功能实验室，山东 青岛 266237；
3. 国家海洋局秦皇岛海洋环境监测中心站，河北 秦皇岛 066002；
4. 长岛国家海洋公园管理中心， 山东 烟台 265800; 5. 青岛海关技术中心，山东 青岛 266002；
6. 大连海洋大学水产与生命学院，辽宁 大连 116023)

我国是海洋水产养殖大国，扇贝、牡蛎的产量居世界首位。近年来，随着我国经济的发展，沿海一带赤潮频发，有毒、有害赤潮暴发的频率也逐年上升[1]。有毒微藻类所产藻毒素能够随着藻体被贝类、鱼类等生物所摄取的过程，通过食物链向上层传递，进而危害人类健康，严重时甚至可以导致死亡。海产品的藻毒素污染不仅给我国海水养殖业带来巨大的经济损失，而且还直接威胁到国民的身体健康和生命安全，因此有关海洋藻毒素的研究在我国也颇受重视。海洋藻毒素是由海洋微藻所产的活性物质，最早是按中毒症状或传递媒介被划分为麻痹性贝毒(paralytic shellfish poisoning, PSP)、腹泻性贝毒(diarrhetic shellfish poisoning, DSP)、记忆缺失性贝毒(amnesic shellfish poisoning, ASP)、神经性贝毒(neurotoxic shellfish poisoning, NSP)和西加鱼毒(ciguatera fish poisoning, CFP)几类[2]，随着分析检测技术的发展和毒理学研究的深入， 2004年，联合国粮农组织 (Food and Agriculture Organization of the United Nations, FAO)，世界卫生组织(World Health Organization, WHO)以及联合国教科文组织政府间海洋学委员会(Intergovernmental Oceanographic Commission of UNESCO， IOC-UNESCO)三方联合工作组根据化学结构将不同的海洋藻毒素重新分类，即分为氮杂螺环酸类(azaspiracids，AZAs)、短裸甲藻毒素类(brevetoxins，BTXs)、环亚胺类(cyclic imines，CIs)、软骨藻酸类(domoic acids，DAs)、大田软海绵酸类(okadaic acids，OAs)、蛤(扇贝)毒素类(pectenotoxins，PTXs)、石房蛤毒素类(saxitoxins，STXs)和虾夷扇贝毒素类(Yessotoxins，YTXs)[3]。YTXs毒素最早是从日本虾夷扇贝(Patinopectenyessoensis)中被发现，因此得名[4]。该毒素脂溶性的化学特性，常常和脂溶性DSP毒素一起被检出，曾被认为是DSP毒素中的一种。随着相关毒理学研究的开展，发现YTXs毒素并不会造成DSP毒素相同的中毒症状[5，6]，因此后来这类毒素被单独列为一类。本文通过综合介绍YTXs毒素的国内外研究进展，为加强该类藻毒素产毒藻的监控、保障我国海产品质量以及该类毒素的开发利用提供参考。

YTXs毒素1986年首次于日本被发现[4]，后来又陆续在全球十多个国家的贝类样品中检出。该类毒素最早被发现是由甲藻门膝沟藻科(Gonyaulacaceae)的网状原角藻Protoceratiumreticulatum(Claparède & Lachmann) Bütschli, 1885(=GonyaulaxgrindleyiReinecke 1967)分泌产生[7]。迄今已在全球多个国家近海发现能产YTXs毒素的网状原角藻(表1)。随后又陆续发现膝沟藻科的多边舌甲藻Lingulodiniumpolyedrum(F.Stein) J.D.Dodge, 1989(=GonyaulaxpolyedraF. Stein, 1883)[8]以及具刺膝沟藻Gonyaulaxspinifera(Claparède & Lachmann) Diesing, 1866(=PeridiniumspiniferumClaparède & Lachmann, 1859)[9]亦能分泌YTXs毒素。2016年álvarez等人又在智利近海发现了一株可以产YTXs毒素的膝沟藻新种，即泰勒膝沟藻GonyaulaxtayloriiM.C.Carbonell-Moore, 1996[10](表1)。

表1 产YTXs甲藻种类及地理分布Table 1 The species and their geographic distribution of YTXs-produced dinoflagellates

在我国，高春蕾等于2006年与2007年首次在我国北黄海、大连附近海域的海湾扇贝和虾夷扇贝中发现YTXs毒素的富集，并在贝类采集站位的沉积物中发现了3种产YTXs毒素的甲藻包囊[11]，刘仁沿等的研究[12]表明YTXs 毒素在我国北黄海贝类样品中常年存在，而该毒素的主要生源藻种(网状原角藻、多边舌甲藻和具刺膝沟藻)在北黄海水体中也均有发现。近年来的研究表明，我国渤海、南海的贝类中亦有YTXs毒素富集[13-15], 渤海浮游植物物种组成中也发现了多边舌甲藻和具刺膝沟藻的存在[13]，而南海水体中并未发现相关生源藻种，推测沉积物中的孢囊有可能是底栖贝类富集YTXs毒素的原因[14, 15]。

图1 YTXs毒素的核心化学结构[40]Fig.1 The main chemical structure of YTXs

三种产YTXs毒素甲藻的毒素组分及含量并不相同(表1)，同一种甲藻不同地理株产毒特征也存在差异，这主要是由于不同地理株系的种内遗传变异及生长环境差异造成的，当然，毒素的提取方法不同也会造成获取到的毒素成分会发生变化[27]。已发现的网状原角藻产量在0.075～79 pg/cell，多边舌甲藻YTXs毒素产量0.000 9～0.16 pg/cell，而具刺膝沟藻是YTXs毒素含量最高的种类，最高能达到200 pg/cell，曾导致美国加利福尼亚州北部超过80 km的近岸水域的无脊椎动物如软体动物、棘皮动物、甲壳动物[42]以及南非沃克湾(Walker Bay)多个鲍鱼养殖场养殖生物大面积死亡[38]，给养殖业造成摧毁性的损害。

已有研究表明，几种产YTXs毒素的海洋甲藻所产毒素成分主要还是以YTX为主，是由11个相邻的醚环连接成梯形结构(图1)[25]，其两侧末端中一侧连着1个或多个硫酸盐的极性功能基团，另一侧则连结一个9碳的不饱和链，这种结构特征就使得脂溶性的YTXs毒素具有两性特征[43]。只有少部分种类分泌的主要毒素组分是衍生物如homo-YTX[19, 27]。此外，产毒的海洋甲藻被贝类或者植食性鱼类等高营养级生物摄食以后，在高营养级生物体内经由新陈代谢会发生转化，因此食物链其他营养级生物体内也分别检测出多种YTX毒素的衍生物[43-44]，迄今有百余种YTX毒素的衍生物被陆续发现[45]，在滤食性的贝类体内发现的YTXs毒素主要以45-OH-YTX和carboxy-YTX形式存在[22,45]。

2.1 YTXs毒素的主要毒性效应

YTXs毒素不会像腹泻性贝毒一样引起人类腹泻[4, 43]。个体水平的动物实验表明，不论是通过口服还是腹腔注射，YTX及其衍生物都没有急性毒性作用，而且实验小鼠通过不同的染毒方式即通过口服还是腹腔注射该毒素的毒性作用表征并不相同(表2)，因此有关YTXs毒素的毒性效应至今尚未得到较为统一的结论。由于衍生物众多，细胞水平的毒性研究主要是围绕YTX展开。一系列的研究表明，YTX能诱导不同种类细胞发生程序性细胞凋亡或非程序的细胞坏死、自噬[46]。YTX对细胞凋亡/死亡的诱导会因细胞种类的不同而存在敏感度差异，Botana等人[47]曾比较了YTX对58种人类肿瘤细胞的细胞凋亡诱导作用，发现一些肿瘤细胞系，如黑色瘤细胞、肺癌细胞、结肠癌细胞、急性白血病细胞都对YTX较为敏感，乳腺癌细胞系对YTX的敏感程度一般，而卵巢、肾脏、中枢神经系统以及前列腺相关的肿瘤细胞对YTX敏感度较低。而对比之下，非肿瘤模型的细胞对YTX毒性的敏感程度就低很多。基于此，YTX被认为有可能成为肿瘤治疗的新工具[46]。

表2 YTXs毒素在个体水平的毒性效应Talele 2 Toxic effects of YTXs

2.2 YTXs毒素的毒性作用机制

YTXs毒素的作用机制研究同样主要以YTX为研究对象开展。研究发现，YTX毒素并不像OA一样能抑制蛋白磷酸酶的活性[53]，其作用并不受蛋白磷酸酶的介导，其主要毒性作用与钙离子相关[60-68]主要体现在以下几个方面(表3)：

表3 YTX主要作用机制Table 3 The primary effects of YTX

以上YTX的这些作用机制都有可能是该类诱导不同细胞系凋亡的重要原因[46]。

由于YTXs毒素衍生物众多，而该类毒素与其他脂溶性毒素具有相似特征，加之海洋藻毒素在海洋食物链的各个营养级中都有富集的可能，这就给YTXs毒素的甄别检测带来了困难。为了更好的检测YTXs毒素，研究者们根据该类毒素的特性建立了一系列的检测方法。如表所示，主要包括以下几类(表4)：

表4 YTXs的主要检测方法Table 4 The main method for detection of YTXs

如前文所述，我国已在多个海区贝类样品中检测到YTXs毒素[13-15]，而对于YTXs的毒性作用我国开展的较少，本研究团队曾利用毒素标准物质展开了YTX的相关毒理学研究发现，注射YTX的小鼠脑浦肯野细胞发生形态学变化[55]，细胞毒性实验也发现YTX可以诱导几种癌细胞凋亡[64-66]，但是受限于毒素标准物质的价格昂贵，进口困难，无法获取较多的YTX毒素纯品，因此毒理实验无法深入进行。虽然我国国内已分离得到产YTXs毒素的有毒甲藻——网状原角藻，但是由于该类毒素衍生物组成复杂且尚未在我国建立起成熟高效的分离纯化方法，因此限制了我国对该类毒素的毒理学研究规模。

总之，对YTXs毒素的毒理学研究表明，该类毒素急性毒性较小，但是是否会通过摄食长期在人体累积造成毒性危害尚不清楚。而且目前毒性作用研究主要针对已成功分离纯化的YTX及少数几种衍生物展开，由于衍生物种类太多，无法一一对其毒性作用展开相关研究，这就限制了对该类毒素危害和威胁的全面了解。未来，可以根据YTX毒素能够诱导细胞尤其是各种肿瘤细胞凋亡这一特性，针对该毒素在肿瘤治疗方面的医学应用价值展开相关海洋药物开发及相关活性物质利用的研究。

此外，我国是海产品生产和消费大国，近年来有毒赤潮频发，海洋藻毒素对海产品的污染情况备受重视。虽然有毒赤潮肇事藻种的生消备受到各地环境监测部门的重点监控。但是目前国内的各种研究表明贝类样品中YTXs毒素有可能来源于沉积物[13]。这表明，即使近海水体并无大规模有毒赤潮爆发，沉积物中有毒甲藻孢囊的存在也会对滤食性贝类的食用安全造成影响，因此，建议，除了对水体浮游生物多样性进行常规监控外，应相应开展养殖区沉积物有毒甲藻孢囊生物多样性研究，从而为我国近海有毒赤潮防控预警以及海产品食用安全保障提供第一手参考资料。

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