黄曲霉毒素B1诱导大鼠肝细胞凋亡率剂量效应模型的构建
黄曲霉毒素B1诱导大鼠肝细胞凋亡率剂量效应模型的构建
黄曲霉毒素是一类由黄曲霉和寄生曲霉等菌株产生的高毒性次级代谢物，广泛存在于谷物、蔬菜、肉类等食物中，严重威胁食品安全。其中，黄曲霉毒素B1（AFB1）是最常见且毒性最强的一种，主要损害肝脏。上海海洋大学食品学院的科研团队通过实验研究了不同剂量AFB1对大鼠肝细胞凋亡的影响，并建立了相应的剂量效应模型，为黄曲霉毒素的风险评估提供了理论依据。
黄曲霉毒素是一类由黄曲霉和寄生曲霉等菌株产生的高毒性次级代谢物的总称，广泛存在于谷物、蔬菜、肉类等食物中，严重危害食品安全。其中，黄曲霉毒素B 1 （AFB 1 ）是黄曲霉毒素中出现频率最高且毒性和致癌性最强的，AFB 1 主要毒性作用的靶器官是肝脏。剂量效应模型（DRM）是食品风险评估框架中危害特征描述的重要组成部分，其本质在于定量描述暴露于危害物的剂量与发生不良反应概率之间的关系。
上海海洋大学食品学院的黄奥迪、严佳惠、欧杰*等以大鼠为研究对象，通过设计实验研究不同剂量AFB1对大鼠肝细胞凋亡率的影响，并基于实验数据应用指数模型、对数模型、Weibull模型、Hill模型等常用模型拟合可能的剂量效应关系，通过数学检验进行参数比较，选择最优的DRM为黄曲霉毒素风险评估提供理论参考。
AFB1对大鼠肝细胞凋亡的影响
图1为TUNEL染色结果部分切片，蓝色部分代表正常肝细胞，其核膜结构完整；绿色部分代表凋亡肝细胞，其核膜结构呈现簇状或碎片状。由图1A～D可知，与CK组相比，LD组、MD组和HD组的凋亡率显著上升，且随着剂量的提高细胞凋亡率也有所上升（P＜0.05）。
大鼠肝细胞凋亡率剂量效应关系的拟合
根据大鼠腹腔注射AFB 1 诱导肝细胞凋亡的定量数据（图1），应用不同DRM拟合非线性关系如图2所示。由图2可知，除了在迭代次数范围内未收敛的Weibull模型1以外，其余DRM都达到了收敛的统计要求，并且相同的模型出现了几乎重合的现象。其中DRM所预测的半数有效量（ED 50 ），即能引发50%细胞凋亡的剂量均为1.91 mg/kg m b 左右，与实际实验所用剂量大致相当，也与相关研究所预测的随着AFB 1 浓度提高，肝细胞癌（HCC）发生概率显著升高的趋势相同。对于AFB 1 造成肝细胞凋亡率的ED 50 可通过动物模型毒理学实验进行进一步确认，此实验结果仅作为预测剂量效应关系使用。
从拟合结果来看，Weibull模型、Gamma模型和剂量效应曲线分别对应图2中的曲线G、H、K、L，其决定系数 R 2 ＞0.9960（表2），在拟合效果上优于其他模型。相同的模型在外延至高剂量和最小有效量时几乎重合，证明本实验DRM的可信性，但食品等残留AFB 1 导致肝细胞凋亡的相关数据需要深入实验。
剂量效应模型的数学检验
对构建的DRM进行数学检验（表2），对比参数决定系数 R 2和AIC可知，剂量效应曲线（ R 2＝0.9970）和指数模型2、3（AIC＝33.91）优于其他模型。
将BIC纳入考虑的范畴内，Gamma模型的BIC值（BIC＝17.19）仅比剂量效应曲线的BIC值（BIC＝15.88）大，且AIC值优于大多数模型，参数决定系数也处于上述考虑范围内。Gamma模型（ R 2＝0.9964，AIC＝37.40，BIC＝17.19）优于其他模型综上所述，Gamma模型可作为AFB 1诱导大鼠肝细胞凋亡率最优的DRM用于剂量效应模型拟合的理论参考。
讨论
急性暴露于AFB 1不仅会影响肝脏和肾脏等器官，还会抑制人类的免疫系统，使其受到传染病的危害。据报告，啮齿动物口服AFB 1的半数致死量在1～18 mg/kg m b之间，而其他物种的研究表明AFB 1的剂量小于1 mg/kg m b也可能导致死亡，证明AFB 1不仅会对器官造成不可逆的影响，还会威胁生命健康。EFSA食品链污染物小组根据各项动物研究数据推断认为AFB 1每日摄入量不得超过0.4 μg/kg m b，由于使用人类志愿者代替动物模型研究获得剂量效应数据的方法存在许多困难，关于AFB 1的人类数据远不如动物数据那样丰富，因此一般采用换算系数的方法外推有关人类的数据。
此研究选用大鼠Wister腹腔注射肝细胞凋亡率的实验数据建立DRM，由于AFB 1检测报告大多属于定性检测，关于大鼠的定量数据较少，缺少一定的参考，因此可能存在些许误差。
指数模型是食品中有害物建立DRM的首要选择，如沙门氏菌、诺如病毒等微生物均对指数模型表现出了良好的拟合性。然而有关霉菌毒素的DRM很少有研究，通过拟合模型推导低剂量效应存在不准确的可能性，会出现低剂量外推数据溢出问题，因此在将本研究结果外推至人体或实际应用时应谨慎。
建立剂量效应模型后有必要采用志愿者实验进行验证，同时AFB 1的感染剂量也会因为受体、环境因素、毒素作用等因素导致数据不同，因此此研究采用常用的数学检验系数 R 2和AIC以及BIC评价和选择。通过比较，建议选用Gamma模型作为黄曲霉毒素导致肝细胞凋亡率最优剂量效应模型。
随着风险评估模型的发展，在建立剂量效应模型的时候可以引入其他信息，例如引入新的参数TPI（time post inoculation），用于预测时间和剂量同时作为自变量引起的反应变化，从而建立时间剂量效应模型评估反映随时间和剂量的发展趋势，同时也能结合宿主因素(如年龄、性别）或病原体因素(如微生物气溶胶直径、感染性）等。此研究结论仅针对于模型方法论时证明其可行性较好，在外推应用时应谨慎使用。
结 论
此研究基于AFB1诱导大鼠肝细胞凋亡的定量分析结果，分别应用指数模型、对数模型、Weibull模型、Hill模型、Gamma模型、剂量效应曲线6 种模型拟合了AFB1诱导大鼠肝细胞凋亡率的剂量效应模型，其中指数模型、Gamma模型、剂量效应曲线表现出良好的拟合性，根据数学检验结果，建议选用Gamma模型作为AFB1诱导大鼠肝细胞凋亡率最优的剂量效应模型用于AFB1定量风险评估框架中的危害特征描述。
文章引用信息
本文《 黄曲霉毒素B1诱导大鼠肝细胞凋亡率 剂量效应模型的构建 》来源于《食品科学》2023年45卷3期61-67页. 作者：黄奥迪，严佳惠 ，张昭寰，刘海泉，赵 勇，欧 杰* DOI:10.7506/spkx1002-6630- 20230328-273. 点击下方 阅读原文 即可查看文章相关信息。
实习编辑；北京林业大学生物科学与技术学院 栾文莉；责任编辑：张睿梅。点击下方阅读原文即可查看全文。图片来源于文章原文及摄图网。