Введение

Цитринин – это микотоксин, который часто обнаруживается в продуктах питания. Это вторичный метаболит, производимый грибами, который загрязняет продукты, подвергшиеся длительному хранению, и может вызывать разнообразные токсические эффекты, включая повреждение почек, печени и клеток. Цитринин в основном встречается в хранимых зернах, но иногда также в фруктах и других продуктах растительного происхождения.

История

Цитринин был одним из многих микотоксинов, обнаруженных Х. Райстриком и А. К. Хетрингтоном в 1930-х годах. В 1941 году Х. Райстрик и Г. Смит установили, что цитринин обладает широкой антибактериальной активностью. После этого открытия интерес к цитринину возрос. Однако в 1946 году А. М. Амброуз и Ф. Дейдс показали, что цитринин токсичен для млекопитающих. В результате интерес к цитринину снизился, но исследования продолжались. В 1948 году химическая структура цитринина была установлена У. Б. Уэлли и его коллегами. Цитринин – природное соединение, впервые выделенное из Penicillium citrinum, но также продуцируемое другими видами Penicillium, такими как виды Monascus и виды Aspergillus, которые являются грибами. В 1950-х годах У. Б. Уэлли, А. Дж. Берч и другие идентифицировали цитринин как поликетид и исследовали его биосинтез с использованием радиоизотопов. В 1980-х и 1990-х годах Дж. Стаунтон, У. Санкава и другие также изучали его биосинтез, используя стабильные изотопы и ЯМР. В 2008 году была описана система экспрессии генного кластера цитринина. В 1993 году Международное агентство по изучению рака при Всемирной организации здравоохранения начало оценку канцерогенного потенциала микотоксинов. В последние годы риски для здоровья человека и животных, связанные с микотоксинами, были всесторонне изучены. Для обеспечения продуктивности и устойчивости сельского хозяйства, здоровья животных и населения, благополучия животных и охраны окружающей среды, максимальные уровни нежелательных веществ в кормах для животных установлены Директивой ЕС Европейского парламента и Совета от 7 мая 2002 года. Хотя максимальные уровни для различных микотоксинов были установлены для ряда продуктов питания и кормов, содержание цитринина пока не регламентируется ни этими, ни другими нормативными актами в Европейском Союзе. Организация по продовольствию и сельскому хозяйству также не установила максимальные уровни цитринина в пищевых продуктах и кормах.

Структура и реактивность

Цитринин – поликетидный микотоксин, являющийся вторичным метаболитом некоторых видов грибов. Его название по IUPAC – (3R,4S) 4,6-дигидро-8-гидрокси-3,4,5-триметил-6-оксо-3H-2-бензопиран-7-карбоновая кислота, а молекулярная формула – C13H14O5. Молекулярная масса цитринина составляет 250,25 г/моль. Он образует неупорядоченные желтые кристаллы, которые плавятся при 175 °C. Цитринин – плоская молекула, содержащая конъюгированные связи. Благодаря этим конъюгированным связям цитринин обладает автофлуоресценцией. Кристаллы цитринина плохо растворяются в холодной воде, однако растворение возможно в полярных органических растворителях, а также в водных растворах гидроксида натрия, карбоната натрия и ацетата натрия. Как указано выше, цитринин разлагается при температуре выше 175 °C в сухих условиях. При наличии воды температура разложения снижается до приблизительно 100 °C. Известно несколько продуктов разложения цитринина, включая фенол А, цитринин H1, цитринин H2 и дицитринин А. Структуры продуктов разложения показаны на рисунке 1, расположенном слева. Цитринин H1 образуется из двух молекул цитринина и обладает повышенной токсичностью по сравнению с исходным цитринином. Цитринин H2, формалированный производный фенола А, менее токсичен, чем цитринин. Фенол А, по-видимому, образуется преимущественно в кислых условиях. Дицитринин А – димер молекул цитринина, который в основном формируется при разложении в нейтральной среде при высокой концентрации цитринина. Механизм взаимодействия цитринина с организмом изучен недостаточно, а также неизвестны его промежуточные продукты биотрансформации.

Совместное воздействие с охратоксином А

Цитринин часто встречается совместно с другими микотоксинами, такими как охратоксин А или афлатоксин B1, поскольку они вырабатываются одними и теми же видами грибов. Наиболее часто наблюдается комбинация цитринина с охратоксином А, и именно эта комбинация изучена наиболее полно. Эффекты одновременного присутствия этих микотоксинов могут быть аддитивными или синергетическими. Например, нефротоксическое действие охратоксина А и цитринина усиливается синергически при одновременном воздействии. Более того, предполагается, что совместное воздействие этих соединений играет роль в патогенезе заболевания почек человека, известного как балканская эндемическая нефропатия. Взаимодействие этих веществ также может влиять на апоптоз и некроз гепатоцитов.

Присутствие в пище и воздействие

Существующая информация о содержании цитринина в пищевых продуктах указывает на то, что относительно высокие концентрации цитринина могут обнаруживаться в хранимых зернах и продуктах на основе зерна. В связи с этим, а также учитывая общее высокое потребление злаковых продуктов питания, Панель по загрязнителям пищевой цепи (CONTAM Panel) полагает, что зерновые могут быть основным источником поступления цитринина с пищей. CONTAM Panel пришла к выводу, что в научной литературе недостаточно данных для проведения оценки диетического воздействия. Другим путем воздействия цитринина является ингаляция и контакт с кожей. Однако степень потенциальной опасности для здоровья, вызванной вдыханием цитринина или его кожным воздействием, остается в значительной степени невыясненной. Исследования показали, что цитринин также используется в строительных и отделочных материалах для помещений. При анализе 79 образцов было обнаружено, что цитринин присутствует в трех из них в концентрациях от 20 до 35000 нг/г. В ряде образцов также были выявлены другие микотоксины. Наименьшая летальная доза при внутривенном введении. LD50 для кроликов составляет 19 мг/кг массы тела. При внутрибрюшинном введении LD50 для кроликов составляет 50 мг/кг массы тела.

Нефротоксичность и канцерогенность

В исследовании на самцах крыс было установлено, что у крыс увеличилось соотношение массы почек к массе тела после 32 недель воздействия цитринина в дозе 70 мг/кг массы тела, а также увеличилось соотношение массы печени к массе тела после 80 недель воздействия. После 40 недель воздействия цитринина у крыс также были выявлены небольшие аденомы.

Генотоксичность

В клетках млекопитающих в культуре (in vitro) цитринин не вызывал разрывов одноцепочечных нитей ДНК, окислительного повреждения ДНК или обменов сестринскими хроматидами, но индуцировал образование микроядер, анеуплоидию и хромосомные аберрации. В живом организме (in vivo) он вызывал хромосомные аномалии и гиподиплоидию в костном мозге мышей. Это свидетельствует о мутагенности цитринина.

Биосинтез

Цитринин биосинтезируется грибами родов Penicillium, Monascus и Aspergillus. Для производства цитринина необходим минимальный набор генов. Эти гены консервативны для большинства видов, продуцирующих цитринин. Это гены *citS*, *mrl1*, *mrl2*, *mrl4*, *mrl6* и *mrl7*. Ген *citS* кодирует цитрининсинтазу (CitS). Продукт гена *mrl1* – серингидролаза (CitA), однако его функция пока не установлена. Ген *mrl2* кодирует негемовую Fe(II)-зависимую оксигеназу (CitB), участвующую в расширении кольца. NAD(P)+-зависимая альдегиддегидрогеназа (CitD) кодируется геном *mrl4*, а другая дегидрогеназа (CitE) – геном *mrl6*. Ген *mrl7* кодирует NAD(P)+-зависимую оксидоредуктазу (CitC). Первый этап биосинтеза цитринина у грибов – связывание цитрининсинтазы с исходным соединением, тиоэфиром. Затем серингидролаза, кодируемая геном *mrl1*, формирует кетоальдегид, на котором может действовать CitB. CitB окисляет атом углерода метильной группы, связанной с ароматическим кольцом, и образует спирт. Оксидоредуктаза, кодируемая геном *mrl7*, превращает этот спирт в бисальдегид. Далее CitD преобразует его в карбоновую кислоту через тиогемиацетальный интермедиат, образующийся в результате переноса гидрида из NADPH. Последний этап – восстановление атома углерода CitE, после чего цитринин высвобождается. В ходе этого пути также образуются несколько побочных продуктов.

Механизм действия

Различные исследования in vitro выявили участие токсичности цитринина в снижении продукции цитокинов, ингибировании синтеза РНК и ДНК, индукции окислительного стресса, подавлении экспрессии генов оксида азота, увеличении продукции ROS и активации апоптотической гибели клеток посредством сигнальных путей и каскада каспаз.

Влияние на жизнеспособность клеток и апоптоз

Ю и др. (2006) исследовали влияние CTN на жизнеспособность клеток линии HL 60. При воздействии 25 мкМ CTN в течение 24 часов значительного снижения не наблюдалось. Однако при инкубации с более высокими концентрациями, 50 и 75 мкМ, общая жизнеспособность снизилась до 51% и 22% от контрольных значений соответственно. Чан (2007) также исследовал влияние цитринина на жизнеспособность клеток, но в линии эмбриональных стволовых клеток (ESC B5) in vitro. Клетки ESC B5 обрабатывали 10–30 мкМ CTN в течение 24 часов и было выявлено дозозависимое снижение жизнеспособности клеток. Чан также установил, что это снижение жизнеспособности клеток было обусловлено апоптозом, а не некрозом, поскольку воздействие CTN приводило к увеличению фрагментации ядерной ДНК или разрушению хроматина, что является характерным признаком апоптоза.

Эффективность

Многие люди потребляют большое количество зерновых продуктов, и поскольку цитринин обнаруживается в зерновых продуктах, это может приводить к высокому потреблению цитринина. Вызывает опасение концентрация цитринина, вызывающая нефротоксичность. Согласно отчету Европейского управления по безопасности продуктов питания, критическая концентрация цитринина для детей (в возрасте до 3–9 лет) составляет 53 мкг/кг зерна и продуктов на основе зерна, а для взрослых – от 19 до 100 мкг/кг. К сожалению, нет однозначного заключения относительно точной концентрации цитринина, способной вызвать нефротоксичность при длительном употреблении. Недавние исследования показывают, что митохондриальная дыхательная система является еще одной целью воздействия цитринина. Цитринин может вмешиваться в систему транспорта электронов, потоки Ca2+ и проницаемость мембран. Кроме того, проводились эксперименты на сельскохозяйственных животных, таких как свиньи и куры, для изучения влияния цитринина.

Эксперименты на свиньях

Свиньи, вероятно, потребляют цитринин с кормом. Наблюдается, что после введения 20 и 40 мг цитринина на килограмм массы тела у свиней отмечается задержка роста, потеря веса, гликозурия и снижение уровня β-глобулина через 3 дня.

Эксперименты на курятах

У цыплят-бройлеров после введения 130 и 260 мг цитринина на 1 кг массы тела в течение 4–6 недель наблюдаются диарея, кровоизлияния в кишечнике и увеличение размеров печени и почек.2 У взрослых несушек при воздействии доз 250 мг цитринина на 1 кг массы тела и 50 мг цитринина на 1 кг массы тела наблюдаются иные эффекты. Данное воздействие вызвало острую диарею и увеличение потребления воды.