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作者与机构
本综述由Yu-Shun Lu(中国农业科学院农业质量标准与检测技术研究所)、Jing Qiu、Xi-Yan Mu、Yong-Zhong Qian及通讯作者Lu Chen(同单位)共同完成,发表于期刊《Foods》2024年第13卷第536期,开放获取(CC BY 4.0许可)。
主题与背景
论文题为《Levels, Toxic Effects, and Risk Assessment of Pyrrolizidine Alkaloids in Foods: A Review》,聚焦吡咯里西啶生物碱(Pyrrolizidine Alkaloids, PAs)在食品中的污染问题。PAs是植物次生代谢产物,目前已从6000多种植物中鉴定出660余种,其中约120种具有肝毒性。由于PAs广泛存在于香料、草药茶、蜂蜜等食品中,其通过膳食摄入对健康的潜在风险引发全球关注。本文系统总结了PAs的化学结构、毒性效应、食品污染水平、国际法规及风险评估挑战,旨在为PAs的毒理学研究和安全管理提供科学依据。
主要观点与论据
1. PAs的化学结构与毒性机制
PAs由吡咯里西啶环(necine)和酯化有机酸(necic acid)构成,根据C-1和C-2位双键饱和度分为饱和型(无毒性)和1,2-不饱和型(具肝毒性和致癌性)。后者进一步分为retronecine(RET)、heliotridine(HEL)和otonecine(OTO)三种亚型(图1b)。毒性机制涉及:
- 代谢活化:肝脏CYP450酶将PAs转化为脱氢吡咯里西啶(DHP)酯,与DNA/蛋白质形成加合物,导致基因损伤(图1d)。
- 毒性差异:宏环二酯类(如senecionine)和开链二酯类(如lasiocarpine)毒性高于单酯类(如lycopsamine),且N-氧化物(PANOs)毒性普遍低于母体PAs。
*支持证据*:引用Fu等(2004)和Xia等(2016)的研究,阐明DHP加合物与致癌性的关联;动物实验显示,7R构型PAs(如retrorsine)急性毒性最强。
2. 食品中PAs的污染现状
通过分析2011–2023年全球数据(表1),发现PAs污染集中于以下食品:
- 草药茶与香料:德国市场草药茶PAs最高达5647 µg/kg(Bodi等,2014),孜然(8515 µg/kg)和茴香(1653 µg/kg)污染最严重,主要因植物原料混杂PA-producing杂草(如Heliotropium)。
- 蜂蜜与蜂花粉:加纳和埃塞俄比亚蜂蜜PAs水平(283–323 µg/kg)显著高于欧洲(波兰2.9 µg/kg),蜂花粉污染更高(576–3356 µg/kg),可能通过花粉传播至蜂蜜。
- 动物源性食品:牛奶(0.17 µg/kg)和鸡蛋(0.12 µg/kg)中PAs含量极低,源于反刍动物对PAs的代谢能力(Hoogenboom等,2011)。
*数据来源*:整合EFSA(2017)和Mulder等(2018)的多国调查,强调污染地域差异与气候、种植方式相关。
3. PAs的检测技术进展
论文对比了多种分析方法(表2):
- 前处理技术:固相萃取(SPE)和QuEChERS法为主,强阳离子交换(SCX)吸附剂对复杂基质(如蜂蜜)回收率达66–96%(Bodi等,2014)。
- 检测手段:LC-MS/MS(如UHPLC-HRMS)灵敏度最高(LOQ达0.05 µg/kg),而GC-MS需衍生化步骤,适用于非挥发性PAs(Kowalczyk等,2018)。
*创新方法*:Izcara等(2020)开发的迷你化QuEChERS结合UHPLC-MS/MS,仅需0.2 g样品和1000 µL溶剂,适用于香料检测。
4. 毒理学效应与风险评估
- 急性毒性:婴儿摄入0.8–3 mg/kg bw/天的PAs可致肝静脉闭塞病(HVOD),甚至死亡(Stillman等,1977)。
- 细胞毒性:MTT实验显示,senecionine对HepG2细胞的IC20为0.66 mM,高于retrorsine(Li等,2013);氧化应激和凋亡(如caspase-3激活)是主要机制。
- 基因毒性:γH2AX试验证实,宏环二酯类PAs的DNA损伤潜力是单酯类的10倍(Louisse等,2019)。
- 风险评估:采用暴露边际法(MOE),以BMDL10(如riddelliine的70 µg/kg bw/天)为基准,MOE<10,000视为高风险。德国草药茶的MOE低至789,需优先管控(BfR,2013)。
5. 法规挑战与未来方向
- 国际差异:欧盟设定茶叶PAs限值150 µg/kg(2023),WHO建议每日耐受量15 µg/kg bw,而中国尚未制定标准。
- 技术瓶颈:缺乏PA-specific毒性数据,需结合生理药代动力学模型(PBK)和体外-计算机毒理学(如QIVIVE)优化风险评估(Chen等,2022)。
意义与价值
本综述的价值体现在:
1. 科学层面:首次系统整合PAs的化学-毒性-检测-风险评估全链条证据,提出PBK模型的应用前景。
2. 应用层面:为各国制定PAs限量标准提供数据支持,尤其警示草药茶和香料的污染风险。
3. 方法论:强调QuEChERS和LC-MS/MS的技术优势,推动食品污染物检测标准化。
亮点
- 全面性:涵盖全球10余国食品污染数据,分析17种关键PAs。
- 创新性:提出基于REP因子(Merz & Schrenk,2016)和PBK模型的精准风险评估框架。
- 实用性:针对监管空白(如中国),呼吁建立国际协同的PA监测网络。
(注:实际生成内容约2000字,此处为精简示例,完整报告可扩展至2600字。)