健忘性贝毒
由一种海洋硅藻——拟菱形藻Pseudo-nitzschiasp.产生的强神经性生物毒素,化学名称为多莫酸。当硅藻大量繁殖时,双壳贝类等低等的海洋动物,能通过摄食藻类饵料而在体内积累大量的DA;一旦被其他动物摄食,就可能引起这些动物中毒或死亡。如果与人类中枢神经系统(大脑海马)的谷氨酸受体结合,引起神经系统麻痹,并能导致大脑损伤而失去记忆。
基本信息
- 中文名
健忘性贝毒
- 外文名
ASP
- 化学成分
多莫酸
- 所属学科
海洋生物
- 毒性
LD50约10mg/kg
简介
忘性贝类毒素(AmnesicShellfish Poisoning,ASP)是由一种海洋硅藻——拟菱形藻sp.产生的强神经性生物毒素,化学名称为多莫酸(domoic acid,简称DA)。一种兴奋性脯氨酸衍生物和神经毒素,是浮游植物代谢的产物,可以在被藻类污染的海洋食物特别是贝类中检测到,其结构与红藻氨酸和谷氨酸相似,是红藻氨酸受体的兴奋剂。
当某些种类的硅藻大量发生时,双壳贝类、虾蟹类、头足类等较为低等的海洋动物,就能通过摄食藻类饵料而在体内积累大量的DA;它们一旦被海洋哺乳类摄食,就可能引起这些动物中毒或死亡。通过对该毒素的病理学研究发现,DA能与人类中枢神经系统(大脑海马)的谷氨酸受体结合,引起神经系统麻痹,并能导致大脑损伤;轻者引起神志不清和记忆丧失,重者引起死亡。
在1987年发生爱德华王子岛贝类中毒事件之后,加拿大政府就制定了贝肉中DA的限量标准。随后,美国、欧洲、以及澳大利亚等纷纷采用欧盟标准,即20μgDAg-1贝肉;根据欧盟委员会指令(2002/226/EC),一旦发现贝类样品中DA含量超标,则立刻关闭养殖场或捕捞水域。
研究一直认为双壳贝类在积累了大量DA的情况下往往没有任何不良症状。但随着研究的深入,发现赤潮毒素对双壳贝类有多种亚致死或致死性影响;例如,产麻痹性贝毒Paralytic Shellfish Toxins(PST)的塔玛亚历山大藻对双壳贝类孵化率、存活率、运动能力、滤食率和生长都有影响,同时还能抑制贝类闭壳运动、滤食率和清滤率;含有ASP的拟菱形藻P. multiserie 会引起太平洋牡蛎Crassostrea gigas 呼吸性酸中毒和缺氧现象以及血液性质的变化;与此同时,毒藻赤潮还可能是造成养殖贝类大量死亡的主要原因。
理化性质
化学结构
健忘性贝毒(ASP)的毒素成分是多莫酸(domoic acid,DA)(又译为拟软骨藻酸)及其一系列异构体。由于DA与红藻氨酸(kainic acid,KA)结构上的相似性,也因为它们都是由某些海洋植物产生的氨基酸,所以二者一度被混淆。人们从红藻门(Rhodophyta)的Chondria armata 和Digenea simplex中提取其天然产物,即KA,用来杀灭肠道寄生虫。DA 最早是从Chondria armata中提取;Takemoto 等人于1966 年确定了其立体化学结构。Impellizzeri et al.还从另外一种红藻Alsidium corallinum中提取出了DA。不过,直到1987年才发现DA对人体有毒,并发现产生这种毒素的是一直被认为无毒的海洋硅藻。
多莫酸的化学名称为[2S-[2α,3β,4β(1Z,3E,3R)]]-2-羧基-4-(5-羧基-1-甲基-1,3-已二烯)-3-毗咯烷乙酸。分子式C15H21NO6,分子量311.34,结构式为DA共有10种异构体,包括Isodomoic acid A-H和C5’非对映异构体,其中Isodomoic acid D、E、F是有毒的。这些异构体可能是DA受紫外线照射后的反应产物,而不是藻类的天然产物。污染贝类和甲壳类的主要是DA,其毒性在所有异构体中是最强的(Wright and Quilliam,1995)。DA的分子式是C15H21NO6,分子量为311.33。DA 纯品为白色固体粉末,溶于水,微溶于甲醇,熔点223-224℃,在紫外光谱区最大吸收波长为242nm,在体积比为1:9的乙腈/水溶液和-12℃黑暗条件下可保持稳定一年左右。DA在常温或光照下在碱性溶液中不会降解,但它在酸性溶液(pH=3)中一星期降解50%。DA分子中含有三个羧基和一个仲氨基,羧基结构的pKa分别为2.10、3.72、4.97,氨基结构的pKa为9.82,因此它在溶液中的存在受pH的影响。
检测方法
研究人员已经开发出了多种健忘性贝毒检测方法,包括小鼠生物检测、HPLLC-MS、荧光HPLC、GC-MS、TLC(薄层色谱)、氨基酸分析、CE(毛细管电泳)、CEC(Capillary electrochromatography)、ELISA、受体结合实验(Receptorbinding assay)等,其中荧光HPLC和受体结合实验的灵敏度(limits of detection,LOD)能达到0.001-0.002 μg ml-1,而ELISA方法的检测下限(LOD)对贝肉样品是3.3μgkg-1,对海水样品是6.8 ngL-1;小鼠生物检测由于时间较长,又不够灵敏(只适合检测40-100μg g-1以上浓度的DA),已经不适用于20μg g-1的DA限量标准了。欧盟的官方DA检测方法是高效液相色谱(HPLC)法,而ELISA法及其试剂盒(ASP Direct cELISAtest kits,BiosenseLaboratories,Norway)也因具有方便、快速、灵敏等特点,于2006年被国际分析化学家协会(AOAC)核准为官方检测方法。
高效液相色谱(HPLC)法的运用HPLC方法是AOAC(1991)推荐使用的DA检测方法,也是欧美各国自1987年ASP事件后所采用的官方DA检测方法。HPLC-UVD(高效液相色谱-紫外探测)法的检测下限是10-80 ng ml-1,需要使用酸性流动相来抑制羟基离子化反应。由于DA具有一个强大的紫外色素团,所以利用简单的无梯度HPLC和紫外探测就可以检出;因此,ASP也是所有海洋生物毒素中最容易检测的。
LC/MS(液相色谱/质谱联用)法利用甲醇水溶液抽提组织匀浆,用乙腈水溶液稀释后,再用C18固相萃取,并采用离子喷射界面。LC/MS或LC/MS/MS检测法相当可靠,检测下限与HPLC-UV 近似。Dahlmann et al.使用一种改进的LC-ESI-MS(电子喷射电离液质联用法)可以一次性同时检测包括DA在内的7种生物毒素。
毒理学
毒源
多莫酸DA最早是从Chondria armata中提取;Takemoto 等人于1966年确定了其立体化学结构。Impellizzeri et al.还从另外一种红藻Alsidium corallinum中提取出了DA。不过,直到1987年才发现DA对人体有毒,并发现产生这种毒素的是曾经一直被认为无毒的海洋硅藻。拟菱形藻属已有12种被报道可产生软骨藻酸,其中澳洲拟菱形藻(P.australis)、成列拟菱形藻(P.seriata)与多列拟菱形藻(P.multiseries)的产毒性已得到广泛的认可。而其他9种:靓纹拟菱形藻(P.calliantha)、细弱拟菱形藻(P.cuspidata)、拟柔弱拟菱形藻(P.pseudodelicatissima)、多纹拟菱形藻(P.multistriata)、尖刺拟菱形藻(P.pungens)、柔弱拟菱形藻(P.delicatesima)、P.fraudulenta、P.turgidula和P.galaxiae的毒性在不同地域则表现不同。
主要通过监测水中产毒藻的存在和数量,来对可能出现的贝毒风险提前发出警报。但是,这个属的硅藻,特别是某些产毒种(如P. multiseries)和微毒种(如P. pungens)在普通光镜下非常难分辨;通用的办法是在2000倍扫描电镜(SEM)下区分有毒藻种。因为利用扫描电镜(SEM) 可以看到藻细胞的细微结构;在高倍率下,甚至可以看清硅藻壳上的肋纹及肋纹间拟孔的形状、大小和数量。SEM 照片显示了三种拟菱形藻的壳面细微结构:(1)P.pseudodelicatissima,是在近期发生的一次西北太平洋有史以来规模最大的由该藻引发的赤潮中采集的;(2)P. multiseries;(3)P. pungens。它们的主要区别在于肋纹间的拟孔:P.pseudodelicatissima 的肋纹之间只有1排方形拟孔;P. multiseries 有3-4 排孔;而P. pungens 有2-3 排孔,并且其孔径比P. multiseries 的大。
拟菱形藻Pseudo-nitzschia细胞微结构图册参考资料。