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【杂谈】米酵菌酸:隐藏在食物中的致命杀手

2020-10-22 17:05

作者 王新宇

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作者|王新宇

单位|复旦大学附属华山医院


近日在黑龙江鸡东县,12人的家庭聚餐,9 人发生食物中毒,目前9人均已不幸死亡。所有中毒的人在聚餐时食用了自制的一种叫「酸汤子」的发酵食物,一开始这起事件被判定为「黄曲霉素中毒」,但经过调查发现,食物是被一种叫做「椰毒假单胞菌」的细菌污染了,正是这种细菌产生了致命的毒素米酵菌酸导致了多人死亡的惨剧。


“ 酸汤子:一种玉米面制成的发酵食物 ”


“椰毒假单胞菌”应该叫做“椰毒伯克霍尔德菌”


最初认为椰毒伯克霍尔德菌属于假单胞菌属(因此早期称为椰毒假单胞菌),但是基因测序研究已证实其为唐菖蒲伯克霍尔德菌(Burkholderia gladiolus)。因此目前已经改名为“椰毒伯克霍尔德菌” Burkholderia cocovenenans)。文献也有唐菖蒲伯克霍尔德菌椰毒致病变种(Burkholderia gladiolus pathovar cocovenenans


椰毒伯克霍尔德菌是一种革兰阴性、需氧、杆状细菌,可以产生致命毒素米酵菌酸。象伯克霍尔德菌属中的其他物种一样,椰毒伯克霍尔德菌在土壤和植物中无处不在。伯克霍尔德菌属包括60多个种,但椰毒伯克霍尔德菌是唯一认为可产生米酵菌酸的病原体。


椰毒伯克霍尔德菌为啥会引起食物中毒


椰毒伯克霍尔德菌可以产生两种毒素,分别是米酵菌酸(Bongkrek acid)和毒黄素(toxoflavin),两者共同导致了中毒症状,前者的毒性更强。米酵菌酸是一种热稳定的高度不饱和的三羧酸脂肪酸,分子量为486 kDa。


“ 米酵菌酸是一种高度不饱和脂肪酸 ”


关于米酵菌酸对人的毒代动力学和致死剂量的信息并不多。一种来源表明1–1.5 mg对人类可能致命,另一种来源表明口服LD50为3.16 mg / kg。对小鼠的研究表明口服LD50为0.68–6.84 mg / kg,静脉注射LD50为1.41 mg / kg。在大鼠中进行的另一项研究表明,口服2 mg / 100 g会在2-5小时内导致死亡。在同一研究中,大鼠最初存活1 mg / 100 g,但48小时后重复给药可导致死亡。米酵菌酸是高度不饱和脂肪酸且高度脂溶性,因此可能具有较大的分布体积,但米酵菌酸的吸收曲线和分布体积尚不清楚。


哪些地方曾经发生过米酵菌酸食物中毒暴发


目前主要发现暴发的地区包括印尼和中国:在印尼,食用椰子相关传统食物椰子肉丹贝后出现暴发;在中国,暴发多和食用发酵的玉米,米粉食品或银耳相关。


印尼有很多发酵类食物都统称为「丹贝」,椰子肉丹贝是印度尼西亚爪哇本地生产的廉价蛋白质来源。它是通过将椰子奶或产油中产生的椰子肉副产品压成蛋糕制成的,然后将其接种到低聚模霉中进行发酵。将最终产品切成薄片或切丁,以便在汤中油炸或烹饪。如果发酵不完全,椰毒伯克霍尔德菌和米酵菌酸浓度会越来越高。


“ 爪哇的油炸椰子肉丹贝 ”


1895年首次报道了与食用椰子肉丹贝有关的米酵菌酸中毒死亡。自1975年以来,食用受污染的椰子肉丹贝已导致近3000例米酵菌酸中毒反应,包括至少150例死亡。在印尼,受米酵菌酸毒性影响的人群中报告的死亡率平均为60%。1988年暴发后,虽然椰子肉丹贝的生产被禁止,但生产和偶发性暴发仍在发生。


在中国东北,用于制作馒头,面条和饺子的发酵玉米制品——酵米面是米酵菌酸中毒的主要来源。酵米面一般是用玉米,高粱米等杂粮经过水浸泡,自然发酵 10 天至一个月之后,湿磨成糊状水面子,再过滤水分风干而成。由于自然发酵,酵米面通常会带有一定酸臭味。北方用它来做臭碴子、酸汤子、格格豆等食物。


酵米面引发的中毒,在东北一直很常见,不过很长一段时间,这种中毒都被认为是霉菌导致的。直到上世纪 70 到 80 年代,经过一系列中国科学家的细致研究,才弄明白这是一种全新的细菌引起的。这种细菌一开始被称为「产毒黄杆菌」,后来又称作「酵米面假单胞菌」。终于在 1987 年,经过 200 多项性状的比对,中国科学家确认引起酵米面中毒的细菌和印尼丹贝中毒的细菌是同一种细菌。这种细菌还会引起很多其它种类的食物中毒,比如说黑木耳、银耳就特别容易受到这种细菌污染;河粉、肠粉等生湿米面制品,如果储存不当,也容易污染这种细菌!人吃了污染的食物,都可能有生命危险。在印度尼西亚和中国,通常在炎热的夏季暴发相关的食物中毒。


2015年,亚洲以外首次暴发了米酵菌酸中毒事件:莫桑比克西北部暴发疫情,造成75人死亡,原因是许多人喝了以自制的发酵玉米粉为原料的pombe饮料。


“ 发酵玉米粉为原料的pombe饮料 ”


为什么这些食物容易产生大量的米酵菌酸


米酵菌酸的生产取决于两个不同的连续环境条件:适合细菌生长和增殖的环境条件,其次是适合米酵菌酸生产的条件。米酵菌酸适宜在温暖的环境(22–30℃)和pH中性的环境中产生。其产量还取决于脂肪酸的存在,特别是在椰子和玉米中发现的脂肪酸。含有油酸的细菌生长培养基产生最高浓度的米酵菌酸。当理想条件下在椰子培养基上培养椰毒伯克霍尔德菌时,到培养的第二天毒素产量可达到2-4 mg/g。有趣的是,小孢子菌对米酵菌酸的产生具有抑制作用,当允许形成足够数量的真菌菌落时可以降低米酵菌酸的浓度。


米酵菌酸如何引起人类中毒


“ 米酵菌酸(BA)通过抑制ANT产生毒性作用 ”


米酵菌酸通过抑制线粒体腺嘌呤核苷酸转位酶(ANT)产生毒性作用,而毒黄素则作用于细胞内的电子传递链上,影响呼吸作用的同时还产生大量有毒的过氧化氢分子。线粒体中合成的三磷酸腺苷(ATP)通过ANT交换为胞质二磷酸腺苷(ADP),以向线粒体基质提供连续的ADP供应。腺嘌呤核苷酸转位酶是最丰富的线粒体蛋白之一,占线粒体内膜蛋白的10%。在人类中发现了三种ANT异构体,它们在心脏,骨骼肌,成纤维细胞和肝脏中都有不同程度的分布。它通过成为线粒体通透性过渡孔(MPTP)的线粒体致死孔的一部分,在协调性(凋亡)和不协调性(坏死)细胞死亡中发挥作用。MPTP是一种基于蛋白质的通道,可调节线粒体膜的通透性。米酵菌酸及其实验室合成的衍生物(具有不同的官能团)已成为研究细胞凋亡机制的工具,出现在700多篇文献中。


在最早研究米酵菌酸细胞病理生理的研究中,Welling等人结果显示,绵羊心脏组织中的葡萄糖含量和细胞氧摄入量呈剂量依赖性降低,以及乳酸积累和酸中毒。这些发现使他们假设米酵菌酸抑制线粒体酶。后来的研究表明,米酵菌酸是ANT的特异性配体,并通过将ANT冻结为“M”(面向矩阵)构象来抑制转位酶。每1 mg线粒体蛋白仅1μmol 米酵菌酸就足以完全阻断ADP的磷酸化。每1 mg线粒体蛋白在6 mmol ATP下需要约10μmol 米酵菌酸才能完全阻止ATP水解。


米酵菌酸中毒有哪些表现


据报道,接触被米酵菌酸污染的食物后的潜伏期为1-10小时。主要靶器官是肝,脑和肾。人类的体征和症状与其他线粒体毒物的临床发现相似,但其严重程度和时程不同。报告的症状包括全身乏力,头晕,嗜睡,出汗过多,心悸,腹痛,呕吐,腹泻,少尿便血,血尿和尿潴留。患者检查期间的发现包括低血压,心律不齐,体温过高,黄疸,黄疸和四肢僵硬,Cheyne-Stokes呼吸,肺部罗音,嗜睡,谵妄,休克,昏迷和死亡。在死亡病例中,死亡可在体征和症状发作后1–20 h发生。过去暴发的死亡率在中国为40%,在印度尼西亚平均为60%。实验室异常包括最初的高血糖症,其次是低血糖症,肝功能检查异常,红细胞计数和血红蛋白正常,白细胞计数增加。


来自动物研究的数据显示出现体征,症状和死亡的时间线差异较大。在一项研究中,喂食受污染食物的狗在2-3小时内表现出躁动,呕吐,后腿麻痹,结肠痉挛,昏迷,心力衰竭,呼吸麻痹和死亡。在另一项研究中,喂食椰毒伯克霍尔德菌培养物上清液的狗和恒河猴分别在6-33 h和15.5-35 h内死亡。喂食米酵菌酸的小鼠在45分钟内死亡。当喂食被污染食物中毒的动物器官时,试验动物没有死亡。对米酵菌酸暴发死亡的尸检显示与多器官衰竭和弥漫性细胞功能障碍。


怀疑米酵菌酸中毒如何检测和诊断


检测椰毒伯克霍尔德菌和米酵菌酸并不容易。已从受污染的食物和呕吐物中分离出椰毒伯克霍尔德菌。椰毒伯克霍尔德菌鉴定的最常用方法是16S rDNA测序,但有时会错误地鉴定椰毒伯克霍尔德菌为其他伯克霍尔德菌属细菌。可使用毛细管电泳-单链构象多态性(CE-SSCP),微阵列分析或基于探针的细胞捕获来鉴定椰毒伯克霍尔德菌。最可靠的方法可能是多重PCR方法。可以使用液体薄层色谱,色谱-质谱和高压液相色谱测试环境样品中米酵菌酸的存在和定量。


米酵菌酸中毒该如何治疗


目前没有治疗米酵菌酸中毒者的标准指南,对患者的治疗是对症和支持性的。可以从治疗其他线粒体毒素(例如一氧化碳,氰化物和硫化氢)的建议中推算出治疗策略。然而,基于其不同的毒性和解毒作用机理,用于其他线粒体毒素(例如羟考巴林,亚硝酸盐或硫代硫酸钠)的解毒剂预计不会具有任何显著的的益处。葡萄糖对低血糖患者可能有帮助,尽管尚未有报道称葡萄糖可以降低死亡率。由于米酵菌酸的体内分布量可能太大而无法通过血液透析进行体外清除,但在肾衰竭需要支持器官功能的情况下,仍应考虑进行血液透析。


总  结


米酵菌酸(BA)在线粒体毒素中具有独特的毒性机制:它抑制腺嘌呤核苷酸转位酶(ANT)而不是电子传输链。米酵菌酸是由唐菖蒲伯克霍尔德菌属椰毒伯克霍尔德菌产生的,该细菌与印尼和中国的食源性疾病暴发有关,涉及椰子和玉米基产品。米酵菌酸是一种线粒体ANT毒素,主要发生在涉及椰子和玉米的食源性中毒暴发中。当食源性疾病暴发时,如果迹象和症状表现出涉及肝脏、大脑和肾脏,并且涉及椰子或玉米类食品,就应考虑这些食品可能是罪魁祸首。该疾病可能由于多种原因而被误诊,包括缺乏确定性的检测能力和/或由于对疾病的了解不足而没有考虑该诊断。因此我们需要进一步的工作来指导如何预防,诊断和指定潜在的治疗策略。


专家简介


王新宇

医学博士,复旦大学附属华山医院感染科副主任医师。2000年毕业于复旦大学医学院临床医学专业,长期从事感染病临床工作,擅长旅行相关感染病和媒介传播疾病的诊治。现担任华山医院旅行门诊主诊医师,感染科浦东院区执行主任。



参考文献(上下滑动)


1.Gudo E S, Cook K, Kasper A M, et al. Description of a mass poisoning in a rural district in Mozambique: The first documented bongkrekic acid poisoning in Africa[J]. Clinical infectious diseases, 2018, 66(9): 1400-1406.


2.Anwar M,Kasper A,Steck AR,Schier JG. Bongkrekic Acid-a Review of a Lesser-Known Mitochondrial Toxin. J Med Toxicol[J], 2017, 13(2): 173-179.


3.Li J,Zhou LU,Long C,Fang L,Chen Q,Chen Q,Liang J,Yang Y,Zhu H,Chen Z,Gao S,Li Z,Li Q,Huang Q,Zhang Y. An Investigation of Bongkrekic Acid Poisoning Caused by Consumption of a Nonfermented Rice Noodle Product without Noticeable Signs of Spoilage. J Food Prot[J], 2019, 82(10): 1650-1654.


END



审校|杨青、曾吉、张兴