细胞毒性在食品安全性中的应用研究

621※专题论述食品科学2008,Vol.29,No.09收稿日期：2008-05-20作者简介：沈雪(1985-)，女，本科生，研究方向为食品质量与安全。E-mail：[e-mail]*通讯作者：卢静(1976-)，女，讲师，博士，研究方向为细胞技术在食品毒理学中的应用。E-mail：[e-mail]沈雪，王昊，关爽，卢静*(吉林大学军需科技学院食品质量与安全系，吉林长春130062)食品的安全性问题已经成为现代生活中的一个焦点，备受大众关注。细胞毒性是应用体外细胞培养的方法和技术对有害因子进行评价。具有简单、快速、灵敏及准确等优势，已经被人们广泛应用于多种物质的安全性研究。本文主要就细胞毒性在食品安全性中的应用做一简要概述。细胞毒性；食品；安全SummaryofApplicationofCytotoxicityTechnologyinFoodSafetySHENXue，WANGHao，GUANSuang，LUJing*(DepartmentofFoodQualityandSafety,CollegeofQuartermasterTechnology,JilinUniversity,Changchun130062,China)Abstract：Theproblemsaboutfoodsafetyhavebecomefocusofmodernlife.Byinvitrocellculture,cytotoxicitytechnologyisusedtoevaluateinjuriousfactors,whichhastheadvantagesofeasyoperation,rapiddetermination,highsensitivityandaccuracy.Theapplicationofcytotoxicityinfoodsafetywassummarized.Keywords：cytotoxicity；food；safety中图分类号：TS207文献标识码：A文章编号：1002-6630(2008)09-0621-03随着生活水平的提高，人们对食品的追求已温饱型转向质量型，数以万计的食品映入了消费者的眼帘，“吃出美味，吃出健康”已经成为现代人饮食的主流观念，食品的安全性问题也因此被提升到了一个前所未有的高度，从农田到餐桌的每一个环节都可能对食品的安全性产生影响。随着体外细胞培养技术的日益成熟，国内外很多学者应用细胞毒性实验来研究可能对食品的安全性构成威胁的化学成分，一部分物质存在于食物原料当中，一部分是根据食品工艺需要而加入的，一部分是在食品加工的过程中产生的，通过研究这些化学成分的细胞毒性作用、毒物代谢、毒效应机制等可评价这些化合物的危险度。现将对细胞毒性在食品安全性中的应用现状加以阐述。1细胞毒性在食品中毒素类物质检测中的应用20世纪80年代末，Lombet[1]等首次建立细胞毒性检测的方法，此方法简单直观。MangerRL[2]等在此基础上适当的加以改进，使用小鼠的肿瘤细胞系来检测珊瑚鱼中的雪卡毒素。并且通过MTT、WST-8等细胞计数方法，通过酶标仪测定，间接反映出毒素的量。此方法检测的灵敏度很高，较低含量的毒素水平(检测极限可达到0.01μg/kg)也可检出，但是不能确定毒素的准确成分。随后，FladmarkKE[3]等应用鲤鱼或大鼠的肝细胞悬浮培养，根据细胞凋亡程度建立确定微囊藻毒素的检测方法，不仅能判断毒素的存在，而且还可精确确定毒素的总量。随后还根据微囊藻毒素导致悬浮培养的蛙鱼或大鼠肝细胞解聚的程度，建立了一种灵敏度提高5～10倍的判断毒素的方法。至今已发现的微囊藻毒素有60多种异构体[4]。其中的MC-LR(L、R分别代表亮氨酸、精氨酸)在众多异构体中普遍存在且毒性较大。微囊藻毒素对肝细胞和淋巴细胞的毒性机理研究取得了一定的成果，对不同宿主来源的细胞株(KB细胞、H-4-Ⅱ-E细胞、Hela细胞、HepG2细胞、HL-60细胞、NIH/3T3细胞、Vero细胞、Caco-2细胞)，MC-LR的细胞毒性作用存在很大的差异性。其中对KB细胞和H-4-Ⅱ-E细胞的细胞毒性作用十分明显，并呈现一定的时间-剂量-反应关系，而对其它细胞的毒性作用并不明显[5]。2细胞毒性在食品中的金属元素研究中的应用2008,Vol.29,No.09食品科学※专题论述6223细胞毒性在食品中农药残留检测方面的应用早在1996年，美国科学家ColbornT出版了《OurStolenFuture》[16]一书，使更多的科学家开始注意农药残留毒性和内分泌扰乱作用关系。主要采用活体和离体方法对残留农药内分泌扰乱作用进行筛选。昀初采用的细胞主要是乳腺癌上皮细胞[17]对有机磷农药进行筛选。离体筛选方法耗资少，灵敏度高，材料易于培养，并且有较好的重复性。汝少国等[18]通过分析Caco-2和PC12两个细胞系的特性，以Caco-2细胞紧密连接和PC12细胞乙酰胆碱酯酶活性为指标，建立了采用哺乳动物细胞系Caco-2和PC12细胞检测有机磷农药细胞毒性的新方法。沙蚕毒素类农药是人类开发成功的第一类动物源杀虫剂，是一种具有强力杀虫性能的有机仿生杀虫剂[19]，已作为高效广谱杀虫剂使用。广泛使用这些化学物质，间接的增加了食品安全性的负担。刘海婷[20]通过沙蚕毒素类杀虫剂巴丹对猴肾细胞(verocell)的毒性，证明氧化应激可能是引起Vero细胞损伤的途径之一，对进一步研究沙蚕毒素类农药对人畜的残留危害及作用机制提供一定的依据。4细胞毒性在食品添加剂研究中的应用牛磺酸是一种β-氨基酸，具有广泛的生理功能，经常被作为一种营养补充剂添加到食品当中。王红[21]发现，3.75～7.51mg/ml的牛磺酸可导致正常及中毒肝细胞的损伤，为了进一步研究牛磺酸可能的干细胞损伤作用，郭宇航等[22]利用原代培养正常大鼠肝细胞研究牛磺酸对肝细胞的毒性作用，证实了高浓度的牛磺酸对体外培养的肝细胞有一定损伤，与其前期的动物实验发现超大剂量牛磺酸能使大鼠肝脾肿大，部分肝细胞变性坏死的结果一致。亚硫酸盐是食品工业广泛使用的漂白剂、防腐剂和抗氧化剂。食品中亚硫酸盐残留量的超标问题较为多见[23-24]，王明衡等[25]研究了亚硫酸钠对HL-7702肝细胞的毒性作用，随着剂量的增加，肝细胞的活性抑制明显，细胞膜的损伤增大，为以后亚硫酸盐导致细胞毒性具体的机制研究提供了一定的依据。5细胞毒性在食品加工中产生的有毒有害物质检测的应用2002年，瑞典的研究人员发现，油炸、高温烘烤食品中含有较高剂量的丙烯酰胺，其不仅具有神经毒性，并且是一种潜在的致癌物。姜丽平[26]利用人肝癌细胞系HepG2细胞研究丙烯酰胺的遗传毒性及可能的机制。苯并(α)芘是一种公认的致癌物质、断裂剂、诱导有机体突变的物质和环境污染物[27]，食品中苯并(α)芘的来源广泛，关于苯并(α)芘的细胞毒性研究现已比较深入。徐永俊等[28]应用胚肺成纤维细胞(HELF)体外培养研究苯并(α)芘[B(α)P]的细胞毒性，发现[B(α)P]能够抑制细胞活力，并且存在显著的时间与剂量依赖性。在此基础上宫智勇等[29]利用肺腺癌细胞A549对苯并(α)芘所致细胞损伤作用进行了研究，证明了食品污染物苯并(α)芘对A549细胞明显的损伤作用，对细胞周期、细胞增殖的影响十分显著。JiaX等[30]报道2μmol/LB(α)P染毒24h可促进人胚肺成纤维细胞(HELF)从G1期进入S期Khan等[31]对非转化肺细胞与恶性肺细胞系中存在的“stealtheffect”(化学致癌物诱导G1期阻滞逃脱的特性)进行了研究。6细胞毒性实验发展优势细胞毒性实验主要应用体外细胞培养的方法，操作简单，不需要复杂的大型仪器设备及大量的人力，通常以生物学性状基本相同的细胞系或细胞株作为实验研究对象，避免了实验动物的个体差异，同时大大减少了实验动物的使用量，有利于3R原则的推广，可以在细胞存活的状态下，观察靶细胞对有害因子的细微结构与功能的变化，分析评价其作用机理和量效关系，灵敏度很高。但细胞毒性实验也有一定的局限性，细胞镉是食品工业中常见的重金属污染物，均可通过消化道进入人体，对机体的器官系统造成损害，肾脏尤为严重[6-7]。目前国内外大量的研究关注于寻找镉毒性作用的早期靶作用细胞和敏感性生物学标记[8-9]。刘德坚等[10]采用NRK大鼠肾细胞研究镉的毒性作用，在细胞水平上评价了镉的毒性作用。随后梁嘉斌等[11]又利用人的树突状细胞进一步研究镉的细胞毒性作用，发现不同剂量和作用时间对人的树突状细胞活性呈不同程度的毒性作用，进一步推出镉可能引起机体过敏和哮喘，高剂量镉引起机体免疫毒性，导致免疫抑制。通过测定细胞凋亡和脂质过氧化指标，王庆华[12]研究证实了硒对铅、镉导致细胞损伤具有一定拮抗能力，对肾细胞损伤具有一定的保护作用，但作用有限。有些金属元素是人体必需的微量元素，如果在食品中含量过多则会引起中毒，损害人体健康。李妍等[13]通过体外培养大鼠嗜铬细胞瘤PC12细胞研究锰的细胞毒性作用，随着锰含量的增加、时间的延长，细胞的抑制作用越来越明显。Caco-2细胞是70年代首次分离自人类结肠腺癌细胞，是用来研究外来化学成分肠道吸收和毒性的昀好的体外模型[14]。刘志伟[15]通过建立Caco-2细胞单层模型，研究了肝脏中蓄积的过量的铜可能在一定的刺激和有害因子的激发下，导致靶器官的损害。623※专题论述食品科学2008,Vol.29,No.09培养是在离体环境下，利用人工合成的培养基，使得细胞的生物学性状或多或少的有些变化，所得的实验结果可能与整体的动物实验存在一定的差异，把结果外推到人还存在一些问题。随着细胞技术的发展，可能会解决这些问题，使细胞毒性在食品安全性中得到更好的应用。参考文献：[1]LOMBETA,BIDARDJN,LAZDUNSKIM.Ciguatoxinandbrevetoxinsshareacommonreceptorsiteontheneuronalvoltage-dependentNa+channel[J].FEBSLett,1987,219(2):355-359.[2]MANGERRL.Detectionofsodiumchanneltoxins:directedcytotoxicityassaysofpurifiedciguatoxins,brevetoxins,saxitoxins,andseafoodextracts[J].AOACInt,1995,78(2):521-527.[3]FLADMARKKE,SERRESMH,LARSENNL,etal.Sensitivedetectionapoptogenictoxinsinsuspensionculturesofratandsalmonhepatocytes[J].Toxicon,1998,36(8):1101-1114.[4]CARMICHAELWW.Thetoxinsofcyanobacteria[J].SciAMer,1994,270:64-71.[5]谷康定,林群馨.微囊藻毒素-LR对传代细胞的毒性[J].中国公共卫生,2004,20(4):411-412.[6]邹先清,徐成伟.铅对肾脏毒性研究的某些进展[J].化工劳动保护.工业卫生与职业病分册,1996(1):25-27.[7]刘杰.镉的毒性和毒理学研究进展[J].中华劳动卫生职业病杂志,1998,16(1):2-4.[8]LIVNEHZ.DNAdamagecontrolbynovelDNApolymerases:translesionreplicationandmutagenesis[J].JBIolChem,2001,276(28):25639-25642.[9]SHCHERBAKOVAPV,BEBENEKK,KUNKELTA.FunctionsofeukaryoticDNApolymerases[J].SAGEKE,2003,8(3