Caco-2细胞模型揭示玉米赤霉烯酮及其修饰形式的生物转化与肠道生物利用度机制

本研究针对玉米赤霉烯酮（ZEN）及其代谢产物的肠道吸收与毒性机制不明的问题，通过Caco-2细胞模型系统评估了ZEN、氢化代谢物（α/β-ZOL）及糖苷结合物的跨膜转运效率与代谢特征。研究发现糖苷代谢物渗透性显著低于原生毒素，但具有更高的肠道逆转运效率（efflux ratio达34.11），并首次在肠上皮细胞中检测到α/β-ZOL硫酸盐代谢物。该成果为评估ZEN类毒素的膳食暴露风险提供了关键数据支撑。

　　

玉米赤霉烯酮（ZEN）作为镰刀菌产生的次级代谢产物，广泛污染谷物并表现出类雌激素效应，长期暴露可导致生殖障碍甚至癌症。尽管其毒性已被广泛研究，但关于ZEN代谢产物的肠道吸收规律及肠上皮转化机制仍存在重大知识空白。传统动物实验难以精确模拟人类肠道环境，而现有数据多集中于肝脏代谢，忽视了肠道这一关键首过代谢器官的作用。

针对这一科学问题，波兰农业与食品生物技术研究所（Prof. Waclaw Dabrowski Institute of Agricultural and Food Biotechnology-State Research Institute）的Adam Pierzgalski团队利用人结肠癌细胞系Caco-2构建肠屏障模型，首次系统比较了ZEN、α/β-玉米赤霉烯醇（α/β-ZOL）及其14-O-葡萄糖苷结合物的跨膜转运特性，并解析了肠上皮细胞的代谢转化网络。相关成果发表于《Toxicon》。

研究采用三大关键技术：1）MTT法测定细胞毒性阈值确定安全实验浓度；2）Transwell双室模型定量检测双向渗透系数（P_app）；3）高分辨质谱（LC-HRMS）定性分析细胞裂解物中的代谢产物。

3.1 细胞毒性评估

通过24小时暴露实验证实，10 μM ZEN及50 μM糖苷代谢物均未显著影响Caco-2细胞活力（p>0.05），为后续转运实验提供浓度依据。

3.2 跨膜转运特征

β-ZOL表现出最高渗透性（P_app=2.10×10^-6 cm/s），而ZEN-14-O-Glc渗透性最低（3.30×10^-8 cm/s）。糖苷代谢物呈现显著逆向转运倾向，ZEN-14-O-Glc的efflux ratio达34.11，提示其可能通过GLUT/SGLT糖转运体或P-gp外排泵被主动清除。

3.3 代谢转化图谱

细胞裂解物分析揭示四大代谢特征：1）所有糖苷代谢物均发生水解释放原生毒素；2）α/β-ZOL与ZEN存在双向转化；3）检测到ZEN-14-O-葡糖醛酸苷（ZEN-14-O-GlcA）和ZAN-14-O-GlcA；4）首次在肠上皮模型中鉴定出α/β-ZOL-14-硫酸盐代谢物。

该研究突破性地揭示肠上皮细胞在ZEN类毒素首过代谢中的核心作用：糖苷化虽降低原生毒素渗透性，但肠道水解作用可能导致"隐形毒素"释放；α/β-ZOL硫酸化的发现拓展了对ZEN解毒通路的认知；特别值得注意的是，β-ZOL的高渗透性（较ZEN提升64%）与其已知的更强细胞毒性（IC₅₀=13.1 μM）相耦合，提示该代谢物可能在肠道暴露中扮演关键毒性媒介。这些发现为完善霉菌毒素风险评估框架提供了实验依据，尤其对制定加工谷物中修饰型霉菌毒素的限量标准具有指导价值。