مایکوتوکسین زیرالنون

زیرالنون(ZEA) یا F-2 toxin (شکل1) یک مایکوتوکسین استروژنیک غیراستروئیدی است که بوسیله بسیاری از گونه‏های قارچ فوزاریوم و به طور عمدهFusarium graminearum و F.culmorum تولید می‏شود. این قارچها عمدتاً بر روی غلات، بویژه ذرت، جو، جودوسر ، گندم، برنج و ذرت خوشه‏ای رشد می‏کنند. زیرالنون و چند ترکیب وابسته به آن، تنها گروهی از مایکوتوکسینهای استروژنیک هستند که تاکنون شناسایی شده‏اند. این سموم، با وجود دارا بودن سمیت حاد اندک، در بسیاری از مسمومیتهای قارچی حیوانات اهلی بویژه خوک و گوسفند نقش دارند. دوزهای بالای آن، در این حیوانات ایجاد ناباروری و اختلالات جنسی می‌کند و لذا حضور آن در خوراک حیوانات، از مدتها پیش به عنوان معضلی در صنعت پرورش دام مطرح بوده است(2و1).

زیرالنون به عنوان یکی از استروژنهای محیطی

زیرالنون و مشتقات آن، در زمره استروژنهای محیطی یا اکواستروژنها محسوب می‏شوند. این واژه، به گروهی از مواد شیمیایی طبیعی یا سنتزی اطلاق می‏شود که بطور ناخواسته وارد بدن انسان و حیوان می‌شوند و توانایی اتصال به گیرنده‏های استروژنی را دارند. عاملی که قابلیت برقراری چنین اتصالی را فراهم می‌کند، وضعیت درهم آمیختة‌ گیرنده‌های استروژنی در سیتوپلاسم سلولهای جانوری است که باعث می‌شود ترکیباتی که در مقایسه با هورمونهای جنسی از تمایل کمتری برای اتصال به گیرنده‌های استروژنی برخوردارند نیز توانایی دسترسی و برقراری پیوند با این گیرنده‌ها را بیابند و از این طریق بتوانند پاسخهای استروژنیک را تحریک نمایند(3).

استروژنهای محیطی با نامهای مترادف دیگری از قبیل: اکواستروژنها، استروژنهای زینوبیوتیک و زینواستروژنهای محیطی نیز شناخته می‏شوند. این ترکیبات را می‏توان به سه گروه عمده استروژنهای صنعتی، فیتواستروژنها و مایکوتوکسینهای استروژنیک تقسیم کرد.

الف ـ استروژنهای صنعتی: در این گروه، بعضی از آلاینده‏های شیمیایی قرار می‏گیرند که به علت پایداری زیاد در محیط زیست، وارد زنجیره‏های غذایی می‏شوند. نمونه آن، دیوکسین(TCDD) است که در جریان ساخت DDT و به مقدار کمی نیز طی احتراق ترکیبات آروماتیک کلره بوجود می‏آید. از موارد دیگر می‌توان حشره‌کش DDT و ترکیبات حاصل از تجزیه آن، لیندن و سایر حشره‏کشهای کلره، بعضی از پلاستیسایزرها مثل دی (2ـ اتیل هگزیل) فتالات، علف‏کشهای تریازین و پلی‏کلروبی فنیل‏ها(PCBs) را نام برد.

همچنین فاضلاب کارخانه‏های کاغذسازی نیز از منابع بزرگ استروژنهای صنعتی است، که اشکال تجزیه شده میکروبی سیتواسترول و سایر فیتواسترولهای موجود در درختان مخروطی را در خود دارند(3).

ب ـ فیتواستروژنها: ترکیباتی که به طور طبیعی در گیاهان وجود دارند. بسیاری از گیاهان، از جمله سویا، حاوی مقادیر قابل توجهی فلاوونوئید با خاصیت استروژنیک می‏باشند. فیتواستروژنها خود به دو گروه ایزوفلاوونها و کامستانها تقسیم می‌شوند. از ایزوفلاوونها، می‏توان جنیستئین را نام برد که در انواع خاصی از شبدر وجود دارد و در بعضی از مناطق استرالیا عامل کاهش باروری و سقط جنین خودبخود گوسفندان است. همچنین دیازئین ، به عنوان یک گلیکوزید در سویا، مثال دیگری از این گروه است. از کامستانها نیز می‏توان به کامسترول اشاره کرد که در شبدر و یونجه وجود دارد(3).

ج ـ مایکوتوکسینهای استروژنیک (مایکواستروژنها): این گروه از استروژنهای محیطی، فقط محدود به لاکتونهای رسورسیلیک اسید است که در قالب زیرالنون‏ها دیده می‏شوند. مایکواستروژنها، اهمیت زیادی در مبحث استروژنهای محیطی دارند؛ اما میزان مشارکت آنها در بین مجموع استروژنهای موجود در محیط زندگی انسان و حیوانات اهلی، هنوز تعیین نشده است(4و3).

پدیده استروژنیسم، زمینه ساز کشف زیرالنون: کشف مایکوتوکسینهای استروژنیک، نتیجه مطالعه بر روی پدیده استروژنیسم است. این پدیده که با اسامی هیپراستروژنیسم و سندرم استروژنیک نیز شناخته

می‏شود، اولین بار در سال 1927 توسط Buxton پس از مطالعه بر روی خوکها گزارش شد. وی در خوکهای جوان، آماس و واژگونی واژن و در موارد حاد، سرویکس را مشاهده کرد. در سال 1928، McNutt برای اولین بار اصطلاح ولووواژینیس را برای این عارضه بکار برد و نشان داد که این اختلال، از مصرف ذرت کپک زده در خوکها ایجاد می‏شود. در سال 1952، McErlean، قارچ مرتبط با این بیماری را از دانة جو جدا کرد و آنرا با عنوان Fusarium graminearum (Gibberella zeae) نامگذاری کرد، که سبب بیماری اسکب در جو می‏شود. سموم تولید شده توسط این قارچ، در ابتدا از محیطهای کشت جدا شد و مشخص گردید یکی از این سموم، عامل اصلی بروز علایم استروژنیسم است. در سال 1966، سم قارچی مورد نظر توسط Urry و همکارانش زیرالنون نامگذاری شده و در همین سال، ساختمان شیمیایی این سم را با استفاده از تجزیه شیمیایی، طیف NMR و طیف سنجی جرمی(MS) مشخص کردند(3).

قارچهای تولیدکنندة مایکوتوکسینها: زیرالنون‏ها فقط بوسیله قارچهای جنس فوزاریوم تولید می‏شوند. حداقل 7 گونه مختلف فوزاریوم وجود دارند که قادر به تولید زیرالنول و متابولیتهای (آن a وb ـ زیرالنول‏ها، a وb ـ زیرالانول‏ها و cis-ZEA) هستند.

مهمترین آنها، گونه Fusarium roseum و زیرگونه‏های F.roseum Gibbosum, F.roseum Culmorum, F.roseum Graminearum, F.roseum Semitectum F.roseum Equiseti می‏باشند.

دیگر گونه‏های قارچی تولیدکننده زیرالنون عبارتند از:

F.oxysporum, F.moniliforme, F.tricinctum, F.poae, F.lateritium, F.sporotrichiodes(5-3). اگرچه قارچهای سازنده سم زیرالنون، معمولاً در مناطق معتدل کره زمین پراکنده هستند؛ اما تعدادی از آنها نیز با شرایط آب و هوایی استوایی و نیمه استوایی سازگار شده‏اند(6).

مکانیسم اثر: مطالعات انجام شده در محیط آزمایشگاه نشان می‏دهند که زیرالنون و بعضی از متابولیتهای آن، قادر به اتصال رقابتی به گیرنده‏های استروژنی(ER) هستند. این اتصال در بافتهای رحم، غدد پستانی، کبد و هیپوتالاموس در گونه‏های مختلف حیوانی مشاهده شده است. بر این اساس، مقادیر اتصال زیرالنون یا متابولیتهایش به گیرنده‏های استروژنی در بافتها و سلولهای هدف هورمون استرادیول (E2)، از کمتر از

01/0 تا 1/0 (میزان اتصال استرادیول) تغییر می‏کند. از این میان، a ـ زیرالانول، اتصال نسبتاً قویتر و b ـ زیرالانول اتصال بسیار ضعیفی را نشان می‎دهد. تمایل اتصال نسبی ZEA و مشتقات آن به گیرنده‏های سیتوپلاسمی رحم موش صحرایی، به ترتیب زیر ارزیابی شده است(8-7):

a-zearalanol>a-zearalenol>b-zearalanol>ZEA>b-zearalenol

بنظر می‏رسد در سلولهایی که گیرنده‌های استروژنی α و β انسانی به آن منتقل شده است، زیرالنون توانایی متصل‌شدن و فعال کردن هر دو نوع این گیرنده‏ها را دارد. برای گیرنده‏های استروژنی نوع آلفا(a ER)، زیرالنون به عنوان یک آنتاگونیست کامل و برای گیرنده‏های استروژنی نوع بتاb) ER (، به عنوان یک آگونیست ـ آنتاگونیست عمل می‏کند(9،4).

بررسی فعالیت زیرالنون‏ها در شرایط in vivo نشان می‏دهد که در ماهی، توانایی استروژنیک α ـ زیرالنول و ZEA تقریباً معادل 50% هورمون 17ـ بتا ـ استرادیول (E2) است(10). توانایی زیرالنون برای اتصال به گیرنده‏های هورمون E2 در تست رحمی موش سوری و از راه تجویز خوراکی، حدود 001/0 بود(2).

نقش ساختمان شیمیایی در فعالیت بیولوژیکی زیرالنونها:

عملکرد استروژنی زیرالنونها به این علت است که قادرند کنفورماسیونی را اختیار کنند که به حد کافی شبیه به هورمون 17ـ بتا ـ استرادیول و سایر استروژنهای طبیعی است و به آنها اجازه برقراری اتصال به گیرنده‏های استروژنی را می‏دهد(شکل شماره2). با مطالعه بر روی اعضاء طبیعی و سنتزی خانواده زیرالنون، بتدریج ارتباط بین ساختمان این سموم قارچی و عملکرد بیولوژیکی آنها آشکار می‏شود. بعنوان مثال، فعالیت استروژنی bـ زیرالنون، که محصول احیاء عامل ستونی کربن 6زیرالنون است، 3 برابر زیرالنون می‏باشد. همچنین با هیدروژناسیون باند دوگانه C1=C2 در حلقه ماکرولید زیرالنون و تولید زیرالانون، فعالیت استروژنیک نیز بیشتر می‏شود که احتمالاً علت آن، انعطاف‏پذیری بیشتر حلقه ماکروسیکلیک است که می‏تواند کنفورماسیونی مناسب برای واکنش مؤثر با گیرنده‏های استروژنی اختیار کند(3).

همچنین، ایجاد آنالوگ cis در باند دوگانه زیرالنون نیز باعث کاهش انعطاف‌پذیری حلقه ماکروسیکلیک شده و فعالیت استروژنی را کاهش می‏دهد. از طرف دیگر، احیاء توأم عامل کربن شماره 6 و باند دوگانه

C1=C2، با تشکیل زیرالانول، فعالیت استروژنیک را 4 برابر می‏کند. حذف گروههای فنلی یا مسدود‏کردن آنها با گروههای متیل اتر نیز، باعث کاهش شدید فعالیت استروژنی می‏شود که احتمالاً بدلیل نقش عامل فنلی کربن شماره 4 زیرالنون است که برای ایجاد فعالیت استروژنی قوی در این ترکیب و نیز در بین استروئیدها و سایر ترکیبات، مورد نیاز می‏باشد. عدم وجود فعالیت بیولوژیک در ایزومر آینه‏ای (آنانتیومر) غیرطبیعی

(R)ـ زیرالنون نیز، نشان‏دهنده نقش مهم گروه متیل خارج از ملکول در فعالیت استروژنیک زیرالنون‏ها است (3).

سمیت تولیدمثلی

زیرالنون سبب بروز تغییراتی در دستگاه تولیدمثلی حیوانات آزمایشگاهی (موش صحرایی، موش سوری، خوکچه هندی، هامستر و خرگوش) و حیوانات اهلی می‏شود. تاکنون اثرات استروژنیک متنوعی مثل کاهش باروری، کاهش وزن نوزادان، تغییر وزن غدد آدرنال، تیروئید و هیپوفیز و نیز تغییراتی در سطح سرمی هورمونهای پروژسترون و استرادیول، از این سم قارچی مشاهده شده است. اما هیچگونه اثر تراتوژن‌زایی از آن در موش سوری، موش صحرایی، خوکچه هندی و خرگوش گزارش نشده است(11، 7).

خوک و گوسفند نسبت به جوندگان در برابر اثرات استروژنیک ZEA، حساسیت بیشتری دارند. در این زمینه، مطالعه Edwards و همکاران بر روی خوکهای بالغ غیرباردار نشان داد فاصله دوره‌های جنسی خوکهایی که مقادیر 5 و 10 میلی گرم ZEA را در هر کیلوگرم خوراک خود دریافت کردند به ترتیب به

9/2‏±2/29 و 3/3‏±7/32 روز رسید که نسبت به گروه شاهد (3/0±0/21 روز) افزایش معنی‏داری را نشان می‏داد(12)‍. در این دو گروه، افزایش غلظت پلاسمایی پروژسترون و بقاء طولانی‏تر جسم زرد تخمدان نیز مشاهده شد؛ اما با حذف ZEA از رژیم غذایی، جسم زرد تحلیل رفت. مقدار NOEL برای زیرالنون از این مطالعه b.w./day mg/kg40 بدست آمد. بر اساس نتایج مطالعه دیگری، زیرالنون با دوز b.w./day mg/kg 10، سبب قرمزی و آماس اندام تناسلی، آماس پستانها و ایجاد تعداد زیادی فولیکولهای وزیکولی و تعداد کمتری فولیکولهای کیسه مانند در تخمدان‏های خوکهای نابالغ می‏شود. دوز پایین‏تر سم (mg/kg b.w./day 2)، هیچ تغییر خارجی در اندامهای تناسلی حیوانات ایجاد نمی‏کند؛ اما بررسی اتوپسی نشان داد که تعداد فولیکولهای وزیکولی تخمدان در این حیوانات، بیشتر از گروه شاهد بود. اثراتی که تاکنون گزارش شده‏اند، باید با آزمایش بر روی تعداد بیشتری از حیوانات تأیید شوند تا بتوان مقدار دقیقی را برای NOEL زیرالنون بدست آورد(2).

اثرات ایجاد شده در انسان

شواهد موجود، حکایت از توان تومورزایی ZEA دارند و بنظر می‏رسد که این مایکوتوکسین می‏تواند تکثیر سلولی و ایجاد سرطان را در بافتهای هدف استروژنها تحریک کند(2). امروزه محققین در پی یافتن پاسخ این سؤال هستند که آیا ZEA در بافت اندومتر رحم انسان وجود دارد و آیا غلظت آن با تکثیر سلولی در بافت اندومتر مرتبط است؟ برای انجام آزمایشی در این راستا، نمونه‏های بافت اندومتر از رحم 49 زن برداشته شد. این نمونه‌ها شامل 27 نمونه مبتلا به سرطان بافت‏های غده‏ای اندومتر، 11 نمونه مبتلا به هیپرپلازی اندومتر و 11 نمونه نیز دارای رشد طبیعی اندومتر بودند. پس از اندازه‏گیری غلظت ZEA در این نمونه‏ها، مشخص شد که در 3 نمونه از مجموع نمونه‏های مبتلا به هیپرپلازی و در 22 نمونه از مجموع نمونه‏های مبتلا به آدنوکارسینوما، سم زیرالنون به ترتیب با میانگین غلظت hg/ml84/6±8/47 و hg/ml69/17±167 وجود داشت؛ در حالیکه در هیچ یک از نمونه‏های طبیعی اندومتر، زیرالنون تشخیص داده نشد. این یافته‏ها، حضور ZEA را در اندومتر دچار هیپرپلازی و نئوپلازی تأیید می‏کنند و نقش احتمالی این مایکواستروژن را در ایجاد سرطان در انسان نشان می‏دهند(13). همچنین شواهدی از دخالت زیرالنون در ایجاد سرطان سرویکس در انسان وجود دارد(3).

از طرف دیگر، زیرالنون و یا زیرالانول، به عنوان عامل احتمالی مسبب اپیدمی بلوغ زودرس نوجوانان در پورتوریکو در بین سالهای 1981-1978 مطرح می‏باشد. در پلاسمای خون افراد بیمار، زیرالنون و یا متابولیتهای آن یافت شدند. محققین برای یافتن علت اپیدمی از گوشتهای مصرفی آن منطقه، هموژنهایی تهیه و آنها را بر بافت رحمی موش صحرایی اثر دادند. نتایج نشان داد که پاسخ گیرنده‏های استروژنیک موجود در سیتوپلاسم سلولهای رحم، افزایش یافته است که معرف وجود ماده‏ای در هموژن بافتی است که می‌تواند به گیرنده‏های استروژنی متصل شود. بعدها یک همبستگی آماری بین تغییرات بلوغ جنسی و مصرف محصولات گوشتی و فرآورده‏های مشتق از سویا، در منطقه‏ای یافت شد که این اپیدمی دیده شده بود. اما این ارتباط آماری نتوانست علت بیش از50% موارد بیماری را بیان کند و محققین به این نتیجه رسیدند که افزایش موارد گزارش شده از رشد زودهنگام غدد پستانی (تلارک زودرس) در دختران 6 ماهه تا 8 ساله، ممکن است به علت نادرست بودن روشهای تشخیص بیماری و اندازه گیری غلظت مایکوتوکسین و یا ناشی از وجود بعضی از عوامل ناشناخته در رژیم غذایی افراد باشد (14).

افزایش وقوع تلارک زودرس در دختران و ژنیکوماستی در پسران، در مناطق جنوب شرقی مجارستان نیز گزارش شده است(15). آزمایش نمونه‏های خون این بیماران نشان داد که سم قارچی ZEA، با غلظتهای μg/ml 5/103-9/18 در سرم خون آنها وجود داشت و همچنین بررسی غذاهای مصرفی بیماران نیز حضور ZEA را تأیید نمود(15). در این مورد جزئیات بیشتری در دست نیست.

میزان آلودگی به زیرالنون در غلات ایران

با وجود خطری که از ناحیه آلودگی غلات به زیرالنون، متوجه صنعت دامپروری کشورمان است، اما هنوز مطالعه جامعی در مورد میزان شیوع آلودگی غلات به زیرالنون در ایران صورت نگرفته است. با اینکه در میان غلات، ذرت مهمترین سوبسترا برای تشکیل مایکوتوکسین زیرالنون محسوب می‏شود(4، 1)، ولی تاکنون هیچ مطالعه‏ای در این زمینه بر روی ذرت ایران انجام نشده است. بر این اساس میزان حضور مایکوتوکسین زیرالنون، برای اولین بار در سال 1379 در مـحصول ذرت استـان مازندران، کـه بـه دلیل مـوقعیت جغرافیایی خاص خود، جزو مناطق با احتمال آلودگی بالا محسوب می‏شود، اندازه‏گیری شد (17-16).

نتایج حاصل نشان داد که 5/7% از نمونه‏های آزمایش شده، آلودگی به این مایکوتوکسین را با میانگین ng/g6/50± 66/140 و در محدوده غلظتیng/g212-100 دارا بودند. در این گزارش میانگین غلظت بدست آمده زیرالنون، در محدوده مجاز جهانی در مواد غذایی (ng/g 1000-30) بوده است(18). بر این اساس پایش مداوم غلظت زیرالنون و سایر ترکیبات وابسته به آن در ذرت و دیگر غلات کشور، بدلیل نقش آنها در ایجاد اختلالات ناباروری، امری است که باید مورد توجه قرار گیرد.

تشکر و قدردانی

نگارندگان بر خود لازم می‏دانند که از کمکهای ارزشمند آقایان دکتر حسن یزدان‏پناه، دکتر عبدالمجید چراغعلی، آقای مسعود گودرزی و همراهی کارکنان محترم آزمایشگاه سم‏شناسی اداره کل کنترل غذا و داروی وزارت بهداشت، درمان و آموزش پزشکی، در انجام مطالعه بر روی ذرت استان مازندران تشکر کنند. همچنین از کارکنان محترم شرکت زراعی دشت ناز ساری، که تسهیلات لازم را برای نمونه‏برداری از مزارع ذرت فراهم نمودند قدردانی می‌شود.