Citrinin
|
|
|
|
| Namn | |
|---|---|
|
Föredraget IUPAC-namn
( 3R ,4S ) -8-hydroxi-3,4,5-trimetyl-6-oxo-4,6-dihydro-3H - 2-bensopyran-7-karboxylsyra |
|
| Identifierare | |
|
3D-modell ( JSmol )
|
|
| ChEMBL | |
| ChemSpider | |
| ECHA InfoCard | 100.007.508 |
| KEGG | |
|
PubChem CID
|
|
| UNII | |
|
CompTox Dashboard ( EPA )
|
|
|
|
|
|
| Egenskaper | |
| C13H14O5 _ _ _ _ _ | |
| Molar massa | 250,25 |
| Utseende | Citrongula kristaller |
| Smältpunkt | 175 °C (347 °F; 448 K) ( sönderdelas (torra förhållanden), när vatten är närvarande 100 grader Celsius) ) |
| Olöslig | |
| Faror | |
| GHS- märkning : | |
 
|
|
| H301 , H311 , H331 , H351 | |
| P261 , P280 , P301+P310 , P311 | |
| Säkerhetsdatablad (SDS) | MSDS |
|
Om inte annat anges ges data för material i standardtillstånd (vid 25 °C [77 °F], 100 kPa).
|
|
Citrinin är ett mykotoxin som ofta finns i livsmedel. Det är en sekundär metabolit som produceras av svampar som förorenar långvarig mat och den orsakar olika toxiska effekter, som nefrotoxiska , hepatotoxiska och cytotoxiska effekter. Citrinin finns främst i lagrade spannmål, men ibland även i frukt och andra växtprodukter.
Historia
Citrinin var ett av de många mykotoxiner som upptäcktes av H. Raitrick och AC Hetherington på 1930-talet. År 1941 identifierade H. Raitrick och G. Smith att citrinin hade en bred antibakteriell aktivitet. Efter denna upptäckt steg intresset för citrinin. Emellertid visade Ambrose och F. DeEds 1946 att citrinin var giftigt för däggdjur. Som ett resultat minskade intresset för citrinin, men det fanns fortfarande mycket forskning. [ specificera ] 1948 hittades den kemiska strukturen av WB Whalley och medarbetare. Citrinin är en naturlig förening och det isolerades först från Penicillium citrinum , men produceras också av andra Penicillium- arter, såsom Monascus -arterna och Aspergillus -arterna, som båda är svampar. Under 1950-talet identifierade WB Whalley, AJ Birch och andra citrinin som en polyketid och undersökte dess biosyntes med hjälp av radioisotoper. [ specificera ] Under 1980- och 1990-talen undersökte J. Staunton, U. Sankawa och andra också dess biosyntes med hjälp av stabila isotoper och NMR . Genklusteruttryckssystemet för citrinin rapporterades 2008 .
1993 började Världshälsoorganisationen International Agency for Research on Cancer att utvärdera den cancerframkallande potentialen hos mykotoxiner. Mykotoxiners hälsorisk för människor eller djur har granskats omfattande under de senaste åren. För att säkerställa jordbrukets produktivitet och hållbarhet, djur- och folkhälsa, djurens välbefinnande och miljön fastställs maximihalter av oönskade ämnen i djurfoder i EU-direktivet från Europaparlamentet och rådet av den 7 maj 2002. Medan maximihalter för olika mykotoxiner fastställdes för ett antal livsmedel och foderprodukter, förekomsten av citrinin är ännu inte reglerad enligt dessa eller andra förordningar inom EU. Inga gränsvärden har ännu rapporterats av Food and Agriculture Organization för citrinin i livsmedel och foder.
Struktur och reaktivitet
Citrinin är ett polyketidmykotoxin, som är en sekundär metabolit av vissa svamparter. Dess IUPAC -namn är (3R,4S)-4,6-dihydro-8-hydroxi-3,4,5-trimetyl-6-oxo-3H-2 - bensopyran-7-karboxylsyra och molekylformeln är C13H 14O5 . _ _ Citrinin har en molekylvikt på 250,25 g/mol. Det bildar oordnade gula kristaller som smälter vid 175 °C. Citrinin är en plan molekyl som innehåller konjugerade bindningar. Som ett resultat av dessa konjugerade bindningar är citrinin autofluorescerande. Citrininkristaller kan knappast lösas i kallt vatten, men i polära organiska lösningsmedel och vattenhaltig natriumhydroxid, natriumkarbonat och natriumacetat är upplösning möjlig.
Som nämnts ovan sönderdelas citrinin vid temperaturer högre än 175 °C, förutsatt att det är under torra förhållanden. När vatten finns är nedbrytningstemperaturen runt 100 °C. Flera sönderdelningsprodukter av citrinin är kända, inklusive fenol A, citrinin H1, citrinin H2 och dicitrinin A. Strukturerna för sönderdelningsprodukterna visas i figur 1, avbildad till vänster. Citrinin H1 produceras av två citrininmolekyler och dess toxicitet är ökad jämfört med den ursprungliga toxiciteten av citrinin. Citrinin H2, ett formylerat derivat av fenol A, är mindre giftigt än citrinin. Fenol A verkar produceras huvudsakligen under sura förhållanden. Dicitrinin A är en dimer av citrininmolekyler som huvudsakligen bildas vid nedbrytning i en neutral miljö, när en hög koncentration av citrinin finns.
Hur citrinin reagerar i kroppen är ännu inte förstått och dess intermediärer under biotransformation är inte heller kända.
Samexponering med ochratoxin A
Citrinin förekommer ofta tillsammans med andra mykotoxiner som ochratoxin A eller aflatoxin B1 , eftersom de produceras av samma svamparter. Den kombination som observeras oftast är citrinin med ochratoxin A och detta är också den mest studerade kombinationen. Effekterna av samtidig förekomst av dessa mykotoxiner är antingen additiva eller synergistiska. De nefrotoxiska effekterna av till exempel ochratoxin A och citrinin är ökade synergistiska när exponering för båda äger rum. Utöver det förväntas samtidig exponering av dessa föreningar vara involverad i patogenesen av en mänsklig njursjukdom, kallad Balkan Endemic Nephropathy . Interaktionen mellan båda substanserna kan också påverka apoptos och nekros i hepatocyter .
Närvaro i mat och exponering
Den befintliga informationen om förekomst av citrinin i livsmedel tyder på att relativt höga citrininkoncentrationer kan hittas i lagrade spannmål och spannmålsbaserade produkter. På grund av detta och det faktum att människor i allmänhet har en hög konsumtion av spannmålsbaserade livsmedel, ansåg panelen för föroreningar i livsmedelskedjan (CONTAM-panelen) att spannmål kan vara den största bidragsgivaren till exponering för citrinin via kosten. CONTAM-panelen drog slutsatsen att det inte fanns tillräckligt med data i litteraturen för att göra en exponeringsbedömning via kosten.
Ett annat sätt att exponeras för citrinin är genom inandning och hudkontakt. Omfattningen av möjliga hälsorisker orsakade av inhalerat citrinin eller genom hudexponering av citrinin är dock till stor del oklart. Forskare fann att citrinin också används i inomhusmaterial. Vid analys av 79 bulkprover fann de att citrinin fanns i tre av dem, med ett koncentrationsområde mellan 20 och 35 000 ng/g. Även andra mykotoxiner fanns i flera prover.
Giftighet
Det finns olika typer av toxicitet. De typer av toxicitet som har studerats för citrinin är akut toxicitet , nefrotoxicitet, genotoxicitet och dess carcinogenicitet.
Akut förgiftning
Den akuta toxiciteten av citrinin beror på administreringssättet och på de arter som används för forskningen. Oral administrering krävde den högsta dosen för dödlighet och LD50 för denna administreringsväg är 134 mg/kg kroppsvikt (kroppsvikt) för kanin. Intravenös administrering krävde den lägsta dosen för dödlighet. LD50 är 19 mg/kg kroppsvikt för kanin. Intraperitonealt är LD50 50 mg/kg kroppsvikt för kanin. Subkutant är LD50 37 mg/kg kroppsvikt för marsvin. Via gröda är LD50 57 mg/kg kroppsvikt för ankungar.
Nefrotoxicitet och cancerogenicitet
I en studie med råttor av hankön fann man att råttorna visade ett ökat förhållande mellan njurvikt och kroppsvikt efter en exponering av 70 mg citrinin/kg kroppsvikt under 32 veckor och en ökning av förhållandet mellan levervikt och kroppsvikt efter en exponering i 80 veckor. Efter 40 veckors exponering för citrinin visade råttorna även små adenom .
Genotoxicitet
I däggdjursceller in vitro inducerade citrinin inte DNA -enkelsträngsbrott , oxidativ DNA-skada eller systerkromatidsutbyte utan inducerade mikrokärnor , aneuploidi och kromosomavvikelser . In vivo inducerade det kromosomavvikelser och hypodiploidi i benmärgen hos möss. Detta indikerar att citrinin är mutagent .
Biosyntes
Citrinin biosyntetiseras av svamparter Penicillium, Monascus och Aspergillus . För produktionen av citrinin behövs en minimal uppsättning gener. Dessa gener är bevarade i de flesta arter som producerar citrinin. De är citS , mrl1 , mrl2 , mrl4 , mrl6 och mrl7 . CitS producerar ett citrininsyntas (CitS). Produkten av mrl1 -genen är ett serinhydrolas (CitA), men dess funktion är inte känd ännu. Mrl2 kodar för ett icke-hem Fe(II)-beroende oxygenas (CitB) som är involverat i ringexpansion. Ett NAD(P) +- beroende aldehyddehydrogenas ( CitD) kodas av mrl4 och ett annat dehydrogenas (CitE) kodas av mrl6. mrl7 - genen kodar för ett NAD(P) +- beroende oxidoreduktas (CitC).
Det första steget av citrininbiosyntes i svampar är bindningen av citrininsyntas till utgångsföreningen, en tiolester. Därefter bildar serinhydrolaset, kodat av mrl1, en ketoaldehyd vid vilken CitB kan arbeta. CitB oxiderar C-atomen i en metylgrupp bunden till den aromatiska ringen och producerar en alkohol. Oxidoreduktaset som kodas av mrl7 omvandlar denna alkohol till en bisaldehyd. Sedan omvandlar CitD den till en karboxylsyra, via en tiohemiacetalmellanprodukt som stiger som ett resultat av överföringen av hydrid från NADPH. Det sista steget är reduktionen av en kolatom med CitE, varefter citrinin frisätts. Under denna väg frigörs också flera biprodukter.
Aspergillus oryzae har omvandlats för att effektivt industriellt producera citrinin, vilket normalt inte är ett av dess SM.
Handlingsmekanism
Olika in vitro- studier har avslöjat involveringen av citrinintoxicitet i minskad cytokinproduktion, hämning av RNA- och DNA-syntes, induktion av oxidativ stress, hämning av nitridoxidgenexpression, ökning av ROS-produktion och aktivering av apoptotisk celldöd via signaltransduktionsvägar och kaspas-kaskadsystemet.
Cytokinproduktion och cellviabilitet
Johannessen et al. (2007) undersökte produktionen av cytokin och cellviabilitet som svar på citrininbehandling. Nivåer av TGFβ1 tillsammans med cellviabilitet reducerades till 90% av kontrollnivåerna när de inkuberades 48 timmar med 25 μg/ml citrinin. Inkubation med 50 μg/ml under 48 timmar och 72 timmar reducerade ytterligare TGFβ1- och cellviabilitetsnivåer till 40 % och 20 % av kontrollvärdena.
Vidare fann Johannessen att nivåerna av IL-6 reducerades till 90 % när de exponerades för 25 μg/mL citrinin (CTN) och till 40 % när de exponerades för 50 μg/mL. Nivåer av IL-8 och cellviabilitet reducerades också till 80 % och 20 % när de exponerades för 25 respektive 50 μg/mL CTN under 72 timmar. Dessa resultat visar att pleiotropt cytokin TGFβ1 och pro-inflammatoriska cytokiner minskade (något) när de exponerades för ökande doser av CTN. IL-6 och IL-8 förblev emellertid mestadels i icke-toxiska koncentrationer.
Effekt på cellviabilitet och apoptos
Yu et al. (2006) undersökte effekten av CTN på cellviabiliteten för en HL-60- cellinje. Vid exponering för 25 μM CTN i 24 timmar hittades ingen signifikant minskning. Men när den inkuberades till högre mängder, 50 och 75 μM, sjönk den totala livsdugligheten till 51 % respektive 22 % av kontrollnivåerna.
Chan (2007) testade också effekten av citrinin på cellviabilitet, men i en embryonal stamcellinje (ESC-B5) in vitro . ESC-B5-cellerna behandlades med 10–30 μM CTN i 24 timmar och en dosberoende minskning av cellviabilitet hittades. Chan fastställde vidare att denna minskning av cellviabilitet berodde på apoptos och inte nekros eftersom CTN-exponering ledde till en ökning av nukleär DNA-fragmentering eller nedbrytning av kromatin, som båda är egenskaper hos apoptos.
Andra indikationer på att minskningen av cellviabiliteten orsakas av citrinin-inducerad apoptos är: ökad ROS- produktion i ESC-B5, ökad Bax och minskad Bcl2 , frisättning av cytokrom c i cytosolen, stimulering av kaspas-kaskad (ökande aktivitet av kaspas-3 , −6, −7 och −9). Huang fann dessutom att JNK och PAK2 (båda associerade med apoptos) aktiverades på ett dosberoende sätt efter CTN-behandling av osteoblaster. Huang undersökte vidare rollen av JNK och ROS genom att undertrycka JNK-aktivering med en JNK-hämmare ( SP600125 ) och fann en signifikant minskning av kaspas-3 och apoptos, men ingen effekt på ROS-generering. Dessa resultat tyder på att ROS är en uppströms aktivator av JNK och kan möjligen kontrollera kaspas-3 för att utlösa apoptos när den behandlas med CTN.
Effekt på immunsvar
Mykotoxiner i allmänhet kan antingen stimulera eller undertrycka immunsvar. Liu et al. (2010) undersökte rollen av CTN på produktion av kväveoxid (NO), en proinflammatorisk mediator, i MES-13 (glomerulära mesangiala celler från en SV40 transgen mus) celler.
Det har visat sig att endotoxin LPS och inflammatoriska mediatorer som IFN-y , TNF-a och IL-1β kan inducera iNOS- genexpression (NO-syntesenzym) genom att aktivera transkriptionsfaktorer inklusive NF-KB och STAT1a .
När den exponerades för CTN minskade NO-produktionen på ett dosresponsivt sätt och detta berodde inte på minskning av cellviabiliteten eftersom fortfarande 95% av cellerna levde medan NO-produktionen sjönk med 20 eller 40% för 15 och 25 μM. Uttryck av iNOS-protein visade sig vara reducerat när det behandlades med CTN i jämförelse med celler behandlade med LPS/INF-y på både RNA- och proteinnivå. CTN minskade också STAT-1a-fosforylering och IRF-1 (en transkriptionsfaktor som är målinriktad av STAT-1a och kan binda till IRE av iNOS-genen) mRNA-nivåer.
Dessutom Liu et al. . (2010) fann att tillägg av CTN orsakade lägre DNA-bindningsaktivitet mellan NF-KB och LPS/IFN-y vilket resulterade i en minskning av nukleärt NF-KB-protein. Fosforylering av IκB-α, en uppströmshämmare av NF-KB, reducerades också vid tillsats av CTN. Dessa resultat tyder på att CTN hämmar iNOS-genuttryck genom undertryckande av NF-KB genom att blockera IκB-α-fosforylering.
Metabolism av citrinin
Reddy et al. (1982) beskrev distributionen och metabolismen av [ 14C ]citrinin i gravida råttor. Dessa råttor administrerades subkutant med 35 mg/kg C-märkt citrinin på dag 12 av graviditeten. Från plasmakoncentrationer kunde man dra slutsatsen att radioaktiviteten snabbt försvann efter 12 timmar och så småningom fanns endast 0,9 % kvar. En total återhämtning på 98 % hittades 72 timmar efter administrering i flera vävnader och procentandelen av reaktivitet som hittats i lever, mag-tarmkanalen (främst tunntarm), njure, livmoder och foster listas i tabell 1 nedan.
Tabell 1: Fördelning av citrinin genom vävnader
| Lever | GI | Njure | Livmoder | Foster | |
| 30 minuter efter dosering | 9,5 % | 6,8 % | 3,5 % | 0,4 % | 0,26 % |
| 72 timmar efter dosering | 1,3 % | 0,85 % | 0,1 % | 0,05 % | 0,04 % |
Det mesta av det radioaktivt märkta citrininet (77%) utsöndrades via urin. Ca 21 % hittades i avföring, detta var en sen effekt då ingen radioaktivitet hittades efter 30 minuter och endast 3 % efter 6 timmar. Därför reflekterade närvaron av 6,8 % radioaktivitet i mag-tarmkanalen efter 30 minuter troligen den utsöndrade märkningen av levern och genomgick enterohepatisk cirkulation innan den hamnade i tarmen.
Metaboliter
1 timme efter dosering hittades en metabolit (A) i plasma med hjälp av HPLC. Retentionstiderna för moderföreningen citrinin (C) och denna metabolit (A) var 270 respektive 176 sekunder. Metaboliten var mer polär än citrinin. Urinprover vid olika tidpunkter gav två metaboliter vid 180 (A) och 140 (B) sekunder, som båda var mer polära än CTN. Gallprover tagna 3 timmar efter dosering gav en retentionstid på 140 sekunder, vilket tyder på metabolit B. Uterusextrakt gav metabolit A (retentionstid: 180 sekunder) och fostret gav ingen metabolit, endast moderföreningen citrinin. Dessa resultat tyder på att endast moderföreningen, som finns i plasma och livmoder, kan komma in i fostret och metaboliten (A), som också finns i plasma och livmodern, gör det inte. Detta kan bero på att metaboliten var mer polär och därigenom inte kan passera placentabarriären.
I jämförelse med hanråttor hittades två metaboliter i urin, plasma och galla med liknande retentionstider och mer polärt utseende än modersubstansen. Dessa resultat tyder på levern som ursprung för citrininmetabolism hos hanråttor.
Citrinin och dihydrocitrinon i urin från tyska vuxna
En färsk studie av Ali et al . (2015) undersökte nivåerna av citrinin (CTN) och dess humana metabolit dihydrocitrinon (HO-CTN) i urinprover från 50 friska vuxna (27 kvinnor och 23 män). Citrinin och dess huvudmetabolit kunde detekteras positivt i 82 % respektive 84 % av alla urinprover. De uppmätta nivåerna för CTN varierade från 0,02 (detektionsgräns, LOD) till 0,08 ng/ml och för HO-CTN från 0,05 (LOD) till 0,51 ng/ml. Den genomsnittliga urinnivån var 0,03 ng/ml för CTN och 0,06 ng/mL för HO-CTN. Vid justering till kreatininhalt, 20,2 ng/g crea (CTN) och 60,9 ng/g crea (HO-CTN) var det tydligt att metabolitens utseende i urinen är 3 gånger högre. Detta tyder på att urin potentiellt kan användas som en ytterligare biomarkör för citrininexponering.
Effektivitet
Många människor har en hög konsumtion av spannmålsprodukter och eftersom citrinin finns i spannmålsprodukter kan detta leda till hög konsumtion av citrinin. Det finns en oro för koncentrationen av citrinin som orsakar nefrotoxicitet. Baserat på rapporten från Europeiska myndigheten för livsmedelssäkerhet är den kritiska citrininkoncentrationen från barn (upp till 3–9 år) 53 μg/kg spannmål och spannmålsbaserade produkter medan 19 till 100 μg/kg är för vuxna. Tyvärr finns det ingen bestämd slutsats för den exakta citrininkoncentrationen som kan orsaka nefrotoxicitet under långa konsumtionsperioder.
Negativ effekt
Forskning har visat att njuren är det huvudsakliga målorganet för citrinin. Det visar förändring i histopatologi och mild sjuklighet i råttans njure. Citrinin orsakar en störning av njurfunktionen hos råttor, vilket visar att det finns en ansamling av citrinin i njurvävnad. Det har också visat sig att citrinin transporteras in i njurarnas proximala tubulära celler. En organisk anjontransportör krävs för denna transportprocess. Nyligen genomförda studier visar att mitokondriernas andningsorgan är ett annat mål för citrinin. Citrinin kan störa elektrontransportsystemet, Ca 2+ flöden och membranpermeabilitet.
Även flera experiment har utförts på boskap, såsom grisar och höns, för att se effekten av citrinin.
Experiment på grisar
Grisar kommer sannolikt att konsumera citrinin från fodret. Det har observerats att efter administrering av 20 och 40 mg citrinin/kg kroppsvikt lider grisar av tillväxtdepression, viktminskning och glykosuri och minskande β-globulin efter 3 dagar.
Experiment på kycklingar
Hos slaktkyckling observeras diarré, blödningar i tarmen och förstoring av lever och njurar efter administrering av 130 och 260 mg citrinin/kg kroppsvikt under 4–6 veckor. 2 Olika effekter förekommer hos mogna värphöns som exponeras för 250 mg citrinin/kg kroppsvikt och 50 mg citrinin/kg kroppsvikt. Denna exponering resulterade i akut diarré och ökad vattenförbrukning.
