シトリニン

シトリニン

名前
推奨されるIUPAC名 (3 R ,4 S )-8-ヒドロキシ-3,4,5-トリメチル-6-オキソ-4,6-ジヒドロ-3 H -2-ベンゾピラン-7-カルボン酸
識別子
CAS番号	518-75-2 はい
3Dモデル（JSmol）	インタラクティブ画像
チェムBL	番号: いいえ
ケムスパイダー	10222475 いいえ
ECHA 情報カード	100.007.508
ケッグ	C16765 いいえ
パブケム CID	54680783
ユニ	3S697X6SNZ いいえ
CompTox ダッシュボード ( EPA )	DTXSID8020333
InChI InChI=1S/C13H14O5/c1-5-7(3)18-4-8-9(5)6(2)11(14)10(12(8)15)13(16)17/h4-5、 7,15H,1-3H3,(H,16,17)/t5-,7-/m1/s1 いいえ キー: CQIUKKVOEOPUDV-IYSWYEEDSA-N いいえ InChI=1/C13H14O5/c1-5-7(3)18-4-8-9(5)6(2)11(14)10(12(8)15)13(16)17/h4-5、 7,15H,1-3H3,(H,16,17)/t5-,7-/m1/s1 キー: CQIUKKVOEOPUDV-IYSWYEEDBV
笑顔 O=C2C(C(O)=O)=C(O)C1=CO[C@H](C)[C@@H](C)C1=C2C
プロパティ
化学式	Ｃ13Ｈ14Ｏ5​​​​​
モル質量	250.25
外観	レモンイエローの結晶
融点	175 °C (347 °F; 448 K) (乾燥状態では分解、水分が存在する場合は 100 ℃ )
水への溶解度	不溶性
危険
GHSラベル:
ピクトグラム
危険有害性情報	H301、H311、H331、H351
注意事項	P261、P280、P301+P310、P311
安全データシート（SDS）	製品安全データシート
特に記載がない限り、データは標準状態（25 °C [77 °F]、100 kPa）の材料に関するものです。 いいえ 確認する （何ですか  ？） はいいいえ インフォボックス参照

シトリニンは食品によく含まれるマイコトキシンです。これは菌類によって生成される二次代謝産物で、長期保存された食品を汚染し、腎臓、肝臓、細胞の損傷など、さまざまな毒性作用を引き起こす可能性があります。シトリニンは主に保存穀物に含まれていますが、果物やその他の植物製品にも含まれることがあります。

シトリニンは、1930年代にH. ライストリックとAC ヘザリントンによって発見された多くのマイコトキシンの1つでした。^[1] 1941年にH. ライストリックとG. スミスは、シトリニンが幅広い抗菌活性を持つことを特定しました。この発見の後、シトリニンへの関心が高まりました。しかし、1946年にAM アンブローズとF. ディーズが、シトリニンが哺乳類に対して有毒であることを実証しました。^[2]その結果、シトリニンへの関心は低下しましたが、それでも多くの研究が行われました。^{[具体的に] 1948年にWB ウォーリーと同僚によって化学構造が発見されました。シトリニンは天然化合物で、最初に}ペニシリウム シトリナムから単離されましたが、真菌であるモナスカス属やアスペルギルス属などの他のペニシリウム属によっても生成されます。 1950年代にWB Whalley、AJ Birchらはシトリニンをポリケチドとして同定し、放射性同位元素を用いてその生合成を研究した。^[指定] 1980年代から1990年代にかけて、J. Staunton、U. Sankawaらも安定同位体とNMRを用いてその生合成を研究した。シトリニンの遺伝子クラスター発現システムは2008年に報告された。^[3]

1993年、世界保健機関国際がん研究機関は、マイコトキシンの発がん性の可能性を評価し始めました。マイコトキシンがヒトや動物に及ぼす健康被害は、近年、広範囲に検討されています。^[4]農業の生産性と持続可能性、動物と公衆衛生、動物福祉、環境を確保するため、動物飼料中の望ましくない物質の最大レベルが、2002年5月7日の欧州議会および理事会のEU指令で規定されています。さまざまなマイコトキシンの最大レベルは、多数の食品および飼料製品に対して設定されていますが、シトリニンの発生は、これらの規制や欧州連合内の他の規制の下ではまだ規制されていません。食品および飼料中のシトリニンの最大レベルは、国連食糧農業機関によってまだ報告されていません。^[5]

シトリニンはポリケチドマイコトキシンで、一部の菌類の二次代謝産物です。IUPAC 名は(3R,4S)-4,6-ジヒドロ-8-ヒドロキシ-3,4,5-トリメチル-6-オキソ-3H-2-ベンゾピラン-7-カルボン酸で、分子式はC ₁₃ H ₁₄ O ₅です。シトリニンの分子量は250.25 g/molです。シトリニンは不規則な黄色の結晶を形成し、175 °Cで融解します。^{[6] [7]}シトリニンは共役結合を含む平面分子です。これらの共役結合の結果、シトリニンは自己蛍光を発します。シトリニン結晶は冷水にはほとんど溶けませんが、極性有機溶媒や水酸化ナトリウム、炭酸ナトリウム、酢酸ナトリウムの水溶液には溶解できます。^[8]

前述のように、シトリニンは乾燥状態であれば 175 °C 以上の温度で分解します。水が存在する場合、分解温度は約 100 °C です。シトリニンの分解生成物には、フェノール A、シトリニン H1、シトリニン H2、ジシトリニン A などがあります。分解生成物の構造は、図 1 の左側に示されています。シトリニン H1 は 2 つのシトリニン分子から生成され、その毒性はシトリニンの本来の毒性に比べて増加しています。フェノール A のホルミル化誘導体であるシトリニン H2 は、シトリニンよりも毒性が低いです。フェノール A は主に酸性条件下で生成されるようです。ジシトリニン A は、シトリニン分子の二量体で、主に中性環境で高濃度のシトリニンが存在する場合に分解中に形成されます。^[9]

シトリニンが体内でどのように反応するかはまだ解明されておらず、生体内変換中の中間体もわかっていない。^[10]

シトリニンは、オクラトキシン Aやアフラトキシン B1などの他のマイコトキシンと同じ菌種によって生成されるため、一緒に存在することが多い。最も頻繁に観察される組み合わせは、シトリニンとオクラトキシン A の組み合わせであり、これは最も研究されている組み合わせでもある。これらのマイコトキシンの共存の影響は、相加的または相乗的である。例えば、オクラトキシン A とシトリニンの腎毒性効果は、両方に曝露されると相乗的に増加する。^[11]さらに、これらの化合物の共曝露は、バルカン風土病性腎症と呼ばれるヒトの腎臓病の発症に関与していると予想される。両物質の相互作用は、肝細胞のアポトーシスと壊死にも影響を及ぼす可能性がある。^{[6] [12]}

食品中のシトリニンの存在に関する既存の情報によると、貯蔵穀物および穀物ベースの製品には比較的高い濃度のシトリニンが含まれている可能性があります。このことと、一般の人々が穀物ベースの食品を大量に消費しているという事実から、食品連鎖における汚染物質に関するパネル (CONTAM パネル) は、穀物がシトリニンの食事性暴露の主な原因である可能性があると考えました。CONTAM パネルは、食事性暴露評価を行うのに十分な文献データがないという結論に達しました。

シトリニンにさらされるもうひとつの方法は、吸入と皮膚接触です。しかし、吸入したシトリニンや皮膚接触による健康被害の可能性は、ほとんど明らかになっていません。研究者は、シトリニンが屋内材料にも使用されていることを発見しました。79のバルクサンプルを分析したところ、3つのサンプルにシトリニンが含まれていて、濃度は20～35000 ng/gでした。また、いくつかのサンプルには他のマイコトキシンも含まれていました。^[8]

毒性にはさまざまな種類があります。シトリニンについて研究されている毒性の種類は、急性毒性、腎毒性、遺伝毒性、発がん性です。

シトリニンの急性毒性は、投与経路と研究に用いられる種によって異なります。経口投与では致死量が最も多く、この投与経路でのウサギのLD50は134 mg/kg体重です。 ^[13] 静脈内投与では致死量が最も少なく、ウサギのLD50は19 mg/kg体重です。^[14] 腹腔内投与では、ウサギのLD50は50 mg/kg体重です。^{[13]皮下投与では} 、モルモットのLD50は37 mg/kg体重です。^[14]食道投与では、アヒルの子のLD50は57 mg/kg体重です。^[15]

雄ラットの研究では、70 mg/kg bwのシトリニンを32週間投与した後、ラットの腎臓重量と体重の比率が増加し、80週間投与した後には肝臓重量と体重の比率が増加したことがわかりました。シトリニンに40週間投与した後、ラットは小さな腺腫も示しました。^[16]

試験管内哺乳類細胞では、シトリニンはDNA一本鎖切断、酸化DNA損傷、姉妹染色分体交換を誘発しなかったが、小核、異数性、染色体異常を誘発した。生体内では、マウスの骨髄で染色体異常と低二倍体を誘発した。これはシトリニンが変異原性であることを示している。^{[8] [17]}

シトリニンは、ペニシリウム、モナスカス、アスペルギルスなどの真菌種によって生合成されます。シトリニンの生成には、最小限の遺伝子セットが必要です。これらの遺伝子は、シトリニンを生成するほとんどの種で保存されています。それらは、citS、mrl1、mrl2、mrl4、mrl6、およびmrl7です。CitS はシトリニン合成酵素 (CitS) を生成します。 mrl1遺伝子の産物はセリン加水分解酵素(CitA)ですが、その機能はまだわかっていません。Mrl2 は、環拡大に関与する非ヘム Fe(II) 依存性酸素添加酵素(CitB) をコードします。 NAD(P) ⁺依存性アルデヒド脱水素酵素(CitD) はmrl4によってコードされ 、別の脱水素酵素 (CitE) はmrl6 によってコードされます。mrl7遺伝子は NAD(P) ⁺依存性酸化還元酵素(CitC) をコードします。

真菌におけるシトリニン生合成の最初のステップは、シトリニン合成酵素が出発化合物であるチオールエステルに結合することです。その後、mrl1 によってコード化されたセリン加水分解酵素が、 CitB が作用できるケトアルデヒドを形成します。CitB は芳香環に結合したメチル基の C 原子を酸化し、アルコールを生成します。mrl7によってコード化された酸化還元酵素は、このアルコールをビスアルデヒドに変換します。次に、CitD は、NADPH からの水素化物の転移の結果として生じるチオヘミアセタール中間体を介して、これをカルボン酸に変換します。最後のステップは、CitE による炭素原子の還元であり、その後シトリニンが放出されます。この経路では、いくつかの副産物も放出されます。^[1]

アスペルギルス・オリゼは、通常はSMではないシトリニンを効率的に工業的に生産するように形質転換されました^{。 [18] [19]}

様々な試験管内研究により、シトリニンの毒性が、サイトカイン産生の減少、RNAおよびDNA合成の阻害、酸化ストレスの誘導、窒素酸化物遺伝子発現の阻害、ROS産生の増加、シグナル伝達経路およびカスパーゼカスケード系を介したアポトーシス細胞死の活性化に関与していることが明らかになっています。^[8]

Johannessenら(2007) は、シトリニン処理に対するサイトカインの産生と細胞生存率を調査しました。25 μg/mL シトリニンで 48 時間培養すると、 TGFβ1レベルと細胞生存率は対照レベルの 90% に減少しました。50 μg/mL で 48 時間および 72 時間培養すると、TGFβ1 レベルと細胞生存率は対照値の 40% と 20% にさらに減少しました。

さらにヨハネセンは、 25 μg/mL シトリニン (CTN) にさらされるとIL-6のレベルが 90% に減少し、50 μg/mL にさらされると 40% に減少することを発見しました。IL -8のレベルと細胞生存率も、それぞれ 25 μg/mL と 50 μg/mL CTN に 72 時間さらされると 80% と 20% に減少しました。これらの結果は、多面的サイトカイン TGFβ1 と炎症誘発性サイトカインが、CTN の用量増加にさらされると (わずかに) 減少することを示しています。しかし、IL-6 と IL-8 は、ほとんどが非毒性濃度のままでした。^[20]

Yuら（2006）は、 HL-60細胞株の細胞生存率に対するCTNの影響を調査した。25μM CTNに24時間曝露したところ、有意な減少は見られなかった。しかし、より高い量、50μMおよび75μMでインキュベートすると、全体的な生存率はそれぞれ対照レベルの51％および22％に低下した。^[21]

Chan (2007) も、シトリニンの細胞生存率に対する効果を、胚性幹細胞株 (ESC-B5) を用いてin vitro で試験しました。ESC-B5 細胞を 10～30 μM C​​TN で 24 時間処理したところ、用量依存的に細胞生存率が低下することが確認されました。Chan はさらに、CTN への曝露により核 DNA の断片化やクロマチンの分解が増加し、どちらもアポトーシスの特徴であるため、この細胞生存率の低下は壊死ではなくアポトーシスによるものであると結論付けました。^{[20] [21]}

細胞生存率の低下がシトリニン誘導性アポトーシスによって引き起こされることを示すその他の兆候としては、ESC-B5 でのROS産生の増加、 Bax の増加とBcl2 の減少、細胞質でのシトクロム cの放出、カスパーゼカスケードの刺激（カスパーゼ 3、−6、−7、および −9の活性の増加）などが挙げられます。 ^{[20] [21]さらに、Huang は、骨芽細胞を CTN で処理した後、} JNKとPAK2（どちらもアポトーシスに関連）が用量依存的に活性化されることを発見しました。 Huang はさらに、JNK 阻害剤（SP600125）で JNK 活性化を抑制することで JNK と ROS の役割を調査し、カスパーゼ 3 とアポトーシスが大幅に減少したものの、ROS 生成には影響がないことを発見しました。これらの結果は、ROS が JNK の上流活性化因子であり、CTN で処理するとカスパーゼ 3 を制御してアポトーシスを誘発する可能性があることを示唆しています。^[22]

マイコトキシンは一般的に免疫反応を刺激することも抑制することもできます。Liuら（2010）は、 MES-13（SV40トランスジェニックマウス由来の糸球体メサンギウム細胞）細胞における炎症誘発性メディエーターである一酸化窒素（NO）産生に対するCTNの役割を調査しました。^[23]

エンドトキシンLPSやIFN-γ、TNF-α、IL-1βなどの炎症性メディエーターは、 NF-κBやSTAT1aなどの転写因子を活性化することでiNOS （NO合成酵素）遺伝子発現を誘導できることがわかっています。

CTN にさらされると、NO 生成は用量反応的に減少しましたが、これは細胞生存率の低下によるものではなく、NO 生成が 15 μM と 25 μM で 20% または 40% 減少した一方で、細胞の 95% は生存していました。CTN で処理した場合、LPS/INF-γ で処理した細胞と比較して、RNA レベルとタンパク質レベルの両方で iNOS タンパク質の発現が減少することがわかりました。CTN は、STAT-1a リン酸化と IRF-1 (STAT-1a の標的となり、iNOS 遺伝子の IRE に結合できる転写因子) mRNA レベルも減少させました。

さらに、Liu et al. (2010) は、CTNの添加によりNF-κBとLPS/IFN-γ間のDNA結合活性が低下し、核NF-κBタンパク質が減少することを発見した。NF-κBの上流阻害剤であるIκB-αのリン酸化もCTNの添加により減少した。これらの結果は、CTNがIκB-αのリン酸化を阻害することでNF-κBを抑制することによりiNOS遺伝子発現を阻害することを示唆している。^[23]

^{Reddy ら (1982) は、妊娠ラットにおける [ 14} C] シトリニンの分布と代謝について報告している。これらのラットには、妊娠 12 日目に 35 mg/kg の C 標識シトリニンが皮下投与された。血漿濃度から、放射能は 12 時間後に急速に消失し、最終的に 0.9% しか残っていないと結論付けられる。投与後 72 時間で、いくつかの組織で合計 98% の回収が見られ、肝臓、消化管 (主に小腸)、腎臓、子宮、胎児で見つかった反応率を以下の表 1 に示す。^[24]

表1: シトリニンの組織分布

放射性標識シトリニンの大部分（77%）は尿から排泄された。約21%は糞便中に検出されたが、これは後遺症であり、30分後には放射能が検出されず、6時間後にはわずか3%しか検出されなかった。したがって、30分後に消化管に6.8%の放射能が存在したのは、肝臓から分泌された標識を反映しており、腸肝循環を経て腸に到達したと考えられる。^[24]

投与後 1 時間で、HPLC を使用して血漿中に代謝物 (A) が 1 つ見つかりました。親化合物のシトリニン (C) とこの代謝物 (A) の保持時間は、それぞれ 270 秒と 176 秒でした。代謝物はシトリニンよりも極性が高かったです。異なる時間の尿サンプルでは、​​180 秒 (A) と 140 秒 (B) の 2 つの代謝物が得られましたが、どちらも CTN よりも極性が高かったです。投与後 3 時間で採取した胆汁サンプルでは、​​保持時間が 140 秒で、代謝物 B であることが示されました。子宮抽出物からは代謝物 A (保持時間: 180 秒) が得られましたが、胎児からは代謝物は得られず、親化合物のシトリニンのみが得られました。これらの結果は、血漿と子宮に存在する親化合物のみが胎児に入り、血漿と子宮に存在する代謝物 (A) は入らないことを示唆しています。これは、代謝物がより極性があり、胎盤関門を通過できないためと考えられます。

雄ラットと比較すると、尿、血漿、胆汁中に、親化合物と同様の保持時間とより極性のある2つの代謝物が見つかりました。これらの結果は、雄ラットにおけるシトリニン代謝の起源が肝臓であることを示唆しています。^[24]

Aliらによる最近の研究(2015) では、50 人の健康な成人 (女性 27 人、男性 23 人) の尿サンプル中のシトリニン (CTN) とそのヒト代謝物ジヒドロシトリノン (HO-CTN) のレベルを調査しました。シトリニンとその主要代謝物は、全尿サンプルのそれぞれ 82% と 84% で検出されました。CTN の測定レベルは 0.02 (検出限界、LOD) ～ 0.08 ng/mL、HO-CTN は 0.05 (LOD) ～ 0.51 ng/mL の範囲でした。平均尿レベルは、CTN が 0.03 ng/mL、HO-CTN が 0.06 ng/mL でした。クレアチニン含有量に調整すると、20.2 ng/g crea（CTN）および60.9 ng/g crea（HO-CTN）となり、尿中の代謝物の出現が3倍高いことが明らかになりました。これは、尿がシトリニン曝露の追加バイオマーカーとして使用できる可能性があることを示唆しています。^[25]

穀物製品を多く摂取している人は多く、穀物製品にはシトリニンが含まれているため、シトリニンの大量摂取につながる可能性があります。腎毒性を引き起こすシトリニンの濃度が懸念されています。欧州食品安全機関の報告書によると、子供（3～9歳まで）の臨界シトリニン濃度は穀物および穀物ベースの製品1kgあたり53μgで、成人の場合は19～100μg/kgです。残念ながら、長期間の摂取で腎毒性を引き起こす可能性のある正確なシトリニン濃度については確固たる結論はありません。^[8]

研究により、腎臓がシトリニンの主な標的臓器であることが示されています。ラットの腎臓では組織病理学的変化と軽度の病的状態が見られます。^[8]シトリニンはラットの腎機能に障害を引き起こし、腎臓組織にシトリニンが蓄積していることが示されています。また、シトリニンが腎臓近位尿細管細胞に輸送されることも示されています。この輸送プロセスには有機アニオントランスポーターが必要です。^[26]最近の研究では、ミトコンドリア呼吸器系がシトリニンのもう1つの標的であることが示されています。シトリニンは、電子伝達系、Ca ²⁺フラックス、膜透過性に干渉する可能性があります。^{[21] [27] [28]}

また、シトリニンの効果を調べるために、豚や鶏などの家畜を対象にした実験もいくつか行われています。

豚は飼料からシトリニンを摂取する可能性が高い。体重1kgあたり20～40mgのシトリニンを投与すると、3日後に豚は成長抑制、体重減少、糖尿、βグロブリン減少などの症状を示すことが観察されている。^{[29] [30]}

ブロイラー鶏では、130 mgおよび260 mgのシトリニンを4～6週間投与した後、下痢、腸内出血、肝臓および腎臓の肥大が観察されています。2成熟した産卵鶏に250 mgのシトリニンおよび50 mgのシトリニンを投与すると、^異なる影響が見られます。この投与により、急性下痢と飲水量の増加が起こりました。^[31]