爱华网矿物元素是动物营养中的一大类无机营养素。目前已查明的必需微量元素有铁、锌、铜、锰、碘、硒、钴、钼、氟、铬、硼等12种，且必须由外界供给。各元素在供给量上存在一安全范围，添加量不足导致相应元素缺乏症，添加量超过安全范围便导致机体中毒。同时发现，畜禽对微量元素的耐受性也随动物种类而异。猪、禽对铁的耐受量为3000mg/kg、1000mg/kg，对铜的耐受量为250mg/kg、300mg/kg，其他微量元素同样具有类似效应。当微量元素在饲粮中含量较低时为必需矿物元素，在含量过高情况下则可能是有毒有害元素，必需矿物元素和有毒有害元素对动物而言是相对的。
铬元素作为必需微量元素之一，其生理作用日益受到研究者重视。研究表明：铬与糖代谢、脂代谢、蛋白质代谢以及核酸代谢密切相关。同时发现，各种动物对铬的耐受力都较强。可耐受铬的氧化物3000 mg/kg，铬的氯化物可耐受1000 mg/kg。吡啶甲酸铬作为有机铬制剂，其安全性也日益受到关注。在畜牧生产上，吡啶甲酸铬对缓解环境应激、提高瘦肉率、增强抵抗力均有明显的促进作用，而被广泛应用。但究其使用量而言，虽然一些国家已批准吡啶甲酸铬在畜禽日粮中的添加，但目前尚未正式发布动物最低需要量和最高耐受量数据。研究报道，血浆铬的正常生理浓度为0.1-2.1μg/ml(Cerulli et al., 1998)，人类肝中铬的生理浓度为5.4-470ηg/g 肝湿重（－0.1-9μM）（Versieck，1985），超量添加（远高于生理剂量）吡啶甲酸铬有可能产生DNA毒性和细胞毒性。为此，本文对吡啶甲酸铬的安全性进行综述，以便为日后吡啶甲酸铬的研究提供理论基础。
1 吡啶甲酸铬理化特性及结构特征
吡啶甲酸铬（Chromium picolinate），分子式Cr(C6H4NO2)3，分子量为418.33，紫红色结晶性细小粉末，常温下稳定，微溶于水，不溶于乙醇。整个分子结构呈电中性，且具有疏水特性，因此可以以完整的结构进行跨膜吸收。吡啶甲酸铬的分子结构与GTF部分相似。1977年，Toepfer认为GTF是铬的生物活性形式，其结构为烟酸-铬-烟酸与天冬氨酸、谷氨酸、甘氨酸、半胱氨酸形成的配合体。吡啶甲酸铬的类GTF结构决定了自身较好的吸收率，并能更有效地发挥自身的生物学功能。据报道，普通铬制剂吸收率为0.5%左右，而吡啶甲酸铬吸收率达2%－5%（Anderson，1996）。
2 吡啶甲酸铬安全性研究
![[zz]吡啶甲酸铬安全性研究进展 吡啶甲酸铬是西药吗](http://img.413yy.cn/images/31101031/31111837t011b2a030e7b15c767.jpg)
吡啶甲酸铬作为营养添加剂，已经得到广泛的应用。但是从1995年首次报道了吡啶甲酸铬的危害性之后，吡啶甲酸铬的安全性问题就一直成为研究的热点。迄今为止，对吡啶甲酸铬的安全性研究已得到一些数据，但结论不尽相同。
据NTP（National Toxicology Program）报道，不管有无添加小鼠肝脏S9代谢激活物，吡啶甲酸铬对TA1535、TA97、TA98、TA100、TA102、TA104细胞株均未致突变性。在小鼠日粮中添加2500mg/kg.bw的一水吡啶甲酸铬，小鼠骨髓细胞未发现基因断裂效应。Kato等（1998）对十位肥胖女士（每日服用400mg吡啶甲酸铬）观察，八周后尿样中DNA碱基氧化产物5-羟甲基尿嘧啶水平没有发生变化。Anderson等(1997)向小鼠日粮中添加100mg/kg日粮的铬（吡啶甲酸铬形式），饲喂24周也未发现吡啶甲酸铬急性毒性。
针对超量添加吡啶甲酸铬时的细胞毒性和基因毒性也有研究报道。吡啶甲酸铬细胞毒性主要体现在细胞凋亡和线粒体损伤上。Manygoats(2002)研究发现，1mM（125倍适宜量）吡啶甲酸铬添加可导致线粒体损伤和细胞凋亡，可能是由于线粒体呼吸作用受到抑制（主要发生在复合体Ⅰ上），NADH的合成减少，消耗增大所致；线粒体内膜通道的破坏（线粒体的渗透性转换孔—MPT途径），导致线粒体基质成分丧失，线粒体功能和细胞器发生实质性膨胀，接着线粒体外膜破裂，细胞色素C和凋亡诱导因子释放，进而激活核酸内切酶和Caspase，引发细胞凋亡(Green D等,1998)。
吡啶甲酸铬基因毒性主要表现在DNA碱基氧化、DNA链断裂和基因突变上。Hepburn (2003)研究发现：给小鼠注射吡啶甲酸铬80天后（~600uM Cr, 75倍适宜量），造成脂质过氧化，并使尿中DNA碱基氧化产物8-oxo-dG含量升高。另有报道提示：在诸如维生素C之类的生物抗氧化剂存在的条件下，吡啶甲酸铬可以断裂DNA双链，使超螺旋DNA松弛。Stohs(1998)等研究发现，50mg/ml（120mM）吡啶甲酸铬处理巨噬细胞J774A.1 24h后，造成DNA链断裂，细胞中存在DNA碎片。Speetjens JK(1999)的体外实验研究发现：吡啶甲酸铬可以导致质粒DNA单链断裂。在小鼠淋巴细胞上的毒理试验表明：不管是否添加S9，1.2mM（150倍适宜量）、2.39mM吡啶甲酸铬均显著诱导淋巴细胞基因突变（Whittaker等，2005）。
由此可见，在体内研究吡啶甲酸铬的安全性上，除静脉注射途径外，未见毒性报道。这可能与吡啶甲酸铬的吸收率（2%－5%）以及机体内环境代谢有关；吡啶甲酸铬静脉注射途径的吸收率远高于肠道吸收率。体外细胞培养研究上，多数实验报道，超量添加吡啶甲酸铬（>0.6mM，75倍适宜量）对细胞和DNA产生毒性作用。但也有个别试验报道，高剂量吡啶甲酸铬（>0.6mM）对细胞和DNA不产生毒性作用，这可能与不同细胞株的耐受性不同和吡啶甲酸铬的吸收率降低有关。
3 超量添加吡啶甲酸铬毒性作用的代谢途径
迄今为止，从国内外吡啶甲酸铬安全性研究报道中发现，吡啶甲酸铬毒性作用与其代谢途径密切相关，其代谢途径主要归纳为两条。
3.1 吡啶甲酸铬氧化-还原途径
吡啶甲酸铬在胞内还原剂（维生素C，硫醇等）存在的条件下发生类Fenton反应。在此过程中生成大量对DNA稳定性影响的ROS，如超氧离子，过氧离子，羟基自由基，过氧化氢等。ROS的产生，使蛋白质、脂质过氧化生成羰基蛋白、脂质过氧化物等氧化产物，同时使细胞膜通透性、膜流动性降低，细胞脆性升高，细胞完整性遭到破坏。另一方面，ROS产生后降低了Ca2+-ATP酶与钙通道活性，造成Ca超载，从而激活Ca2+-依赖蛋白酶，磷脂酶（PLA2）及核酸内切酶（刘欣等，2001）。PLA2的激活,使膜磷脂降解,磷脂含量降低,导致膜通透性增加,Ca2+易于进入细胞内,使细胞内Ca2+超载，形成恶性循环。核酸内切酶的激活,催化基因组DNA 在核小体间降解; Ca2 +浓度的升高还可激活谷氨酰胺转化酶和蛋白激酶C 等,使细胞骨架断裂,细胞浆蛋白交叉联合,促使凋亡发生（Ui-Tei等，2000）。此外，Ca2+浓度的改变还可激活凋亡相关蛋白激酶与Caspase家族的级联反应，最终导致细胞凋亡。Fenton反应增强后，ROS基团可氧化DNA碱基。通过脱氧核糖的C8位点上的脱氢作用氧化DNA，使鸟嘌呤氧化成为8-oxo-dG；胸腺嘧啶氧化生成5-羟甲基尿嘧啶。
3.2 吡啶甲酸铬酶促分解途径
在胰岛素依赖性细胞中，Apo-LMWCr从吡啶甲酸铬复合体中对铬进行吸附，使吡啶甲酸脱离复合物，游离于胞内，从而造成细胞毒性。在体内吡啶甲酸是色氨酸的代谢产物，它的产生可以诱导一氧化氮合酶表达，导致氮自由基产生，进而引发细胞凋亡。吡啶甲酸还可改变细胞膜的流动性，并能阻止细胞周期（S期）循环。毒理学试验表明：吡啶甲酸在胞内可以螯合其他金属离子发生Fenton反应生成活性氧自由基，并且发现在磷酸盐缓冲液中，吡啶甲酸能增强Cr(pic)3的类Fenton反应。Stearns(2002)研究发现：1mM（120倍适宜量）的吡啶甲酸铬处理组48h后发现细胞存活率为（68±16）%，而吡啶甲酸组仅为27%；但是发现该浓度的吡啶甲酸并不存在致突变性。Manygoats (2002)等对CHO细胞研究发现：吡啶甲酸铬添加量为1mM时，48h后发现37%的细胞发生凋亡，当量的吡啶甲酸产生的细胞毒性比吡啶甲酸铬更强，1.5mM（180倍适宜量）的吡啶甲酸处理组的细胞成活率仅有49%，51%的细胞发生凋亡，71%的线粒体受损。另有研究发现：3mM浓度的吡啶甲酸24h后发现线粒体损伤，5－10mM的吡啶甲酸12－24h后细胞发生凋亡（Ogata等，1998）。可见在细胞毒性上，吡啶甲酸强于吡啶甲酸铬。
在微粒体中吡啶甲酸铬可分解并发生醯胺化、甲基化反应。将人微粒体与吡啶甲酸铬共同孵育1h和3h后，分析得出66%的吡啶甲酸铬被代谢，通过高压液相色谱分析两时间点的结果没有差异。为了验证结果，采用鸡肝细胞体外培养实验后发现，吡啶甲酸铬全部被代谢，三价铬离子脱离。三价铬离子的分离可能会对DNA结构与DNA复制过程造成负面影响，从而阻止细胞的生长增殖，其可能机理如下：Cr（Ⅲ）可与磷酸骨架（Tsapakos等，1983）、鸟嘌呤、染色体组蛋白（H2AX）（Miller等，1989）、染色体结构维持蛋白（SMC）结合（Timothy，2004），从而影响DNA的复制进程。还可与DNA复制所需的酶类结合，如拓扑异构酶的结合，使DNA松弛活性降低，DNA双链不能完全松弛，导致复制终止；与DNA聚合酶（Tkeshelashvili，1980）、RNA聚合酶（Okada等，1981），翻译延长因子复合体（Wang等，1997）的结合，导致复制、转录、翻译过程受阻。
DNA内链交联（ICL）作为DNA加合损伤的另一方式，占DNA-Cr加合物的10%左右，也可阻止DNA的复制。已有研究报道：ICL可以与鸟嘌呤上的N-7残基（Bauer等，1997），以及与磷酸骨架一定程度的结合，从而物理性地阻止模板DNA的复制（Bridgewater等，1994）。在细胞水平上表现为细胞周期循环中断，甚至导致细胞凋亡、程序性死亡。另有资料显示：Cr-DNA加合物诱导的单碱基的改变通常导致G/C→A/T的转变与G/C→T/A的颠换，同时发现，与铬螯合的配体差异，可导致碱基替代频率发生变化（Quievryn等, 2003；Zhitkovich等，2001）。
4 结语
适宜量吡啶甲酸铬添加对机体代谢有着积极作用，当添加量远高于生理剂量时有可能产生细胞毒性和DNA毒性。在体内研究吡啶甲酸铬的安全性上，除静脉注射途径外，未见毒性报道。在体外研究上，超量添加吡啶甲酸铬（>0.6mM）时可能出现细胞毒性和DNA毒性。其毒性作用与其代谢途径密切相关，但作用机理尚不完全清楚，有待于进一步研究探索。
