維生素E和維生素C的協同抗氧化作用及對水產動物的影響

許友卿 易波 丁兆坤

生物體的抗氧化防御系統對機體的正常生理功能至關重要。魚類的主要抗氧化防御系統包括酶和非酶系統，兩個系統協作能有效清除機體內的活性氧（Reactive oxygen species,ROS）和活性氮（Reactive nitrogen species,RNS)等自由基。其中抗氧化酶主要包括：過氧化氫酶（Catalase，CAT）、超氧化物歧化酶(Superoxide dismutase,SOD）、谷胱甘肽還原酶（Glutathione reductase,GR)、谷胱甘肽過氧化物酶（Glutathione peroxidase,GPx)、谷胱甘肽巰基轉移酶（Glutathione S-transferase，GST）等。非酶抗氧化劑主要包括谷胱甘肽（Glutathaione，GSH）、VE、VC和一些胡蘿卜素等。

VC和VE，一方面是機體必需的微量營養素，能促進魚類生長、增強免疫、修復損傷，影響神經內分泌和繁殖功能等；另一方面是機體重要的抗氧化劑，能夠抑制過量自由基的形成以及自由基和生物位點之間的反應，從而減少氧化損傷。由于VC和VE能協同作用，因此，同時使用可以增效，顯著提高魚類的免疫力和抗病力等。

本文主要綜述VE和VC的協同抗氧化作用及其對水產動物的生長、發育、繁殖、免疫、抗氧化酶等的影響及機理，以便更好地理解、有效利用和調控VE及VC，促進水產養殖業的發展。

1 VE和VC的抗氧化作用及機理

1.1 VE的抗氧化作用及其機理

天然VE包括生育酚（tocopherol）及生育三烯酚（tocotrienol）兩類，每一類根據其甲基的數目和位置不同，各有α、β、γ和δ四種衍生物。

由于VE一方面是魚類的必需微量營養素之一，另一方面其自身極易氧化而保護其他物質不被氧化，是動物和人體中的一種主要的、最有效的脂溶性抗氧化劑，因此，在水產養殖中具有重要意義。如果魚類缺乏VE，會導致營養不良、脂肪肝變性、貧血、繁殖力下降、細胞溶血及細胞膜過氧化損傷等。魚類的許多基礎代謝過程會使細胞內產生大量的超氧化物自由基，后者能夠使脂質和蛋白質氧化，而VE能夠有效地阻止細胞膜和脂蛋白的過氧化作用，防止膜磷脂的氧化所致生物膜的流動性降低以及細胞膜結構和功能的損壞。

在機體內，VE發揮它的抗氧化作用，主要是通過清除脂質過氧化氫等自由基，并終止鏈式氧化反應來實現的。當機體內的一個自由基從高度不飽和脂肪酸（highly unsaturated fatty acids,HUFAs）中獲得一個氫原子時，便啟動了脂質氧化，繼而觸發鏈式增殖反應。而VE可通過向脂質過氧自由基提供一個氫原子，阻止其啟動鏈式增殖反應。由于受到生物體本身遺傳的異質性影響，VE在體內抗氧化的動力學非常復雜，至今還無法徹底闡明,尚待深入研究。

1.2 VC的抗氧化作用及其機理

VC可防治壞血病，既可作為羥化酶輔基參與動物結締組織、骨骼、血管細胞間質等形成，還可作為還原劑提高動物體的抗氧化能力，是一種動物必需的、具有多重生物學功能的營養素。在生物體內，VC以氧化型或還原型形式存在，既可作為氫受體又可以作為氫供體，是最重要的還原劑和抗氧化劑之一，在體內各種氧化還原反應中發揮重要作用。VC具有D-和L-型光學異構體，其中L-VC是自然界存在并具有生理活性的異構體，而D-VC通常不具有抗壞血酸功能。VC參與許多生理過程，如生長、繁殖、發育、傷口愈合、免疫和應激反應等。盡管魚類正常所需的VC是微量的，但是，為了提高魚類的抗應激和抗病能力，對VC的需求大大提高。而許多魚類由于缺乏L-古洛內酯氧化酶(L-gulono-r-lactone oxidase)而不能自行合成VC，因此，養殖魚類必須在飼料中添加VC。

魚類好氧而容易產生各種自由基，如果產生的自由基過多，便會抑制抗氧化酶的活性，導致脂質、蛋白質、DNA和其他生物大分子被氧化而破壞這些大分子和生物膜。VC最主要的作用就是中和體內所產生的自由基。VC是一個極好的電子源，它可以為羥基和超氧化物自由基等提供電子，終止自由基的活性，減輕氧化損傷。

2 VE和VC的協同抗氧化作用及其機理

機體的正常需氧代謝過程會不斷地產生各種活性氧（ROS）和活性氮（RNS)等自由基，如超氧陰離子（·)、羥自由基（·OH)、單線態氧1O2、一氧化氮（NO）等。在低濃度時，活性氧對生物體有積極作用，如參與能量合成、吞噬細菌、調節細胞生長以及細胞信號轉導等。但是,如果活性氧過高或者清除不及時就會產生氧化應激反應，當這種氧化應激反應超過機體的抗氧化能力，就會由于活性氧的高化學活性引起嚴重的有氧代謝損傷。為了減少這種損傷，日糧中添加抗氧化劑是行之有效的方法之一。目前雖然有許多人工合成的強抗氧化劑，如丁基羥基茴香醚（butylated hydroxyanisole，BHA）、丁基羥基甲苯（butylated hydroxytoluene，BHT）等，但是，由于安全性問題，它們的應用受到了嚴格限制。

VC和VE是水產動物的必需微量營養素，還具有很好的協同作用，如果在日糧中添加適量的VC和VE，既可滿足水產動物生長，還可發揮良好的抗氧化作用，有效地防御自由基引起的氧化作用，一舉兩得。Aksoy報道，日糧中VE的水平對胡子鯰(Ictalurus punctatus）肝臟的VC含量沒有太大影響，但是如果提高日糧中VC則可以增加胡子鯰肝中VE的含量。當給雜交的羅非魚(Oreochromis niloticus×O.aureus)投喂含VC較高而缺VE的日糧時，其鰓含高濃度的VE。這些研究表明，共同添加VE和VC能夠使魚組織中VE再生和提高VE的含量。日糧中的多不飽和脂肪酸（polyunsaturated fatty acids，PUFAs）容易被氧化。如果在虹鱒(Oncorhynchus mykiss)日糧中添加VC和VE而不添加HUFAs時，發現VC和VE主要是對應激反應起調節作用；當在日糧中增加HUFAs,會導致魚類某些組織中VE和VC含量減少，表明這兩種維生素主要是保護組織脂質免受氧化。研究發現，單獨使用VC或VE對抗氧化酶的活性具有相似的誘導效應，然而，效果不顯著，只有兩者共同使用時才會表現出良好的協同效應，能更有效地保護這些組織免受氧化損傷。

VC和VE之間的相互作用和協同效應主要有兩種機制：①VC將生育酚氧自由基再生轉化為VE。②VC通過清除氧自由基來減少消耗VE。由于VE和VC相互作用，協同抗氧化，因此，在投喂飼料添加劑時必須注意二者平衡，使各維生素發揮最大的效應。

3 VE和VC協同抗氧化作用對魚類的影響

3.1 VE和VC協同抗氧化作用對水產動物生長發育的影響

添加VE和VC可給水產動物提供必需的微量營養素，還能夠維持機體的氧化還原作用和防止脂質氧化，保持細胞膜的完整性，有效地清除過量自由基，抵抗快速生長所引起的氧化應激帶來的負作用，從而促進魚類的生長發育。2009年，Jiang等報道，VE可以通過清除自由基，增加非酶抗氧化并且抑制脂質過氧化物，增強魚類腸上皮細胞的抗氧化能力；顯著加強魚類腸上皮細胞Na+-K+-ATP泵的活性，增強魚類腸道對營養素的吸收能力，增加生長發育所需的營養物質。而VC在消化道內能還原高價鐵為低價鐵，維持其還原狀態，促進腸道對鐵的吸收和鐵在體內的轉運和利用。VE、VC和谷胱甘肽等可以保護腸上皮細胞，抵抗有害物質，并且促進上皮組織的發育和再生，提高魚類的消化吸收能力。此外，VE和VC對魚類胰組織抵御氧化損傷、維持其正常生理功能具有很好的效果。VC還可以作為水產動物體內某些酶的輔酶，參與體內膠原蛋白及固醇的合成，催化膠原蛋白分子中脯氨酸和賴氨酸的羥基化作用，促進骨骼和皮膚生成，因而促進生長。

3.2 VE和VC協同抗氧化作用對水產動物繁殖的影響

VE和VC之所以能夠影響魚類繁殖，是因為精液和卵中VC、VE可能對精子DNA具有保護作用，使精子的重要成分免遭氧自由基損傷，改善精子的數量、活性及形態，同時提高卵的質量，促進卵的發育。Uzunhisarcikli報道，VE和VC可以提高精子的數量、活性和形態，VE和VC可以通過抑制由活性氧代謝物引起的DNA損傷來阻止基因變異。Alava等研究表明，當缺乏VC時，日本對蝦(P.japonicus)性腺發育不良，添加VC可促進其性腺發育。Soliman等研究發現，在莫桑比克羅非魚(Oreochromis mossambicus)親體生殖期飼料中添加VC能提高卵的孵化率；謝嘉華等發現，VC對金鯽(Carassius auratus)的體長和質量有明顯的促進作用，并促進卵母細胞的成熟和精巢的發育；艾春香等報道，VC能促進中華絨螯蟹（Eriocheir sinensis Milne-Edwards）產卵力和孵化率，VE能極顯著提高中華絨螯蟹產卵力和孵化率，VE、VC和HUFA三者能明顯提高雌蟹產卵力和孵化率。

應該指出的是，在水產動物繁殖的不同階段，應該注意VC和VE的最佳添加量及時機。Yoshikawa報道，為了提高人工繁殖條件下鰻卵中VC的水平，產卵前攝入VC會更加有效，而VE的攝入可能要視時間而定。VC和VE對卵的發育能力發揮重要作用。然而，魚類在性成熟階段會消耗大量的VC，導致親魚缺乏VC，對卵的發育和質量產生。當VC含量低時，高含量的VE就會承擔起抗氧化作用。但是VE作為一種脂溶性維生素，添加過量時會產生維生素過多癥，在親魚沒有缺乏VE的情況下，添加大量的VE會促進過多VC的消耗并對卵的質量產生不利影響。因此，在添加VE之前必須檢驗親魚VE的狀態，這樣可以保護卵和幼魚免受過量VE所產生的負作用。卵或親魚中的VC的濃度多樣性比VE廣，這種差異可能是由于維生素的不同特性所決定的，因為VE是脂溶性維生素，而VC是水溶性維生素，當攝入量超過組織的儲存能力時，水溶性維生素可以被迅速代謝和排泄。

3.3 VE和VC協同抗氧化作用對水產動物血液及免疫的影響

在水產養殖中,由于高密度養殖和水環境日益惡化,致使魚體免疫力下降而發病率大增。由于日糧成分可以影響魚類血液狀態和免疫細胞的活動，因此，研究和滿足魚類對各種營養素的生理需求,可有效地增強動物自身免疫系統的功能及其抗氧化能力。

VE和VC是改善氧化應激的兩個主要抗氧化劑，在日糧中添加這兩種維生素尤為重要。補充日糧成分中的VE和VC可以有效地降低脂質過氧化，感應氧化應激，提高白細胞功能和維持氧化還原狀態。投喂缺乏VE日糧的魚會出現低抗應激能力，皮質醇迅速提升，發生血液學和免疫學改變，降低生長率和成活率。Puangkaew報道，如果虹鱒日糧中缺乏VE會影響其紅細胞的穩定性。缺乏VE會導致魚類嚴重貧血，主要表現在紅細胞數量減少、血細胞比容和血紅蛋白濃度減小，以及不成熟紅細胞比例增加，而且在嚴重氧化應激時，VE的缺乏會使紅細胞容易發生溶血。VE缺乏還可能會通過加速細胞內的氧化過程來促進血紅蛋白變性。

VE和VC的調節作用可以防止魚類由于氧化應激所引起的血液狀態變化及免疫抑制。補充高濃度的VE會加強白細胞內溶菌酶的功能。在魚類呼吸急促期間，免疫細胞膜上大量存在的VE可以保護巨噬細胞膜免受自由基氧化損傷；VC會集中在嗜中性白細胞中，為炎癥引起的呼吸急促提供保護。VC可以促進機體的免疫反應，比如促進巨噬細胞活動、細胞增殖、細胞因子產生以及提高抗體水平。

在免疫方面，VC和VE可以協同作用，同時加強魚類特異和非特異免疫系統的功能，還具有輔酶的活性，影響細胞間的聯系，從而調節免疫系統的功能。

3.4 VE和VC協同抗氧化作用對水產動物酶的影響

酶既是水生動物消化、吸收和物質代謝的關鍵，又是機體內抗氧化系統的重要組成部分。在魚類各組織器官中，VE、VC和抗氧化酶共同組成機體抗氧化防御系統，因此，機體VE、VC的含量可以直接影響抗氧化酶的作用。動物精液中的抗氧化劑和抗氧化酶幾乎是處于相同的定性和定量模式。

體內有許多清除自由基的抗氧化酶，其中超氧化物歧化酶（SOD)是一種含金屬離子的氧化還原酶，是清除體內有毒氧自由基的關鍵酶。過氧化氫酶（CAT）主要是清除過氧化氫，它對肌肉中羥自由基的潛在毒性具有很好的防御作用。SOD和CAT都可抑制氧自由基的形成。谷胱甘肽還原酶（GR）是一種將氧化型谷胱甘肽還原為谷胱甘肽的酶。谷胱甘肽過氧化物酶（GPx）能將脂質過氧化氫轉化為相應的醇類，減少氫過氧化物反應。

在常規養殖環境下，魚類的抗氧化防御系統主要是通過各種抗氧化酶來阻止過量ROS形成。在細胞質和線粒體中，·可被SOD催化為H2O2，后者在CAT和GPx的共同作用降解為H2O和O2，從而消除·的毒害。GR主要負責將氧化的谷胱甘肽還原為谷胱甘肽。還原型谷胱甘肽(GSH）是含硫基的非蛋白抗氧化物，它也可以解除H2O2和脂質過氧化物的毒性。GSH還可以作為GPx、GR、GST等抗氧化酶的重要輔因子。共同使用VC和VE時，能夠更好地提高抗氧化酶的活性，同時能夠作為GPx、SOD等酶的輔因子，感應抗氧化酶的活性，有效地降低脂質和蛋白質氧化。單獨使用VC對誘導抗氧化酶的活性沒有顯著效果，但是當VC和VE共同使用時就會加強其作用，產生協同效應，增強組織中SOD的活性以及CAT、GSH、GPx的水平。

3.5 VE和VC協同抗氧化作用對水產動物解毒及抗應激作用的影響

當生物體累積各種有害物質時，會促使體內各種氧化還原反應形成各種自由基，尤其是氧自由基及其他引起魚類組織生化改變的自由基。有害物質對魚類的毒害作用主要包括基因毒性、改變中間代謝、細胞分裂、組織壞死和氧化應激。環境污染物和有毒物質還可以改變魚類的抗氧化系統。有毒物質發揮作用的主要途徑是氧化應激，導致魚類HUFAs過氧化作用和磷酸分解，使細胞受損。日糧中的HUFAs被氧化后，產生活性丙二醛（MDA），后者是一種高活性的有毒分子，它和核酸、蛋白質結合后會嚴重阻礙生物系統的功能。

許多水產動物之所以能夠在受污染水域中生存，主要是由于抗氧化劑的保護作用、抗應激作用及其體內各種防御機制的解毒作用、排泄作用。VE和VC是很好的抗氧化劑，許多學者正在研究VE、VC的抗應激作用和解毒作用。Gendy等（2010）研究表明，VC可以直接快速地清除自由基并抑制自由基的形成，從而解除肝臟的毒性；VC還可以對抗許多有毒物質，包括一些重金屬；VC還能刺激一些能夠解除肝臟毒性的酶來抵御各種應激反應的侵害。在低溫條件下，在日糧中添加抗氧化劑，動物可以通過維持寒冷條件下氧的供需平衡，有效降低心臟在冷應激條件下所帶來的負作用。

然而，Ortu?o等指出，VE和VC可以有效地調節體內的應激反應，卻對環境引起的應激反應產生負作用。Wang等報道，日糧中低水平的HUFAs更容易被氧化，當添加VE和VC而不添加HUFAs時，VE和VC的主要作用并不是作為抗氧化劑，而是更多地調節各種應激反應。

4 結語與展望

綜上所述，VC和VE不僅是水產動物的必需微量營養素，而且是其體內的重要抗氧化劑，能夠協同抗氧化作用，調節多種生理功能，還能解除有毒物質及各種應激反應的侵害。

為了建立日糧中VE和VC對水產動物影響的更加完善的體系，應該深入研究水產動物體VE和VC的作用范圍、相互作用、對環境的影響以及機體對VE、VC攝取、排出的能力差異，以便更好地理解、應用和調控VC和VE的協同抗氧化作用，更有效地為可持續發展漁業服務，生產更多衛生、安全的漁業產品。