氧化應激與仔豬健康及其營養調控

田 剛 陳代文 鄭 萍 王立志 余 冰

(四川農業大學動物營養研究所，教育部動物抗病營養重點實驗室，農業部動物抗病營養與飼料重點實驗室，四川省動物抗病營養重點實驗室，四川雅安 625014)

隨著我國畜牧業特別是現代養殖業集約化程度的提高以及人們對動物福利意識的增強，動物應激醫學已成為動物醫學的重要組成部分，其中畜禽氧化應激已逐漸發展成為一個重要的研究領域。生產實踐中，部分維生素和微量元素缺乏或過量、飼糧氧化酸敗和霉菌毒素污染等，都會導致機體氧自由基過量產生和/或細胞內抗氧化防御系統受損而產生氧化應激。長期應激會導致畜禽生產性能降低、抗病能力下降、甚至生物體衰老或死亡加速等。本文擬在簡述氧化應激形成原理及概念基礎上，對本課題組近年來就氧化應激對仔豬生產性能、養分代謝和需要及機體健康的影響，以及緩解仔豬氧化應激的營養措施等研究作一總結，旨在為深入探討畜禽氧化應激及抗氧化機制和尋求減緩氧化應激的有效措施提供參考。

1 氧化應激的概念

需氧生物體的細胞在有氧環境條件下進行正常的新陳代謝都會產生少量的自由基，但會被機體的自由基清除系統即抗氧化系統及時清除，因此，在正常生理條件下自由基存在時間極為短暫。機體的抗氧化系統由大分子的酶促抗氧化系統和小分子的非酶促抗氧化系統組成，前者的作用是催化抗氧化反應，而后者是抗氧化反應的底物。抗氧化酶類主要包括超氧化物歧化酶（Superoxide dismutase，SOD）、谷胱甘肽過氧化物酶（Glutathione Peroxidase，GSH-Px）、過氧化氫酶（Catalase，CAT）、谷胱甘肽-S-?；D移酶（Giutathione-S-transferases，GST）等，它們協同完成細胞內的抗氧化作用。非酶類抗氧化劑主要包括斷鏈抗氧化劑和一些蛋白質，如VE、β-類胡蘿卜素、VC、谷胱甘肽（Glutathione，GSH）等，它們共同承擔體液抗氧化作用（方允中，1989）。動物機體中上述抗氧化酶活性的高低和/或抗氧化化合物含量的多少可反映體內氧化還原狀態和機體的抗氧化能力。

當機體在遭受各種有害刺激時，體內自由基產生過多,氧化程度超出抗氧化系統的清除能力,氧化系統和抗氧化系統失衡，從而導致細胞組織損傷，稱為氧化應激（Sohal等，1990）。導致機體氧化應激的自由基主要為活性氧族(Reactive oxygen species，ROS)和活性氮族(Reactive nitrogen species，RNS)，前者包括超氧陰離子、羥自由基(·OH)以及可以產生氧自由基的H2O2和單線氧(1O2)等，而后者包括一氧化氮(NO)、二氧化氮(NO2)和過氧亞硝基(·ONOO-)等(Nappi等，1998)。

2 仔豬氧化應激模型的建立

氧化應激動物模型的成功構建是系統研究畜禽氧化應激危害、機制及抗氧化措施的基礎。前人有關氧化應激的報道主要集中在實驗動物上，且主要以疾病性的氧化應激為模型。課題組在近年的研究中成功構建了仔豬一次性腹腔注射Diquat誘導氧化應激的模型。Diquat又稱敵快死，是雙吡啶除草劑，它可以利用分子氧產生1O2和H2O2，誘導動物產生氧化應激，其主要靶器官是肝臟。袁施彬(2007)研究發現，注射Diquat(12 mg Diquat/kg BW)后30 min內所有豬只出現嘔吐、厭食等癥狀，但在3 d后基本恢復采食；注射后14 d，仔豬血清SOD活性、抑制羥自由基的能力和GSH-Px活性均顯著下降,而丙二醛（Malondialdehyde，MDA）含量顯著增加。徐靜等（2008）進一步評估了Diquat（8 mg Diquat/kg BW）誘導氧化應激的持續時間及反映應激的敏感指標。結果發現，注射后第1 d，所有試豬出現厭食且少數出現嘔吐并伴有輕度腹瀉，3 d后基本恢復采食；第7、14、21和28 d血清GSHPx、SOD和CAT活性顯著降低，血清MDA和H2O2顯著提高；第35 d時，應激效應基本消失；進一步的分析發現，應激前期血清SOD活性和H2O2含量是反映氧化應激效應的敏感指標，而血清GSH-Px和CAT活性以及MDA含量則是反映氧化應激后期效應的敏感指標。隨后，呂美（2009）、鄭萍（2010）和李永義（2011）采用10 mg Diquat/kg BW一次性腹腔注射，也成功構建了誘導仔豬氧化應激模型。因此，綜合課題組研究結果來看，一次性腹腔注射8～12 mg Diquat/kg BW均能成功誘導仔豬產生氧化應激。

3 氧化應激對斷奶仔豬生產性能及養分消化吸收的影響

氧化應激導致仔豬生產性能不同程度降低，主要表現為平均日增重（Average daily gain,ADG）和平均日采食量（Average daily feed intake,ADFI）降低，而對料重比(Ratio of feed to gain,F/G)的影響不盡一致。袁施彬等（2007）報道，仔豬腹腔注射Diquat 12 mg/kg BW，應激后0～14、15～26和0～26 d的ADG和ADFI均顯著降低，F/G顯著增加。隨后，Zheng等（2010）和Lv等（2012）的研究也發現，氧化應激導致仔豬生產性能顯著降低，特別是注射Diquat后的1周，ADG降低50%以上。李永義等(2011)也有類似的發現。Deng等(2010)報道，應激后0～7 d仔豬ADG和ADFI顯著降低，應激后8～14 d ADG和ADFI有降低的趨勢，而應激后0～7和8～14 d F/G分別呈增加和降低趨勢。

氧化應激狀態下，因腸道組織的損傷和某些養分代謝方向的改變，仔豬對營養物質的消化和吸收也發生相應變化。Yuan等（2007）、徐靜（2009）以及李永義（2011）均發現，腹腔注射Diquat誘導仔豬發生氧化應激時，其飼糧干物質、粗蛋白質和總能表觀消化率不同程度降低。與此同時，李麗娟（2007）報道，氧化應激損傷仔豬腸黏膜，顯著降低空腸黏膜堿性磷酸酶、蔗糖酶以及Na+-K+-ATP酶活性，顯著下調SGLT1和GLUT2 mRNA表達。但是，某些養分因其在抗氧化防御中的特殊作用，氧化應激時其吸收量可能增加。呂美等（2010）報道，Diquat誘導氧化應激仔豬十二指腸黏膜γ-GT活性顯著提高，B0AT mRNA表達有增加趨勢。鄭萍（2010）報道，氧化應激刺激斷奶仔豬空腸精氨酸轉運載體CAT mRNA表達的顯著上調。

4 氧化應激對仔豬健康的影響

仔豬遭受氧化應激，機體內環境平衡被破壞，健康受到危害，主要表現在以下幾個方面。

4.1 機體抗氧化能力降低

研究發現，氧化應激普遍降低仔豬機體抗氧化能力。李麗娟等（2007）、袁施彬等（2009）、呂美（2009）、鄭萍（2010）、李永義（2011）等的研究均發現，氧化應激導致仔豬血清和肝臟SOD、GSH-Px和CAT活性顯著降低，MDA濃度極顯著升高。與此同時，氧化應激仔豬空腸黏膜SOD和GSH-Px活性極顯著降低，黃嘌呤氧化酶（XOD）活性和MDA濃度極顯著提高（李麗娟，2007）。

4.2 組織器官結構受損

氧化應激降低仔豬空腸絨毛高度、絨毛寬度、隱窩深度和固有膜厚度。鄭萍（2010）報道，與非應激組相比，Diquat誘導的氧化應激導致仔豬空腸絨毛高度、絨毛寬度、隱窩深度、固有膜厚度分別降低了2.2%、32.3%、31.4%和69.8%，絨毛高度/隱窩深度比值增加 44.6%。袁施彬等（2009、2011）報道，Diquat誘導的氧化應激導致仔豬空腸絨毛高度下降和隱窩深度增加，空腸黏膜組織和肝細胞發生水泡變性、空泡變性和壞死等病理變化；同時，肝細胞核膜嚴重擴張、內陷或溶解，核皺縮、染色質聚集，線粒體腫脹、破裂、嵴紊亂，見中性白細胞和糖原異常聚集；肝臟DNA片斷化比較明顯，出現明顯的呈梯形條帶。李永義（2011）報道，Diquat誘導的氧化應激導致斷奶仔豬肝細胞出現空泡變性，肝細胞崩解，肝索排列紊亂，肝血竇淤血，肝組織間質出現紅細胞和炎性細胞浸潤。上述結果表明，氧化應激損傷仔豬消化道和肝臟結構。

4.3 機體免疫狀態改變

氧化應激導致仔豬免疫器官病理變化和細胞凋亡。袁施彬等（2008）報道，氧化應激引起仔豬脾臟出現大量白細胞和紅細胞，不同程度地漿細胞、網狀細胞和淋巴細胞病變，線粒體腫脹，內質網微擴，細胞器壞死。李永義（2011）報道，Diquat誘導的氧化應激引起仔豬脾臟脾小體內的淋巴細胞和巨噬細胞數量減少，并出現嚴重變性和壞死，脾小體內有大量紅細胞浸潤，脾紅髓脾血竇內皮細胞損壞而發生出血，脾索結構紊亂；淋巴結彌散淋巴組織中淋巴細胞數量明顯減少，并伴有大量漿細胞浸潤。

氧化應激還導致仔豬外周血淋巴細胞轉化率的顯著降低（袁施彬等，2008；Deng等，2010；李永義，2011）、外周血CD4+亞群百分率和CD4+/CD8+比值的顯著降低及CD8+亞群百分率的顯著升高（Deng等，2010；李永義等，2011），表明氧化應激主要通過抑制T細胞向Th細胞分化，促進向CTL細胞分化，提高CTL細胞比例來清除體內受感染的組織和細胞，但這會使機體受到進一步損傷。與此同時，氧化應激還會抑制仔豬的體液免疫。袁施彬（2007）報道，應激后第3周和7周末仔豬血清IgA、IgG和IgM水平顯著降低。李永義等（2011）報道，Diquat誘導氧化應激后第7 d，仔豬血清IgA、IgG和IgM水平都降低。袁施彬（2007）還發現，Diquat誘導的氧化應激極顯著降低仔豬豬瘟疫苗免疫后第21和28 d血清豬瘟抗體滴度。

此外，研究還發現，氧化應激可能刺激仔豬炎癥反應的發生，導致機體產生病理性損傷。袁施彬等（2008）報道，Diquat誘導的氧化應激使斷奶仔豬應激后第3周和7周末外周血IL-1β水平分別提高41.9%和54.8%，IL-6水平分別提高79.4%和128.8%。Deng等（2010）報道，Diquat誘導的氧化應激使斷奶仔豬應激后第7 d和14 d血清IL-1和IFN-γ水平提高，IL-4水平降低，第7 d血清IFN-γ/IL-4比值提高25.0%。李永義等（2011）在體內和體外的研究也均發現，氧化應激增加血清和細胞培養液IL-2、INF-γ和TNF-α濃度以及降低IL-4水平。

5 緩減氧化應激的營養技術及可能途徑

氧化應激狀態下，機體養分代謝方向發生改變，額外補充某些營養物質或非營養性添加劑有助于緩減應激。袁施彬（2007）報道，仔豬飼糧添加0.4 mg/kg硒可有效緩減氧化應激的危害；呂美（2009）和鄭萍（2010）分別研究發現，仔豬飼糧添加高水平色氨酸和精氨酸有助于緩減氧化應激；李永義（2011）研究結果表明，添加500 mg/kg茶多酚也能緩減仔豬氧化應激。綜合分析發現，上述營養性和非營養性物質主要通過以下可能途徑發揮抗氧化效應。

5.1 緩減組織器官損傷和細胞凋亡，維持正常結構和功能

袁施彬等（2011）報道，0.4 mg/kg硒能緩減氧化應激所致仔豬肝臟和脾臟的DNA氧化損傷及組織病變。呂美（2009）報道，補充色氨酸能維持氧化應激狀態下仔豬十二指腸絨毛高度、絨毛寬度和固有膜厚度，增加絨毛高度/隱窩深度比值。鄭萍（2010）的研究也發現，補充精氨酸雖然對氧化應激仔豬空腸絨毛高度無顯著改善，但顯著增加絨毛寬度、固有膜厚度和絨毛高度/隱窩深度比值，降低隱窩深度。

5.2 提高機體體液和細胞免疫力，增強機體免疫功能

袁施彬等（2008）報道，隨著飼糧中硒添加水平的提高，試驗第3周和7周末Diquat誘導氧化應激斷奶仔豬血液淋巴細胞的Ea、Et和轉化率以及血液IgG、IgA和IgM含量增加，豬瘟抗體滴度上升，血清IL-1β和IL-6水平降低。呂美（2009）報道，添加色氨酸降低肝臟和十二指腸黏膜IL-6 mRNA、TNF-α mRNA和PPAR-γ mRNA表達。鄭萍（2010）研究發現，補充精氨酸以劑量方式增加空腸IL-6和降低TNF-α mRNA表達，增加空腸PPAR-γ mRNA表達；降低肝臟IL-6和TNF-α mRNA表達。李永義(2011)報道,飼糧添加茶多酚提高Diquat誘導氧化應激仔豬血液IgG、IgA和IgM含量以及IL-2和IL-4水平提高，降低血液INF-γ和TNF-α水平，提高血液CD4+T淋巴細胞百分率和CD4+/CD8+比值,降低CD8+T淋巴細胞百分率。

5.3 調節內分泌，改變代謝方向

袁施彬(2007)報道,隨著飼糧中硒添加水平的提高,氧化應激仔豬血液T3濃度提高、T4濃度降低、T3/T4比值提高。呂美(2009)報道，色氨酸以劑量依賴方式降低應激后1、2和7 d血漿皮質醇濃度、提高第7 d血漿IGF-1濃度，提高肝臟IGF-1和IGFBP-3 mRNA表達，降低肝臟IGF-1R mRNA表達。李永義(2011)報道,飼糧添加茶多酚降低氧化應激仔豬血清促腎上腺皮質激素和糖皮質激素水平。鄭萍(2010)報道，補充精氨酸極顯著降低仔豬應激后2 d和4 d皮質醇濃度，且以劑量依賴方式分別提高應激后24 h和48 h血漿胰島素濃度和IGF-1濃度，以及顯著增加肝臟IGF-1和IGFBP-3及肌肉IGF-1、IGF-1R和IGFBP-3的mRNA表達。

5.4 促進自身吸收，改變組織分布，維持自身有效性

呂美（2009）報道，色氨酸以劑量依賴方式顯著提高仔豬肝臟和下丘腦色氨酸濃度及下丘腦5-HT和犬尿酸濃度，降低或不影響肝臟犬尿酸濃度，同時改變肝臟ApoTDO（載脂蛋白色氨酸2，3-加雙氧酶）活性，提高Holoenzyme（全酶）和總TDO（色氨酸2,3-加雙氧酶）活性，并以劑量依賴方式提高下丘腦TPH2 mRNA表達。鄭萍（2010）報道，補充精氨酸顯著抑制氧化應激所致空腸CAT-1和CAT-3 mRNA表達的上調，改變空腸、腎臟和肌肉精氨酸和瓜氨酸濃度，抑制氧化應激誘導的腎臟iNOS表達量的增加，顯著增加空腸和腎臟的eNOS的相對表達量，增加氧化應激仔豬肝臟tNOS和iNOS的酶活性，調控NO的產生。

5.5 刺激促食欲相關因子分泌和基因表達，提高采食量

呂美（2009）還發現，補充色氨酸可增加氧化應激仔豬血漿Ghrelin濃度和十二指腸黏膜Ghrelin mRNA表達以及胃黏膜和下丘腦Ghrelin mRNA表達，增加下丘腦NPY和AgRP mRNA表達，進而緩減氧化應激對仔豬采食量的抑制。

6 結語

綜上所述，本課題組的研究表明，氧化應激嚴重影響著仔豬的健康和生產性能，同時改變了應激仔豬對一些具有抗氧化作用養分的適宜需要量，而合理的營養供給能顯著降低應激帶來的危害。同時，從生產實踐看，氧化應激已成為制約仔豬正常生長和抗病能力的隱形因子之一。因此，進一步深入探討氧化應激的危害效應和機制，從營養調控角度尋求緩減應激危害的措施，將有助于加快實現畜禽的抗逆飼養。