氧化應激及其營養對策的研究進展

劉雪萍

（山東省萊州市畜牧局，山東萊州261400）

氧化應激及其營養對策的研究進展

劉雪萍

（山東省萊州市畜牧局，山東萊州261400）

各種因素引起的動物機體內活性氧或活性氮的過量積累可以導致其產生氧化應激并最終威脅畜禽等動物的健康，本文在概述了有關氧化應激的產生、反饋機制及其信號通道的基礎上，綜述了抗氧化應激的營養措施，例如維生素E、硒和類胡蘿卜素等。

豬；氧化應激；維生素E；硒

動物機體內由于細胞呼吸和能量代謝等時刻發生著有氧氧化，因此盡管是在正常的生理條件下，動物機體內也在不斷的產生自由基[超氧陰離子（O2-·）和極性羥基（OH·）等]，但動物機體的健康狀態并未受到任何影響，這主要是由于動物機體內存在一個天然的自由基清除系統，使得自由基的產生和清除處于一個動態的平衡過程而使其維持在某個非常低的濃度水平。例如谷胱甘肽過氧化物酶（GSH-Px），銅-鋅超氧化物歧化酶（Cu-Zn-SOD）和錳超氧化物歧化酶（MnSOD）等就是這個自由基清除系統中重要的組成部分，同時它們也是衡量機體抗氧化性能的重要指標。有研究表明：動物機體在其代謝過程中有1%～2%的O2被用于產生氧自由基，這對保持自由基在其體內的動態平衡具有重要的生理意義[1]。當內源性的平衡系統組成“元件”功能失效（即清除能力減弱）或外源性的病原體、促炎性細胞因子、重金屬和紫外照射等誘導（即自由基產生過多）產生過量自由基時，動物機體內自由基平衡系統被打破，自由基在體內過量積累，最終導致機體的氧化應激[2]。過多的自由基會攻擊生物大分子致其損傷，例如蛋白質、酶、核酸結構或位點、生物膜和碳水化合物等，當機體長時間處于氧化應激狀態時，則會導致其細胞凋亡、組織壞死、腫瘤等疾病甚至死亡[3]?；谌梭w中的研究表明：癲癇病、動脈粥樣硬化、血栓、肝炎、糖尿病、白內障以及一些癌癥的發生都有氧自由基的參與[4]；但是在畜禽中的研究卻非常少，畜禽生產中的疾病越來越多且發病機制越來越復雜，氧化應激在畜禽中的研究越來越受到關注且已成為研究熱點。因此，本文在綜述了氧化應激的產生、信號通道和體內的調節等及其營養對策的研究進展，以期為氧化應激在畜禽生產中的研究提供一定的參考。

1 氧化應激

1.1 氧化應激的產生和對機體造成的損傷

氧化應激（Oxidative Stress，OS）是指機體在遭受各種有害刺激時（如外源體、病原體、促炎性細胞因子、重金屬和紫外照射等），活性氧自由基（reactive oxygen species,ROS）和活性氮自由基（reactive nitrogen species, RNS）等高活性分子產生過多，將氧化與抗氧化之間的平衡打破，使得機體傾向于氧化水平，最終導致中性粒細胞炎性浸潤，蛋白酶分泌增加，產生大量氧化中間產物，并且氧化應激被認為是導致衰老和疾病的一個重要因素。其中，ROS包括O2-·（超氧陰離子）、H2O2（過氧化氫）和·OH（羥基自由基）等，RNS包括.NO（一氧化氮）、.NO2（二氧化氮）和.ONOO-（過氧化亞硝酸鹽）等。研究表明ROS和RNS主要有兩種來源：一種是外源性的，即外源物、病原體、促炎細胞因子和重金屬等外源性因素誘導產生；另一種是內源性的，即線粒體呼吸鏈氧化磷酸化過程活性氧泄漏、過氧化酶體和被激活的炎性細胞導致；但是線粒體是公認的產生ROS最多的地方[5]。動物機體發生氧化應激時，未被清除的ROS和RNS則會攻擊蛋白質、酶、DNA和生物膜等大分子并對他們造成損傷，若機體長時間處于氧化應激狀態，最終將會導致腫瘤、細胞凋亡、組織壞死甚至死亡[3]。由此可見，在現代化規模養殖中，外源性致病因子較多的情況下，氧化應激對畜禽養殖業的影響也是將產生巨大的負面作用。

1.2 氧化應激的信號通道

氧化應激在造成機體損傷的同時也激活或抑制許多信號通路和一些信號介導分子，如NF-E2相關因子2-胞質伴侶蛋白（Nrf2/Keap1）信號通道[6]、核因子kappa B（NF-κB）信號通道[7]，絲裂原活化蛋白激酶（MAPKs）[8]，激酶蛋白mTOR（一個蛋白質合成的關鍵調控因子）和PKC（蛋白激酶C）等，最終調節相關抗氧化基因的表達以達到自救或自我修復的目的。

1.2.1 Nrf2/Keap1信號通道

Nrf2分為6個功能區，即Neh1、Neh2、Neh3、Neh4、Neh5和Neh6，分布于機體的各個器官，在調控細胞氧化還原平衡過程中起到重要的作用，但每個功能區在調控細胞氧化還原平衡的作用均不同[6]。Keap1是Nrf2在細胞質中的富含半胱氨酸的結合蛋白，主要通過結合Nrf2使之無法進入細胞核，從而抑制Nrf2的活性，避免引起細胞對應激源的敏感性升高，即在正常情況下，Keap1與Nrf2處于結合狀態使其不能進入細胞核調控抗氧化基因的表達，只有在細胞內ROS和RNS積累至機體出現氧化應激時Keap1與Nrf2才發生解離而使得Nrf2進入細胞核[9]。Nrf2/Keap1信號通道被激活后能啟動下游的多重保護性基因得以表達，但是被激活的基因種類和程度受到激活劑的類型和激活方式等的制約，目前的研究已表明Nrf2可激活調控200多個基因[6]。但是研究表明PKC和MAPKs等能夠在該通路中激活Nrf2的活性，而組蛋白去乙?；福℉DAC）等卻能抑制Nrf2的活性[10]。不難發現，Nrf2/Keap1信號通道是動物機體自身抗氧化應激的一種重要機制，對于保持動物機體內氧化還原平衡具有重要的作用。

1.2.2 絲裂原活化蛋白激酶（MAPKs）MAPKs是細胞內的一類絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶，包含4個亞家族：細

胞外信號調節蛋白激酶（ERKs）、c-Jun N末端蛋白激酶（JNKs）、p38絲裂原活化蛋白激酶和ERK5；研究表

明：MAPKs信號轉導通路存在于大多數細胞內，在將細胞外刺激信號轉導至細胞及其核內，并引起細胞生物學反應（如細胞增殖、分化、轉化及凋亡等）的過程中具有至關重要的作用[11]。當機體產生氧化應激后，通過一系列信號分子激活MAPK，被激活的MAPK通過三種途徑形式行使其抗氧化功能[12]：①留在細胞質中的MAPK可以激活另外的一些蛋白激酶；②進入細胞核內的MAPK可以通過磷酸化轉錄因子以調節抗氧化基因的表達；③通過磷酸化其上游的Raf和MEK從而對其自身信號起到負反饋作用。

1.3 解耦聯蛋白（UCPs）的反饋調節

解耦聯蛋白（uncoupling proteins, UCPs）是線粒體內膜上的一種具有調節質子跨膜作用的特殊蛋白質，與機體的產熱作用有關，其生理作用是消除線粒體膜電位差，使得線粒體中的物質氧化與磷酸化發生解耦連，抑制了二磷酸腺苷（ADP）的合成，并且能量以熱能的形式散發掉，使得ROS的生成被中斷，從而調節ROS的生成量[13]。當前在哺乳動物體內已經發現5種Ucps：Ucp1，Ucp2，Ucp3，Ucp4和Ucp5，但是研究表明僅Ucp2和Ucp3對動物機體的氧化應激起反饋調節作用，例如UCP2基因敲除的小鼠較正常小鼠大腦線粒體在氧化應激下能夠產生更多的ROS[14]，敲除巨噬細胞中的UCP2基因可使ROS的生成量增加[15]，由此說明UCP2能夠降低細胞中ROS水平，從而具有抗氧化應激損傷的作用。盡管Ucp2mRNA的分布廣泛，例如：脾臟、下丘腦、胰腺、心臟、睪丸、巨噬細胞、肌肉等組織，但Ucp2蛋白的分布卻并不廣泛，僅在腦、脾臟、白色脂肪組織、胰島實質細胞和巨噬細胞中能檢測到[16]，這說明了氧化應激可能在這幾個機體組織發生的概率較大。

2 營養對策

2.1 維生素E

維生素E又稱生育酚，是生育酚類化合物的總稱，當前關于維生素E的研究較多，尤其是對動物機體的一些保護作用。其生物功能主要體現在：①抗氧化作用—通過抗氧化作用以抑制和預防多種疾?。ㄈ缛梭w中的癌癥和動脈粥樣硬化等）；②維持基因穩定—維生素E可以通過抑制HO-對DNA堿基的突變和染色體結構畸變的作用而保證基因的穩定[17]；③增強機體的免疫功能—通過增加動物機體內免疫細胞的數量和調節內分泌以達到增強動物機體的免疫作用[18]；④提高動物繁殖功能—通過調節動物生殖激素的分泌、相關酶的合成和生殖器官的發育而發揮作用[19]。但是維生素E發揮以上的生物學功能主要也是通過在動物機體內起到抗氧化作用而發揮的，例如增強機體免疫功能就是通過保護細胞內各種膜不被氧化損傷而維持其完整性而發揮作用的[18]，且研究已表明：天然維生素E的4種構型中的抗氧化能力為α型＞β型＞γ型＞δ型。王懷禹（2010）[20]通過設置10、25、40、55、70 mg/kg 5個維生素E水平研究其對采精長白公豬精液品質的影響發現：40 mg/kg和55 mg/kg水平顯著提高了采精量和精子密度；25 mg/kg以上水平可顯著提高精子活率和降低精子畸形率；綜合考慮各因素得出：40 mg/kg水平對長白公豬精液品質促進作用最為適宜。胡曉芬等（2012）[21]通過設置5和10 mg/kg水平的水溶性維生素E對斷奶仔豬的應用效果研究發現：飼糧中添加維生素E能顯著提高血液中維生素E的濃度，且能顯著提高血清中超氧化物歧化酶和谷胱甘肽過氧化酶的活性以及降低丙二醛的含量。蔣守群等（2013）[22]通過設置5、10、20、40、80 mg/kg 5個維生素E水平研究其對22～42日齡黃羽雞免疫和抗氧化性能的影響發現：5和10 mg/kg時可顯著提高血清中谷胱甘肽過氧化物酶活性；20 mg/kg時可顯著提高血清總超氧化物歧化酶活性；各個水平均能顯著降低肝中丙二醛含量；從血清中總超氧化物歧化酶活性出發，46.46 mg/kg最宜。

2.2 硒

硒的抗氧化作用主要體現于其是谷胱甘肽過氧化物酶（GSH-Px）的重要組成部分，而GSH-Px又是動物體內重要的抗氧化酶，可以保護動物機體細胞膜免受氧化損傷。硒主要以有機和無機形式存在，其中無機硒多為亞硒酸鈉或硒酸鈉，有機硒包括氨基酸硒、含硒酶類和含硒蛋白等，且主要來源于動植物及微生物[23]。并且有研究表明，硒和維生素E的抗氧化作用之間存在著協同與促進作用，硒的抗氧化作用減少了保護脂膜所需要的維生素E的量，例如硒和維生素E的聯合抗氧化作用可以顯著降低患糖尿病大鼠的死亡率[24]；硒和維生素E可以通過抗氧化作用抑制腫瘤的發生和惡化[25]。硒除了具有抗氧化作用，在豬生產中還具有其他重要的作用：改善胴體品質，促進生長發育及影響精液品質和受胎率等[26]。王秀娜（2010）[27]通過設置0.1、0.3和0.5 mg/kg 3個納米硒水平對仔豬細胞內谷胱甘肽過氧化物酶基因mRNA表達的研究表明：0.5 mg/kg水平的納米硒能顯著提高仔豬肝和脾中GPX1 mRNA的表達量。耿忠誠（2010）[28]研究了硒源及添加水平對35日齡斷奶仔豬（三江白豬）的抗氧化性能，發現飼糧中添加0.3、0.5 mg/kg水平的硒能在一定程度上提高斷奶仔豬的抗氧化能力，并且以添加0.5 mg/kg的納米硒效果最好。曹雪瑾等（2011）[29]研究了不同硒源及添加水平對斷奶仔豬（杜長大，35日齡）抗氧化性能的影響，結果表明，硒能顯著提高仔豬血清中GSH-Px、SOD和T-AOC的活性，表明硒能增強斷奶仔豬的抗氧化能力且以0.3 mg/kg的水平最具有應用價值。

2.3 其他抗氧化物質

除維生素E和硒以外，維生素A和維生素C，類胡蘿卜素（蝦青素、角黃素、葉黃素，β-胡蘿卜素等），硒、鋅、銅和錳等也具有一定的抗氧化作用。李彥等（2009）[30]研究了日糧中維生素C水平對肉仔雞（1日齡）的抗氧性能，結果表明，200 mg/kg水平的維生素C能將血清中銅鋅過氧化酶和谷胱甘肽過氧化酶活性分別提高23.99%和4.95%，將MDA的含量降低11.71%。楊艷等（2009）[31]利用動物試驗研究了蝦青素的氧化作用，結果表明，蝦青素能顯著提高老齡小鼠血清中SOD和GSH-Px的活性以及降低血清中MDA的含量。馮俊等（2009）[32]研究了微囊化β-胡蘿卜素對妊娠母豬抗氧化性能，結果表明，β-胡蘿卜素微囊能顯著增強妊娠母豬的總抗氧化能力，并且以160 mg/kg水平的添加量較為適宜。

3 小結

綜上所述，動物機體內ROS和RNS的過量積累會導致機體產生氧化應激而處于病態，

給動物生產帶來潛在的負面影響，從而降低養殖業者的經濟效益，但是通過在飼糧中添加營養物質（例如維生素E、硒和類胡蘿卜素等）可有效防治氧化應激的產生與進一步發展，但有關豬的抗氧化應激的營養研究還有待進一步加強。

[1]方允中.對保健中應用自由基生物學與醫學的初步建議.自由基生命科學進展，1997：1-3.

[2]Pi J,Zhang Q,Fu J,et al.ROS signaling,oxidative stress andNrf2inpancreatic beta-cell function.Toxicol Appl Pharmacol,2010,244(1)∶77-83.

[3]Valko M,Izakovic M,Mazur M,et al.Role of oxygen radicals in DNA damage and cancer incidence.Mol Cell Biochem, 2004,266(1-2)∶37-56.

[4]楊玲，許速.氧化應激與疾病發生的相關性.西南國防醫藥，2012，22（11）：1268-1270.

[5]Klaunig JE,Kamendulis LM.The role of oxidative stress in carcinogenesis. Annu Rev Pharmacol Toxicol,2004,44∶239-67.

[6]朱宇旌，李艷，張勇，等.轉錄因子E2相關因子2-抗氧化反應元件信號通路與機體抗氧化的關系.動物營養學報，2013，25（3）：458-463.

[7]張仁云，李申，劉丹，等.氧化應激調控的神經細胞NF-κB表達.山東醫藥，2011，51（1）：90-91.

[8]李進華，邱昌會，常波，等.運動、氧化應激與MAPK轉導系統.沈陽體育學院學報，2008，27(2)∶67-70.

[9]Levonen A,Landar A,Ramachandran A,et al.Cellular mechanisms of redox cell signalling∶role of cysteine modification in controlling antioxidant defences in responsetoelectrophiliclipidoxidation products.Biochemical Journal,2004,378∶373-82.

[10]崔俁，馬海英，孔力.Nrf2/Keap1通路與機體抗氧化機制的研究進展.吉林大學學報（醫學版），2011，37(1)∶187-190.

[11]陳譽華.醫學細胞生物學（第四版）.北京∶人民衛生出版社，2010∶272.

[12]黃珊珊，喬玉環，郭瑞霞.絲裂原活化蛋白激酶信號轉導通路與子宮內膜癌.國際婦產科學雜志，2009，36（1）：56-59.

[13]裴寧，朱秀寶，張爍，等.解耦聯蛋白2的研究進展.醫學綜述，2006，12（19）：1155-1157.

[14]Suski JM,Sch?nfeld P,Bonora M, et al.Guanosine diphosphate exerts a lower effect on superoxide release from mitochondrial matrix in the brains of uncoupling protein-2 knockout mice∶new evidence for a putative novel function of uncoupling proteins as superoxide anion transporters.Biochem Biophys Res Commun,2012,428(2)∶234-8.

[15]Arsenijevic D,Onuma H,Pecqueur C,et al.Disruption of the uncoupling protein 2 gene in mice reveals a role in immunity and reactive oxygen species production.Nat Genet,2000,26(4)∶435-439.

[16]顧遷，高鑫.解耦聯蛋白2（UCP2）與胰島β細胞功能研究進展.復旦大學學報（醫學版），2013，40（1）：106-111.

[17]郭紅菊.維生素E功能的研究進展.天水師范學院學報，2005，25（5）：44-46.

[18]徐建平，周顯青.維生素E對機體免疫、生殖和發育功能影響的研究進展.中國比較醫學雜志，2006，16（8）：506-508.

[19]陳倩，叢玉艷.維生素E及其在動物生產中的應用研究.飼料博覽，2012（5）：40-42.

[20]王懷禹.日糧維生素E水平對種公豬精液品質的影響.豬業科學，2010（1）：50-52.

[21]胡曉芬，楊鵬，馬立保.水溶性維生素E對斷奶仔豬的應用效果研究.養豬，2012，（1）：13-16.

[22]蔣守群，周桂蓮，林映才.飼糧維生素E水平對22～42日齡黃羽雞生長性能、免疫功能和抗氧化能力的影響.動物營養學報，2013，25（2）：289-298.

[23]王志剛，周安國，王之盛.有機硒在豬營養中的研究進展.中國畜牧雜志，2007，43（7）：37-39.

[24]張桂珍，崔亞南，薄立華，等.硒和維生素E對大鼠糖尿病易感性的影響.營養學報，2001，23(2)∶110-113.

[25]張敬，張軍，趙燕，等.硒和維生素E對白血病細胞凋亡及c-Myc基因表達的影響.營養學報，2001，23(4)∶324-326.

[26]張再明，楊琳.微量元素硒在動物生產上的應用研究進展.飼料博覽，2011(3)∶36-39.

[27]王秀娜，耿忠誠，王燕，等.飼糧硒來源及添加水平對仔豬組織中細胞內谷胱甘肽過氧化物酶基因mRNA表達的影響.動物營養學報，2010，22(6)∶1630-1635.

[28]耿忠誠，王秀娜，王燕，等.不同硒源對仔豬生產性能和抗氧化能力的影響.黑龍江八一農墾大學學報，2010，22(6)∶31-35.

[29]曹雪瑾.不同硒源及水平對斷奶仔豬生長性能、血液生化指標和抗氧化指標的影響.南寧：廣西大學，2011.

[30]李彥，楊在賓，楊維仁，等.日糧中添加不同水平維生素C對肉雞抗氧化和免疫性能影響的研究.山東農業大學學報（自然科學版），2009，40(2)∶229-234.

[31]楊艷，周寧紅，徐海濱，等.蝦青素抗氧化作用動物實驗研究.北京市營養學會第四屆會員代表大會暨膳食與健康研討會論文集，2010∶184-186.

[32]馮俊，鄧斐月，余燕玲，等.微囊化β-胡蘿卜素對妊娠母豬繁殖、免疫和抗氧化功能的影響.浙江大學學報（農業與生命科學版），2009，35(6)∶665-669.

S813.2，S828

A

1673-4645(2013)08-0053-04

2013-06-20