硒和硒蛋白對豬和家禽免疫反應影響的研究進展

張 娟，李福泉，林建和

（內江職業技術學院，四川內江 641100）

硒是人和動物的必需微量元素，是硒蛋白的重要組成部分，對人和動物具有重要的生理功能。谷胱甘肽過氧化物酶（GSH-Px）是最早發現的硒蛋白，它含有至少一種硒代半胱氨酸。Lubos等（2011）認為，哺乳動物谷胱甘肽過氧化物酶（GSH-Px）有8種，包括5種硒代半胱氨酸酶（GPX1、GPX2、GPX3、GPX4和 GPX6）和 3種催化位點上有半胱氨酸的（GPX5、GPX7和GPX8）。GPX1是哺乳動物最豐富的硒蛋白，作為一種有效的抗氧化劑可以在細胞中清除過氧化氫，保護細胞免受氧化損傷，預防疾病，維持健康。

硒蛋白的合成受機體硒的可利用性調控，當可利用硒受到限制時，硒蛋白的合成會以犧牲其 他 硒 蛋 白 為 代 價（Seyedali和 Berry，2014）。Koller和Exon（1986）報道，缺乏硒豬會患有白肌病和桑葚心，雞會患有肝壞死和肌肉營養不良。在家禽和豬生產中，一些嚴重和常見的疾病都具有傳染性，可以通過營養調節免疫系統來降低病原體的感染。本文將重點介紹硒在其中的作用，并描述硒對抵抗力和恢復力的調控機制。

1 硒的來源

一般來說硒并不是植物和真菌的必需微量元素，但其能將土壤中礦物質形式的硒轉化為各種有機形式，如硒代蛋氨酸和硒代半胱氨酸，動物可以通過它們獲得硒源。但動物對硒的需求往往高于內源性水平，通常會在飼料中額外補充硒。目前，在動物營養中應用的硒主要分為無機硒源（如亞硒酸鈉和硒酸鹽）和有機硒源（如酵母硒和合成的硒代蛋氨酸及其類似物），其中有機硒的吸收不受機體調控，具有很高的生物利用率（Burk和Hill，2015）。無機硒有一些缺點，如與其他礦物質交互效益、毒性相對較高、低吸收效率及無法建立和維持體內儲備（Surai和 Fisinin，2016）。

硒代蛋氨酸是人類飲食和動物日糧中的一種天然形式，一旦攝入會通過腸道內的蛋氨酸轉運體吸收，進入蛋氨酸池。硒的代謝主要發生在肝臟，通過蛋氨酸循環和轉硫途徑產生硒代半胱氨酸，作為一種短暫的形式迅速轉化為可用于動物硒蛋白合成的硒化物（Burk和Hill，2015）。在比較有機硒與無機硒在畜禽硒生物利用率方面的差異時，硒代蛋氨酸作為有機硒的主要來源受到廣泛關注，它代表了非特異性硒池的主要形式，是一種安全的動物硒存儲形式，可以在缺硒的情況下釋放（Burk和 Hill，2015）。相反，硒代半胱氨酸是硒蛋白中硒的特異性池。所有的硒必須轉化為獨特的中間硒化物，從頭合成硒代半胱氨酸納入硒蛋白。換句話說，日糧硒代半胱氨酸不能直接用于硒蛋白合成。硒一旦轉化為硒化物就可以進入特異性的、專用的硒蛋白翻譯途徑，這是一種復雜的機制。因此，硒代半胱氨酸被認為是第21種氨基酸（Arner，2010）。硒和亞硒酸鹽的有機形式很容易被吸收，在日糧正常水平下總效率接近70%～90%，而亞硒酸鹽直接吸收率不超過60%。動物攝入高水平的硒代蛋氨酸會導致組織中硒代蛋氨酸積累，而組織中硒代蛋氨酸的含量可能遠遠高于硒蛋白中硒代半胱氨酸的含量。但動物或人類的硒狀況通常是通過測量全血或血液組分中的硒濃度來評估的。血漿或血清濃度會在短時間內反映硒含量的變化，而全血濃度則被認為是較長期硒攝入量的評估指標。但在評估硒需要量時往往容易忽視日糧硒形態和動物健康狀況。病原體感染的急性期血液中許多微量元素的濃度都會下降，如Maehira等（2002）發現，注射脂多糖誘導大鼠急性期反應顯著降低了血漿和肝臟中的硒含量，增加肌肉、腎臟、肺、脾、心臟和胸腺中的硒含量。日糧中添加的硒不足會導致缺硒癥狀，具體癥狀取決于缺硒的嚴重程度和動物種類。

2 硒在豬和家禽免疫反應上的重要性

2.1 硒的免疫調節特點 硒蛋白通過多種機制影響免疫，一般來說，營養可以通過調節免疫系統以多種方式抑制病原體的感染和機體功能的恢復。早期研究表明，谷胱甘肽過氧化物酶1（GPX1）和 GPX2含有硒（Ursini等，1985），這兩種酶是我們了解硒的生物學功能的關鍵指標。機體內許多免疫器官如胸腺、淋巴結、肝臟和脾臟等都含有硒。此外，硒也存在于一些免疫細胞中，如中性或酸性粒細胞、巨噬細胞。硒蛋白可以參與細胞分化和活化，對先天性免疫反應和獲得性免疫反應具有重要意義。巨噬細胞通過刺激蛋氨酸-r-亞砜還原酶B1的表達，利用細胞活化過程中的氧化還原調控，負責蛋氨酸殘基從氧化態（蛋氨酸亞砜）中再轉化，并存在于胞漿和細胞核中（Lee等，2013）。

GPX1是哺乳動物中最豐富的硒蛋白，是存在于細胞核和線粒體中的一種酶，催化谷胱甘肽依賴的過氧化氫的還原；而GPX2分布于胃腸道上皮細胞，GPX3是血漿中GPX的主要形式，通過腎臟排出；GPX4在多種細胞類型和組織中均有表達；GPX6僅在嗅覺上皮細胞和胚胎發育過程中存在（Labunskyy等，2014）。硒缺乏可能導致免疫系統反應遲鈍，這可能是病毒感染的一個主要缺點。Beck等（1993）研究發現，小鼠缺硒柯薩奇病毒更容易突變成一種毒性強的心毒性形式。

2.2 先天性免疫 硒蛋白在抗炎和抗氧化方面起關鍵作用。細胞和組織的氧化還原平衡，即活性氧和氮的產生與抗氧化防御系統的抑制作用平衡。Vladimirov和 Proskurnina（2009）認為，感染會導致機體發生應激，活性氧的產生參與各種內源性系統的激活和信號傳遞。先天性免疫系統中具有重要的清除病毒的細胞，即巨噬細胞，其通過Fc受體介導的各種機制吞噬外來病原體，也可以通過補體的調理作用。巨噬細胞在吞噬過程中產生一氧化氮和活性氧，作為病原體消除機制的一部分，響應病原體相關分子模式與模式識別受體的相互作用（Gordon和 Martinez-Pomares，2017）。硒蛋白作為主要的抗氧化物質，在巨噬細胞反應方面可以緩解活性氧的細胞毒性作用，同時調節肌動蛋白，抑制病原體復制（Markley等，2017）。

此外，另一種是中性粒細胞，可以產生活性氧的重要吞噬細胞類型。很少有研究單獨描述缺硒對中性粒細胞功能的影響。一般來說，缺硒并不一定影響中性粒細胞的數量，而是影響中性粒細胞功能的不同方面。雞的嗜中性粒細胞是一種多形核白細胞，其功能可與哺乳動物的中性粒細胞相媲美。Dietert等（1983）報道，硒和維生素E同時缺乏，肉雞中性粒細胞對鼠傷寒病毒的吞噬能力下降。缺硒也會影響腸道黏膜免疫功能，減少十二指腸黏膜分泌型IgA水平，增加促炎細胞因子如白細胞介紹和干擾素-γ水平（Liu等，2016）。缺硒對先天性免疫有負面影響，但補充硒的效果各不相同，且受日糧硒的來源和添加劑量的影響很大。Urban和Jarstrand（1986）研究發現，日糧中添加硒會增加免疫細胞的吞噬和殺菌能力，但高濃度硒沒有甚至會產生負面作用。

2.3 適應性免疫抗體（免疫球蛋白） 是由B淋巴細胞產生的一個重要的蛋白質家族，抗體與同源抗原的特異性結合是一種重要的免疫機制，特別是抗體對預防病原體進入、傳播和降低病原體的毒性具有重要作用。此外，抗體與病原體表面抗原結合使其更容易被先天免疫細胞吞噬，某些同類型的抗體參與補體活化，導致有效的病原體破壞。因此，機體產生特異性抗體的能力，即對疫苗和原發性感染反應的功能是機體免疫保護的關鍵（Moser和 Leo，2010）。關于硒缺乏與家禽和豬體液免疫受損有關的研究報道較少。Huang等（2012）在小鼠上的研究發現，多種硒蛋白可能在T細胞調控中發揮重要作用，其在幼齡T細胞中表達較低，在激活T細胞和記憶T細胞中的表達較高。在病毒感染中T細胞反應很重要，因為硒蛋白可以調節細胞氧化還原平衡，而病毒感染的發生和程度受到宿主細胞氧化還原平衡狀態的影響。因此，硒可以對誘導的病毒疫苗免疫，特別是用于家畜生產的滅活疫苗免疫產生有益影響。

3 硒對豬和家禽傳染病的影響

3.1 家禽傳染病 補充硒對雞球蟲病、壞死性腸炎和禽類致病性大腸桿菌具有積極影響（Xu等，2015）。球蟲病是世界上最嚴重的家禽疾病之一。據估計，球蟲病每年對全球經濟的影響超過30億美元（Blake和Tomley，2014）。球蟲病是由一種單細胞孢子形成的寄生體，它屬于埃米耳蟲屬，寄生蟲在宿主腸道內經無性繁殖和有性繁殖，對黏膜細胞和下層組織產生損傷，該病的特點是氧化應激、炎癥、營養吸收不良、腹瀉、失水和脫水。壞死性腸炎是一種嚴重的腸道疾病，與產毒素的產氣莢膜梭菌a型相關，主要發生在肉雞中。Lee等（2013）發現，亞硒酸鈉注射液增加了胚胎重量，減少腸道損傷，增加白細胞介素含量、血清中α毒素和NetB毒素抗體的轉錄水平。家禽生產中的大腸桿菌感染較為常見，Larsen等（1997）發現，日糧添加0.4 mg/kg無機硒降低了肉雞死亡率和氣囊病變。Guabiraba和Schouler（2015）發現，肉雞日糧中額外添加0.2 mg/kg的硒顯著改善了熱應激和大腸桿菌對生長性能的負面影響。

3.2 豬傳染病 Mahan和Parrett（2004）證明了初乳、乳中硒和維生素E濃度隨年齡增長而下降。與年輕母豬相比，老齡高產母豬在出生和斷奶時更有可能產生維生素E和硒水平較低的仔豬，而斷奶后的豬如果在斷奶前維生素E和硒狀況受到影響更容易出現維生素E和硒缺乏癥。此外，從母豬到仔豬的硒轉移有限，斷奶仔豬血漿硒濃度高度依賴于斷奶后日糧中的硒水平。與無機硒相比，有機硒飼喂的母豬對新生兒、初乳、斷奶仔豬和母豬組織的硒轉移量更大（Mahan和Peters，2004）。此外，與添加無機硒母豬相比，添加酵母硒的母豬分娩的仔豬血清硒含量更高。

無機硒對母豬血清GPX活性的影響大于有機硒，但有機硒在生物學效價上更容易轉移至初 乳 和 常 乳 中（Surai和 Fisinin，2016）。Hu等（2011）用硒代蛋氨酸作為硒的添加形式飼喂母豬，結果表明，從母豬分娩到仔豬斷奶，母豬和仔豬組織中硒的沉積增加，仔豬組織中抗氧化酶谷胱甘肽過氧化物酶、超氧化物歧化酶活性增加。Lyons等（2007）發現，在生長豬、仔豬和母豬飼料中應用有機硒替代亞硒酸鈉，因為有機硒比無機硒更具有生物可利用性。盡管相關研究表明，在斷奶時使用有機硒而不是無機硒可以提高仔豬組織和血清的硒含量，但抗氧化劑對斷奶仔豬免疫反應的影響有限。Chen等（2012）認為，不同豬場的母豬斷奶多系統衰竭癥發病率和嚴重程度的差異可能與氧化應激有關，硒在控制豬圓環病感染具有潛在作用。此外，飼糧硒和維生素E能減輕熱應激對母豬腸道屏障完整性的影響，從而降低母豬生長和分娩過程中的氧化應激（Liu等，2016）。但目前仔豬硒水平對腸道感染后免疫反應和疾病預防的影響有限。

4 結論

硒的主要功能是通過硒酶來實現其重要的免疫機制，包括抗氧化和抗炎活性。在探討硒在豬免疫反應影響的研究中主要關注硒缺乏更容易發生的時期，即新生仔豬、斷奶和繁殖期間，這也是維生素E在豬營養上的關鍵階段，這兩種微量營養素對預防肌肉疾病具有重要作用。在家禽中是否存在硒和維生素E同時缺乏的情況還不太清楚，但補充硒對提高家禽抵抗力，減輕環境應激具有潛在作用。硒在體內的生物利用度和分布受多種因素影響，其中以硒的化學形態影響最大。有機硒比無機硒具有更高的生物利用率，可以更有效地通過初乳向初生仔豬轉移硒。考慮飼料中將禁止使用抗生素和藥理水平的氧化鋅用于治療大腸桿菌引起的仔豬腹瀉，如何通過營養免疫學作為一種替代方案，并在此背景下研究如何通過硒來抑制病原菌感染將是今后相關學科研究的熱點。