過氧化氫酶作為新型抗氧化劑的應用及研究進展

畢司英，齊 濤，顧甜甜，董建寶*

（1.山東畜牧獸醫職業學院，山東 濰坊 261061；2.山東英才學院，山東 濟南 250104）

在畜牧業生產過程中，外源性因素及內源性因素都可引起動物發生應激，適當的應激對動物機體有一定的保護作用，可以提高抵抗力、飼料轉化率以及生產力[1]。但是當這種應激超出了動物機體的承受能力，就會打亂其生理平衡造成損傷。例如熱應激會破壞肉雞的腸道功能，影響肉雞的生長性能[2]。又例如母畜在妊娠和哺乳階段，由于生理狀態發生較大變化，時常會發生一些應激性疾病，主要表現為對母畜的繁殖性能、泌乳能力、以及幼仔生長性能等方面的影響[3-4]，以上這些情況的出現都會制約畜牧業的發展。隨著我國現代養殖業的發展以及人們對動物福利意識的增強，動物氧化應激已經逐漸成為行業研究的重要方向。

1 CAT 與氧化應激

1.1 自由基與氧化

自由基在化學上也稱為“游離基”，是指包含一個或多個未成對電子并能獨立存在的原子或基團。生物體內常見的自由基有活性氧自由基ROS和活性氮自由基（RNS）。自由基可謂是無處不在，只要有新陳代謝的地方就有自由基的存在，正常情況下，機體的抗氧化系統會持續清除多余的自由基，從而使自由基的含量處于一個動態平衡的狀態。當這種平衡被打破時會怎樣呢？就會因為自由基在體內的累積而引起氧化損傷，也就是我們平時所說的氧化應激。氧化應激這個概念最早是由美國的RS.Sohal 教授提出來的[5]，他經過一系列的研究發現，自由基的失衡與氧化損傷、機體衰老甚至腫瘤的發生都有密切關聯。

1.2 CAT 與自由基

自從人們發現自由基的過量產生是導致動物機體氧化損傷的主要原因之后，各種抗氧化劑的研究以及應用就成為了一個熱點。當今飼料行業常用的抗氧化劑主要有維生素類（VC、VE、β-胡蘿卜素），微量元素類（硒、銅、鋅、錳），人工合成類（乙氧喹、二丁基羥甲苯等）[6]。與這些傳統的抗氧化劑相比，CAT 作為新型的生物源性抗氧化劑，具有高效、安全、副作用小等優點，已經越來越受到人們的關注。

CAT 又稱觸酶，1811 年被泰納爾（Louis Jacques Thénard）首次發現。1900 年，Oscar Loew 將這種能夠降解過氧化氫的酶命名為“catalase”，即CAT。CAT 可以促使過氧化氫分解為無毒的分子氧和水，從而保護細胞免于過氧化氫的毒害，是生物防御體系的關鍵酶之一。CAT存在于幾乎所有已知動物的組織中，特別是在肝臟中濃度較高。肝臟是最大的解毒器官，這也就提示CAT 可能與機體解毒功能有關。正常情況下，動物依靠體內的 CAT、超氧化物歧化酶（Superoxide Dismutase SOD）、過氧化物酶（Peroxidase POD）組成的活性氧防御系統，共同協作清除多余的自由基，維持機體的穩定。但是在某些特殊情況下，例如當動物遭受外界環境刺激或者是患病時，體內會迅速產生大量的自由基，過量的自由基將會超過抗氧化體系的還原能力，導致機體氧化損傷[5]。

2 CAT 的生物學功能及其應用

2.1 CAT 抑制炎癥反應，保護腸道細胞

腸道是動物最大的消化器官，是消化食物及選擇性吸收營養物質的主要場所，其中起關鍵作用的結構就是腸黏膜。腸黏膜除了吸收功能之外，還具有屏障功能，這種屏障功能主要表現在機械屏障、化學屏障、生物屏障及免疫屏障四個方面。通過屏障作用，腸道可以阻止病原微生物、炎癥相關物質等的侵入，保護動物機體的健康[7]。

腸上皮細胞是腸黏膜的基礎組成單位和功能單位，研究發現當動物的腸道功能遭到破壞時，尤其是腸黏膜受到損傷時，往往伴隨著ROS 的升高，CAT 因其能分解過氧化氫（ROS 的重要一類）為無害的氧分子和水，所以可以有效降低ROS 的含量，減少氧化損傷。研究發現ROS 是可以充當細胞表達第二信使的，它可以激活多種轉錄因子，促進免疫相關炎癥因子的表達，炎癥因子的大量產生必然會加重腸道的損傷及破壞。而CAT 可以有效抑制炎性因子的表達[8]，提高動物機體抗炎癥能力，改善機體健康狀況[9-10]。

有些研究者已經在這方面做了相關驗證實驗，并取得了一定進展。例如施志慧等[11]研究發現，CAT 可以減弱NF-κB 的活化程度，使與免疫相關的細胞因子的表達下調，進而減少炎性細胞因子的表達，達到減輕炎癥反應的目的。王群英等[12]通過研究CAT 對大鼠組織學的影響發現：CAT 可以有效保護大鼠腸黏膜，防止炎性細胞浸潤，減輕炎癥反應，緩解大鼠潰瘍性結腸炎的癥狀，同時證明對大鼠潰瘍性結腸炎有明顯的預防作用。唐明紅等[13]在飼糧中添加CAT 可以提高黃羽肉雞空腸和回腸的絨毛高度，降低隱窩深度，對肉雞肝臟和血清的抗氧化能力也有所提升，并且通過實驗數據分析發現飼糧中CAT 添加量為200 U/kg 時效果最佳。又如陳嘉銘[3]等在母豬飼糧中添加CAT 不僅可以提高母豬粗脂肪和粗蛋白質的消化率，而且可以顯著降低仔豬的腹瀉率力，同時推薦了 CAT 的最佳添加量為100 U/kg。這些結果都說明CAT 對動物腸道可以起到很好的保護作用，并促進腸道吸收，維持腸道健康。

2.2 CAT 提高動物機體免疫力

免疫系統是動物抵御外界病原微生物對抗疾病的主要武器，因此免疫狀態的好壞直接影響動物的健康狀況。CAT 能夠激活免疫途徑，誘導機體產生免疫應答[14]，增強機體免疫力。吳金原等[15]研究發現，CAT 能夠顯著提高動物機體免疫球蛋白的含量，而免疫球蛋白是體液免疫的主要功能成分，免疫球蛋白的升高必然會大大提升動物的抗病能力。在家禽研究方面，王洪軍等[16]通過實驗發現，CAT 不僅能夠顯著提高肉雞的脾臟指數和法氏囊指數，而且可以提高血清中IgM、IgG的含量。由此可見，CAT 對動物機體免疫力的提高有著至關重要的作用。

2.3 CAT 可以幫助動物解毒并有助于動物病恢復

水生生物體內CAT 的含量及活性可以反映環境污染物對其毒害程度[17]，例如研究者在魚的生長環境中添加不用濃度的水體污染物，作用一段時間之后檢測魚體的肌肉、肝臟、腎臟中的CAT活性，根據各個組織器官中CAT 活性的不同間接反應污染物對魚體的毒性損傷程度。在畜禽養殖方面，玉米、豆粕等是重要的飼料原料，但是在加工和儲存過程中又不可避免的會產生霉菌毒素，動物攝取了這些飼料以后，毒素就會在體內蓄積，久而久之就會中毒。CAT 可以作為飼料添加劑預防霉菌毒素對畜禽的毒害，對已經攝取霉菌毒素的畜禽，CAT 可以幫助其清除毒素，保護肝腎，減輕毒素的危害[18]。

動物在急性病發作初期，大量自由基過量過快產生，將很快超過身體的負荷能力，引起氧化應激。為了抵抗疾病，機體會出現CAT 暫時升高的現象，以清除體內產生的過量自由基。病后恢復期雖然大部分病原被清除了，但機體內分解產生的毒素沒有被及時清除，這時候適當補充CAT有助于毒素的清除及動物的病后恢復。

3 CAT 在畜牧業中的發展現狀

目前，市面上已經有了一些CAT 商品酶，一般作為添加劑使用。CAT 商品酶的來源主要有兩個方面，一是從動物組織中提取，二是微生物發酵得到。1937 年Sumner 等人得到牛肝CAT 的結晶，自此人們開始利用不同的方法從各種動物組織中提純CAT[19]。例如CAT 在哺乳動物的肝臟與紅細胞中含量較高，相關研究者就多從動物肝臟及血液中提取該酶[20]。隨著微生物技術的迅速發展，利用發酵法提取CAT 逐漸取代了傳統的提取方法，并且已經開始工業化生產[21]，并將成為主流。CAT 還被廣泛應用在畜產品消毒及保存方面，例如可利用其去除蛋、奶在紫外線照射過程中所產生的過氧化氫異味；也可以利用其去除牛奶保存或奶酪制造過程中殘余的過氧化氫，由于這一反應可以在低溫下進行，所以就避免了因高溫造成的蛋白質變性和營養物質的破壞。

4 小結

CAT 具有抗氧化應激、保護腸道健康、抑制炎癥反應、增強動物機體免疫力、解毒等多種生理功能。目前CAT 已經逐漸在畜牧行業中開始應用，例如飼料中添加一定劑量的CAT 可代替氧化鋅的使用。此外很多研究表明CAT 還具有延緩細胞衰老、預防腫瘤發生等重要功能，可以有效地保護動物健康，優化畜產品的質量，在畜牧行業中有著巨大的應用潛力。