動物氧化應(yīng)激研究進(jìn)展

動物氧化應(yīng)激研究進(jìn)展隨著我國畜牧業(yè)特別是現(xiàn)代養(yǎng)殖業(yè)集約化程度的提高以及人們對動物福利意識的增強(qiáng)，動物應(yīng)激醫(yī)學(xué)已成為動物醫(yī)學(xué)的重要組成部分。在動物應(yīng)激醫(yī)學(xué)研究中，動物氧化應(yīng)激又逐漸成為國內(nèi)外學(xué)者的熱點研究課題。1

氧化應(yīng)激概念與起因1.1

氧化應(yīng)激概念動物在正常生理代謝過程中，會產(chǎn)生許多自由基，這些自由基通常不會導(dǎo)致組織細(xì)胞的損傷，機(jī)體依靠自身體內(nèi)的抗氧化防御體系，主要包括抗氧化酶類（包括超氧化物歧化酶SOD、過氧化氫酶CAT、谷胱甘肽過氧化物酶GSH-Px、谷胱甘肽硫轉(zhuǎn)酶GST等）以及非酶類的抗氧化劑（包括維生素C、維生素E、谷胱甘肽、褪黑素、a-硫辛酸、類胡蘿卜素、微量元素銅、鋅、硒等），可以保護(hù)機(jī)體組織和細(xì)胞防止自由基的損傷。當(dāng)動物機(jī)體細(xì)胞內(nèi)產(chǎn)生的自由基的水平高于細(xì)胞的抗氧化防御能力時，氧化還原狀態(tài)失衡，過量的自由基存在于組織或細(xì)胞內(nèi)，即誘發(fā)氧化應(yīng)激，并導(dǎo)致氧化損傷。因此，氧化應(yīng)激(OxidativeStress)是機(jī)體應(yīng)答內(nèi)外環(huán)境，通過氧化還原反應(yīng)對機(jī)體進(jìn)行多層次應(yīng)激性調(diào)節(jié)和信號轉(zhuǎn)導(dǎo)，同時造成氧化損傷的重要生命過程。器官和組織對氧化應(yīng)激的易感性依賴于它的抗氧化系統(tǒng)的狀態(tài)和氧化劑與抗氧化之間的動態(tài)平衡。氧化應(yīng)激可導(dǎo)致細(xì)胞膜磷脂過氧化、蛋白質(zhì)過氧化(受體和酶)以及DNA的氧化損傷。脂質(zhì)、蛋白質(zhì)和DNA的氧化會對機(jī)體造成不同程度的危害，從而影響機(jī)體的生長、發(fā)育、衰老等過程。急性和慢性的應(yīng)激都能通過產(chǎn)生自由基誘導(dǎo)胃腸道、免疫系統(tǒng)等多方面的氧化應(yīng)激。1.2

氧化應(yīng)激的起因1.2.1

自由基的產(chǎn)生細(xì)胞在正常新陳代謝和先天免疫反應(yīng)過程中，都會產(chǎn)生活性氧代謝物(ROM)——自由基。首先，腸上皮細(xì)胞的主動新陳代謝本身就是ROM的來源，其生成與電子傳遞鏈的活性有關(guān)。所產(chǎn)生的活性物質(zhì)包括超氧化物陰離子(O2-)、過氧化氫(H2O2)和羥基自由基(·OH)，它們都是線粒體中氧化磷酸化不可避免的產(chǎn)物。其次，另一個內(nèi)源性氧化應(yīng)激源自于腸道先天及獲得性免疫系統(tǒng)在與許多共生物和病原微生物反應(yīng)過程中產(chǎn)生的一氧化氮(NO)，其在食物和水的吸收過程中不可避免的會產(chǎn)生。當(dāng)動物遭受應(yīng)激刺激或患病時，機(jī)體代謝出現(xiàn)異常而驟然產(chǎn)生大量自由基，過量的自由基數(shù)量將超過抗氧化體系的還原能力，使機(jī)體處于氧化應(yīng)激狀態(tài)，結(jié)果會導(dǎo)致機(jī)體損傷。目前研究表明主要有四種致細(xì)胞損傷機(jī)制：1)對脂類和細(xì)胞膜的破壞，從而導(dǎo)致細(xì)胞死亡。2)對蛋白質(zhì)、酶的損傷，從而導(dǎo)致蛋白質(zhì)變性，功能喪失和酶失活。3)對核酸和染色體的破壞，從而導(dǎo)致DNA鏈的斷裂，染色體的畸變和斷裂。4)對細(xì)胞外基質(zhì)的破壞，從而使細(xì)胞外基質(zhì)變得疏松，彈性降低。1.2.2

氧化應(yīng)激的起因

外源性因素.1

日糧營養(yǎng)因素

營養(yǎng)缺乏或不良可能使體內(nèi)自由基增加，而且還影響抗氧化酶生物合成及內(nèi)源性抗氧化水平，從而使自由基增多。如日糧礦物元素硒、銅、鋅或錳缺乏、多不飽和脂肪酸含量過高等。.1.1

高能、高蛋白、快速吸收糖類日糧能提高動物的生產(chǎn)性能，而動物采食高蛋白質(zhì)、糖和脂肪可導(dǎo)致體內(nèi)產(chǎn)生大量的自由基，引起氧化應(yīng)激發(fā)生，損害機(jī)體的抗氧化系統(tǒng)，降低動物的抗病能力、飼料轉(zhuǎn)換效率。高能、高蛋白日糧會影響消化道組織、器官的氧化還原平衡，引起的氧化應(yīng)激首先表現(xiàn)為食后氧化應(yīng)激。.1.2

日糧中添加的脂肪是生成自由基或ROM的一個重要來源。除日糧中直接添加的脂肪外，大約50％的日糧脂類來源于其他飼料成分，如棉籽粕、酒糟粕、豆粕和魚粉等，而來自這些飼料成分的大多數(shù)脂類都含有大量易于被氧化的不飽和脂肪酸。例如，乙醇生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的酒糟粕是不飽和脂肪酸的主要來源，蒸餾過程中的熱作用以及濕酒糟粕中的高水分加劇了不飽和脂肪酸的氧化過程，最終導(dǎo)致酒糟粕中含有較多的易于氧化和不穩(wěn)定的脂肪。.2

環(huán)境因素

環(huán)境因素主要包括高溫高濕、通風(fēng)不良、輻射等，都將導(dǎo)致機(jī)體氧自由基過量生成和／或細(xì)胞內(nèi)抗氧化防御系統(tǒng)受損而產(chǎn)生氧化應(yīng)激。Bernabucci等(2005)研究了在春季或夏季氧化應(yīng)激對圍產(chǎn)期奶牛的影響(39.5℃、溫濕度指數(shù)73)，表明圍產(chǎn)期奶牛在夏季時血紅細(xì)胞中的氧化脂（硫代巴比妥酸反應(yīng)物TBARS)和S0D水平要高于春季。Lin等(2006)同樣發(fā)現(xiàn)，肉雞生產(chǎn)中的急性熱應(yīng)激能夠誘導(dǎo)氧化應(yīng)激，表現(xiàn)為血漿中TBARS含量升高，以及血漿和肝臟中抗氧化酶類活性降低。Mujahid等(2007)報道，熱應(yīng)激條件下肉公雛肌肉線粒體中ROM含量增多。Bottjie等(1998)通過比較通風(fēng)不良與通風(fēng)良好的環(huán)境條件下肉仔雞的氧化與還原谷胱甘肽比值(GSSG／GSH)，結(jié)果表明較大程度的氧化應(yīng)激會導(dǎo)致氧化型谷胱甘肽水平的升高。

劉揚等研究報道，不同劑量中波紫外線照射后lh，小鼠成纖維細(xì)胞內(nèi)活性氧的表達(dá)量明顯增高。王蘭芳等研究發(fā)現(xiàn)，高溫+免疫接種會給蛋雞機(jī)體造成很大的影響，使機(jī)體內(nèi)SOD活性受到抑制，脂質(zhì)過氧化物（LPO）含量升高，提高日糧維生素A水平有利于減輕機(jī)體脂質(zhì)過氧化程度。

內(nèi)源性因素內(nèi)源性因素主要是各種細(xì)菌、病毒性疾病及變態(tài)反應(yīng)和衰老。.1

在疾病感染過程中，動物的第一免疫反應(yīng)使巨噬細(xì)胞和嗜中性粒細(xì)胞產(chǎn)生ROM，從而殺死病原微生物，而抗氧化物酶如SOD和GSH-Px會清除ROM，以防止損傷宿主細(xì)胞。.2

腸道系統(tǒng)的炎癥反應(yīng)通常會降低動物的抗氧化能力，從而導(dǎo)致某些營養(yǎng)物質(zhì)的吸收障礙，特別是在脂溶性維生素的吸收方面。2

氧化應(yīng)激動物模型的建立氧化應(yīng)激動物模型的成功構(gòu)建是系統(tǒng)研究氧化應(yīng)激危害效應(yīng)、機(jī)制及抗氧化的基礎(chǔ)。迄今有關(guān)氧化應(yīng)激的報道主要集中在實驗動物且主要以疾病性的氧化應(yīng)激為模型，在畜禽氧化應(yīng)激模型的研究上相對較少。近年來，人們才逐漸在豬、肉雞等動物上進(jìn)行氧化應(yīng)激模型的探討。2.1

以氧化魚油作為應(yīng)激源的氧化應(yīng)激仔豬模型植物油脂和一些動物油脂如魚油等富含多不飽和脂肪酸（PUFA），在飼料儲存過程中，因氧氣、光照、濕度、溫度、銅、鐵、霉菌等因素的作用，會形成大量脂質(zhì)過氧化產(chǎn)物。3.2

氧化應(yīng)激對動物免疫系統(tǒng)的影響

機(jī)體免疫機(jī)能和自由基關(guān)系非常密切。免疫細(xì)胞在應(yīng)答外來物、霉菌、真菌、細(xì)菌、病毒時，可能通過多種機(jī)制表達(dá)其防御反應(yīng)，比較明確的機(jī)制有以下三種：1)通過NADP氧化酶系統(tǒng)誘導(dǎo)的免疫細(xì)胞呼吸爆發(fā)所產(chǎn)生的活性氧包括氧負(fù)離子及其所產(chǎn)生的自由基，是機(jī)體產(chǎn)生自由基和活性氧的重要來源；2)通過髓過氧化物酶(MyeloperoxidaseMPO)系統(tǒng)產(chǎn)生活性氧和次鹵化物，以抵御外來物的侵入和襲擊，但當(dāng)其反應(yīng)過度時，也可以造成氧化損傷；3)通過誘導(dǎo)型一氧化氮合酶(InducibleNitricOxideSynthase，iNOS)系統(tǒng)產(chǎn)生一氧化氮及其與氧反應(yīng)所造成的過氧亞硝酸鹽，通過其強(qiáng)氧化作用殺傷外來微生物及其自身的變異細(xì)胞，同時也是造成組織損傷的的因素之一。

氧化應(yīng)激可導(dǎo)致人和動物機(jī)體的細(xì)胞免疫抑制，不僅影響淋巴細(xì)胞的增殖、分化與成熟，還影響自然殺傷(NK)細(xì)胞和殺傷(K)細(xì)胞的殺傷能力，使機(jī)體抗感染能力下降。有研究指出，氧化應(yīng)激可直接引起小鼠胸腺和脾臟萎縮，影響脾臟T淋巴細(xì)胞的增殖反映；也可引起仔豬脾臟嚴(yán)重充血、出血，淋巴細(xì)胞減少，脾臟和胸腺萎縮。

與采食正常日糧的小鼠相比，采食高脂日糧的C57BL/6小鼠受硫酸葡聚糖鈉（DSS）應(yīng)激時，結(jié)腸上皮非CD1d限制型自然殺傷細(xì)胞顯著增多，高脂日糧也刺激這種細(xì)胞產(chǎn)生腫瘤壞死因子-α(TNF-α)和干擾素-g(IFN-g)增多。同時調(diào)節(jié)型T細(xì)胞顯著減少，小鼠對DSS誘導(dǎo)結(jié)腸炎的易感性增強(qiáng)。小鼠攝食高脂和高糖飼料可引起脂肪肝，肝臟免疫功能紊亂，主要表現(xiàn)為自然殺傷細(xì)胞（NKT）數(shù)量減少和已經(jīng)可引起NKT死亡的IL-12產(chǎn)量增多，同時其他炎性細(xì)胞因子產(chǎn)量增多，肝臟炎性損傷易感性增強(qiáng)。長期攝入高脂飼料，造成氧化應(yīng)激削弱小鼠細(xì)胞特異性免疫反應(yīng)，降低機(jī)體抵抗感染的能力。3.3

氧化應(yīng)激對動物胴體品質(zhì)的影響

近十年來，隨著人們對畜產(chǎn)品品質(zhì)意識的提高，國內(nèi)外學(xué)者對氧化應(yīng)激與畜產(chǎn)品品質(zhì)之間的相互關(guān)系的研究也逐漸走向深入。

宋偉等（2004）研究了溫?zé)岘h(huán)境對生長豬過氧化反應(yīng)及肉品質(zhì)的影響。研究發(fā)現(xiàn)：1）機(jī)體過氧化反應(yīng)對熱處理較為敏感,其相關(guān)指標(biāo)（血漿丙二醛MDA、超氧化物歧化酶SOD以及總抗氧化能力T-AOCD）絕對值的變化及其之間關(guān)系的變化能夠在一定程度上反映出熱處理的時間效應(yīng)；2）高溫應(yīng)激明顯改變?nèi)赓|(zhì)的適口性和營養(yǎng)性，顯著降低肌肉肉色、系水力和剪切力，增加肌肉乳酸、磷、膽固醇含量，降低肉質(zhì)肌內(nèi)脂肪和游離脂肪酸含量；高溫應(yīng)激也改變了肌纖維細(xì)胞能量代謝過程，肌漿中磷、乳酸的水平顯著升高，而肉樣中乳酸脫氫酶(LDH)、肌糖原(MC)水平的活性降低。在應(yīng)激對過氧化效應(yīng)上，宰前應(yīng)激明顯造成肌肉組織細(xì)胞損傷。

柏華等（2007）研究了慢性氧化應(yīng)激對肉仔雞肉品質(zhì)及消化代謝的影響，結(jié)果表明，通過飲水添加10～30㎎/L的可的松引發(fā)肉仔雞慢性氧化應(yīng)激，繼而影響肌肉組織的發(fā)育，顯著降低肌肉的營養(yǎng)成分，即增加了胸肌、腿肌滴水損失和胸肌pH值,降低了胸肌、腿肌蛋白和脂肪含量。王成等（2008）對氧化應(yīng)激影響肉仔雞肉品質(zhì)的主要MAPK信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路進(jìn)行了研究。研究發(fā)現(xiàn)：1）體外采用0.12mg/ml地塞米松（DEX）處理胸肌衛(wèi)星細(xì)胞（SCs）24h能使肉仔雞骨骼肌SCs產(chǎn)生適度的氧化應(yīng)激，可以作為肉仔雞胸肌衛(wèi)星細(xì)胞的氧化應(yīng)激模型；2）在DEX誘導(dǎo)肉仔雞胸肌SCs產(chǎn)生氧化應(yīng)激過程中，p38MAPK和JNK通路起著關(guān)鍵作用；3）抗氧化物質(zhì)（維生素C、維生素E、茶多酚TP、大豆黃酮DZ）能通過調(diào)控p38MAPK和JNK信號通路緩解氧化應(yīng)激對肌肉SCs所產(chǎn)生的氧化損傷，顯著降低SCs中丙二醛（MDA）與ROS的產(chǎn)量，下調(diào)了MEK3和MEK4基因的表達(dá)量、上調(diào)了SOD和GST基因的表達(dá)量；4）日糧中添加茶多酚（TP）與維生素C對肉仔雞生產(chǎn)性能無明顯影響，但能通過調(diào)控JNK和p38信號通路緩解DEX飲水誘導(dǎo)的氧化應(yīng)激對肉仔雞造成的氧化損傷。4

氧化應(yīng)激的預(yù)防或干預(yù)措施當(dāng)動物遭受氧化應(yīng)激刺激時，體內(nèi)的抗氧化體系將會產(chǎn)生應(yīng)答以淬滅自由基，而過度氧化應(yīng)激則嚴(yán)重影響著動物的健康和生產(chǎn)性能，同時改變了應(yīng)激動物對一些具有抗氧化作用養(yǎng)分的適宜需要量，因在動物的飼料中其必需養(yǎng)分除了能滿足基本的營養(yǎng)需要外，還要求能維持營養(yǎng)物質(zhì)及其代謝與自由基穩(wěn)衡性動態(tài)的關(guān)系，故合理的營養(yǎng)供給能顯著降低應(yīng)激帶來的危害。因此，深入探討氧化應(yīng)激的危害效應(yīng)和機(jī)制，從營養(yǎng)調(diào)控角度尋求緩減應(yīng)激危害的措施，將有助于加快實現(xiàn)畜禽的抗病飼養(yǎng)。4.1

機(jī)體自身調(diào)節(jié)

正常情況下，在一定范圍內(nèi)，動物體對氧化還原狀態(tài)具有較強(qiáng)的自身調(diào)節(jié)能力，活性氧代謝物（ROM）通過內(nèi)源抗氧化防御系統(tǒng)保護(hù)細(xì)胞免受損傷。這種防御系統(tǒng)由三類抗氧化劑組成(Miller等，1993)：第一組為酶類抗氧化劑，包括線粒體Mn依賴性超氧化物歧化酶(SOD)、Cu-Zn依賴性SOD及Se依賴性谷胱甘肽過氧化物酶(GSH-Px)等（Aw等，1999)。酶類抗氧化劑是主要的內(nèi)源抗氧化防御系統(tǒng)和抵抗ROM(如H2O2和·OH)的第一道防線。第二組為細(xì)胞內(nèi)液的蛋白質(zhì)抗氧化劑，例如帶有巰基基團(tuán)的清蛋白、半胱氨酸和同型半胱氨酸。第三組為低分子量的短鏈抗氧化劑，如水溶性維生素C、谷胱甘肽、脂溶性維生素E和維生素A。如果氧化應(yīng)激超過了動物的抗氧化能力，將會進(jìn)一步擴(kuò)大組織損傷(Weiss，1989)。4.2

添加外源性抗氧化劑4.2.1

對營養(yǎng)性氧化應(yīng)激的抑制作用在高能、蛋白日糧中補(bǔ)充各種外源抗氧化物質(zhì)、重建機(jī)體組織細(xì)胞內(nèi)氧化/抗氧化的平衡，將有助于消化道營養(yǎng)性氧化應(yīng)激的預(yù)防。抗氧化劑與其他營養(yǎng)素一樣，存在適宜營養(yǎng)需要，高能狀態(tài)下需要增加。適量的抗氧化劑，可使GSH-Px、SOD、CAT的活性提高，但過量同樣增加氧自由基釋放，破壞生長抑素分泌系統(tǒng)，使抗氧化酶活性急劇下降。

例如對于日糧脂肪引起的氧化應(yīng)激，日糧中的抗氧化劑可通過與自由基反應(yīng)，能夠減少過氧化物載體，使其轉(zhuǎn)化成無毒性的代謝物?？寡趸瘎┠軌蚺c易于氧化的脂肪酸結(jié)合，從而穩(wěn)定分子結(jié)構(gòu)，抑制脂類氧化的加劇以及過氧化物的進(jìn)一步形成。日糧中抗氧化劑含氫的活性集團(tuán)如乙氧基喹啉、叔丁基對苯二酚(TBHQ)、二丁基羥基甲苯(BHT)或丁基羥基茴香醚(BHA)，能夠與脂肪酸或媒介中的不對稱電子自由基相結(jié)合，從而阻止其被氧化。添加抗氧化劑（AOX）能夠穩(wěn)定飼料原料（如濕酒糟粕）中的脂肪，阻止不飽和脂肪酸C18：2和C18：3的進(jìn)一步氧化和損失。同時，AOX能夠有效抑制脂肪因氧化過程所導(dǎo)致的能量損失。通過原子測熱法所測定的能量值表明，與新鮮脂肪相比，氧化脂肪的能量降低了35％。然而，在有效的AOX存在情況下，能量值得到維持。脂肪的氧化不僅降低了其能量和生物價值，而且還會把氧化反應(yīng)擴(kuò)大到其他脂類成分中，如維生素和日糧色素。此外，目前使用的抗氧化劑主要還包括鐵、硒、鋅、鎂、維生素C、維生素E、煙酸、丹酚酸、番茄紅素、硫辛酸、二氫吡啶、半胱胺、茶多酚等。鐵、硒、鋅等作為抗氧化酶系的組成影響抗氧化狀態(tài)，如動物鋅缺乏時，脂肪氧化增加，可誘發(fā)機(jī)體產(chǎn)生氧化損傷，補(bǔ)加鋅則能使損傷得以恢復(fù)（Yoursef,2002），鋅可有效地降低NO水平，減少對機(jī)體的氧化損傷作用（Wapnir,2000）。鎂能夠減少氧自由基的泄露。丹酚酸、番茄紅素、硫辛酸、二氫吡啶、半胱胺等外源抗氧化劑能夠清除自由基，維持正常的氧化還原狀態(tài)，改善消化道功能。4.2.2

對其它氧化應(yīng)激的抑制作用飼料中外源性添加抗氧化劑（AOXs）可緩解胃腸道的一些氧化應(yīng)激，以及節(jié)約在氧化應(yīng)激情況下內(nèi)源性A0Xs的供應(yīng)。即可以保護(hù)腸腔內(nèi)的AOXs，合成AOXs可以減少內(nèi)源性AOXs如谷胱甘肽、維生素A、維生素E被腸道細(xì)胞的吸收。Knight等（2007）研究表明，新鮮脂肪或氧化脂日糧中添加乙氧基喹啉能夠顯著增加肝臟中的維生素A含量，此結(jié)果進(jìn)一步支持了合成AOXs能夠節(jié)約內(nèi)源AOXs消耗的假設(shè)。

關(guān)于抗氧化劑添加的劑量、抗氧化劑的協(xié)同作用以及氧化應(yīng)激與DNA損傷關(guān)系等，都還有待進(jìn)一步研究。4.2.3

谷氨酰胺對氧化應(yīng)激的抑制作用谷氨酰胺（Gln）供給對粘膜上皮結(jié)構(gòu)的完整性起著十分重要的作用，嚴(yán)重應(yīng)激狀態(tài)下，腸粘膜上皮細(xì)胞內(nèi)Gln很快耗竭。Gln供給在促進(jìn)腸細(xì)胞能量代謝同時，增強(qiáng)谷胱甘肽（GSH）合成，進(jìn)一步減少氧自由基危害。王軍軍等（2007）研究報道，過氧化氫處理可降低了細(xì)胞增殖相關(guān)蛋白MedthionylAminopeptidase2、Transgelin-2、RAD23；壓力反應(yīng)蛋白HSP70、GRP78；鈣離子信號傳導(dǎo)相關(guān)的蛋白Calreticulinprecursor、Calmodulin等的表達(dá)量，而提高了細(xì)胞骨架蛋白LaminA、Vimentin、熱休克蛋白90（HSP90）、RibonucleaseInhibitor(RI)等蛋白的表達(dá)。這些蛋白的表達(dá)變化反映了細(xì)胞的生長受限、胞膜氧化損傷以及核相關(guān)的氧化抵抗。谷氨酰胺（Gln）的添加增加了對蛋白合成和胞內(nèi)鈣調(diào)節(jié)具有重要意義的鈣網(wǎng)蛋白和轉(zhuǎn)錄因子BTF3的表達(dá)，降低了谷氨酰胺合成酶的表達(dá)以及可能引發(fā)免疫應(yīng)激的MHCclassⅡ的表達(dá)。此研究結(jié)果對進(jìn)一步認(rèn)識體外和體內(nèi)谷氨酰胺改善腸道氧化應(yīng)激的效果及其機(jī)制提供了一定的理論基礎(chǔ)?？梢?，Gln在調(diào)節(jié)細(xì)胞內(nèi)氧化還原狀態(tài)、氧化應(yīng)激、細(xì)胞增殖與凋亡等方面具有重要的意義。4.2.4

硒對氧化應(yīng)激的抑制作用

硒是動物必需微量元素之一，Burk和Hill(1995)預(yù)言哺乳動物體內(nèi)有超過100種的硒蛋白。硒的生物學(xué)功能是多方面的，而最主要的是其抗氧化功能。機(jī)體硒水平的高低，直接影響機(jī)體的抗氧化性以及對疾病的抵抗力。

硒可緩解由氧化應(yīng)激引起的生產(chǎn)性能和養(yǎng)分表觀消化率的降低。

硒可提高機(jī)體抗