储 蓄，张军霞，王 晶

(1.北京市农林科学院畜牧兽医研究所，北京 100097；2.青海大学农牧学院，西宁 810016；3.北京市农林科学院-美国俄克拉荷马州立大学动物科学联合实验室，北京 100097)

氧化应激指体内产生过多自由基引发的机体氧化还原平衡失调现象，是引起动物疾病和降低生产性能的重要原因之一。当体内活性氧自由基(ROS)和活性氮自由基(RNS)积累过多，就会对细胞脂质、蛋白质和DNA造成不可逆的损害，从而影响动物生理机能和生产性能。在畜禽生产中，很多因素如环境、生理阶段改变和外源致病菌毒素等都会引发氧化应激，从而破坏机体氧化还原平衡。氧化应激会使动物机体处于亚健康状态，体内过多的氧自由基可破坏组织器官黏膜屏障，导致机体功能损伤，容易引起疾病的发生[1]，出现生产性能、繁殖性能、畜产品品质降低等现象，严重影响生产经济效益。

抗氧化是机体抵抗氧化作用的过程，机体内的抗氧化物质主要分为两类，一类由机体自身合成，另一类由食物中获得。当动物处于高温、断奶、妊娠等特殊时期时，补充外源抗氧化物质可以有效缓解动物体内氧化应激状态，减少氧化损伤，从而改善健康状况和生产性能。随着我国养殖业和饲料业的发展，研究开发天然、绿色、安全的抗氧化剂以缓解畜禽机体氧化损伤及其带来的危害是必然的选择。本文综述了动物氧化应激产生的原因及其造成的影响和损害，并对益生菌、维生素、微量元素、激素类和植物类活性物质等天然抗氧化剂在体内外调节抗氧化还原系统的作用和机制进行了归纳。

1 引起动物氧化应激的原因

很多因素可引起动物氧化应激，环境因素如温度变化、低氧状态和运输等会引起氧化应激；动物自身状态的改变，如出生、断奶、妊娠或哺乳等也可能会触发氧化应激；此外，感染致病菌和病毒等也会造成动物氧化应激的发生(图1)。

图1 引起动物氧化应激的原因Fig.1 Causes of oxidative stress in animals

1.1 环境因素

畜禽通过生理调节来维持体温恒定，在适宜的环境温度下，动物的生理机能和生产性能处于稳定状态。温度过高会导致动物机体代谢增强，引起ROS的过量堆积，从而对机体造成损伤，导致生产性能的下降等。热应激引发的氧化应激是影响哺乳动物乳腺发育和功能的重要因素之一，高温条件导致的应激会破坏体内抗氧化酶系统，并影响乳腺细胞热休克蛋白的表达，导致乳腺细胞凋亡等现象的发生，进而引起乳腺炎症、乳脂率和乳蛋白率下降，影响生产效益[2]。刘琦[3]研究发现，热应激1周和2周的肉鸡，其血清、胸腺和脾中丙二醛(MDA)水平显著升高，超氧化物歧化酶(SOD)、谷胱甘肽过氧化物酶(GSH-Px)和总抗氧化能力(T-AOC)水平显著降低，这表明持续高温会导致机体发生严重的氧化应激。低氧是诱发机体氧化应激的另一重要因素。Gill等[4]研究发现，缺氧仔猪的大脑皮层中过氧化氢(H2O2)浓度显著增加，且脑组织中谷胱甘肽(GSH)水平较高，细胞溶质细胞色素c和乳酸显著增加，这表明缺氧仔猪正经历严重的氧化应激。当发生缺氧时，机体会促进GSH-Px、环氧化酶(COX)、黄嘌呤脱氢酶(XDH)和髓过氧化物酶(MPO)的分泌进而产生多种氧自由基，最终导致机体氧化损伤的发生[5]。此外，陈前程[6]研究发现，间歇低氧也会导致大鼠心静脉血清MDA和ROS浓度显著增加，呈现氧化应激状态。运输过程中由于装载时间、装载密度、道路状况和运输过程中的饲料、温度、饮水等因素也会导致动物发生氧化应激，从而引发疾病和降低肉品质。孙锋[7]研究发现，在运输过程中，新孵雏鸡机体内谷胱甘肽转移酶(GST)、过氧化氢酶(CAT)、T-AOC和总超氧化物歧化酶(T-SOD)含量明显降低，而MDA含量显著上升，表明此时雏鸡发生了严重的氧化应激，这也可能是造成新生雏鸡体重损失的原因之一。此外，运输应激会引起蛋鸡卵巢组织中MDA堆积、T-SOD和CAT活性降低，从而引发氧化损伤，降低蛋鸡的产蛋率[8]。尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸氧化酶1(NOX1)是ROS产生的关键酶，He等[9]屠宰了经历运输过程的猪后发现，其空肠上皮细胞NOX1表达显著增高，这意味着运输可能会引起猪体内ROS的堆积，从而导致氧化应激的发生。

1.2 动物自身状态改变

动物不同生理状态的改变也会引发氧化应激。幼畜刚出生时，其机体氧化还原系统尚未成熟，随着日龄的增长，氧化还原系统逐步发育至完善。Yin等[10]发现，新生幼畜血浆中MDA、8-羟基鸟苷(8-OHG)、8-羟基脱氧鸟苷(8-OHdG)等含量显著增高，表现明显的氧化应激过程，随后机体通过激活核因子-E2相关因子2(Nrf2)信号通路，逐渐诱导SOD和GSH-Px等的释放，在出生7 d后，机体内氧化还原趋于平衡。仔畜断奶时，由于饮食和环境的改变，也会使机体遭受严重的氧化应激，进而引发肠道炎症和腹泻等，甚至造成死亡。断奶会导致仔畜机体抗氧化能力下降，同时可能会通过抑制核因子-κB 亚基p65亲和肽(NF-κB p65)和Nrf2 信号通路调节抗氧化基因表达，以促进机体抗氧化系统的发育，但目前断奶后仔畜抗氧化系统发育的机制仍不清楚[11]。李冲[12]研究发现，羔羊断奶会导致回肠细胞中MDA浓度显著增加，但对SOD、GSH-Px的活性没有显著影响，表明断奶会造成羔羊回肠细胞发生脂质过氧化。此外，母畜怀孕时，由于能量和氧需求的增加，使得胎盘内超氧化物和H2O2释放异常，母畜很可能遭受氧化损伤，这在高产母畜中更为明显[13]。高产母猪在怀孕和哺乳期内，血浆淋巴球细胞DNA的损伤比早期怀孕时高，血浆中维生素A和α-生育酚也显著降低，直至断奶后，母猪体内的氧化还原水平才达到早期怀孕时的水平[14]。因此，在妊娠母畜生产实践中，有必要在饲粮中添加抗氧化剂，以缓解该阶段引起的氧化损伤。

1.3 外源致病菌和病毒

2 氧化应激对动物的影响

2.1 氧化应激影响动物健康

动物发生氧化应激时，机体产生的ROS不仅会对细胞脂质、蛋白质和DNA造成损害，影响细胞功能，还会通过NF-κB或核苷酸结合寡聚化结构域样受体蛋白3(Nalp-3)等诱导机体炎症反应的发生和相关细胞因子的表达，进而影响机体健康[24]。肠道屏障是维持肠道内环境稳态和阻碍致病菌及病毒的先天性屏障，氧化应激会引发肠道黏膜细胞损伤，破坏肠道屏障完整性，进而导致肠道消化和吸收功能下降[25]，影响动物机体健康。Zhou等[26]发现，当断奶仔猪发生氧化应激时，机体内紧密连接蛋白1(claudin-1)、闭合蛋白(occludin)和闭锁连接蛋白1(ZO-1)等紧密连接蛋白表达显著降低，表明机体氧化应激状态影响肠道屏障功能和肠道健康。当动物长期处于氧化应激状态，会引起肠道屏障功能受损和免疫功能下降，对畜禽机体健康造成严重影响。

2.2 氧化应激影响动物生产性能

当动物机体发生氧化应激时，其生产性能会受到明显影响，进而对生产效益造成损失。Wang等[27]研究发现，产蛋鸡生产后期肠道脂质代谢紊乱,T-SOD和GST活性降低，MDA含量激增，总抗氧化性能受损，推测其可能是产蛋后期生产性能较产蛋高峰期大大降低的内在原因。此外，受集约化养殖影响，产蛋或其他因素(热应激、霉菌毒素等)会引起蛋鸡的氧化应激，进而导致卵泡闭锁，而卵泡闭锁是影响蛋鸡产蛋性能的重要因素[28]。遭受氧化应激的仔猪平均日增重(ADG)和平均日采食量(ADFI)显著降低，料肉比(F/G)显著增高[29]。肉羊遭受氧化应激时，其ADFI和ADG也会显著下降[30]。研究表明，围产期和高产母牛由于体内大量的代谢和生理活动会导致机体活性氧较平时显著增加进而引发氧化应激，而长期的氧化应激会降低奶牛的免疫功能、影响乳腺健康进而影响奶牛的产奶量和乳品质[31]。

2.3 氧化应激影响动物繁殖性能

在动物繁殖过程中，由于母畜体内代谢增强，自由基大量堆积，易引发机体氧化应激和氧化损伤，若不加以控制，则会影响动物繁殖性能。Luo等[32]研究发现，妊娠母猪血浆GSH-Px和T-SOD活性显著增高，但MDA和T-AOC含量变化不显著，表明妊娠阶段母猪表现一定程度的氧化应激状态。在泌乳阶段，母猪也较易发生氧化应激，引起乳腺上皮细胞DNA损伤和脂质过氧化，导致乳腺细胞凋亡，影响其泌乳性能，进而对仔猪生长发育也产生影响[33]。夏季高温破坏雄性哺乳动物的氧化还原防御系统，从而影响精子的正常生成，并对精液品质造成不利影响[34-35]。氧化损伤是影响动物繁殖效率的重要因素之一，因此，有必要采取相应的措施以缓解繁殖阶段动物机体氧化应激造成的损伤。

3 缓解氧化应激的营养调控措施

生物体内有酶类和非酶类两种抗氧化系统，酶类系统包括SOD、CAT、GSH-Px等抗氧化酶，非酶类包括维生素A、维生素C、GSH、褪黑素、α-硫辛酸、类胡萝卜素和微量元素铜(Cu)、锌(Zn)、硒(Se)等。在动物生产中，当机体内氧化还原失衡发生氧化应激时，可以通过添加抗氧化物质，如益生菌、维生素、微量元素、激素和植物类活性物质等调节动物机体的氧化还原平衡(表1)。

3.1 益生菌

益生菌(probiotics)是一类对宿主有益的活性微生物，研究表明益生菌具有多种生物学功能，可通过调节肠道菌群降低动物腹泻率、刺激体液和细胞免疫、降低肠道内不良代谢物含量等促进机体健康[60]。近年来也有研究发现，益生乳酸菌的添加对动物氧化应激具有调节作用。Zhao等[36]发现干酪乳杆菌(Lactobacilluscasei)可以缓解脂多糖(LPS)诱导的仔猪血浆中谷氨酰转肽酶(GGT)的增高，但对AST活性无显著影响，表明干酪乳杆菌对LPS引起的仔猪肝损伤有一定的缓解作用，但无法完全恢复，这可能与干酪乳杆菌使用剂量有关；同时添加干酪乳杆菌可显著提高仔猪肝中SOD活性并显著降低MDA的含量，但对CAT和GSH-Px活性无明显影响，推测干酪乳杆菌可能通过提高SOD活性来缓解仔猪肝损伤，进而保护机体健康。Chen等[37]发现，在日粮中添加德氏乳杆菌(Lactobacillusdelbrueckii)，可以显著增加LPS处理仔猪结肠T-AOC活性和空肠GSH浓度以及CAT和Cu/Zn-SODmRNA表达，显著降低空肠和回肠中MDA的浓度，表明添加德氏乳杆菌可有效减轻LPS引起的仔猪肠道氧化损伤。芽孢杆菌(Bacillus)由于其具有强大的抗氧化活性，也被广泛用于缓解机体氧化应激。通过体外对猪肠上皮细胞(IPEC-1)的研究，Wang等[38]发现，解淀粉芽孢杆菌SC06预处理IPEC-1细胞后可提高线粒体膜电位，降低H2O2引起的ROS生成，从而减轻细胞凋亡和坏死的发生，且这种抗氧化能力主要通过Nrf2/Keap1信号通路的调节发挥作用。朱瑾等[39]发现，育肥猪饲粮中添加200 mg·kg-1的枯草芽孢杆菌可以显著增加猪血浆中CAT的活性并显著降低MDA含量，但对肌肉抗氧化能力无显著影响。Mazzoli等[61]亦报道，巨大芽孢杆菌SF185其孢子有清除自由基ROS能力，无论在小鼠体内还是体外都具有缓解氧化应激的作用。此外，研究证实，益生菌代谢产物，如胞外多糖(EPS)、阿魏酸(FA)、类胡萝卜素、组胺等均具有较强的抗氧化性能[62]，因此,益生菌也可能通过这些代谢产物来发挥抗氧化作用。

3.2 维生素

维生素(vitamin)是人和动物自身合成或需从食物中获得的用于维持正常生理功能的一类微量物质，部分维生素由于其具有较强的抗氧化性能，目前被广泛用于缓解人和动物的氧化应激反应。其中，维生素C是一种强抗氧化剂，已有研究表明维生素C可有效缓解玉米赤霉烯酮(zearalenone)引起的机体氧化损伤。Shi等[22]研究发现，当“杜×长×大”杂交断奶仔猪用玉米赤霉烯酮攻毒后，日粮中添加维生素C可通过调节仔猪肝核受体基因(PXR、CAR)、I期代谢酶基因(CYP1A1、CYP1A2、CYP1A6)和II期代谢酶基因(UGT1A1、UGT1A3、UGT1A6)mRNA的表达来保护肝免受氧化应激损伤。维生素E又称生育酚，是一种脂溶性抗氧化剂，在动物体内发挥重要作用。Rehman等[40]研究发现，新城疫感染鸡时，其肠道会出现炎症、变形和绒毛断裂等组织病理学变化，感染鸡体内GST、CAT和T-AOC活性和GSH含量显著降低且MDA含量显著增高，而补充维生素E可以改善鸡新城疫引起的氧化损伤和炎症反应。王宣懿等[41]发现，饲料中添加维生素E可降低热应激雏鸡血清中亚硝酸盐(NO)水平，显著增加GSH-Px活性，以缓解机体氧化损伤。Yilmaz等[42]通过添加维生素E研究黄曲霉毒素对大鼠的影响时，发现维生素E可显著降低血浆AST、丙氨酸转氨酶(ALT)活性并提高组织中抗氧化酶CAT、GSH-Px和SOD活性来缓解黄曲霉素引起的大鼠机体氧化损伤。此外，Sun等[43]发现，大鼠饲粮中添加200 mg·kg-1BW维生素E可显著增加Nrf2的mRNA表达和其信号通路下游产物GSH-Px2 mRNA的表达来抵抗机体氧化应激。维生素A是一种重要的脂溶性物质，也具有抗氧化功能。Shi等[44]发现，维生素A可提高GSH-Px和TrxR等抗氧化酶的转录和表达，并通过活化Nrf2信号通路和NF-κB途径以保护NO诱导的BMEC氧化损伤，当维生素A浓度为1 μg·mL-1时效果最佳。陈雪[45]在研究猪卵母细胞时，发现维生素A可通过增强抗氧化基因视黄醇受体(RAR)和GSH的mRNA表达来降低细胞内ROS的产生和提高GSH浓度，从而缓解卵母细胞的氧化损伤。

3.3 微量元素

微量元素参与抗氧化酶的活性构成，通过改变抗氧化酶活性来改变机体的抗氧化能力。在生产中，饲料中添加微量元素也可有效预防或缓解动物的氧化应激。微量元素硒主要以硒蛋白形式参与生命活动。当硒缺乏时，含硒抗氧化酶含量降低，动物易发生氧化应激反应。常见的抗氧化酶如谷丙转氨酶(GPT)、GSH-Px、甲状腺素脱碘酶(Dios)和TrxR等都属于硒蛋白家族[63]。Yang等[64]研究表明，硒缺乏的高能日粮会抑制Nrf2途径及其对氧化还原反应的调节。而Liu等[65]发现，当日粮中添加硒(1.0 mg·kg-1)和维生素E(200 IU·kg-1)的水平高于通常推荐量时，可有效缓解由于高温引起的氧化损伤，并显著提高GSH-Px活性以减少氧化应激的发生。OTA诱导的氧化应激可促进PCV2的复制，研究发现，过表达的猪硒蛋白(SelS)可抑制PK15细胞中p38和p38磷酸化来阻断OTA引发的PCV2复制[46]。锌参与动物体内各种抗氧化酶的组成，Brugger和Windisch[66]通过对断奶仔猪心肌的研究，发现亚临床缺锌会导致心抗氧化能力降低，诱导CAT和谷胱甘肽还原酶等抗氧化基因的表达，短期缺锌时机体会发生补偿反应，但长时间缺锌则会损伤机体健康。邹田浩[49]研究发现，肉鸡日粮中添加蛋氨酸锌和蛋氨酸锰均可显著提高21和42 d血清中Cu-Zn SOD活性，显著降低21 d血清MDA浓度，这表明，饲喂蛋氨酸锌和蛋氨酸锰均可提高肉鸡的抗氧化功能。侯鹏霞等[50]发现，当饲粮中连续添加氨基酸锌50和60 d时，滩湖杂羊血清中SOD、GSH-Px、CAT和T-AOC活性随锌添加量呈正相关趋势，当氨基酸锌(锌含量为52.8 mg·kg-1)添加50 d以上时可最大程度促进滩湖杂羊生长，提高免疫力和抗氧化能力。

3.4 激素类

激素是一种调节机体新陈代谢和组织生理活动的重要物质。目前研究发现，多种激素参与调节机体内氧化还原反应[67]。褪黑激素是一种由松果体产生的激素，主要负责调节睡眠和睡眠周期，同时还是一种有效的抗氧化剂和氧自由基清除剂，其代谢物AMK和AFMK是有效的自由基清除剂[68]。研究表明，OTA会引发线粒体异常和氧化磷酸化缺陷，进而促使猪卵母细胞发生氧化应激，而添加褪黑激素可显著降低ROS产生，显著增加GSH-Px和CAT的表达以改善OTA引起的氧化损伤和细胞凋亡现象[51]。17β-雌二醇是雌激素的一类，Rynkowska等[52]通过对屠宰母猪卵巢和甲状腺匀浆研究发现，添加17β-雌二醇可显著降低过氧化氢和铁诱导的脂质过氧化。胰岛素是一种常见的用于治疗糖尿病的药物，研究发现胰岛素可以显著提高GSH-Px和SOD活性，降低MDA水平以缓解镉引起的大鼠糖尿病肝和肾的损伤[53]，因此推测，胰岛素发挥作用或与其对氧化应激的调节作用相关。目前，针对激素类抗氧化性能的研究主要集中于动物与人病理性氧化应激方面，而对于缓解动物氧化应激方面的研究较少。

3.5 天然产物

近年来，人们发现植物活性物质具有强大的抗氧化能力，无论在体内外均有清除自由基，提高抗氧化酶活性的功能，常见的植物性天然抗氧化产物有黄酮类、植物类多酚、皂苷和精油等[69]。槲皮素是一种天然的黄酮类化合物，研究证实，槲皮素可通过降低MDA含量，激活Nrf2-ARE信号通路进而增强下游抗氧化酶的表达来保护氧化损伤的肝细胞[70]。植物多酚由于其抗病毒、抗氧化和抗炎效果被广泛用于缓解动物氧化损伤和提高机体免疫力[71]。姜黄素是常见的多酚类物质，Cao等[57]发现，姜黄素可以通过腺苷酸活化蛋白激酶(AMPK)激活后诱导Parkin(一种线粒体自噬相关蛋白)依赖的线粒体自噬来有效改善H2O2诱导的氧化应激、肠上皮损伤和猪肠上皮细胞线粒体损伤。同时，Qin等[72]在体外试验中发现，添加姜黄素可有效缓解玉米赤霉烯酮引起的猪颗粒细胞SOD1、CAT和GSH-Px1活性降低，表现为机体氧化损伤的减轻。皂苷也具有抗菌性、抗炎性和抗氧化等功能，有研究者发现，人参皂苷可以激活Nrf2/HO-1和Wnt/β-catenin信号通路，调节淋巴组织表达受体(RELT)、Toll样受体4(TLR4)等基因表达和提高SOD、CAR、GSH-Px等抗氧化酶活性能力以缓解氧化应激损伤[73]，但目前针对人参皂苷在动物体上的研究较少。牛至精油是精油中的一种，由于其强大的抑菌和清除DPPH·和ABTS·等自由基的能力，被广泛用作天然抗氧化剂[74]。聂利芳[59]在爱拔益加肉仔鸡日粮中添加牛至油，发现可显著提高21和42 d血清、肝T-SOD活力，显著降低MDA含量。

4 小 结

动物生产中环境、生产阶段等因素都有可能引发动物氧化应激的产生，严重影响动物健康和生产性能等。日粮中添加抗氧化剂可以帮助缓解氧化应激对动物造成的损害，本文从营养学角度归纳了益生菌、维生素、微量元素、激素和植物类活性物质等有效缓解氧化应激的营养物质及它们可能的作用机制。合理添加一些营养物质对动物机体的氧化应激状态有一定缓解作用，但这些物质的适宜添加剂量、适宜添加阶段以及深入的作用机制等仍需进行更进一步的研究。此外，添加的各种抗氧化剂之间是否存在协同或拮抗作用，如何形成合理的配伍添加比例和方式，也需要开展针对性的研究。因此，关注动物氧化应激状态，并科学合理地采用营养性饲料添加剂进行适当调节，对于提高动物健康和生产性能有着重要的意义。