硫辛酸的生物學(xué)功能及其在動(dòng)物生產(chǎn)上的應(yīng)用

河南工業(yè)大學(xué)生物工程學(xué)院 張勇 劉濤 劉來亭*

硫辛酸（lipoic acid，LA）亦稱 α-硫辛酸（Alpha-lipoic acid，LA）是類維生素物質(zhì)，有很強(qiáng)的抗氧化活性，和其還原態(tài)二氫硫辛酸（DHLA）一起被譽(yù)為“萬能抗氧化劑”。

1 硫辛酸的結(jié)構(gòu)特性

α-硫辛酸（alpha-lipoic acid，LA），化學(xué)名1，2-二硫戊環(huán)-3-戊酸（1,2-dithiolane-3-pentanoic acid），分子式C8H14O2S2，相對(duì)分子質(zhì)量為206.33。LA的還原形式為二氫硫辛酸（dihydrolipoic acid，DHLA），抗氧化性更強(qiáng)。LA是一種在酵母、菠菜和肉類中發(fā)現(xiàn)的生物因子，是能量代謝中的基本輔助因子，由Reed于1951年從豬肝臟中提取，主要以化合物的形式廣泛存在于所有種類的原核細(xì)胞及真核細(xì)胞，參與能量代謝（Reed,1998）。

2 硫辛酸的生物學(xué)功能

2.1 硫辛酸的抗氧化性 最初發(fā)現(xiàn)LA是能量代謝中一系列脫氫酶的輔基，但研究最廣泛的是其抗氧化方面的特性。LA含有S、C原子組成的封閉環(huán)狀結(jié)構(gòu)，電子密度高于含S、C原子的單鏈化合物，如：還原型谷胱甘肽（GSH）、胱氨酸等，因此能發(fā)揮較強(qiáng)的抗氧化功能?？箟难幔╝scorbate，AsA，VC）和生育酚（a-tocopherol，VE）是經(jīng)典的抗氧化劑。VC是細(xì)胞外液抗氧化防御體系的第一道防線，但因其為水溶性，對(duì)細(xì)胞膜的保護(hù)性差，抗氧化作用只是依靠可逆的脫氫反應(yīng)來完成。VE為脂溶性，對(duì)生物膜結(jié)構(gòu)及功能有較好的保護(hù)作用，抗氧化能力較強(qiáng)。LA的相對(duì)分子質(zhì)量比VC大，碳原子多于VC，易溶于脂膜；與VE相比，LA分子末端的羧基（-COOH）使其溶于水的能力增強(qiáng)（湯春芳等，2005）。LA是已知的唯一可在水相又可在脂相中溶解的抗氧化劑，能被消化道輕易吸收，可以分布到機(jī)體的各個(gè)部位發(fā)揮作用，甚至能透過血腦屏障，保護(hù)神經(jīng)系統(tǒng)免受氧化損傷（Morini等，2004）。目前對(duì)LA的抗氧化性研究主要在4個(gè)方面：金屬螯合能力、清除活性氧、再生內(nèi)源性抗氧化劑和修復(fù)氧化損傷。LA和DHLA都具有螯合金屬離子及清除活性氧的能力，但體外試驗(yàn)證實(shí)，僅DHLA可以修復(fù)氧化損傷，并通過抗氧化劑之間一系列協(xié)同反應(yīng)使已被利用的其他抗氧化劑（如VC、GSH等）循環(huán)再生（Biewenga等，1997）。

2.1.1 螯合金屬能力 在極化非水溶性溶液中，LA 可與 Mn2+、Cu2+、Zn2+、Cd2+、Pb2+等形成復(fù)合物，但不與Fe3+結(jié)合；DHLA 可與 Co2+、Ni2+、Zn2+、Cu2+、Pb2+、Hg2+及 Fe3+螯合。 羥自由基（·OH）清除試驗(yàn)證明，F(xiàn)e2+誘導(dǎo)脫氧核糖氧化損傷，反應(yīng)體系中加入LA后可奪取與脫氧核糖結(jié)合的Fe2+，降低·OH生成量從而減輕脫氧核糖氧化損傷。脂質(zhì)過氧化試驗(yàn)也證明，在VC+Fe2+體系誘導(dǎo)的氧化反應(yīng)中（VC表現(xiàn)為促氧化性），LA與VC競爭結(jié)合Fe，阻止VC將Fe3+還原為Fe2+，起到保護(hù)脂質(zhì)過氧化損傷的作用。對(duì)培養(yǎng)的晶狀體上皮細(xì)胞Fe代謝進(jìn)行研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，LA可降低細(xì)胞從轉(zhuǎn)鐵蛋白攝入Fe的量，促進(jìn)Fe在該蛋白的結(jié)合，減弱了細(xì)胞質(zhì)內(nèi)Fe的反應(yīng)性，降低Fe誘導(dǎo)的氧化反應(yīng)對(duì)細(xì)胞的損傷（Lodge 等，1998）。

2.1.2 清除ROS LA可以直接清除ROS，例如，·OH、過氧化氫（H2O2）、單線態(tài)氧（1O2）、過氧化亞硝基（·ONOO）和次氯酸（HClO）等，也可以作為氧化還原反應(yīng)鏈中的阻斷劑參與抗氧化，如與自由基的中間體反應(yīng)，使這些活性基團(tuán)無法從周圍的脂質(zhì)中獲取H，阻斷氧化過程。

2.1.3 再生內(nèi)源性抗氧化劑 抗氧化劑在氧化還原過程中被消耗，但是不同抗氧化劑之間通過一系列協(xié)同反應(yīng)可以循環(huán)再生，提高抗氧化劑的利用效率。

LA增強(qiáng)與GSH相關(guān)的酶活性，DHLA能將胱氨酸還原為半胱氨酸，細(xì)胞對(duì)半胱氨酸吸收能力大于胱氨酸，有利于GSH合成，提高細(xì)胞內(nèi)GSH水平。小鼠給予LA可顯著提高組織內(nèi)半胱氨酸含量，最終可恢復(fù)腦內(nèi)因衰老而降低的GSH水平（Rezk 等，2004）。LA 是 GSH 中巰基（-SH）的親核基團(tuán)，能阻止GSH在解毒過程中被ROS氧化為氧化型谷胱甘肽（GSSG），并能持續(xù)提高GSH還原酶的活性（Shila等，2005）；谷胱甘肽還原酶將GSSG還原為GSH時(shí)必須有NADPH（煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸）參與，LA在細(xì)胞缺乏NADPH的條件下也能轉(zhuǎn)變?yōu)镈HLA，通過后者還原GSSG：DHLA+GSSG→ LA+2GSH。此外，LA與DHLA作為一對(duì)氧化還原劑，具有較低氧化還原電位（-0.32 V），是活性很強(qiáng)的還原劑，即使細(xì)胞氧化勢(shì)能較低，LA也能轉(zhuǎn)變?yōu)镈HLA（Moini等，2002）。

2.1.4 修復(fù)氧化損傷 對(duì)于更新和再生能力低的生物大分子（如蛋白質(zhì)），氧化損傷后的修復(fù)則尤為重要。蛋氨酸的某些殘基受到氧化破壞時(shí)會(huì)導(dǎo)致其失活，這些殘基的修復(fù)需要肽-甲硫氨酸亞砜還原酶（PMSR），LA可參與還原PMSR修復(fù)蛋氨酸殘基，二氫硫辛酰胺（二氫硫辛酸的結(jié)構(gòu)類似物）可還原硫氧還蛋白酶，后者有利于提高PMSR水平和活性，間接修復(fù)氧化導(dǎo)致的蛋氨酸殘基損傷，恢復(fù)蛋氨酸活性（Biewenga等，1997）。這種功能對(duì)于蛋白質(zhì)等生物大分子受損后修復(fù)，維持機(jī)體穩(wěn)定性具有重要意義。

2.2 硫辛酸在能量代謝中的應(yīng)用 三羧酸循環(huán)是糖、脂肪和蛋白質(zhì)3種主要的有機(jī)物在體內(nèi)徹底氧化供能的共同通路，被稱為有氧代謝的中樞。LA是三羧酸循環(huán)的兩個(gè)重要酶系——丙酮酸脫氫酶復(fù)合物和α-酮戊二酸脫氫酶復(fù)合物的輔基，在能量代謝中發(fā)揮重要作用。

2.2.1 丙酮酸脫氫酶復(fù)合物的輔酶 該酶復(fù)合物主要由3種酶組成丙酮酸脫氫酶（E1）、二氫硫辛酰胺乙酰基轉(zhuǎn)移酶（E2）和二氫硫辛酰胺脫氫酶（E3）。E2是該酶系的核心酶，LA通過酰胺鍵與賴氨酸殘基共價(jià)結(jié)合成硫辛酰胺（lipoamide）作E2的輔酶，仿佛一個(gè)擺臂在酶復(fù)合體之間活動(dòng)，功能為參與轉(zhuǎn)?；?，將生成的丙酮酸氧化脫羧為乙酰輔酶A（乙酰CoA）進(jìn)入三羧酸循環(huán)。

2.2.2 α-酮戊二酸脫氫酶復(fù)合物的輔酶 該酶復(fù)合物也有3個(gè)主要的酶：α-酮戊二酸脫羧酶，輔酶為TPP（硫胺素焦磷酸）；二氫硫辛酸琥珀?；D(zhuǎn)移酶，輔酶為LA；二氫硫辛酸脫氫酶，輔酶為FAD（黃素腺嘌呤二核苷酸）。其中二氫硫辛酸琥珀酰基轉(zhuǎn)移酶為該酶復(fù)合物的核心酶，也是三羧酸循環(huán)中主要的限速酶之一。LA作為該酶的輔基，其功能為將琥珀酰硫辛酰胺的琥珀?；D(zhuǎn)移給CoA，形成琥珀酰CoA。反應(yīng)過程中，LA和DHLA作為氧化還原劑，將電子從脫氫酶系的底物轉(zhuǎn)移給NAD+（煙酰胺腺嘌呤二核苷酸），實(shí)現(xiàn)電子傳遞。由此可見，在三羧酸循環(huán)乃至糖的氧化代謝的整個(gè)過程中，LA都發(fā)揮著舉足輕重的作用。左旋肉堿（L-carnitine）是一種線粒體代謝產(chǎn)物，許多研究表明，它與LA聯(lián)合使用能夠恢復(fù)和提高線粒體功能，減弱線粒體氧化應(yīng)激，增強(qiáng)由于衰老而降低的某些線粒體酶活性，提高線粒體能量產(chǎn)生和利用率，有效改善衰老所致的線粒體功能下降，對(duì)保護(hù)腦部線粒體功能也有重要作用（Liu等，2002）。 Savitha等（2005）每日給衰老大鼠按每千克體重補(bǔ)充左旋肉堿300 mg和LA 100 mg，30 d后線粒體三羧酸循環(huán)和電子傳遞鏈上的相關(guān)酶活性恢復(fù)并接近正常水平。

3 硫辛酸在動(dòng)物上的應(yīng)用

3.1 在反芻動(dòng)物上的應(yīng)用 Rentfrow等（2004）給閹牛飼喂不同劑量的LA后，觀察其對(duì)肉品質(zhì)的影響，結(jié)果顯示，每千克體重添加量為24 mg時(shí)能顯著提高L*（L*是亮度值，此值越大說明肉的顏色越有光澤）；每千克體重添加量為16 mg時(shí)，牛肉的Hue angle（Hue angle是衡量肉質(zhì)紅色的指標(biāo)，此值越小說明肉質(zhì)顏色越偏向紅色）值顯著降低，試驗(yàn)結(jié)果表明LA能改善牛肉色澤。Schmidt等（2005）在育肥閹牛飼糧中按每千克體重添加8 mg和16 mg LA時(shí)，16 mg LA添加組極顯著降低了牛肉的沃布氏剪切力，改善了肉質(zhì)嫩度。

3.2 在豬上的應(yīng)用 Maddock等（2000）在對(duì)14頭斷奶仔豬的研究發(fā)現(xiàn)，每千克體重添加56 mg LA飼喂11 d，結(jié)果明顯抑制了由脂多糖（LPS）引起的應(yīng)激性皮質(zhì)醇升高，并且LA組與對(duì)照組相比，中性粒細(xì)胞（P<0.04）和淋巴細(xì)胞計(jì)數(shù)（P<0.02）均顯著增加，說明LA對(duì)仔豬免疫應(yīng)答水平有一定的促進(jìn)作用。

Maddock等（2001）報(bào)道，在給仔豬每千克體重補(bǔ)充35 mg和75 mg LA時(shí)，對(duì)照組ADG和ADFI都顯著高于LA組（P<0.05），原因可能是LA分子中含有二硫鍵，導(dǎo)致飼料風(fēng)味降低，引起仔豬采食量下降；添加35 mg LA組有降低血糖的趨勢(shì)。還有研究表明，每千克體重添加8 mg和15 mg LA，血清中性粒細(xì)胞和淋巴細(xì)胞計(jì)數(shù)極顯著提高（P<0.003），說明LA對(duì)仔豬免疫力有一定的促進(jìn)作用。

Berg等（2003）報(bào)道，給48頭雜交豬飼喂高淀粉的飼糧，LA和肌酸一水化合物（CMH）混入玉米粉中添加到飼料中，LA添加組提高了胴體重，顯著增加了45 min后背最長肌的pH值（P=0.029），降低了臀中肌、腰肌的肉質(zhì)黃度，升高了半膜肌的肉質(zhì)紅度，降低了背最長肌24 h后的滴水損失和半膜肌7 d后的凈損失，降低了烹調(diào)損失和沃爾氏剪切力。以上數(shù)據(jù)表明，添加LA改善了豬的肉質(zhì)，增加了pH值，防止肉酸?。晃譅柤羟辛档驼f明肉的嫩度較好。

3.3 在禽上的應(yīng)用 熱應(yīng)激下，機(jī)體自由基大量生成，細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)與功能的完整性受到破壞，嚴(yán)重影響產(chǎn)蛋雞的生產(chǎn)性能和健康。白兆鵬等（2004）首次將LA應(yīng)用于熱應(yīng)激狀態(tài)下產(chǎn)蛋雞，研究發(fā)現(xiàn)，常溫狀態(tài)下，飼料中添加100 mg/kg LA的蛋雞在整個(gè)應(yīng)激期的產(chǎn)蛋率最高，添加400 mg/kg LA時(shí)蛋重最大，從整個(gè)應(yīng)激期內(nèi)平均值來看，飼料中添加50 mg/kg和100 mg/kg LA組的料蛋比均低于其他組。從綜合指標(biāo)看，LA在蛋雞中的適宜添加量為50～100 mg/kg。

楊國宇等（2003）研究了LA對(duì)肉仔雞脂肪代謝的影響，結(jié)果顯示，日糧中LA添加量為60 mg/kg和100 mg/kg時(shí)，血清中總膽固醇、甘油三酯含量顯著下降，游離脂肪酸含量顯著上升（P<0.05）。肝臟脂肪含量隨LA添加量增大呈下降趨勢(shì)，證明飼料中添加LA能有效地改善正常肉雞體內(nèi)脂肪代謝。

4 小結(jié)

硫辛酸作為一種功能強(qiáng)大的抗氧化劑，在體外以及試驗(yàn)動(dòng)物上研究得較多，其抗氧化功能已經(jīng)得到了證實(shí)，只是在畜禽上的研究很少。LA抗氧化性能優(yōu)于VC和VE。機(jī)體總的抗氧化能力是體內(nèi)各種抗氧化劑與抗氧化酶協(xié)同作用的結(jié)果，LA與其他抗氧化劑共同作用可能不僅僅是簡單的加合效應(yīng)，可能會(huì)有協(xié)同作用。隨著研究的進(jìn)一步深入，LA作為一種優(yōu)良的生物抗氧化劑，其應(yīng)用前景十分廣闊。

[1]白兆鵬，孫文志，吳瓊.硫辛酸對(duì)熱應(yīng)激下產(chǎn)蛋雞生產(chǎn)性能的影響[J].飼料博覽，2004，7：1 ～4.

[2]湯春芳，劉云國，徐衛(wèi)華，等.硫辛酸的研究概況[J].中國生化藥物雜志，2005，26（1）：52 ～53.

[3]楊國宇，惠參軍，崔平安.日糧中添加α-硫辛酸對(duì)肉雞脂肪代謝的影響[J].獸藥與飼料添加劑，2003，8：1 ～2.

[4]Berg E P，Maddock K R，Linville M L.Creatine monohydrate supplemented in swine finishing diets and fresh pork quality：III.Evaluating the cumulative effect of creatine monohydrate and alpha-lipoic acid[J].J Anim Sci，2003，81:2469～2474.

[5]Biewenga G P，Haenen G R，Bast A.The pharmacology of the antioxidant lipoic acid[J].Gen Pharmac，1997，29（3）：315 ～331.

[6]Liu J，Head E，Gharib A M，et al.Memory loss in old rats is associated with brain mitochondrial decay and RNA/DNAoxidation：partial reversal by feeding acetyl-L-carnitine and/or R-α-alpha-lipoic acid[J].Proc Natl Acad Sci，2002，99（10）：7184 ～7185.

[7]Lodge J K，Traber M G，Packer L.Thiol chelation of Cu2+by dihydrolipoic acid prevents human low density lipoprotein peroxidation[J].Free Rad Med，1998，25（3）：287 ～297.

[8]Maddock K R，Berg E P，Stahl C A，et al.The effects of alpha-lipoic Acid（LA） on performance and health of weaned neonatal pigs[J].J Anim Sci，2001，79（Suppl.1）：398.

[9]Maddock K R，Berg E P，Zannelli M E，et al.Supplemental alpha-lipoic acid and neonatal health and performance in weaned pigs[J].J Anim Sci，2000，78（Suppl.1）：183.

[10]Moini H，Packer L，Saris N L.Antioxidant and prooxidant activities of alpha-lipoic acid and dihydrolipoic acid.Toxicol[J].Appl Pharmacol，2002，182（1）：84 ～90.

[11]Morini M，Roccatagliata L，Dell Eva R，et al.Alpha-lipoic acid is effective in prevention and treatment of experimental autoimmune encephalomyelitis[J].Neuroimmunol，2004，148（2）：146 ～153.

[12]Reed L J.From lipoic acid to multi-enzyme complexes[J].Protein Sci，1998，7（1）：220 ～224.

[13]Rentfrow G，Linville M L，Stahl C A，et al.The effects of the antioxidant lipoic acid on beef longissimus bloom time[J].J Anim Sci，2004，82（10）：3034～3037.

[14]Rezk B M，Haenen G R M M，Van Der Vijgh W J F，et al.Lipoic acid protects efficiently only against a specific form of peroxynitrite-induced damage[J].J Biol Chem，2004，279（11）：9693 ～9697.

[15]Savitha S，Sivarajan K，Haripriya D，et al.Efficacy of levo carnitine and alpha lipoic acid in ameliorating the decline in mitochondrial enzymes during aging[J].Clin Nutr，2005，24（5）：794 ～800.

[16]Schmidt T B，Olson K C，Meyer D L，et al.Effects of lipoic acid supplementation on finishing steer growth performance，carcass merit，beef tenderness，and beef retail display properties[J].Prof Anim Sci，2005，21（6）：480 ～486.

[17]Shila S，Subathra M，Devi M A，et al.Arsenic intoxicationinduced reduction of glutathione level and of the activity of related enzymes in rat brain regions:reversal by DL-alpha-lipoic acid.Arch[J].ArchToxicol，2005，79（3）：140～146.