硒的抗氧化功能及在動物生產(chǎn)中的應(yīng)用

南京農(nóng)業(yè)大學(xué)動物科技學(xué)院 田金可 吳秋玨 王 恬＊

作為人和動物的必需微量元素，硒具有多種生物學(xué)功能，如抗氧化、免疫、參與動物的生殖及甲狀腺激素的分泌等；此外，硒也是某些蛋白質(zhì)的催化中心，在增強(qiáng)機(jī)體免疫力，預(yù)防癌癥方面同樣發(fā)揮著重要作用（Klein，2005；Lu 和 Jiang，2005）。本文就硒的理化性質(zhì)、生物活性及其在動物生產(chǎn)中的應(yīng)用進(jìn)行介紹。

1 硒的理化性質(zhì)及生物活性

硒（Se）的原子量為78.96，具有金屬和非金屬過渡區(qū)元素的物理特性，是典型的氧-硫族元素。在自然界，硒通常存在四種氧化狀態(tài)：元素硒、亞硒酸鹽、硒化物、硒酸鹽，有-2、0、+1、+2、+4、+6 等多種化合價，不同的化合價會影響其生物利用率。

硒的化學(xué)形態(tài)主要以有機(jī)硒和無機(jī)硒兩種形式存在。有機(jī)硒主要以硒代胱氨酸、硒代半胱氨酸（Se-Cys或 Sec）和硒代蛋氨酸（Se-Met）等形式存在于蛋白質(zhì)肽鏈中，無機(jī)硒則主要以硒酸鹽、亞硒酸鹽等形式存在。

一般把以Sec形式參入到多肽鏈的蛋白質(zhì)稱為硒蛋白；把酶蛋白中含有Sec殘基、硒以Sec形式參與構(gòu)成酶活性中心的一類酶統(tǒng)稱為硒酶。Whanger（2009）報道，目前在人類體內(nèi)發(fā)現(xiàn)并被證實(shí)的硒蛋白已有25種：如谷胱甘肽過氧化物酶（GSH-Px或GPx）家族，碘甲腺原氨酸脫碘酶（ID）家族，硫氧還蛋白還原酶（TR）家族，硒代磷酸鹽合成酶 （SPS）， 硒蛋白P （SeP）， 硒蛋白W（SeW）等。研究認(rèn)為，硒的生物學(xué)意義主要體現(xiàn)在硒蛋白和硒酶的生物學(xué)功能上。

2 抗氧化機(jī)理

硒的抗氧化功能首先表現(xiàn)為可以通過各種含硒蛋白及含硒酶發(fā)揮效應(yīng)。研究認(rèn)為，機(jī)體的抗氧化體系是由酶促和非酶促抗氧化體系共同維持的。酶促抗氧化體系主要包括谷胱甘肽過氧化物酶（GSH-Px）、谷胱甘肽還原酶（GSH）、超氧化物歧化酶（SOD）以及過氧化氫酶（CAT）等，非酶促抗氧化體系主要有維生素E（VE）、胡蘿卜素、維生素 C（VC）、半胱氨酸、蛋氨酸、尿酸及銅藍(lán)蛋白、轉(zhuǎn)鐵蛋白、乳鐵蛋白等（Fang 等，2002；Temple，2000）。而硒在酶促抗氧化體系中扮演了重要角色，并通過具有酶功能的含硒蛋白、硒核酸等發(fā)揮作用（見表 1）（金虹，2004）。

GSH-Px是最早被發(fā)現(xiàn)和證實(shí)的含硒酶，硒的抗氧化作用主要通過該酶發(fā)揮作用。它能催化還原型谷胱甘肽轉(zhuǎn)變成氧化型，抑制過氧化反應(yīng)，清除自由基；并終止自由基鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，從而對脂質(zhì)過氧化作用的損傷進(jìn)行防御。當(dāng)硒缺乏時，GSHPx的活性降低，引起脂質(zhì)自由基和過氧化物的增加、細(xì)胞的破壞，導(dǎo)致組織的損傷。因此人們通常將GSH-Px的活性作為衡量硒在生物體內(nèi)功能的指標(biāo)（Zhan等，2007）。SOD的活性也能反映機(jī)體清除自由基的能力，它能將超氧陰離子自由基（·），歧化為水（H2O）和氧氣（O2），終止自由基鏈鎖反應(yīng)，因此它對氧化與抗氧化平衡起著非常重要的作用（Pagmantidis 等，2005）。 丙二醛（MDA）是自由基觸發(fā)脂質(zhì)過氧化物反應(yīng)生成的終產(chǎn)物，它能使含氨基的蛋白質(zhì)、核酸、腦磷脂等失活，其含量可反應(yīng)機(jī)體脂質(zhì)過氧化的程度，間接反映細(xì)胞受損程度（高建忠和黃克和，2004）。而總抗氧化能力（T-AOC）則是衡量機(jī)體抗氧化系統(tǒng)功能狀況的綜合性指標(biāo)，反應(yīng)機(jī)體對外來刺激的代償能力及自由基代謝的狀態(tài)（占秀安等，2009）。同樣，機(jī)體組織中硒含量的高低也能反映機(jī)體抗氧化能力的強(qiáng)弱，因為器官或組織中的硒有較高的沉積量，不但能降低氧化應(yīng)激，還能保護(hù)不飽和脂肪酸免受氧化損傷 （Korniluk等，2007；Tapiero等，2003）。

表1 動物和人體內(nèi)的主要硒蛋白及功能

其次，硒能通過與維生素E的協(xié)同作用而影響非酶促反應(yīng)發(fā)揮效應(yīng)。作為抗氧化劑，硒和維生素E具有類似的生物學(xué)作用，它們都是組織和細(xì)胞抗氧化防御系統(tǒng)的重要組成部分。有試驗表明：納米硒和維生素E可通過提高熱應(yīng)激奶牛血漿硒含量及血清中抗氧化酶活性，緩解并改善奶牛因熱應(yīng)激引起的氧化損傷（董衛(wèi)星等，2009）。也有研究認(rèn)為，胰腺發(fā)揮正常功能需要硒，而胰腺分泌的胰蛋白酶、胰脂肪酶有助于脂肪的消化，因此有助于維生素E的吸收；而維生素E又是脂質(zhì)膜的組成成分，它能防止脂質(zhì)氧化及相應(yīng)過氧化物的產(chǎn)生，從而減少了消除過氧化物所需的GSH-Px數(shù)量，也就降低了對硒的需要量。這表明，硒和維生素E表現(xiàn)為相互協(xié)同和相互節(jié)省效應(yīng) （劉風(fēng)民，2004）。

此外，還有研究表明，硒在機(jī)體內(nèi)也可單獨(dú)發(fā)揮其抗氧化功能：（1）它可通過直接清除自由基而發(fā)揮抗自由基損傷作用；（2）它能以某種形式與細(xì)胞膜結(jié)合構(gòu)成膜結(jié)合硒以保護(hù)細(xì)胞膜；（3）它還能提高巨噬細(xì)胞的殺菌能力和延長其壽命（袁施彬，2007）。

3 硒在動物生產(chǎn)中的抗氧化功能研究

不同形態(tài)的硒在生物體內(nèi)的吸收機(jī)制不同。無機(jī)硒在動物腸道中是被動吸收的，而有機(jī)硒則是通過依賴Na+的中性氨基酸轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)主動吸收的。無機(jī)硒的代謝途徑中，僅有很少量的無機(jī)硒結(jié)合入體蛋白中，大多數(shù)未能用于合成硒蛋白的硒則進(jìn)入腎臟，最終排出體外；而有機(jī)硒中的硒類似于含硫氨基酸的性質(zhì)，在蛋白質(zhì)的合成中硒代氨基酸常常替代含硫氨基酸而結(jié)合入蛋白質(zhì)中，因此有機(jī)硒（酵母硒、硒代蛋氨酸等）能增加機(jī)體總硒的貯存量（丁文杰等，2008）。另外，還有研究顯示，高水平亞硒酸鈉可能會對細(xì)胞成分產(chǎn)生潛在性的損傷，從而對機(jī)體產(chǎn)生毒性，但硒代蛋氨酸則沒 有 這 種 性質(zhì) （Spallholz 等，2004；Spallholz，1994），這也可能是有機(jī)硒的應(yīng)用效果優(yōu)于無機(jī)硒的另一原因。

3.1 家禽 Wang和Xu（2008）在肉雞日糧中添加0.2 mg/kg的不同硒源（亞硒酸鈉和酵母硒），結(jié)果表明，試驗組顯著降低了料重比；顯著提高了肝臟和血漿中GSH-Px的活性，且在血漿中有機(jī)硒組與無機(jī)硒組的差異也達(dá)到了顯著水平，有機(jī)硒得到的效果更好。Yoon等（2007）報道，隨著日糧中硒添加量的增大（0、0.1、0.2、0.3 mg/kg），肉雞血液中硒含量和GSH-Px活性均顯著提高；但卻未影響其生產(chǎn)性能。0.3 mg/kg的硒能滿足母種雞和蛋雞需要，且有機(jī)硒的效果更好 （Leeson等，2008）。 Mikulski等（2009）的試驗結(jié)果表明，日糧添加0.3 mg/kg的亞硒酸鈉對火雞的GSH-Px和SOD活力沒有影響；但0.3 mg/kg的酵母硒則顯著提高了GSH-Px和SOD活力；不同硒源對火雞生長性能的影響也未達(dá)到顯著水平。還有報道認(rèn)為，納米硒在肉雞日糧中適宜添加水平為0.7～1.0 mg/kg（王福香等，2009）；朱風(fēng)華等（2010）報道，蛋雞日糧中添加納米硒量至2.5 mg/kg仍是安全的。綜上所述，在家禽研究及生產(chǎn)過程中，對于硒源及硒添加水平會因試驗條件及試驗動物而有差異，不同硒源的合理用量仍需進(jìn)一步驗證。

3.2 豬 不同硒源在提高豬的抗氧化性能方面同樣有較顯著的效果，但目前使用量也存在較大差異。Zhan等（2007）對育肥豬的試驗研究表明，0.3 mg/kg的不同硒源均顯著提高了肝臟和肌肉中GSH-Px的活性和各組織硒含量，顯著降低了MDA的水平，且有機(jī)硒效果更好。高建忠等（2006）在仔豬的試驗上得到了類似結(jié)論，認(rèn)為有機(jī)硒代替無機(jī)硒作為仔豬的硒補(bǔ)充劑非常必要。胡鵬等（2010）認(rèn)為，飼喂母種豬0.3 mg/kg有機(jī)硒能明顯提高乳豬胰臟抗氧化能力和胰臟組織GSH-Px mRNA表達(dá)。推測表明，有機(jī)硒能改善豬的抗氧化性能且效果優(yōu)于無機(jī)硒，可能與不同硒源在體內(nèi)的代謝途徑有關(guān)（高建忠等，2006）。然而，Li等（2011）在豬日糧中添加酵母硒量達(dá)到3 mg/kg時，雖未影響其生產(chǎn)性能，但仍改善了肌肉的抗氧化能力。這也說明了有機(jī)硒的應(yīng)用有更高的閾值。Mahan和Peters（2004）的試驗結(jié)果則表明，在母豬日糧中外源添加0.15 mg/kg的硒時，GSH-Px的活性已經(jīng)趨于穩(wěn)定，當(dāng)添加水平增加到0.3 mg/kg時，雖提高了各組織中的硒含量，但GSH-Px活性卻增加不明顯，因此，0.15 mg/kg外源硒已經(jīng)能滿足GSH-Px的合成需要。

3.3 反芻動物 植物不同組織硒的含量變化很大，因此在反芻動物的日糧中補(bǔ)硒也是非常重要的。硒同樣能改善反芻動物的抗氧化能力，但對改善其生長性能的報道較少。Kumar等（2009）研究表明，與對照組相比，不同硒源均顯著提高了羔羊血清中硒含量及GSH-Px活性，但有機(jī)硒較無機(jī)硒差異不顯著。還有研究認(rèn)為，有機(jī)硒能提高全血中硒含量及紅細(xì)胞中GSH-Px的活性，但對肌肉中GSH-Px活性無顯著影響 （Juniper等，2009），這與Vignola等（2009）的結(jié)果相似。但值得一提的是，他們所提供的基礎(chǔ)日糧中均有很高的硒含量（0.19 mg/kg vs 0.13 mg/kg），這也可能是對肌肉中GSH-Px的活性沒有產(chǎn)生影響的原因。當(dāng)基礎(chǔ)日糧中硒的含量處于較高水平時，外源硒的添加效應(yīng)很容易被掩蓋。在牛的試驗研究中，有機(jī)硒同樣表現(xiàn)出了較好的應(yīng)用效果，它能提高全血及組織中硒含量和GSH-Px的活性 （張克春等，2010；Juniper等，2008）；還能緩解并改善奶牛因熱應(yīng)激引起的氧化損傷（董衛(wèi)星等，2009）。

3.4 其他 秦順義等（2006）試驗結(jié)果顯示，與對照組和亞硒酸鈉組相比，富硒益生菌組極顯著或顯著提高小鼠GSH-Px和SOD活性，并顯著降低了MDA水平。這與李改平和劉子川（2001）報道的有機(jī)硒提高小鼠抗氧化能力的效果優(yōu)于無機(jī)硒結(jié)論一致。Muller和 Pallauf（2002）報道，缺硒兔只體外肝細(xì)胞GSH mRNA的豐度較低，而補(bǔ)硒可使體外肝細(xì)胞GSH活性和mRNA豐度都顯著升高，并提高機(jī)體的抗氧化能力。張華（2004）給兔注射3種不同硒源（亞硒酸鈉、硒化卡拉膠、硒代蛋氨酸）均提高了兔血清GSH-Px活力，其中亞硒酸鈉和硒化卡拉膠對血清GSH-Px活力影響最明顯。張艷艷和李福昌（2010）報道表明，日糧添加硒尤其是高劑量的硒，可不同程度地改善了兔各組織GSH-Px、SOD和CAT活力，同時也降低組織的MDA含量，提高了組織抗氧化能力。

4 小結(jié)

目前生產(chǎn)上補(bǔ)硒以無機(jī)硒為主，因為無機(jī)硒價格低廉，但其毒性大、生物利用率低；而有機(jī)硒毒性較小，且生物利用率高，因此，應(yīng)用前景將非常廣闊。但由于動物種類和試驗環(huán)境的不同，以及不同地區(qū)基礎(chǔ)日糧中含硒量的差異，因此不同硒源在動物生產(chǎn)上的應(yīng)用效果及合理用量仍存在很大分歧。所以，不同硒源的最佳使用量仍是今后的研究熱點(diǎn)。同時，還應(yīng)更深層地揭示不同硒源在機(jī)體內(nèi)的代謝機(jī)理和各種硒蛋白的表達(dá)及相關(guān)機(jī)能，為生產(chǎn)實(shí)踐提供理論指導(dǎo)。

[1]丁文杰，戴晉軍，楊志龍，等.富硒豬肉的研究進(jìn)展[J].飼料與畜牧：新飼料，2008，7：55 ～ 57.

[2]董衛(wèi)星，王冬梅，李征，等.納米硒和維生素E對熱應(yīng)激奶?？寡趸阅艿挠绊慬J].中國奶牛，2009，9：22 ～ 24.

[3]高建忠，黃克和.動物硒蛋白研究進(jìn)展[J].畜牧與獸醫(yī)，2004，36（7）：39 ～42.

[4]高建忠，黃克和，秦順義.不同硒源對仔豬組織硒沉積和抗氧化能力的影響[J].南京農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報，2006，29（1）：85 ～ 88.

[5]胡鵬，占秀安，郄彥昭，等.母種豬飼糧添加DL-硒代蛋氨酸對后代乳豬胰臟硒含量、抗氧化能力、消化酶活性以及GSH-Px mRNA表達(dá)的影響[J].動物營養(yǎng)學(xué)報，2010，22（5）：1361 ～ 1366.

[6]金虹.微量元素硒與人畜健康[J].青海大學(xué)學(xué)報：自然科學(xué)版，2004，22（2）：80 ～ 83.

[7]李改平，劉子川.有機(jī)硒和無機(jī)硒對小鼠抗氧作用比較研究[J].山西中醫(yī)學(xué)院學(xué)報，2001，2（3）：19 ～ 21.

[8]劉風(fēng)民.有機(jī)硒和維生素E對地方雜交雞抗氧化和抗熱應(yīng)激性能的影響：[碩士學(xué)位論文][D].泰安：山東農(nóng)業(yè)大學(xué)，2004.

[9]秦順義，黃克和，高建忠.富硒益生菌對小鼠免疫功能及抗氧化能力的影響[J].營養(yǎng)學(xué)報，2006，28（5）：423 ～ 426.

[10]王福香，李文立，任慧英，等.納米硒對肉雞肝臟硒含量和抗氧化能力的影響[J].中國畜牧雜志，2009，45（3）：27 ～ 30.

[11]袁施彬.仔豬氧化應(yīng)激及硒的抗應(yīng)激效應(yīng)和機(jī)理的研究：[博士學(xué)位論文][D].雅安：四川農(nóng)業(yè)大學(xué)，2007.

[12]占秀安，李星，趙茹茜，等.日糧添加硒代蛋氨酸對母豬生產(chǎn)性能、血清及乳中硒含量和抗氧化指標(biāo)的影響[J].動物營養(yǎng)學(xué)報，2009，21（6）：910～915.

[13]張華.不同硒源對兔免疫功能和抗氧化能力影響的研究：[碩士學(xué)位論文][D].南京：南京農(nóng)業(yè)大學(xué)，2004.

[14]張克春，徐國忠，吳顯實(shí)，等.日糧添加富硒益生菌對奶牛乳房炎和乳汁體細(xì)胞數(shù)的影響[J].上海交通大學(xué)學(xué)報：農(nóng)業(yè)科學(xué)版，2010，28（1）：59～63.

[15]張艷艷，李福昌.日糧不同硒水平對2～3月齡肉兔生長性能、抗氧化指標(biāo)和肉質(zhì)的影響[J].動物營養(yǎng)學(xué)報，2010，22（1）：82 ～ 87.

[16]朱風(fēng)華，朱連勤，李玲，等.日糧中添加高水平納米硒對蛋雞血硒含量及抗氧化能力的影響[J].中國畜牧雜志，2010，46（13）：31 ～ 34.

[17]Fang Y Z，Yang S，Wu G Y.Free radicals，antioxidants，and nutrition[J].J Nutr，2002，18：872 ～ 879.

[18]Juniper D T，Phipps R H，Ramos-Morales E，et al.Effect of dietary supplementation with selenium-enriched yeast or sodium selenite on selenium tissue distribution and meat quality in beef cattle[J].J Anim Sci，2008，86：3100～3109.

[19]Juniper D T，Phipps R H，Ramos-Morales E，et al.Effects of dietary supplementation with selenium enriched yeast or sodium selenite on selenium tissue distribution and meat quality in lambs[J].J Anim Feed Sci and Tech，2009，149：228 ～ 239.

[20]Klein E A.Can prostate cancer be prevented?[J].J Nat Clin Pract Urol，2005，2：24 ～ 31.

[21]Korniluk K，Czauderna M，Kowalczyk J.The influence of dietary conjugated linoleic acid isomers and selenized yeast on the fatty acid profile of the spleen，pancreas and kidneys of rats[J].J Anim Feed Sci，2007，16：121 ～ 139.

[22]Kumar N，Garg A K，Dass R S，et al.Selenium supplementation influences growth performance，antioxidant status and immune response in lambs[J].J Anim Feed Sci and Tech，2009，153：77 ～ 87.

[23]Leeson S，Namkung H，Caston L，et al.Comparison of selenium levels and sources and dietary fat quality in diets for broiler breeders and layer hens[J].J Poult Sci，2008，87：2605 ～ 2612.

[24]Li J G，Zhou J C，Zhao H，et al.2011.Enhanced water-holding capacity of meat was associated with increased Sepw1 gene expression in pigs fed selenium-enriched yeast[J].J Meat Sci，2011，87：95 ～ 100.

[25]Lu J，Jiang C.Selenium and cancer chemoprevention： hypotheses integrating the actions of selenoproteins and selenium metabolites in epithelial and non-epithelial target cells[J].J Antioxid Redox Signal，2005，7：1715 ～ 1727.

[26]Mahan D C，Peters J C.Long-term effects of dietary organic and inorganic selenium sources and levels on reproducing sows and their progeny[J].J Anim Sci，2004，82：1343 ～ 1358.

[27]Mikulski D，Jankowski J，Zdun˙czyk Z，et al.The effect of selenium source on performance，carcass traits，oxidative status of the organism，and meat quality of turkeys[J].J Anim Feed Sci，2009，18：518 ～ 530.

[28]Muller A S，Pallauf J.Down-regulation of GPx1 mRNA and the loss of GPx1 activity causes cellular damage in the liver of selenium-deficient rabbits[J].J Anim Physiol Anim Nutr （Berl），2002，86：273 ～ 287.

[29]Pagmantidis V，Bermano G，Villette S，et al.Effects of Se-depletion on glutathione peroxidase and selenoprotein W gene expression in the colon[J].J FEBS Lett，2005，579：792 ～ 796.

[30]Spallholz J E，Palace V P，Reid T W.Methioninase and selenomethionine but not Se-methylselenocysteine generate methylselenol and superoxide in an in vitro chemiluminescent assay：implications for the nutritional carcinostatic activity of selenoamino acids[J].J Biochem Pharmacol，2004，67：547 ～ 554.

[31]Spallholz J E.On the nature of selenium toxicity and carcinostatic activity[J].J Free Radic Biol Med，1994，17：45 ～ 64.

[32]Tapiero H，Townsend D M，Tew K D.The antioxidant role of selenium and seleno-compounds[J].J Biomed Pharmacother，2003，57：134 ～ 144.

[33]Temple N J.Antioxidants and disease：More questions than answers[J].J Nutr Res，2000，20：449 ～ 459.

[34]Vignola G，Lambertini L，Mazzone G，et al.Effects of selenium source and level of supplementation on the performance and meat quality of lambs[J].J Meat Sci，2009，81：678 ～ 685.

[35]Wang Y B，Xu B H.Effect of different selenium source （sodium selenite and selenium yeast）on broiler chickens[J].J Anim Feed Sci and Tech，2008，144：306 ～ 314.

[36]Whanger P D.Selenoprotein expression and function--Selenoprotein W[J].J BBA-GEN SUBJECTS，2009，1790：1448 ～ 1452.

[37]Yoon I，Werner T M，Butler J M.Effect of source and concentration of selenium on growth performance and selenium retention in broiler chickens[J].J Poult Sci，2007，86：727 ～ 730.

[38]Zhan X A，Wang M，Zhao R Q，et al.Effects of different selenium source on selenium distribution，loin quality and antioxidant status in finishing pigs[J].J Anim Feed Sci and Tech，2007，132：202 ～ 211.