氧化應激與母豬生殖健康

徐建雄，上海交通大學農(nóng)業(yè)與生物學院教授，動物營養(yǎng)與飼料科學學科帶頭人?，F(xiàn)兼任中國畜牧獸醫(yī)學會動物營養(yǎng)學分會理事、上海市畜牧獸醫(yī)學會常務理事兼副秘書長等。近年來，著重從事氧化應激和營養(yǎng)調控技術研究，對仔豬斷奶應激機理、腸道發(fā)育及其調控技術有深入的研究。主持和參加了國家自然科學基金、國家科技攻關項目等十幾項，獲上海市科技進步獎和技術發(fā)明獎7項，上海市優(yōu)秀發(fā)明一等獎1項；發(fā)表論文70余篇，獲國家發(fā)明專利8項。

各位同行，非常高興有機會在這里與大家交流有關豬的養(yǎng)殖方面的信息以及我們的研究進展。大家都很清楚目前我們國家母豬的生產(chǎn)力、仔豬存活率跟國外相比差距是巨大的。10年前我們討論的主題不會是母豬，而是仔豬，那時仔豬問題是一個非常熱門的話題。今天不一樣，我們知道飼養(yǎng)好豬，要從母豬開始然后才是仔豬，所以重視仔豬營養(yǎng)的同時，要關注母豬的生殖營養(yǎng)。

這張圖（圖1）很漂亮，這是2個銹斑，一個是銅銹，一個是鐵銹，它是氧化以后的結果。自然界中有氧就會產(chǎn)生氧化應激。這是一個新鮮的蘋果，半小時以后就成這樣，為什么？氧化了。所以氧化在自然界中是無處不在的。動物又是怎么樣，其實在醫(yī)學上、實驗中就有大量的研究。人本身也會產(chǎn)生大量的ROS，ROS是活性氧自由基，所以就會發(fā)生氧化應激。妊娠期能量需要量大，高能量代謝產(chǎn)生超量的ROS，這樣會使動物產(chǎn)生氧化應激。這樣的研究在10年前、20年前都已經(jīng)有研究。

豬會是怎樣的呢？大概在幾年前也有這樣的研究，高產(chǎn)母豬在妊娠期會誘發(fā)氧化應激，在懷孕后期和泌乳期氧化應激更為嚴重，直到斷奶21～28日齡恢復，體內抗氧化營養(yǎng)物質在妊娠110 d降到最低，那個時候氧化應激更嚴重。

這是試驗應激情況，這張片子可能不是很清楚，大家一看就知道這是一個DNA實驗，0說明DNA的損傷只有5 %，Ⅰ說明DNA損傷 20 %，Ⅱ說明DNA損傷40 %，Ⅲ說明DNA損傷60 %（圖2）。DNA損傷會有損基因功能的表達。

實驗結果怎么樣，在妊娠30 d，血液中淋巴細胞的損傷大概在20 %，損傷還算比較小。當然損傷是無處不在的，就算它是一個健康的機體也會有損傷。如果到妊娠60 d、90 d、110 d，損傷在40 %以上，妊娠期的不同時期損傷也在提高。

體內有兩種主要抗氧化物，一個是α-tocopherol（生育酚），在妊娠110 d的時候，α-tocopherol跟另外一個抗氧化物的濃度會降低到最低水平，說明這種損傷跟抗氧化是有關系的。恰恰在這個時候飼料中抗氧化劑的供給是不夠的。我們選擇不同的母豬在不同的生理階段，采樣測定了一些指標。實驗結果表明，母豬體內確實發(fā)生了氧化應激引起的氧化現(xiàn)象。氧化應激是指機體在遭受各種有害刺激時，體內高活性分子如活性氧自由基和活性氮自由基產(chǎn)生過多，氧化程度超出氧化物的清除，氧化系統(tǒng)和抗氧化系統(tǒng)失衡，從而導致組織損傷。氧化應激是由自由基在體內產(chǎn)生的一種負面作用，并被認為是導致衰老和疾病的一個重要因素。這一點在人的醫(yī)學上研究的比較多。許許多多的疾病在某種程度上都歸因于自由基的失衡，包括糖尿病、心血管疾病等，多少都有它的作用。氧化應激會導致氧化損傷。由于體內的抗氧化防御系統(tǒng)失衡了，不能清除體內過多的自由基，就會引起氧化損傷，導致體內的氧化還原狀態(tài)失衡。氧化應激是自由基引起的，自由基含有一個或一個以上不配對電子，能獨立存在的原子或原子團。如果是異裂會產(chǎn)生兩個離子，如果是均裂就產(chǎn)生自由基。所以一般體內的自由基只有氧自由基、脂性自由基、氮自由基。氧自由基也有不同的狀態(tài)，如羥自由基（OH-）、超氧陰離子自由基（O2-），體內有許許多多的自由基，它不是一種，而是有許多種。體內大概95 %以上都是氧自由基，所以我們稱為活性氧自由基（ROS）。人在體內利用的氧大概有1 %～ 3 %轉化為O2-，可由動物體內的呼吸鏈產(chǎn)生。OH-也是自由基中非常重要的一種，它的半衰期非常短，約10-9 s。所以對自由基的研究非常困難，非常不容易測。

自由基的種類：超氧陰離子（O2-）、氫過氧基（HO2）、過氧化氫（H2O2）、羥自由基（HO）、氧有機自由基（RO）、有機過氧基（ROO）、R-氫過氧化物（ROOH）。

自由基的產(chǎn)生：內源性自由基和外源性自由基。

內源性自由基是如何產(chǎn)生？有以下幾種：

一是胞液中酶促反應產(chǎn)生（圖3），這是產(chǎn)生自由基的主要來源。

線粒體在傳遞電子過程中會產(chǎn)生多種自由基。質膜中的還原型輔酶Ⅱ氧化酶促使NADPH氧化為NADP+，同時可使O2還原為O2-·。還有一些其他的反應，如內質網(wǎng)中細胞色素P450的反應。

一些外源性因素的刺激會產(chǎn)生更多的自由基，如輻射、吸煙與飲酒、不安全的食物、農(nóng)藥、抗生素、殺蟲劑和污染的空氣都是產(chǎn)生自由的因素。

物理因素：

①X射線→水射解→H·+OH· +O2 O2-·

②光離R· +O2 O2-· +R

光激發(fā)+O2 O2-·

化學因素：

無機：M++O2→M2++O2-·

有機：RH+O2→R·+O2-·+H+ +O2 O2-· +R

自由基的性質特點，含有未配對的電子，不穩(wěn)定，壽命短，它的化學性質非?；顫?，氧化能力強，能持續(xù)進行鏈式反應。一個初級的自由基在體內進行連鎖反應，會產(chǎn)生很多的自由基。如果不把源頭切除，自由基的影響就將是深遠的。

自由基有哪些生物學作用？首先參與重要生物活性物質的合成，其次是解毒作用，最后參與機體免疫系統(tǒng)的防御作用。所以體內要保持一定濃度的自由基。當然自由基也有對機體損傷的作用，如脂質過氧化作用、蛋白質過氧化作用、糖基化氧化作用、含氮活性小分子的作用和自由基對核酸和染色體的損傷。自由基在體內有好的也有不好的，我們希望它保持平衡，所以體內會有抗氧化防御系統(tǒng)，來保持氧化與抗氧化平衡，如抗氧酶、脂溶性抗氧化物質、水溶性抗氧化物質和蛋白質抗氧化物質。動物靠這些系統(tǒng)來保證自由基在體內的穩(wěn)恒。如果自由基過多或過少，那么會產(chǎn)生不平衡，就會引起氧化應激，氧化應激就會引起氧化損傷。所以正常情況下，動物體內的自由基是處于不斷產(chǎn)生與清除的動態(tài)平衡。

現(xiàn)代母豬發(fā)生了很多變化，如體成分的變化（瘦肉/脂肪比例提高），成熟體重更大，窩產(chǎn)仔數(shù)更多，仔豬成活率更高，泌乳量更高，對營養(yǎng)、環(huán)境及管理上的“應激因子”更敏感，不同胎次間的“連帶”效應更強。

同時，集約化飼養(yǎng)技術也加重了母豬氧化應激，如適應性品種，高產(chǎn)仔數(shù)，飼養(yǎng)方式，限位飼養(yǎng)，疾病，病原菌感染，營養(yǎng)（高能量、脂肪），抗生素、藥物、高銅，霉菌毒素，環(huán)境應激：溫度（熱應激、冷應激）和空氣質量。特別在生產(chǎn)上追求高產(chǎn)量、高營養(yǎng)、高代謝，這樣情況下會誘發(fā)產(chǎn)生過量的自由基。

我引用了以下試驗，利用不同日齡的金華豬與長白豬做比較，地方品種血清的總超氧化物岐化酶活性要高一籌。血清中谷胱甘肽過氧化物酶濃度，地方品種金華豬還是高于長白豬的。同樣過氧化氫酶也有類似的情況。外來品種產(chǎn)生血清丙二醛的要多，總的抗氧化能力金華豬要比長白豬強。

既然我們選擇了外來品種，就要給它更好的照料，更多的關注。圖4展示了溫度對豬血清MDA含量的影響。在常溫下，MDA含量比較低，當溫度在16 ℃～40 ℃的變化下，MDA含量顯著增加，高溫和低溫的變化會產(chǎn)生自由基，對氧化應激有嚴重的改變。

我們的國家是一個地域遼闊，溫度多變的國家，有的地方溫度很低，有的地方溫度很高，這些都會對動物具有不利的影響，高溫低溫下人類也會有不舒適感覺。集約化飼養(yǎng)會使氧化應激變得更嚴重，我們選擇了這種養(yǎng)殖方式，就要針對這種方式的特點采取相應的措施。在這里我給大家提供一些思路，抗氧化應激營養(yǎng)策略。從本質上說最好不要從營養(yǎng)上來解決，而是從育種上來解決，但在幾十年的育種中，機體的生產(chǎn)性能提高得很快，而機體的抗氧化能力提高得不快，甚至沒有提高，育種沒有解決之前只能靠營養(yǎng)去解決。

抗氧化應激的營養(yǎng)策略首先是消除氧化應激源。高溫，可以裝空調或者用其他方式來降溫，但是代價很大；如果空氣不好，我們也可改良；飼料中脂肪太高我們把脂肪降下來。但許多情況下不能如愿，不是你能辦到的。在正常的生理條件下，母豬在某個時期會產(chǎn)生更多的自由基，前面講過在妊娠110 d時母豬體內自由基的產(chǎn)生就會非常大，這時候我們要采取一些消除自由基的方法，實際上就是平衡抗氧化與氧化還原，原理很簡單，但實踐很困難。體內的自由基有幾百種，不同的自由基有不同的性質，現(xiàn)在一般采用抗氧化劑來清除自由基。但用單一的抗氧化劑不可能清除所有的自由基，或者達到一個理想的范圍。在這里我列出了一些抗氧化劑，這些氧化劑在實踐試驗中也都用，如N-乙酰半胱氨酸在醫(yī)學上用的很廣泛，作為一些藥物在使用。

舉一個例子怎樣來實行氧化應激與抗氧化的平衡。大豆異黃酮有幾種重要的生物學作用，對具有弱雌激素和抗雌激素的生物活性作用。在醫(yī)學實驗中，如果婦女每天服用30 mg～60 mg大豆異黃酮對更年期的不適癥非常有效，它能雙向調節(jié)雌激素以達到一個平衡的狀態(tài)，發(fā)揮機體的基本作用。研究證明大豆異黃酮還有非常強的抗氧化活性，能抑制和消滅自由基，減輕DNA氧化損傷，抑制脂質過氧化反應，誘導抗氧化酶基因表達，增強抗氧化酶活性，在抗氧化中有非常優(yōu)秀的表現(xiàn)。許多研究證明大豆異黃酮有抗氧化能力。

在養(yǎng)豬生產(chǎn)中，一個重要的蛋白質原料就是豆粕，或者大豆制品。豆粕跟豆粕制品中有非常豐富的大豆異黃酮。但日糧中使用 15 %～20 %甚至更多的豆粕怎么還會發(fā)生這樣的問題。研究表明，自然界存在的大豆異黃酮大部分是糖苷型，利用率非常低，大豆異黃酮只有2 %～3 %是苷元型（染料木素、大豆苷元和大豆黃素），97 %～98 %是糖苷型（葡萄糖苷型、乙?；咸烟擒招秃捅；擒招停?。不幸的是，糖苷型大豆異黃酮在體內不能直接吸收，須在小腸通過葡萄糖苷酶水解后才能吸收。對單胃動物來說，在腸道中這種分解比較弱，特別在小腸中更弱。大腸中有豐富的微生物，但是大腸的吸收能力又不夠。在豆粕中糖苷型的大豆異黃酮吸收能力比較低，苷元型吸收率比較高，活性較強。

圖5是大豆異黃酮的結構式，把葡萄糖苷結構切斷成苷元后就能吸收。如果用酶來分解，代價太高。用酸來分解，會破壞活性，而且酸也不能用于大豆發(fā)酵。最好是用微生物來分解豆粕，來解決這個問題。不同的微生物在不同條件下對大豆異黃酮的轉化不一樣。通過微生物把糖苷型轉化為苷元型大豆異黃酮，這是基本思路。高活性大豆異黃酮的發(fā)酵過程是把糖苷型轉化為苷元型，也就是把低活性轉化為高活性，這樣抗氧化能力就能提高。我們用這樣的產(chǎn)品在產(chǎn)前80 d飼喂到斷奶，仔豬14 d與21 d的體重、窩重都有顯著增加，增加了20 %。母豬的泌乳量也增加了，母豬的乳成分變化也很顯著。母豬體重增加，免疫球蛋白也有提高。母豬血清促生長因子、胰島素樣的生長因子、表皮生長因子都有顯著增加。母豬抗氧化能力增加，MDA顯著減少。

總結，重視繁殖母豬的氧化應激；促進母豬的氧化-抗氧化平衡；微生物發(fā)酵豆皮提高苷元型大豆異黃酮的轉化；高活性大豆異黃酮發(fā)酵豆皮在母豬日糧中的應用；修復母豬氧化損傷，促進機體代謝；促進母豬生殖潛力的發(fā)揮。

希望我們從氧化應激來考慮、分析，對我們的養(yǎng)殖有所幫助，謝謝大家！