輔酶Q10抗氧化作用的研究進展*

郭文慧，宋志剛

（山東農(nóng)業(yè)大學動物科技學院，山東 泰安 271018）

輔酶Q10抗氧化作用的研究進展*

郭文慧，宋志剛**

（山東農(nóng)業(yè)大學動物科技學院，山東 泰安 271018）

輔酶Q10，是生物體內(nèi)廣泛存在的脂溶性醌類化合物，參與生物氧化呼吸鏈中的電子傳遞，促進產(chǎn)生ATP，維持機體代謝與能量供應。同時，它也是重要的抗氧化劑和非特異性免疫增強劑。本文主要從自由基、動脈粥樣硬化、協(xié)同物質(zhì)三方面探討輔酶Q10的抗氧化作用及其抗氧化機理，為輔酶Q10在畜禽生產(chǎn)中的應用提供一定參考。

輔酶Q10；抗氧化功能；自由基；動脈粥樣硬化

輔酶Q10（英文名：Coenzyme Q10或 CoQ10），為脂溶性醌類化合物，分子式為C59H90O4,分子量為862，結(jié)構(gòu)式如圖1所示。它呈黃色或淡黃色結(jié)晶，無臭、無味，易溶于氯仿、苯、四氯化碳，溶于丙酮、石油醚及乙醚，微溶于乙醇，不溶于水和甲醇，遇光易分解成微紅色物質(zhì)，對溫度和濕度較穩(wěn)定，熔點為 49℃[1]。在動植物體內(nèi)，輔酶Q10與線粒體內(nèi)膜結(jié)合，參與呼吸鏈中質(zhì)子移位、電子傳遞、ATP合成，主要通過提取分離法、化學合成法、生物合成法等方法合成。目前，對于研究輔酶Q10的抗氧化作用成為熱點，本文將對輔酶Q10抗氧化作用及其機理做簡要介紹。

圖1 輔酶Q10的結(jié)構(gòu)式

1 輔酶Q10對抗氧化作用的調(diào)節(jié)

動物機體具有酶促與非酶促2個抗氧化體系。酶促系統(tǒng)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），非酶促系統(tǒng)主要包括維生素、氨基酸、金屬蛋白質(zhì)等[2]。

動物體內(nèi)輔酶Q10存在于線粒體內(nèi)膜上，與細胞產(chǎn)能過程密切相關(guān)，在細胞呼吸和ATP產(chǎn)能過程中起到傳遞電子和轉(zhuǎn)運蛋白的作用，有醌式（氧化態(tài)，CoQ10）和酚式（還原態(tài)，CoQ10H2）兩種存在狀態(tài)，大多數(shù)以氧化態(tài)形式存在，CoQ10H2不穩(wěn)定，易被氧化。相關(guān)研究表明，CoQ10H2主要發(fā)揮抗氧化作用，它可以抑制自由基介導的膜脂蛋白氧化損傷，在自由基攻擊線粒體膜時清除游離自由基、抑制氧化應激反應。彭亮等（2011）借助人體試驗表明，輔酶Q10能夠顯著提高超氧化物歧化酶和谷胱甘肽過氧化物酶活性，對人體具有抗氧化作用。目前，在醫(yī)學上，輔酶Q10在多種疾病的輔助治療中顯示，輔酶Q10可通過產(chǎn)生超氧化物陰離子自由基來清除游離自由基、抑制氧化應激反應，表現(xiàn)出抗氧化作用[3]。同時，輔酶Q10與動脈粥樣硬化也具有一定關(guān)系，低密度脂蛋白（LDL）是動脈粥樣硬化的關(guān)鍵因素，CoQ10H2可提高LDL游離氧化基的抗性，改善動脈粥樣硬化，部分研究也表明，輔酶Q10可與維生素E、抗壞血酸等抗氧化劑協(xié)同調(diào)節(jié)抗氧化作用。

2 輔酶Q10發(fā)揮抗氧化作用的機理

2.1 清除自由基

2.1.1 減少氧化應激 自由基指具有未配對價電子的原子、原子團、分子和離子等，是人體組織中許多生化反應的中間代謝產(chǎn)物。正常情況下，機體內(nèi)自由基的生成與代謝處于動態(tài)平衡之中，如果機體受到體外或者體內(nèi)的有害刺激，機體內(nèi)自由基數(shù)目會增多，抗氧化能力下降，在分子、細胞以及器官水平上產(chǎn)生毒害作用，損傷細胞成分、破壞細胞結(jié)構(gòu)，給機體造成損傷，這個過程即為氧化應激。

輔酶Q10主要集中于線粒體上，是一種氧化還原酶，作為線粒體中不同作用物氧化呼吸鏈的匯合點，參與氧化磷酸化，并產(chǎn)生ATP，為線粒體提供能量，是一種天然的抗氧化劑和自由基清除劑[4]。若線粒體內(nèi)輔酶Q10含量不足，則會造成線粒體內(nèi)某些抗氧化酶的活性降低，清除自由基能力下降。彭亮等（2012）研究輔酶Q10對自然衰老大鼠的抗氧化作用表明機體攝入外源性輔酶Q10，可以起到體內(nèi)抗氧化、延緩衰老的功效，輔酶Q10能有效降低動物機體內(nèi)脂質(zhì)過氧化產(chǎn)物 （MDA）和脂褐質(zhì)（Lip）的含量，并提高超氧化物歧化酶（SOD）和谷胱甘肽過氧化物酶 （GSH-Px）的活性；Dongwook Lee等（2014）研究輔酶Q10清除活性氧自由基對神經(jīng)退行性疾病中的神經(jīng)元細胞對氧化應激的保護作用，表明輔酶Q10可以通過調(diào)節(jié)Bax/Bad介導線粒體凋亡途徑以及防止線粒體改變保護視網(wǎng)膜缺血及蛋白表達來保護受氧化應激的網(wǎng)膜神經(jīng)節(jié)細胞，減輕視網(wǎng)膜缺血性損傷，由此可以看出，輔酶Q10在清除自由基和改善線粒體功能上具有重要作用。

2.1.2 穩(wěn)定細胞膜結(jié)構(gòu) 生物膜作為細胞的重要組成成分，能夠參與物質(zhì)運輸、信息傳遞、能量轉(zhuǎn)換、細胞識別等生理活動。自由基主要通過攻擊生物膜磷脂中的多不飽和脂肪酸，引起膜脂質(zhì)過氧化反應，對生物膜質(zhì)膜、線粒體膜、高爾基體膜和內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜等造成損傷，降低或消除膜上許多酶的活性，導致膜通透性增大，從而使生物膜系統(tǒng)的液體鑲嵌狀態(tài)發(fā)生改變，引起疾病發(fā)生，因此，清除自由基能夠穩(wěn)定細胞膜的構(gòu)型與結(jié)構(gòu)。輔酶Q10作為自身氧化劑，能夠起到激活劑、產(chǎn)生ATP、清除自由基、影響酶活性、維持鈣離子通道完整等作用，進而直接保護和恢復生物膜結(jié)構(gòu)。

2.1.3 抑制細胞凋亡 輔酶Q10可增加ATP生產(chǎn)效率，抑制線粒體滲透性轉(zhuǎn)換通道的開放及線粒體的去極化，并可直接清除自由基，保護線粒體DNA，從而阻止線粒體損傷和自由基的產(chǎn)生，起到抑制細胞凋亡的作用[5]。有研究表明，輔酶 Q10阻止細胞凋亡的機制可能是通過阻止線粒體膜轉(zhuǎn)運孔實現(xiàn)的，相對分子質(zhì)量超過1500的大分子通過開啟線粒體轉(zhuǎn)運孔進入，導致線粒體功能崩潰，而輔酶Q10通過阻止此轉(zhuǎn)運孔打開從而防止細胞凋亡的誘發(fā)[6]。Rosario等（2002）證明輔酶Q10可顯著降低經(jīng)準分子激光誘導的兔角膜細胞凋亡率；Menke等（2003）則報道說輔酶 Q10能夠通過保持線粒體的膜電勢從而減少魚藤酮對神經(jīng)元培養(yǎng)物的毒性，他們認為輔酶Q10可以通過提高細胞對凋亡步驟促發(fā)的抗性，即降低線粒體膜電勢來調(diào)控和產(chǎn)生細胞保護作用。后經(jīng)進一步證實，輔酶Q10對其它細胞，如多巴胺神經(jīng)元細胞[7]和角膜成纖維細胞[8]等，均有減少凋亡的作用。

2.2 輔酶Q10與動脈粥樣硬化 動脈粥樣硬化（AS）是由于脂肪堆積引起的發(fā)生于血管壁上的一種慢性炎癥性疾病[9]，流行病學研究已經(jīng)證實，血漿低密度脂蛋白的水平是心血管疾病發(fā)展的重要危險因素之一[10]。氧化低密度脂蛋白（ox-LDL）是一種存在于單核細胞中的趨化因子，能夠分化為巨噬細胞，導致充滿脂質(zhì)的泡沫細胞的形成和脂肪紋的發(fā)展，是在動脈粥樣硬化斑塊形成中的初期物質(zhì)。同時，低密度脂蛋白對血管內(nèi)皮細胞的細胞毒作用，增加血小板活化，刺激平滑肌細胞遷移和增殖，從而啟動了動脈粥樣硬化的過程[11]。

輔酶Q10可以降低或延緩LDL的氧化作用，其作用機理可總結(jié)為：輔酶Q10具有位點特異性抗氧化作用，可以保護LDL中的脂質(zhì)成分和蛋白質(zhì)成分免于氧化損傷，而CoQ10H2抗氧化能力強，能夠高效終止自由基鏈式反應并能抑制多種氧化誘導劑的作用，在不同氧化應激條件（強烈或比較溫和的）下抑制LDL脂質(zhì)過氧化，從而抑制動脈粥樣硬化的形成和發(fā)展[12]。從免疫學角度來說，ox-LDL是動脈粥樣硬化患者自身抗原，能夠刺激機體產(chǎn)生相應抗體，發(fā)生抗原抗體反應，參與動脈粥樣硬化的形成。孫姬等（2015）報道中提到輔酶Q10可增加動脈粥樣硬化大鼠血清高密度脂蛋白（HDL）量及改善其功能，降低大鼠體內(nèi)的氧化應激水平和影響主動脈炎癥因子的表達，從而可能發(fā)揮抑制AS形成及減少斑塊破裂的作用。

2.3 輔酶Q10與其他物質(zhì)的協(xié)同抗氧化作用 在動物機體內(nèi)，清除自由基的抗氧化物質(zhì)并不是單獨存在的，往往是與其他抗氧化物質(zhì)協(xié)同發(fā)揮抗氧化作用。目前，輔酶Q10常見與維生素E、抗壞血酸、L-肉堿發(fā)揮協(xié)同抗氧化作用。

2.3.1 輔酶Q10與維生素E 輔酶Q10是存在于細胞膜及細胞器膜上的脂溶性物質(zhì)，維生素E作為脂溶性維生素，能夠在機體內(nèi)協(xié)同發(fā)揮抗氧化作用，是一種重要的阻斷自由基鏈式反應的抗氧化劑[13]。維生素E能夠阻斷自由基鏈式反應，CoQ10H2能夠抑制脂質(zhì)過氧化的起始和終止自由基鏈式反應的發(fā)展，并且CoQ10H2可還原維生素E在清除自由基時產(chǎn)生的α-生育酚?；杂苫?，再生與節(jié)約維生素E而起抗氧化作用。若遇到氧化應激，維生素E在輔酶Q10協(xié)同作用下，可轉(zhuǎn)換為穩(wěn)定狀態(tài)，加快脂質(zhì)過氧化速度。白寧寧等（2007）研究水溶性輔酶Q10與維生素E協(xié)同對老齡小鼠和D-半乳糖衰老模型小鼠的抗氧化研究表明，水溶性輔酶Q10與維生素E具有協(xié)同抗氧化作用，可預防和延緩衰老。

2.3.2 輔酶Q10與抗壞血酸 抗壞血酸，也稱為維生素C，是一類已知的抗氧化劑化合物的最著名的成員之一，它包含一個γ抗壞血酸-內(nèi)酯環(huán)[14]，捐一個或兩個電子后還原性與抗氧化性增強，其上羥基自由基主要負責其抗氧化性能。它能夠清除自由基，能還原α-生育酚?；杂苫妥柚功?生育酚羥基自由基介導的鏈式反應的啟動，因此認為維生素E與抗壞血酸可以協(xié)同抑制脂質(zhì)過氧化，進而猜測輔酶Q10與抗壞血酸也具有一定協(xié)同作用。

2.3.3 輔酶Q10與L-肉堿 L-肉堿又稱為左旋肉堿，又叫維生素BT，它與動物體內(nèi)脂肪酸代謝相關(guān)，主要功能是作為載體將長鏈脂肪酸從線粒體膜外運送到膜內(nèi)以促進脂肪酸的β-氧化，促進脂肪代謝轉(zhuǎn)變?yōu)槟芰縖15]，是動物機體內(nèi)重要的抗氧化劑。輔酶Q10作為抗氧化劑可以與L-肉堿共同作用，加強抗氧化池，使細胞抗氧化力增強。耿愛蓮等（2005）證明在日糧中同時添加 L-肉堿與輔酶Q10能夠起到改善腹水癥肉雞肝臟部分脂質(zhì)代謝和降低抗氧化作用。

3 輔酶Q10的其他生理功能

3.1 增強免疫功能 輔酶Q10是存在于機體中的一種非特異性免疫增強劑，它能提高動物機體內(nèi)免疫細胞殺死病原菌的活力，增加機體內(nèi)白細胞數(shù)量、免疫球蛋白與特異性抗體含量，進而提高機體免疫機能。在動物機體內(nèi)，輔酶Q10能提高刀豆蛋白A（ConA）誘導的脾淋巴細胞的增殖能力，增強遲發(fā)型變態(tài)反應，激活單核-巨噬細胞吞噬系統(tǒng)的吞噬效率，提高自然殺傷細胞（NK）細胞活性，我們可以認為輔酶Q10對小鼠免疫功能的調(diào)節(jié)作用可能主要是通過激活NK細胞活性，進而發(fā)揮T細胞的功能，使巨噬細胞活化成為抗原提呈細胞，參與識別、吞噬和處理抗原、傳遞免疫信息等免疫反應過程來實現(xiàn)的。

徐彩菊等（2007）人針對于小鼠做輔酶Q10的免疫調(diào)節(jié)實驗，證明輔酶Q10具有增強小鼠特異性與非特異性免疫的作用，其作用機制可能與輔酶Q10能激活NK細胞、T細胞、巨噬細胞功能及清除氧自由基、穩(wěn)定膜電位等有關(guān)。

3.2 輔酶Q10其他功能 心臟病、高血壓等心腦血管疾病患者，經(jīng)檢測，他們組織以及血漿中輔酶Q10較少，因此，可以通過補充外源性輔酶 Q10，彌補血漿內(nèi)輔酶Q10的不足，提高線粒體的呼吸效率和ATP的產(chǎn)生能力，可作為心肌代謝復活劑來使用；輔酶Q10能有效消除他汀類藥物導致的橫紋肌溶解等不良反應，輔助他汀類藥物發(fā)揮降血脂作用；臨床實驗表明，天生缺少輔酶Q10的病人容易患有腦肌病，對他們進行少量的輔酶Q10補充，能有效地提高治療效果[16]；輔酶Q10還參與細胞信息傳遞、基因表達等生命活動，還具有改善微循環(huán)障礙，促進學習記憶[17]等功能。

4 輔酶Q10在畜禽生產(chǎn)中的應用研究

近幾年，針對輔酶Q10抗氧化作用的研究主要集中于動物疾病的模型上。耿愛蓮等（2005）采用低溫處理誘發(fā)肉雞腹水癥，研究了日糧中單獨和同時添加L-肉堿和輔酶Q10對肉雞生產(chǎn)性能以及腹水癥發(fā)生敏感性的影響，表明添加輔酶Q10對肉雞生產(chǎn)性能影響不顯著，但可降低肉雞腹水癥的死亡率；楊景等（2011）在大豆異黃酮和輔酶Q10聯(lián)合添加對高能飼料引起的肉雞腹水和猝死的影響實驗表明，單獨添加輔酶Q10能夠減少因高能引起的肉雞死亡、猝死、腹水和心包積液的發(fā)生，使肉雞死亡數(shù)由25/100降到2/100，猝死數(shù)由25/100降到1/100；顧瑩（2011）在禽痛風機體臨床病理學研究中提到，日糧中添加輔酶Q10能夠顯著降低血清中尿酸（UA）、肌醉（Cr）、尿素氮（BUN）的含量，添加輔酶Q10的兩組雞腎小管和腎小球的病變程度明顯輕于日糧中未添加輔酶Q10的一組雞，表現(xiàn)為腎小管上皮細胞水腫減輕、炎性細胞減少，腎小管、腎小球結(jié)構(gòu)變清晰。

曲潤波（2012）在高膽固醇血癥對兔心肌能量代謝的影響以及阿托伐他汀和輔酶Q10的干預作用中顯示，阿托伐他汀聯(lián)合輔酶Q10組與阿托伐他汀組相比，兔心肌線粒體中ATP與輔酶Q10含量顯著增加，表明外源性補充輔酶Q10可增加心肌線粒體輔酶Q10數(shù)量，減輕心肌線粒體能量代謝障礙；高修歌等（2015）在研究輔酶Q10對豬肉品質(zhì)的影響中表明日糧中添加輔酶Q10能顯著改善肉質(zhì)并能減緩褪色的速度，起到穩(wěn)定肉色的作用，綜合生產(chǎn)成本等指標確定輔酶Q10適宜添加量為10mg·kg-1；于瓊等（2015）用環(huán)磷酰胺（CTX）快速誘導大鼠骨質(zhì)疏松模型，觀察輔酶Q10對CTX大鼠股骨松質(zhì)骨微觀結(jié)構(gòu)和生物力學性能的影響，并與阿侖膦酸鈉（ALD）的效果進行對比，結(jié)果顯示輔酶Q10組大鼠股骨的微觀參數(shù)骨體積分數(shù)和骨小梁厚度兩個參數(shù)得到明顯修復，骨生物力學參數(shù)除斷裂應變外均得到了明顯修復，表明輔酶Q10具有一定修復CTX大鼠股骨微觀結(jié)構(gòu)的能力，并且其修復骨質(zhì)量、降低股骨骨折風險的能力優(yōu)于ALD，對抗骨質(zhì)疏松具有很好作用。

5 小結(jié)

綜上所述，輔酶Q10是各種類型細胞發(fā)揮正常生理功能不可或缺的前提，它主要通過清除自由基、動脈粥樣硬化、與其他抗氧化物質(zhì)協(xié)同來發(fā)揮抗氧化作用。同時，它還能夠增強免疫活性，在動物機體心臟、肝臟等實質(zhì)性器官的改善、眼部疾病的治療等方面也具有重要作用。因此，研究輔酶Q10抗氧化作用的調(diào)節(jié)及其機理等內(nèi)容對提高動物生產(chǎn)性能、保障動物健康具有重要意義。

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The research progress of coenzyme Q10antioxidant effect

GUO Wen-hui，SONG Zhi-gang
(Shandong Agricultural University College of Animal Science and Technology，Shandong Taian 271018，China)

Coenzyme Q10,a lipid soluble compounds,which widely exists in living organisms.It takes part in the electron transport in the respiratory chain,promotes the production of ATP to maintain the body metabolism and supply energy.Meanwhile it is also the important antioxidant and nonspecific immunity boosters.In this paper,we willstudy the antioxidantactivity and antioxidantmechanism ofcoenzyme Q10from the free radicals,atherosclerosis,and synergistic substances, which provides a reference for the further application of the antioxidant function of coenzyme Q10in livestock production.

coenzyme Q10;antioxidant function;free radical;atherosclerosis

Q552

A

1673-1085（2016）11-0014-05

2016-10-20

山東省現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系家禽創(chuàng)新團隊項目(SDAIT-13-011-08)。

郭文慧（1994-），女，山東濱州人，本科生，動物科學專業(yè)。E-mail：18754807306@163.com。

**通信作者：宋志剛，教授，博士生導師，E-mail: naposong@qq.com。