畜禽養(yǎng)殖中氧化應(yīng)激對(duì)腸道功能的影響

宋立莉

摘要：畜禽養(yǎng)殖的生產(chǎn)過程中氧化還原反應(yīng)對(duì)需氧生命尤為重要，但不受控的氧自由基的生成具有危害。機(jī)體內(nèi)不斷生成自由基，而體內(nèi)通過酶和非酶機(jī)制構(gòu)成的抗氧化防御系統(tǒng)阻止活性氧的損傷作用。本文將對(duì)畜禽養(yǎng)殖過程中氧化應(yīng)激情況以及對(duì)腸道功能的影響進(jìn)行介紹，旨在為畜禽的健康養(yǎng)殖帶來(lái)幫助。

關(guān)鍵詞：畜禽養(yǎng)殖;氧化應(yīng)激;腸道功能;腸道炎癥;谷胱甘肽

研究發(fā)現(xiàn)畜禽機(jī)體中抗氧化系統(tǒng)主要由三部分組成包括抗氧 化酶：SOD、GPX、CAT;小分子抗氧化劑：VE、VC、類胡蘿卜素類、 尿酸、GSH、多酚;可結(jié)合過渡金屬元素的蛋白，包括儲(chǔ)存和轉(zhuǎn)移運(yùn) 輸這些金屬離子的蛋白，如鐵蛋白、血漿銅藍(lán)蛋白和金屬硫蛋白。 根據(jù)抗氧化系統(tǒng)中生物分子差異，包括谷氧還蛋白系統(tǒng)、硫氧還蛋 白系統(tǒng)、谷胱甘肽系統(tǒng)。硫氧還蛋白系統(tǒng)包括 NADPH、硫氧還蛋白 還原酶和硫氧還蛋白，是主要的二硫化物還原酶系統(tǒng)，可向多類酶 提供電子并發(fā)現(xiàn)對(duì)于 DNA 合成和防御氧化應(yīng)激十分重要。正常情 況下硫氧還蛋白作為胞內(nèi)蛋白發(fā)揮作用，但在氧化應(yīng)激和炎癥發(fā)生時(shí)，硫氧還蛋白被誘導(dǎo)產(chǎn)生并釋放進(jìn)入血液。在胞外的硫氧還蛋 白部分通過緩解氧自由基影響發(fā)揮抗氧化作用，同時(shí)也調(diào)控多個(gè) 炎癥過程，包括炎癥細(xì)胞的激活、趨化和凋亡。

1 畜禽機(jī)體的谷胱甘肽抗氧化系統(tǒng)

谷胱甘肽系統(tǒng)是哺乳動(dòng)物細(xì)胞中另一主要的巰基依賴抗氧化 系統(tǒng)，通過谷胱甘肽有效地移除多類氧自由基參與氧化應(yīng)激防御， 其中心分子谷胱甘肽是在哺乳動(dòng)物細(xì)胞內(nèi)最為豐富的非蛋白巰 基。谷胱甘肽為水溶性三肽，在胞質(zhì)、胞核、線粒體中含量豐富，是 這些細(xì)胞結(jié)構(gòu)的主要可溶性抗氧化劑。谷胱甘肽的穩(wěn)態(tài)由內(nèi)源合 成和氧化型谷胱甘肽經(jīng)谷胱甘肽還原酶再生及通過鈉依賴性轉(zhuǎn)移 系統(tǒng)攝取進(jìn)行維持。谷胱甘肽由谷氨酸半胱氨酸合成酶和谷胱甘 肽合成酶的組成性作用所催化形成，其中谷氨酸半胱氨酸合成酶 為谷胱甘肽生物合成的限速酶，由重鏈催化亞基和輕鏈調(diào)節(jié)亞基 組成的異二聚體[1]。谷氨酸半胱氨酸合成酶為介導(dǎo)谷胱甘肽合成的 限速酶，但受到谷胱甘肽的負(fù)反饋調(diào)節(jié)，并受到半胱氨酸這一合成 限制底物利用率的調(diào)節(jié)。而氧化劑如過氧化氫已知可刺激半胱氨 酸的攝取和谷胱甘肽的合成。生物合成的谷胱甘肽為還原型，可形成氧化型谷胱甘肽并與之共同平衡氧化環(huán)境。氧化型谷胱甘肽也 可被特定轉(zhuǎn)運(yùn)體排出細(xì)胞質(zhì)，該轉(zhuǎn)運(yùn)體是在氧化應(yīng)激或異物刺激 下特異性針對(duì)氧化谷胱甘肽或耦聯(lián)物，也是調(diào)節(jié)細(xì)胞內(nèi)氧化還原 電勢(shì)的方式之一。全細(xì)胞的氧化型谷胱甘肽變化完全依賴轉(zhuǎn)運(yùn)體 介導(dǎo)的隔離作用，在通常認(rèn)為的“氧化應(yīng)激”下，例如敲除 GR1 或和 H2O2 處理，胞質(zhì)谷胱甘肽穩(wěn)態(tài)維持，同時(shí)胞質(zhì)內(nèi)氧化型谷胱甘 肽維持低水平<5mM，而全細(xì)胞氧化型谷胱甘肽顯著升高占到全細(xì)胞總谷胱甘肽庫(kù)的 30%，而動(dòng)態(tài)測(cè)定表明 H2O2 處理僅造成胞質(zhì) 氧化型谷胱甘肽瞬態(tài)升高并迅速恢復(fù)，同樣全細(xì)胞氧化型谷胱甘 肽顯著升高。

2 畜禽氧化應(yīng)激與腸道炎癥

腸道炎癥由多種應(yīng)激源或感染物質(zhì)介導(dǎo)，進(jìn)而導(dǎo)致活性氧生 成并干擾氧化還原平衡狀態(tài)。腸道炎癥導(dǎo)致細(xì)胞氧自由基水平升 高，而氧化應(yīng)激加劇腸道損傷。胃腸道是氧自由基的重要來(lái)源，氧 自由基可在腸腔和腸黏膜中產(chǎn)生。未消化的物質(zhì)如酒精、膽固醇氧 化導(dǎo)致形成促氧化環(huán)境。此外駐留微生物、感染或藥物可促進(jìn)自由基的形成，白細(xì)胞和淋巴細(xì)胞向腸黏膜的遷移通過“呼吸暴發(fā)”產(chǎn) 生氧自由基。因此顯著的氧化應(yīng)激與黏膜侵蝕相關(guān)，是多種腸道疾病包括胃十二指腸潰瘍、胃腸道惡性腫瘤和炎癥性腸道疾病的發(fā)生部分，均是由于氧化應(yīng)激所導(dǎo)致的。胃腸道中自由基源自位于固 有層駐留的白細(xì)胞中的黏膜黃嘌呤氧化酶和 NADPH 氧化酶，而結(jié) 腸中的氧化應(yīng)激本質(zhì)上源于白細(xì)胞侵入導(dǎo)致的 NOX2，而且結(jié)腸上 皮細(xì)胞自身可產(chǎn)生過氧陰離子。在胃腸道中由中性粒細(xì)胞產(chǎn)生的 過氧化氫隨后被髓過氧化物酶利用生成次氯酸離子。需要指出的 是，相比于過氧陰離子的高活性、不穩(wěn)定、不可穿膜的作用特性，只 能在產(chǎn)生部位氧化周邊分子，而過氧化氫可穿透細(xì)胞膜并可氧化 較遠(yuǎn)處的組分，如病菌質(zhì)膜。氧化損傷可導(dǎo)致腸道黏膜損傷和結(jié)腸炎癥。在生理水平下，腸細(xì)胞中基礎(chǔ)氧自由基水平存在差異，即小 腸中氧自由基濃度較低而結(jié)腸中濃度較高，可能影響氧化蛋白、脂 質(zhì) DNA 水平，導(dǎo)致結(jié)腸更易發(fā)生腸道疾病[2]。

炎癥性腸道疾病患者活性氧產(chǎn)物檢測(cè)發(fā)現(xiàn)，整體上在多個(gè)器 官系統(tǒng)表現(xiàn)出過多的氧化分子，在克羅恩病中表現(xiàn)更為突出。總的 來(lái)說氧化物質(zhì)可誘導(dǎo)炎癥性腸道疾病臨床和組織特征，如：①過氧 化氫灌腸治療糞便阻塞療法因發(fā)現(xiàn)可引起結(jié)腸炎的多個(gè)病例報(bào)道 而廢止;②谷胱甘肽敲除小鼠表現(xiàn)出與炎癥性腸道疾病一致的特 征和病理變化;③活性氧及其產(chǎn)物可破壞結(jié)腸上皮，增加黏膜通透 性，克羅恩病患者即使在疾病靜息期及其 40%的一級(jí)親屬在無(wú)確 實(shí) 的炎癥下腸道通透性依然增加，而氧化應(yīng)激在結(jié)腸炎連鎖發(fā)生 前既已發(fā)生，而非活性氧分子為結(jié)腸炎過程中的副產(chǎn)物[3]。

3 畜禽機(jī)體氧化油脂影響腸道屏障功能

在養(yǎng)殖過程中為保證畜禽能量需要，常添加植物油脂以改善飼料能值，而多不飽和脂肪酸尤其是在生產(chǎn)加工和儲(chǔ)存過程中暴 露于熱、光、氧氣、過渡金屬易發(fā)生氧化反應(yīng)，是自由基產(chǎn)生的主要 來(lái)源。脂質(zhì)過氧化是與動(dòng)物生產(chǎn)性能和健康緊密相關(guān)的重要質(zhì)量 因素，綜合文獻(xiàn)報(bào)道發(fā)現(xiàn)與同種來(lái)源的未氧化脂質(zhì)日糧處理相比，飼喂等能氧化脂質(zhì)日糧導(dǎo)致生長(zhǎng)速率降低 11.4%、采食量降低 8.8%，同時(shí)飼喂氧化脂質(zhì)對(duì)豬的代謝氧化狀態(tài)造成負(fù)面影響。腸道 黏膜直接暴露于日糧來(lái)源的氧化脂肪酸，極易發(fā)生氧化還原失衡， 在攝入大量氧化脂肪后發(fā)生氧化應(yīng)激。

4 畜禽氧化應(yīng)激和炎癥對(duì)腸道屏障功能的影響

腸道暴露于由上皮細(xì)胞代謝、食物消化和駐留免疫細(xì)胞產(chǎn)生的過氧陰離子和過氧化氫等氧自由基，而日糧中的抗氧化組分可 通過自由基直接清除或內(nèi)源抗氧化劑的間接 提高作用保護(hù)腸道免 于氧化損傷。腸上皮氧化還原環(huán)境穩(wěn)態(tài)控制對(duì)于腸道營(yíng)養(yǎng)的消化、吸收、干細(xì)胞增殖、腸絨毛頂端腸細(xì)胞凋亡和免疫應(yīng)答至關(guān)重要。 腹腔注射百草枯誘導(dǎo)大鼠腸道氧化應(yīng)激，空腸黏膜活性氧、丙二醛 水平增加和閉鎖蛋白表達(dá)下降。研究證據(jù)更傾向于在其他機(jī)制引 發(fā)后，腸道屏障損傷加劇了腸道炎癥，而且腸道屏障損傷在炎癥性腸道疾病早期發(fā)揮誘導(dǎo)作用。結(jié)腸炎通常伴隨著黏液屏障的破壞， 雖然炎癥反應(yīng)逐步降低了黏液和糞便中的細(xì)菌數(shù)量，但炎癥本身 并不能阻止細(xì)菌遷移與向黏膜的黏附和侵入[4]。

5 小結(jié)

畜禽養(yǎng)殖過程中氧化應(yīng)激會(huì)給腸道功能帶來(lái)負(fù)面影響，誘發(fā)腸道炎癥等疾病，降低畜禽的健康狀況和生產(chǎn)性能，通過降低畜禽養(yǎng)殖中的應(yīng)激狀況可以有效改善畜禽機(jī)體狀況，提高畜禽養(yǎng)殖的經(jīng)濟(jì)效益。

參考文獻(xiàn)：

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