硫辛酸替代抗生素在動(dòng)物生產(chǎn)中的研究進(jìn)展

孫全友,王琳,周 瑩,徐 彬

河南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院畜牧獸醫(yī)研究所,河南 鄭州 450002

0 引言

硫辛酸屬于類維生素物質(zhì),是一種輔酶,存在于動(dòng)植物體內(nèi),最早于1950年從豬肝中提取得到,在清除自由基、螯合金屬離子、減輕氧化應(yīng)激、調(diào)節(jié)脂質(zhì)代謝等多方面有重要作用。本文就硫辛酸作為一種功能性添加物的生理功能和在動(dòng)物生產(chǎn)中的替抗應(yīng)用研究進(jìn)行了綜述,為其作為功能性飼料添加劑的開發(fā)及應(yīng)用提供科學(xué)參考。

1 硫辛酸概述

硫辛酸是一種天然存在的二硫醇化合物,具有較高的電荷密度,在線粒體生物能量學(xué)中起著重要作用。硫辛酸可以通過(guò)多種合成方法獲得,產(chǎn)品呈淡黃色或黃色粉狀形態(tài) 。研究表明,最早在1957年Bullock通過(guò) Friedel-Craft′s烷基化方法得到合成a-硫辛酸。另外還有Baryer-Villiger氧化反應(yīng)法、普林斯反應(yīng)法、環(huán)己酮和乙烯基乙醚法及6,8-二氯辛酸乙酯法等硫辛酸制備方法,但各方法取得硫辛酸收率均低于50%,成本和步驟均不理想。相對(duì)來(lái)說(shuō),6,8-二氯辛酸乙酯法適合工廠化生產(chǎn)[1]。唐樹民 等[2]研究顯示6,8-二氯辛酸乙酯法獲取的硫辛酸,總收率達(dá)到43%,純度不小于99%,熔點(diǎn)61℃左右,且在加工過(guò)程中溶劑利用率高,殘留在5‰以下。

2 硫辛酸的生化功能

2.1 直接清除自由基

該物質(zhì)在動(dòng)物體內(nèi)能夠通過(guò)反應(yīng)生成雙硫醇式的還原型——二氫硫辛酸。它能夠自動(dòng)去除H2O2、-OH、ONOO-、NO、HClO以及單線態(tài)氧等基團(tuán);二氫硫辛酸能夠去除硫辛酸不能去除的超氧基團(tuán)與過(guò)氧化氫等基團(tuán),減少生物機(jī)體由于氧化形成的損害[3]。Shay et al.[4]研究證明硫辛酸與二氫硫辛酸能夠在機(jī)體內(nèi)完成一系列的相互轉(zhuǎn)化和代謝再生,直接清除上述所有自由基,在機(jī)體中發(fā)揮重要的抗氧化功能。Jesudason et al.[5]研究發(fā)現(xiàn)硫辛酸可以穿透血腦屏障,減少細(xì)胞毒性,降低由過(guò)氧化氫引起的細(xì)胞內(nèi)自由基含量,最終抑制機(jī)體發(fā)生氧化損傷。劉敏 等[6]通過(guò)試驗(yàn)證明(二氫)硫辛酸可在動(dòng)物體內(nèi)彼此轉(zhuǎn)換和二次生成,去除動(dòng)物體內(nèi)除單線態(tài)氧的多余游離基團(tuán)。

2.2 螯合金屬離子

動(dòng)物體內(nèi)如存在過(guò)量的Cu2+、Fe3+、Pb2+、Hg2+、Zn2+等離子可能會(huì)加速H2O2反應(yīng),生成有害的-OH基團(tuán),導(dǎo)致動(dòng)物機(jī)體的氧化損害。Osfor et al.[7]研究發(fā)現(xiàn)硫辛酸與二氫硫辛酸在機(jī)體內(nèi)外均能螯合上述金屬離子,抑制自由基的形成,降低氧化損傷發(fā)生率。Peimian et al.[8]研究顯示,硫辛酸能和二價(jià)銅離子結(jié)合形成親脂絡(luò)合物,能抑制其引起的體內(nèi)組織發(fā)生氧化及脂質(zhì)過(guò)氧化。馬駿 等[9]在研究非營(yíng)養(yǎng)性抗氧化劑硫辛酸在水產(chǎn)動(dòng)物中應(yīng)用時(shí)發(fā)現(xiàn),飼料中添加硫辛酸700 mg/kg時(shí),可以顯著降低60 d皺紋盤鮑各組織中銅的含量。賀奇凱 等[10]研究發(fā)現(xiàn),硫辛酸在體內(nèi)會(huì)轉(zhuǎn)化成二氫硫辛酸,通過(guò)螯合Cu2+減少其所誘導(dǎo)的抗壞血酸氧化及脂質(zhì)過(guò)氧化,與二價(jià)鉛離子螯合以降低動(dòng)物機(jī)體肝細(xì)胞的毒性,同時(shí)能夠螯合 Fe3+、Fe2+,把Fe3+轉(zhuǎn)換成Fe2+。

2.3 減少體內(nèi)氧化應(yīng)激,調(diào)節(jié)脂質(zhì)代謝

氧化應(yīng)激是游離基團(tuán)在動(dòng)物體內(nèi)發(fā)生的一類消極反應(yīng),使動(dòng)物體內(nèi)的中性粒細(xì)胞出現(xiàn)炎癥,產(chǎn)生更多的蛋白酶,生成更多氧化中間產(chǎn)物,會(huì)加快動(dòng)物的衰老和死亡。崔玨 等[11]通過(guò)試驗(yàn)證明,硫辛酸的添加能夠去除動(dòng)物腸內(nèi)的游離基團(tuán),重新建立反應(yīng)平衡,避免出現(xiàn)氧化應(yīng)激反應(yīng)。王艷艷 等[12]研究發(fā)現(xiàn),添加硫辛酸能顯著降低高脂日糧引起小鼠消化系統(tǒng)生成過(guò)多自由基而影響機(jī)體抗氧化功能的發(fā)生率,緩解營(yíng)養(yǎng)性氧化應(yīng)激。孫健 等[13]研究表明,硫辛酸作為生物抗氧化劑能緩解和改善奶牛圍生期氧化應(yīng)激反應(yīng),對(duì)改善奶牛圍生期的健康狀況具有重要意義。朱曉冉 等[14]研究顯示,硫辛酸能明顯控制燒傷家兔炎性反應(yīng),減少脂質(zhì)過(guò)氧化產(chǎn)生的氧化應(yīng)激,并減輕機(jī)體氧化損傷。劉品 等[15]研究結(jié)果表明,硫辛酸能顯著提高大口黑鱸血清過(guò)氧化氫酶和肝臟總超氧化物歧化酶的活性,減少體內(nèi)氧化應(yīng)激。

動(dòng)物發(fā)生脂肪肝和高血脂等代謝性疾病,通常是體內(nèi)脂質(zhì)代謝紊亂引起脂質(zhì)沉積異常而導(dǎo)致,并最終影響動(dòng)物生長(zhǎng)性能。楊瑞麗 等[16]通過(guò)試驗(yàn)證明,硫辛酸能夠高效去除游離基團(tuán),并且重新建立游離基團(tuán)/氧化應(yīng)激反應(yīng),促進(jìn)對(duì)應(yīng)遺傳物質(zhì)的表達(dá),盡可能消除脂質(zhì)導(dǎo)致的氧化-抗氧化體系混亂,消除氧化應(yīng)激反應(yīng),對(duì)于脂質(zhì)導(dǎo)致的糖脂代謝失調(diào)有很好的治療功能。徐暢[17]在分析硫辛酸對(duì)于動(dòng)物體內(nèi)甘油三酯的分解以及飼料內(nèi)脂質(zhì)的調(diào)節(jié)效果時(shí)通過(guò)試驗(yàn)證明,飼料中加入硫辛酸明顯調(diào)節(jié)了動(dòng)物體內(nèi)的脂肪酸與氨基酸的消化,肝胰腺中甘油三酯的含量隨著硫辛酸添加劑量的增加而升高,同時(shí)明顯促進(jìn)了飼糧內(nèi)抗氧化物的消化與過(guò)濾,增加了組織的抗氧化功能。李曉紅 等[18]在研究硫辛酸對(duì)大鼠肺氧化應(yīng)激損傷時(shí),通過(guò)檢測(cè)大鼠肺泡灌洗液中抗氧化指標(biāo)分析得出,隨著硫辛酸劑量增加,抗氧化酶活力逐漸升高,可使大鼠血清、肺泡灌洗液及肺組織中超氧化物歧化酶、谷胱甘肽、谷胱甘肽過(guò)氧化物酶含量或活力降低,丙二醛含量升高,對(duì)PM2.5導(dǎo)致的肺氧化應(yīng)激損傷具有一定程度的保護(hù)作用。Xu et al.[19]在研究硫辛酸對(duì)中華絨螯蟹肝胰臟脂肪分解代謝時(shí)發(fā)現(xiàn),飼糧中分別添加700、1400 mg/kg的硫辛酸,能顯著增加中華絨螯蟹全身和肝胰腺的脂質(zhì)積累,且和劑量呈正相關(guān)。胡陽(yáng)陽(yáng) 等[20]研究顯示,硫辛酸能通過(guò)提高動(dòng)物脂質(zhì)分解酶、抑制脂質(zhì)合成酶以及脂肪合成相關(guān)激素的含量,抑制脂質(zhì)沉積,最終調(diào)節(jié)動(dòng)物體內(nèi)脂質(zhì)代謝平衡,保證動(dòng)物健康生長(zhǎng)。黃陳翠 等[21]在分析硫辛酸對(duì)動(dòng)物組織細(xì)胞脂肪消化的作用時(shí)通過(guò)試驗(yàn)證明,在動(dòng)物組織細(xì)胞HSL與CPT1當(dāng)中的遺傳物質(zhì)表達(dá)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)硫辛酸能夠加快脂肪的水解與β-氧化,減少組織細(xì)胞中的脂肪水平。金永燕 等[22]發(fā)現(xiàn)在日糧中添加250 mg/kg硫辛酸可以顯著降低肉雞血清中甘油三脂及膽固醇含量,改善機(jī)體脂質(zhì)及蛋白質(zhì)的代謝。

2.4 激活內(nèi)源性抗氧化劑再生

硫辛酸的還原態(tài)二氫硫辛酸是一種強(qiáng)還原劑。有研究表明,在動(dòng)物體內(nèi),硫辛酸可以被快速吸收并還原生成二氫硫辛酸,分散至各組織中,能將動(dòng)物體內(nèi)的抗氧化劑還原再生[4]。動(dòng)物體內(nèi)有許多內(nèi)源性抗氧化劑如VC、VE、輔酶Q及谷胱甘肽等,硫辛酸具有激活機(jī)體內(nèi)內(nèi)源性抗氧化劑的代謝、再生的功能,可以維持動(dòng)物體內(nèi)的抗氧化劑處于正常水平。多種內(nèi)源性抗氧化劑共同配合下才能清除過(guò)量活性氧自由基,共同完成抗氧化功能[23]。陳大偉 等[24]研究發(fā)現(xiàn)在蛋雞飼糧中添加硫辛酸能夠恢復(fù)抗氧化酶的活性,減少必需微量元素的損失,緩解砷的毒性損傷。

3 硫辛酸在動(dòng)物生產(chǎn)中替代抗生素的研究進(jìn)展

“禁抗令”的實(shí)施,使無(wú)抗飼養(yǎng)將成為養(yǎng)殖業(yè)的主要生產(chǎn)方式。為保證畜禽在無(wú)抗條件下具有優(yōu)良的生產(chǎn)性能,在飼料中添加一些能提高機(jī)體免疫力、抗氧化力的功能性添加劑成為必要的營(yíng)養(yǎng)調(diào)控手段。硫辛酸對(duì)動(dòng)物生產(chǎn)有改善生長(zhǎng)性能、保障腸道健康、增強(qiáng)抗氧化能力等多種功效,在替抗應(yīng)用中有巨大潛力[25]。

3.1 提高動(dòng)物生產(chǎn)性能

相關(guān)研究證明,硫辛酸能夠提高動(dòng)物的生產(chǎn)性能。汪善鋒 等[26]研究證明,硫辛酸可顯著提高育肥豬的生產(chǎn)性能,其中平均日增重增加16%,料肉比減少5%。張紅瑞 等[27]試驗(yàn)結(jié)果顯示,硫辛酸可顯著提高綿羊的平均日采食量。毛亞芳 等[28]研究表明,硫辛酸可使綿羊的平均日增重增加29%。硫辛酸對(duì)肉雞的生產(chǎn)性能也有顯著的改善作用。張新宇 等[29]為分析硫辛酸對(duì)肉雞生產(chǎn)水平的作用,將300只28日齡雄肉雞,分成3個(gè)處理,各處理分別設(shè)置10個(gè)重復(fù),各重復(fù)分別設(shè)置10只肉雞。結(jié)果顯示,日糧中添加300 mg/kg硫辛酸組與對(duì)照組相比,平均日增重提高了12.6%,料肉比降低了6.2%(p<0.05),顯著提高肉雞生產(chǎn)性能。郭志有 等[30]在研究日糧中添加不同水平的硫辛酸對(duì)肉雞生長(zhǎng)性能、胴體性狀和抗氧化功能的影響時(shí),選用1日齡肉雞240只(公雛),隨機(jī)分為5個(gè)處理組。分別在4個(gè)試驗(yàn)組基礎(chǔ)飼糧當(dāng)中加入250、500、750、1 000 mg/kg的硫辛酸;結(jié)果顯示,日糧添加硫辛酸250～500 mg/kg劑量時(shí),整個(gè)飼養(yǎng)階段,肉雞的采食量和體質(zhì)量都表現(xiàn)為增加。也有研究發(fā)現(xiàn),日糧中分別添加5、50 mg/kg硫辛酸對(duì)肉雞的生產(chǎn)速度無(wú)影響[31],而飼糧中添加過(guò)量硫辛酸(1 000 mg/kg)則降低了肉雞相對(duì)增長(zhǎng)率,不利于動(dòng)物生長(zhǎng)[32]。由此可見,飼料中添加一定量的硫辛酸能有效改善肉雞的生長(zhǎng)性能,但添加量過(guò)低效果不明顯,過(guò)量添加則會(huì)降低動(dòng)物食欲并減少采食量,對(duì)生長(zhǎng)性能造成不良影響。

3.2 增強(qiáng)動(dòng)物機(jī)體抗氧化水平

動(dòng)物生產(chǎn)過(guò)程中有許多因素如養(yǎng)殖環(huán)境、飼料等會(huì)損害機(jī)體的抗氧化系統(tǒng),誘導(dǎo)氧化應(yīng)激,而引發(fā)組織器官損傷、導(dǎo)致發(fā)生疾病。硫辛酸作為一種抗氧化劑被越來(lái)越多的專家學(xué)者進(jìn)行動(dòng)物試驗(yàn)研究,探索其對(duì)機(jī)體抗氧化功能的作用。超氧化物歧化酶、谷胱甘肽過(guò)氧化物酶、谷胱甘肽巰基轉(zhuǎn)移酶和丙二醛是常用表達(dá)動(dòng)物機(jī)體抗氧化水平的重要指標(biāo),通過(guò)檢測(cè)試驗(yàn)動(dòng)物血液中的抗氧化指標(biāo)發(fā)現(xiàn),硫辛酸能顯著提高動(dòng)物的抗氧化水平。對(duì)小鼠、大鼠的研究表明,硫辛酸能顯著提高試驗(yàn)動(dòng)物血清和肝臟組織中超氧化物歧化酶和谷胱甘肽過(guò)氧化物酶活性,降低丙二醛含量[33-35]。對(duì)水產(chǎn)動(dòng)物的試驗(yàn)研究顯示,飼糧中添加硫辛酸能顯著提高動(dòng)物血清、腎臟、肝臟、肌肉和腦組織中超氧化物歧化酶、谷胱甘肽巰基轉(zhuǎn)移酶和超氧化物歧化酶活性,降低丙二醛含量[36-37]。在對(duì)育肥豬的研究中,汪善鋒 等[38]發(fā)現(xiàn),硫辛酸能顯著提高動(dòng)物血清中超氧化物歧化酶、谷胱甘肽過(guò)氧化物酶、谷胱甘肽巰基轉(zhuǎn)移酶活性和總抗氧化能力,顯著降低MDA含量,證明硫辛酸能有效減少動(dòng)物的氧化應(yīng)激發(fā)生概率和程度。在對(duì)家禽的研究中,郭志有[39]在肉雞日糧中添加硫辛酸研究其對(duì)肉雞抗氧化的影響及其作用機(jī)制,結(jié)果顯示,在基礎(chǔ)日糧中分別加入250、500、750 mg/kg硫辛酸的3個(gè)處理中,肉雞血清中總超氧化物歧化酶、過(guò)氧化氫酶、谷胱甘肽、谷胱甘肽過(guò)氧化物酶和總抗氧化能力顯著升高(p<0.05),同時(shí)發(fā)現(xiàn)以上物質(zhì)的量和加入硫辛酸的量成正相關(guān)的關(guān)系。丙二醛屬于脂肪過(guò)氧化的生成物,其在血液內(nèi)的量可以從側(cè)面體現(xiàn)出動(dòng)物組織被游離基團(tuán)影響的程度。李杏 等[40]在分析飼料內(nèi)加入硫辛酸對(duì)動(dòng)物的生長(zhǎng)水平、抗氧化水平以及免疫系統(tǒng)的作用時(shí),把60只21日齡且體形接近的肉雞分成2組,分別為對(duì)照組與試驗(yàn)組,各組分別設(shè)置5個(gè)重復(fù),各重復(fù)分別設(shè)置6只肉雞。其中試驗(yàn)組在飼料當(dāng)中加入300 mg/kg的硫辛酸。試驗(yàn)數(shù)據(jù)證明,在飼料當(dāng)中加入300 mg/kg的硫辛酸可讓雞的血液中丙二醛的量減少21%(p<0.05),超氧化物歧化酶活性升高20%(p<0.05),顯著提高了肉雞的抗氧化能力。崔君 等[41]在研究硫辛酸對(duì)雪山雞的抗氧化功能的影響時(shí)發(fā)現(xiàn),試驗(yàn)組血液內(nèi)谷胱甘肽過(guò)氧化物酶以及超氧化物的歧化酶水平大幅度增加(p<0.05),數(shù)據(jù)證明,該物質(zhì)能夠抑制動(dòng)物體內(nèi)脂肪過(guò)氧化物的形成,以減輕動(dòng)物組織受到氧化的影響。根據(jù)上述內(nèi)容可以得知,硫辛酸能夠用做抗氧化劑,大幅度提升動(dòng)物的抗氧化能力。

3.3 保障動(dòng)物腸道健康,提高機(jī)體免疫力

動(dòng)物生長(zhǎng)過(guò)程中維持腸道健康是取得良好生產(chǎn)性能的重要保障。張蓉 等[42]研究表明硫辛酸的添加使試驗(yàn)小鼠腸道內(nèi)乳桿菌數(shù)量顯著高于對(duì)照組(p<0.05),大腸桿菌數(shù)量顯著減少(p<0.05),并與硫辛酸添加量呈正相關(guān),說(shuō)明硫辛酸能調(diào)節(jié)動(dòng)物腸道微生物菌群,保障腸道健康。張新宇 等[29]的研究結(jié)果顯示,在飼料當(dāng)中加入300 mg/kg的硫辛酸能夠優(yōu)化腸內(nèi)絨毛的結(jié)構(gòu),加強(qiáng)其阻擋功能;和對(duì)照組相比試驗(yàn)組腸內(nèi)絨毛的高度與盲腸絨隱比顯著升高(p<0.05)。鮑偉光 等[43]試驗(yàn)證明硫辛酸可以顯著降低腸道氧化應(yīng)激水平,修復(fù)腸道的氧化損傷,保障腸道黏膜的完整性、黏液層的正常流動(dòng)和腸道微生物多樣化。動(dòng)物組織中的淋巴細(xì)胞轉(zhuǎn)化率值和免疫器官指數(shù)往往當(dāng)做判定機(jī)體免疫力的標(biāo)準(zhǔn)。李杏 等[40]通過(guò)試驗(yàn)證明,在肉雞飼料當(dāng)中加入300 mg/kg的硫辛酸,能夠大幅度增加動(dòng)物淋巴細(xì)胞轉(zhuǎn)化率,增強(qiáng)免疫功能,提高動(dòng)物抵抗疾病的能力。在試驗(yàn)的第15天,脾臟指數(shù)增加了30% (p<0.05),在試驗(yàn)的第30天,血液內(nèi)免疫球蛋白即IgG的量增加了29% (p<0.05),通過(guò)伴刀豆球蛋白A與多糖進(jìn)行調(diào)節(jié)的外周血淋巴細(xì)胞轉(zhuǎn)化率分別增加了17%、20% (p<0.05)。張紅瑞 等[27]研究顯示,與對(duì)照組相比,硫辛酸能顯著減少綿羊肝臟中炎性相關(guān)因子表達(dá)量(p<0.05),增加抗炎因子干擾素表達(dá)量(p<0.05),有效改善熱應(yīng)激狀態(tài)下試驗(yàn)動(dòng)物的免疫水平。

4 結(jié)束語(yǔ)

對(duì)于硫辛酸的研究,目前主要集中在其抗氧化能力方面。研究結(jié)果表明硫辛酸不但在預(yù)防和治療人類疾病的臨床中得到廣泛應(yīng)用,且在畜禽動(dòng)物的生長(zhǎng)性能、抗氧化性能、保障腸道健康和增強(qiáng)免疫功能等方面也有顯著的良性效果,并且在緩解重金屬中毒及黃曲霉毒素等方面展現(xiàn)出巨大潛力,但添加量過(guò)高時(shí)也會(huì)對(duì)機(jī)體產(chǎn)生毒性和降低生長(zhǎng)性能且減弱抗氧化等負(fù)面作用[44]。另有部分研究證明硫辛酸對(duì)緩解動(dòng)物熱應(yīng)激和氨氣應(yīng)激也有重要作用[45-46],并能減輕動(dòng)物因高密度飼養(yǎng)帶來(lái)的機(jī)體損傷[47]。未來(lái)應(yīng)深入探討其相關(guān)分子機(jī)制,為全面研發(fā)硫辛酸作為綠色飼料添加劑及在動(dòng)物綠色健康生產(chǎn)中的應(yīng)用提供堅(jiān)實(shí)的營(yíng)養(yǎng)調(diào)控理論基礎(chǔ)。