动物氧化应激研究进展

动物氧化应激研究进展中国农业科学院饲料研究所姚浪群北京爱绿生物科技有限公司胡红军随着我国畜牧业特别是现代养殖业集约化程度的提高以及人们对动物福利意识的增强，动物应激医学已成为动物医学的重要组成部分。

在动物应激医学研究中，动物氧化应激又逐渐成为国内外学者的热点研究课题。

1 氧化应激概念与起因1.1 氧化应激概念动物在正常生理代谢过程中，会产生许多自由基，这些自由基通常不会导致组织细胞的损伤，机体依靠自身体内的抗氧化防御体系，主要包括抗氧化酶类（包括超氧化物歧化酶SOD、过氧化氢酶CAT、谷胱甘肽过氧化物酶GSH-Px、谷胱甘肽硫转酶GST等）以及非酶类的抗氧化剂（包括维生素C、维生素E、谷胱甘肽、褪黑素、a-硫辛酸、类胡萝卜素、微量元素铜、锌、硒等），可以保护机体组织和细胞防止自由基的损伤。

当动物机体细胞内产生的自由基的水平高于细胞的抗氧化防御能力时，氧化还原状态失衡，过量的自由基存在于组织或细胞内，即诱发氧化应激，并导致氧化损伤。

因此，氧化应激(Oxidative Stress)是机体应答内外环境，通过氧化还原反应对机体进行多层次应激性调节和信号转导，同时造成氧化损伤的重要生命过程。

器官和组织对氧化应激的易感性依赖于它的抗氧化系统的状态和氧化剂与抗氧化之间的动态平衡。

氧化应激可导致细胞膜磷脂过氧化、蛋白质过氧化(受体和酶)以及DNA的氧化损伤。

脂质、蛋白质和DNA的氧化会对机体造成不同程度的危害，从而影响机体的生长、发育、衰老等过程。

急性和慢性的应激都能通过产生自由基诱导胃肠道、免疫系统等多方面的氧化应激。

1.2 氧化应激的起因1.2.1 自由基的产生细胞在正常新陈代谢和先天免疫反应过程中，都会产生活性氧代谢物(ROM)——自由基。

首先，肠上皮细胞的主动新陈代谢本身就是ROM的来源，其生成与电子传递链的活性有关。

所产生的活性物质包括超氧化物阴离子(O2-)、过氧化氢(H2O2)和羟基自由基(·OH)，它们都是线粒体中氧化磷酸化不可避免的产物。

其次，另一个内源性氧化应激源自于肠道先天及获得性免疫系统在与许多共生物和病原微生物反应过程中产生的一氧化氮(NO)，其在食物和水的吸收过程中不可避免的会产生。

当动物遭受应激刺激或患病时，机体代谢出现异常而骤然产生大量自由基，过量的自由基数量将超过抗氧化体系的还原能力，使机体处于氧化应激状态，结果会导致机体损伤。

目前研究表明主要有四种致细胞损伤机制：1)对脂类和细胞膜的破坏，从而导致细胞死亡。

2)对蛋白质、酶的损伤，从而导致蛋白质变性，功能丧失和酶失活。

3)对核酸和染色体的破坏，从而导致DNA链的断裂，染色体的畸变和断裂。

4)对细胞外基质的破坏，从而使细胞外基质变得疏松，弹性降低。

1.2.2 氧化应激的起因1.2.2.1 外源性因素1.2.2.1.1 日粮营养因素营养缺乏或不良可能使体内自由基增加，而且还影响抗氧化酶生物合成及内源性抗氧化水平，从而使自由基增多。

如日粮矿物元素硒、铜、锌或锰缺乏、多不饱和脂肪酸含量过高等。

1.2.2.1.1.1 高能、高蛋白、快速吸收糖类日粮能提高动物的生产性能，而动物采食高蛋白质、糖和脂肪可导致体内产生大量的自由基，引起氧化应激发生，损害机体的抗氧化系统，降低动物的抗病能力、饲料转换效率。

高能、高蛋白日粮会影响消化道组织、器官的氧化还原平衡，引起的氧化应激首先表现为食后氧化应激。

1.2.2.1.1.2 日粮中添加的脂肪是生成自由基或ROM的一个重要来源。

除日粮中直接添加的脂肪外，大约50％的日粮脂类来源于其他饲料成分，如棉籽粕、酒糟粕、豆粕和鱼粉等，而来自这些饲料成分的大多数脂类都含有大量易于被氧化的不饱和脂肪酸。

例如，乙醇生产过程中产生的酒糟粕是不饱和脂肪酸的主要来源，蒸馏过程中的热作用以及湿酒糟粕中的高水分加剧了不饱和脂肪酸的氧化过程，最终导致酒糟粕中含有较多的易于氧化和不稳定的脂肪。

1.2.2.1.2 环境因素环境因素主要包括高温高湿、通风不良、辐射等，都将导致机体氧自由基过量生成和／或细胞内抗氧化防御系统受损而产生氧化应激。

Bernabucci等(2005)研究了在春季或夏季氧化应激对围产期奶牛的影响(39.5℃、温湿度指数73)，表明围产期奶牛在夏季时血红细胞中的氧化脂（硫代巴比妥酸反应物TBARS)和S0D水平要高于春季。

Lin等(2006)同样发现，肉鸡生产中的急性热应激能够诱导氧化应激，表现为血浆中TBARS含量升高，以及血浆和肝脏中抗氧化酶类活性降低。

Mujahid等(2007)报道，热应激条件下肉公雏肌肉线粒体中ROM含量增多。

Bottjie等(1998)通过比较通风不良与通风良好的环境条件下肉仔鸡的氧化与还原谷胱甘肽比值(GSSG／GSH)，结果表明较大程度的氧化应激会导致氧化型谷胱甘肽水平的升高。

刘扬等研究报道，不同剂量中波紫外线照射后lh，小鼠成纤维细胞内活性氧的表达量明显增高。

王兰芳等研究发现，高温+免疫接种会给蛋鸡机体造成很大的影响，使机体内SOD 活性受到抑制，脂质过氧化物（LPO）含量升高，提高日粮维生素A水平有利于减轻机体脂质过氧化程度。

1.2.2.2 内源性因素内源性因素主要是各种细菌、病毒性疾病及变态反应和衰老。

1.2.2.2.1 在疾病感染过程中，动物的第一免疫反应使巨噬细胞和嗜中性粒细胞产生ROM，从而杀死病原微生物，而抗氧化物酶如SOD和GSH-Px会清除ROM，以防止损伤宿主细胞。

1.2.2.2.2 肠道系统的炎症反应通常会降低动物的抗氧化能力，从而导致某些营养物质的吸收障碍，特别是在脂溶性维生素的吸收方面。

2 氧化应激动物模型的建立氧化应激动物模型的成功构建是系统研究氧化应激危害效应、机制及抗氧化的基础。

迄今有关氧化应激的报道主要集中在实验动物且主要以疾病性的氧化应激为模型，在畜禽氧化应激模型的研究上相对较少。

近年来，人们才逐渐在猪、肉鸡等动物上进行氧化应激模型的探讨。

2.1 以氧化鱼油作为应激源的氧化应激仔猪模型植物油脂和一些动物油脂如鱼油等富含多不饱和脂肪酸（PUFA），在饲料储存过程中，因氧气、光照、湿度、温度、铜、铁、霉菌等因素的作用，会形成大量脂质过氧化产物。

这些产物不但会影响饲料脂质利用效率，还会给畜禽造成氧化应激。

因此，若能成功构建食源性的可复制的氧化应激动物模型将具有非常重要的价值。

以富含PUFA的玉米油和鱼油为对象，分别向其中加入外源性的促氧化剂（Fe2+ Cu2+、H2O2和O2)，并以过氧化物价（POV）、酸价（AV）、皂化价（SV）、硫代巴比妥酸反应物（TBARS）和碘价（IV）为指标评判脂质的过氧化程度，经比较分析发现鱼油的过氧化速率远远快于玉米油(玉米油过氧化时长与POV的动态方程为：YPOV=0.0005X2+0.1434X+4.9404，R2=0.9924，X：单位为“天”，Y：单位为“meqO2/kg”；鱼油过氧化时长与POV的动态方程为：YPOV =-0.692X2+73.605X-329.88，R2=0.79，X：单位为“小时”，Y：单位为“meqO2/kg”)。

试验制作了不同POV值的氧化鱼油，按照3％的比例加入到饲料中，拟构建食源性的氧化应激模型。

结果发现，不同POV值的氧化鱼油可提高仔猪的腹泻指数，降低生产性能和养分利用率。

其中，以POV值约为l000 meqO2／kg的氧化鱼油作用效果最明显。

2.2 Diquat诱导氧化应激仔猪模型Diquat又叫敌快死，是双吡啶除草剂，它和百草枯(Paraquat)一样可以利用分子氧产生O2-和H2O2，诱导动物产生氧化应激。

Diquat的主要靶器官是肝脏，而主要的物质代谢都集中于肝脏。

因此，以Diquat作为氧化应激源构建动物的氧化应激模型，有助于研究动物氧化效应及可能机理。

Diquat对大鼠的半数致死剂量(LD50)为120mg／kg。

有研究发现，以LD50的十分之一作为腹腔注射剂量可诱导野生型大鼠的氧化应激并不会引起动物死亡。

采用12mg／kg体重的腹腔注射剂量诱导断奶仔猪氧化应激，并将应激效应与饲喂含5％氧化鱼油饲料(在混入饲料前油脂POV值为786.50meqO2/kg，混入饲料后抽提油脂POV值为122.63 meqO2/kg)的仔猪的应激效应进行比较。

结果发现，在注射Diquat后，所有的试验猪在30分钟内都出现呕吐、厌食等症状，但在3天后都基本恢复采食，在试验期(26天)结束后，未见猪只死亡，但是大多数试猪在试验后期出现增重下降、厌食、精神萎靡不振的现象。

上述研究结果表明，使用的Diquat腹腔注射可成功构建氧化应激模型，但采用12mg／kg的注射剂量可能不太适合构建长期氧化应激状态动物模型。

随后，进一步的研究表明，通过腹腔注射10mg／kg Diquat可有效诱导仔猪氧化应激，建立稳定可靠的氧化应激模型。

2.3 地塞米松（DEX）诱导氧化应激肉仔鸡模型王成等（2008）采用地塞米松(DEX)处理肉仔鸡胸肌卫星细胞(SCs)，筛选DEX的最佳作用时间和浓度，以优化肉仔鸡卫星细胞（SCs）的氧化应激模型。

试验将体外培养的肉仔鸡胸肌SCs按DEX处理浓度(0、0.03、0.06、0.12、0.24、0.48和0.96 mg/ml)分为7组，分别测定培养不同时间点(6 h、12 h、24 h和48 h)SCs的存活率(MTT法)，细胞及培养液丙二醛(MDA)、氧自由基(ROS)、超氧化物歧化酶(SOD)和谷胱甘肽硫转酶(GST)含量或活性。

研究结果显示，随DEX浓度升高，SCs中MDA和ROS含量极显著升高、SOD和GST活性极显著降低；随着DEX处理时间的延长，SCs存活率及SOD和GST活性均有所下降、MDA和ROS产生量上升；用0.12 mg/ml的DEX处理SCs 24 h后，SCs存活率显著降低。

上述研究表明，以0.12 mg/ml DEX处理SCs 24 h能使肉仔鸡骨骼肌SCs产生适度的氧化应激，可以作为肉仔鸡胸肌卫星细胞的氧化应激模型。

3 氧化应激对动物的危害3.1 氧化应激对动物消化道结构和功能的影响氧化应激是人类和动物范围极广的综合病症的主要原因之一。

这些综合病症包括所有炎症，如肠炎、肠蠕动紊乱、各种急性炎症诸如创伤愈合过程中出现的炎症、心血管疾病、神经紊乱及一些与代谢有关的疾病等。

其中对消化道的氧化损伤在动物生产中发生率极高，由于慢性应激状态下，表征不易察觉，危害性极大。

消化道是动物体内营养素的消化、吸收和代谢的主要器官，因此，过量的自由基极易诱发胃肠疾病及消化道功能紊乱，给畜牧业的发展造成巨大损失。

研究氧化应激对消化道结构与功能的影响成为当今的一项热门研究课题。

3.1.1 氧化应激对动物消化道粘膜结构形态的损伤消化道是消化和吸收营养物质的功能器官，它还具有免疫、内分泌、粘膜屏障等作用。