氧化应激的产生及其对畜禽肝脏功能的影响与机制

动物营养学报２０１９，３１（８）：３４９６⁃３５０４ＣｈｉｎｅｓｅＪｏｕｒｎａｌｏｆＡｎｉｍａｌＮｕｔｒｉｔｉｏｎ

㊀

ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００６⁃２６７ｘ．２０１９．０８．００９

氧化应激的产生及其对畜禽肝脏功能的影响与机制

苗启翔㊀谢彦娇㊀唐湘方∗㊀张宏福

（中国农业科学院北京畜牧兽医研究所，动物营养学国家重点实验室，北京１００１９３）

摘㊀要：现代畜牧业规模化生产中，养殖环境㊁饲粮构成㊁饲养方式等诸多因素变化可诱发畜禽产生氧化应激㊂氧化应激对畜禽的肝脏功能有负面作用，危害畜禽健康和生产㊂机体发生氧化应激时，大量的氧自由基在肝细胞内蓄积，通过损伤生物大分子物质㊁破坏肝细胞结构㊁影响细胞器功能㊁诱发肝细胞凋亡等，对肝脏造成严重损伤，并引发多种肝脏疾病㊂本文从机体氧化应激产生㊁氧化应激对肝脏功能的影响以及氧化应激影响肝脏功能的可能分子机制等方面进行综述，以期为缓解氧化应激危害提供理论依据㊂关键词：活性氧；氧化应激；畜禽；肝脏损伤

中图分类号：Ｓ８１５㊀㊀㊀㊀文献标识码：Ａ㊀㊀㊀㊀文章编号：１００６⁃２６７Ｘ（２０１９）０８⁃３４９６⁃０９收稿日期：２０１９－０１－２２

基金项目：国家重点研发专项（２０１８ＹＦＤ０５００７０３，２０１６ＹＦＤ０５００５０１）；国家肉鸡产业体系（ＡＳＴＩＰ⁃ＩＡＳ０７）

作者简介：苗启翔（１９９４ ），男，山东淄博人，硕士研究生，动物营养与饲料科学专业㊂Ｅ⁃ｍａｉｌ：ｍｉａｏｑｉｘｉａｎｇ０９１４＠１６３．ｃｏｍ∗通信作者：唐湘方，副研究员，硕士生导师，Ｅ⁃ｍａｉｌ：ｘｉａｎｇｆａｎｇｔａｎｇ＠１６３．ｃｏｍ

㊀㊀氧化应激是指在某些特定条件下，机体的氧化还原平衡被破坏，体内活性氧（ｒｅａｃｔｉｖｅｏｘｙｇｅｎｓｐｅｃｉｅｓ，ＲＯＳ）的产生速率超过了体内抗氧化系统的清除速率，导致氧自由基大量积累㊂过量的氧自由基可引起细胞损伤和凋亡，与多种疾病有着密切关系［１－３］㊂随着集约化养殖的迅猛发展，高温㊁有害气体㊁高脂高蛋白质饲粮㊁饲养方式改变等因素都会引起动物发生氧化应激㊂大量研究表明，氧化应激造成畜禽采食量下降㊁生长发育缓慢，从而影响畜产品品质㊂肝脏是体内以代谢和合成功能为主的器官，肝细胞含有多达上千个线粒体，是生物体氧化还原反应的主要场所㊂因此，肝脏既产生大量的ＲＯＳ也是受ＲＯＳ攻击的主要器官［４］㊂近年来，国内外学者在研究氧化应激对畜禽危害时多数以肝脏为靶器官，在氧化应激引发肝功能障碍方面取得了一定进展㊂本文结合前人研究进展，就机体氧化应激的产生㊁氧化应激对肝脏造成的损伤以及氧化应激影响肝脏功能的可能分子机制等方面进行综述，旨在阐明氧化应激对肝脏的作用途径和机制，为畜禽健康养殖提供

思路㊂

１㊀ＲＯＳ与氧化应激

㊀㊀自由基是指那些具有单个不成对电子的原子或分子［５］㊂严格意义上来说，ＲＯＳ既包括氧自由基，如超氧阴离子自由基（Ｏ－２㊃）和羟自由基（㊃ＯＨ），也包括非自由基如过氧化氢（Ｈ２Ｏ２）等㊂大多数ＲＯＳ是线粒体呼吸作用的产物，在线粒体呼吸链电子传递过程中会发生电子漏失，该现象主要发生在复合物Ⅰ（烟酰胺腺嘌呤二核苷酸脱氢酶）和复合物Ⅲ（泛醌－细胞色素Ｃ还原酶）处，泄露的电子可以与分子氧发生反应形成Ｏ－２㊃，其可被视为大多数ＲＯＳ的前体［６］㊂大多数ＲＯＳ因其携带的未成对电子而具有很强的配对倾向，通常具有很高的反应活性且极不稳定㊂正是这种特殊的化学性质，当机体ＲＯＳ积累过多时就很容易会引起氧化应激㊂然而，由于机体具有抗氧化系统，能够在一定程度上清除ＲＯＳ，因此ＲＯＳ在正常生理条件下非但不是身体的威胁反而能发挥其重要的功能［７－８］㊂

８期苗启翔等：氧化应激的产生及其对畜禽肝脏功能的影响与机制

２㊀机体氧化应激的产生

２．１㊀机体的氧化与抗氧化平衡

㊀㊀除了在线粒体电子传递链生成ＲＯＳ，细胞色素Ｐ４５０酶参与的代谢反应也可在肝脏中产生ＲＯＳ［９］，此外，微粒体和过氧化物酶体等也是ＲＯＳ的来源［１０］㊂当机体处于正常生理状态时，ＲＯＳ的产生与抗氧化系统对其的清除是动态平衡的㊂抗氧化系统并不会彻底清除所有的ＲＯＳ，而是将其控制在正常生理水平内，这可以减少不必要的能量消耗并且有助于ＲＯＳ发挥生理作用［１１］㊂机体ＲＯＳ的产生与清除路径如图１所示，超氧化物歧化酶（ｓｕｐｅｒｏｘｉｄｅｄｉｓｍｕｔａｓｅ，ＳＯＤ）对Ｏ－２㊃的歧化作用产生Ｈ２Ｏ２［１２］，Ｈ２Ｏ２相对稳定，可扩散至整个线粒体并进入其他细胞发生后续反应［１３］㊂Ｈ２Ｏ２既可以被过氧化氢酶（ｃａｔａｌａｓｅ，ＣＡＴ）或谷胱甘肽过氧化物酶（ｇｌｕｔａｔｈｉｏｎｅｐｅｒｏｘｉｄａｓｅ，ＧＰｘ）清除，也可以进一步发生Ｆｅｎｔｏｎ反应或Ｈａｂｅｒ⁃Ｗｅｉｓｓ反应生成㊃ＯＨ㊂㊃ＯＨ半衰期很短，扩散范围小，但具有很强的氧化活性，几乎可以与所有细胞成分发生反应，对机体造成严重损伤［１４］㊂除各种抗氧化酶之外，体内还有很多小分子物质也具有抗氧化功能，如维生素Ｃ㊁维生素Ｅ㊁谷胱甘肽（ｇｌｕｔａｔｈｉ⁃ｏｎｅ，ＧＳＨ）㊁类胡萝卜素㊁尿素及一些微量元素等㊂因ＧＳＨ主要在肝脏中合成，在保护肝脏细胞免受氧化损伤方面发挥至关重要的作用［１５］㊂ＧＳＨ是由谷氨酸㊁半胱氨酸和甘氨酸形成的三肽化合物，其可以提供电子，既可以直接清除ＲＯＳ，也可在ＧＰｘ的催化下与Ｈ２Ｏ２反应被氧化为氧化型谷胱甘肽（ｏｘｉｄｉｚｅｄｇｌｕｔａｔｈｉｏｎｅ，ＧＳＳＧ）㊂ＧＳＳＧ在谷胱甘肽还原酶（ｇｌｕｔａｔｈｉｏｎｅｒｅｄｕｃｔａｓｅ，ＧＲ）的作用下又重新还原成ＧＳＨ［１６］㊂上述过程构成ＧＳＨ循环，是维持机体氧化还原平衡的重要反应㊂因此，ＧＳＨ与ＧＳＳＧ的比值被视为反映抗氧化能力的典型指标［１７］㊂

２．２㊀畜禽氧化应激产生的主要因素

㊀㊀集约化饲养模式下，畜禽对养殖环境要求较高，环境不佳即可导致畜禽发生氧化应激，如动物饲养密度过高［１８］㊁环境温度高于或低于临界温度［１９－２０］以及氨气㊁硫化氢等有害气体在畜舍内浓度过高［２１］等，均可扰乱动物体内氧化还原平衡，影响抗氧化酶活性，诱发畜禽产生氧化应激并造成肝脏损伤㊂畜禽饲粮的成分及品质对机体氧化还原状态有着重要的影响，断奶仔猪采食高脂高蛋

白质饲粮可使机体新陈代谢显著加快，自由基大

量产生，抗氧化物质减少［２２］㊂此外，目前养殖的动物品种大都经过高度选育，生产性能较高，但其抗

氧化能力相对较弱，因此在断奶㊁转群㊁运输㊁注射

等刺激下极易发生氧化应激［２３］㊂另外，当畜禽机体遭到细菌㊁病毒㊁寄生虫等入侵时，将导致组织发炎，吞噬细胞活化㊁呼吸爆发，产生大量的ＲＯＳ，这些产物在杀伤入侵者的同时对肝脏等机体组织也会产生氧化损伤［２４］㊂

㊀㊀Ｏ－２㊃：超氧阴离子自由基ｓｕｐｅｒｏｘｉｄｅａｎｉｏｎｆｒｅｅｒａｄｉｃａｌ；㊃ＯＨ：羟自由基ｈｙｄｒｏｘｙｌｒａｄｉｃａｌ；Ｈ２Ｏ２：过氧化氢ｈｙｄｒｏｇｅｎｐｅｒｏｘｉｄｅ；Ｈ２Ｏ：水ｗａｔｅｒ；Ｏ２：氧气ｏｘｙｇｅｎ；ＣＡＴ：过氧化氢酶ｃａｔａｌａｓｅ；ＳＯＤ：超氧化物歧化酶ｓｕｐｅｒｏｘｉｄｅｄｉｓｍｕｔａｓｅ；ＧＰｘ：谷胱甘肽过氧化物酶ｇｌｕｔａｔｈｉｏｎｅｐｅｒｏｘｉｄａｓｅ；ＧＳＨ：谷胱甘肽ｇｌｕｔａｔｈｉｏｎｅ；ＧＳＳＧ：氧化型谷胱甘肽ｏｘｉｄｉｚｅｄｇｌｕｔａｔｈｉｏｎｅ；ＧＲ：谷胱甘肽还原酶ｇｌｕｔａｔｈｉｏｎｅｒｅｄｕｃｔａｓｅ㊂

图１㊀ＲＯＳ的产生与清除路径

Ｆｉｇ．１㊀ＲＯＳｇｅｎｅｒａｔｉｏｎａｎｄｒｅｍｏｖａｌｐａｔｈ

３㊀氧化应激对肝脏功能的影响

㊀㊀畜禽发生氧化应激可引起肝脏结构损伤和功能紊乱㊂过多的ＲＯＳ可引起炎症反应并氧化肝脏处的甘油三酯，导致脂肪浸润㊁肝脏肿大，造成脂肪肝㊁肝纤维化等疾病的发生［２５－２６］㊂随着研究不断深入，对氧化应激影响畜禽肝脏功能的研究已从组织器官水平深入到了细胞分子水平，大量研究表明ＲＯＳ对肝细胞产生了影响，主要体现在以下几个方面㊂

３．１㊀损伤生物大分子物质

㊀㊀氧化应激对生物大分子的损害及后果是近期研究的焦点，诸多研究已阐明ＲＯＳ可导致蛋白质修饰㊁脂质过氧化㊁核酸损伤㊂磷脂中的多不饱和脂肪酸对氧化反应尤为敏感，Ｏ－２㊃和㊃ＯＨ等氧自由基可以引发多不饱和脂肪酸过氧化反应，从而破坏细胞结构㊂一旦开始脂质过氧化，就会发生

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