动物氧化应激研究进展

动物氧化应激研究进展动物氧化应激研究进展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。

其中肠粘膜屏障功能具有阻止肠腔内有害物质如致病微生物、抗原和促炎因子进入血液循环的作用，从而维护动物体健康。

胃肠道的结构、整体性、氧化还原状态、微生物菌群和酶系的平衡状态是保证其正常生理功能的重要因素。

消化道器官与粘膜极易遭受氧化应激损伤，使旁细胞结合复合体受损，增加上皮通透性。

更为重要的是肠粘膜含有高浓度的非蛋白质巯基，氧自由基作用于巯基使蛋白质变性、酶失活，氧自由基与膜内多不饱和脂肪酸结合造成脂质过氧化损害，损伤肠粘膜组织，肠粘膜层变薄、绒毛变短、绒毛表面积减少、隐窝变浅。

在粘膜屏障受损情况下，肠粘膜通透性增高，肠道细菌移位引起促炎因子大量释放，从而诱发多种消化道疾病或加重原发疾病的过程与氧自由基的产生有密切的关系。

直接的症状是肠道的蠕动、粘膜的渗透性、电解质的分泌、粘液的释放、肠上皮形态及细胞的结构和周转异常，防御系统的改变将提高肠源性感染的发生率。

3.1.2 氧化应激对动物消化道屏障和吸收功能的影响氧化应激不仅引发粘膜细胞损伤，可继而导致消化道分泌功能下降，导致消化吸收、转运和同化代谢功能降低，降低饲料利用率。

肠道粘膜组织的损伤，促使病原微生物可乘虚而人。

当肠道内氧自由基增加时，会使肠道中耐受能力较弱的乳酸菌数量减少，而大肠杆菌的数量上升。

病原菌侵入的增加，使得巨噬细胞在吞噬过程中释放活性氧数量增加，生成的O2-可使酶类及非酶类的物质还原并可产生反应性更高的活性氧。

Wargle（1996）研究表明在多种动物中，消化道粘膜的炎症和多种影响肠道粘膜功能的可溶性调节物的释放有关系。

Pscheidl等（2000）报道酸中毒可促进脂质过氧化及氧化剂介导的细胞损伤，反应性氧代谢产物能引起ATP耗竭，ATP耗竭是引起肠上皮屏障功能不全的一个重要因素。

Ilaria等（2002）报道，内脏氧化还原状态的改变是肠道蠕动异常或内脏敏感度提高的病理学早期因素。

黎君友等证实营养素的吸收依赖于肠吸收细胞膜完整性，肠粘膜损伤，致使大量吸收细胞受到破坏，严重影响小肠吸收功能。

大多数营养物质吸收是耗能过程，需要消耗ATP，而肠缺血能严重干扰小肠细胞的能量代谢，显著降低小肠粘膜的ATP含量，从而加重了肠粘膜的代谢应激，造成小肠吸收功能障碍。

3.1.3 氧化应激对动物消化道基因表达的影响氧自由基(ROS)可通过细胞信号传导途径影响细胞的分裂、分化、凋亡等过程，许多细胞信号的传导通路对氧化应激都很敏感，ROS可能是诸多信号传导通路的共同环节。

ROS可能通过影响粘膜细胞的基因表达，调节肠道的功能。

3.2 氧化应激对动物免疫系统的影响机体免疫机能和自由基关系非常密切。

免疫细胞在应答外来物、霉菌、真菌、细菌、病毒时，可能通过多种机制表达其防御反应，比较明确的机制有以下三种：1)通过NADP 氧化酶系统诱导的免疫细胞呼吸爆发所产生的活性氧包括氧负离子及其所产生的自由基，是机体产生自由基和活性氧的重要来源；2)通过髓过氧化物酶(Myeloperoxidase MPO)系统产生活性氧和次卤化物，以抵御外来物的侵入和袭击，但当其反应过度时，也可以造成氧化损伤；3)通过诱导型一氧化氮合酶(Inducible Nitric Oxide Synthase，iNOS)系统产生一氧化氮及其与氧反应所造成的过氧亚硝酸盐，通过其强氧化作用杀伤外来微生物及其自身的变异细胞，同时也是造成组织损伤的的因素之一。