類維生素硫辛酸的抗氧化功能及在養殖業中的應用

黨曉鵬

（陜西金冠牧業有限公司，陜西 西安 710018）

類維生素硫辛酸的抗氧化功能及在養殖業中的應用

黨曉鵬

（陜西金冠牧業有限公司，陜西 西安 710018）

類維生素硫辛酸是目前已知的唯一兼具脂溶性與水溶性的雙相抗氧化劑，具有強大的抗氧化功能。硫辛酸在動物腸道內極易吸收，并可迅速分布到機體各個部位發揮生理作用。硫辛酸的抗氧化作用主要體現在以下四個方面：螯合金屬離子、清除自由基和活性氧、還原再生內源性抗氧化劑、修復機體組織細胞氧化損傷。動物配合飼料中添加硫辛酸，可明顯提高生產性能，增強免疫力，改善畜禽產品品質。

硫辛酸；抗氧化；養殖業

硫辛酸化學名為1，2-二硫戊環-3-戊酸，分子式C8H14O2S2，相對分子質量206.33。其純品為白色結晶體，天然合成的硫辛酸只有R異構體，具有很強的生理活性，迄今為止尚未發現對人和動物有任何功能性和實驗性損害。化學合成的硫辛酸是一種由R型硫辛酸和S型硫辛酸組成的混合體。硫辛酸右旋體熔點46～48℃，比旋度+104℃(23℃苯中)，左旋體熔點45～47.5℃，比旋度-113℃(23℃苯中)，外消旋體熔點 6O～61℃、沸點160～ 165℃[1]。還原形式二氫硫辛酸，抗氧化性更強。自然界的硫辛酸主要以化合物形式廣泛存在于所有原核細胞及真核細胞中，參與能量代謝。菠菜是硫辛酸含量最為豐富的食物，其它含量較高的食物有：馬鈴薯、花椰菜、蕃茄、胡蘿卜、動物肝臟等。硫辛酸屬于類維生素物質，是葡萄糖有氧氧化中丙酮酸氧化脫羧生成乙酰輔酶A反應中的丙酮酸脫氫酶系之重要輔酶，在 a-酮戊二酸脫氫酶、氨基己酸脫羧酶等多酶復合體中作為輔酶也起著重要作用。硫辛酸有氧化型和還原型兩種形式，相對分子質量比水溶性的維生素C大，但比脂溶性的a-生育酚小。其分子終端的羧基使其具有水溶性。同時，它因含有更多的碳原子而較易溶于膜脂。這樣類維紹生素硫辛酸既具水溶性，又具脂溶性；在含硫、碳原子的單鏈結構化合物中，比如氧化型谷胱甘肽、氧化型抗壞血酸、胱氨酸等都不具備抗氧化性，但硫辛酸因其具有硫、碳原子構成的封閉環狀分子結構，電子密度高，具有很強的抗氧化性。在生物內源性抗氧化體系中，維生素C是細胞外液抗氧化體系的重要成分，因其為水溶性物質，故對細胞膜的保護性相對較差，抗氧化功能也只是依靠可逆的脫氫反應來完成。而a-生育酚則為脂溶性物質，對生物膜結構及功能有較好的保護作用。硫辛酸是迄今已知的唯一兼具脂溶性與水溶性的雙相抗氧化劑，且在動物消化道內極易吸收，并可迅速分布到機體的各個部位發揮生理作用，甚至能透過血腦屏障，保護神經系統免受氧化損傷。硫辛酸抗氧化功能極強，其功效相當于維生素C的400倍，a-生育酚的60倍。硫辛酸鹽是硫辛酸的共軛堿，是正常生理條件下最普遍的存在形式[2]。硫辛酸以閉環二硫化物氧化性形式和開鏈還原性形式兩種結構存在，這兩種形式通過氧化和還原不斷循環，相互轉換。硫辛酸通常條件下并不以游離態存在，而是以其羧基同酶分子中賴氨酸殘基與酰胺鍵共價結合。催化形成硫辛酰胺鍵的酶需要ATP，反應產物包含硫辛酰胺酶偶聯物、AMP和焦磷酸。作為輔酶因子，硫辛酸分別在兩個關鍵性的氧化脫羧酶中起作用，這兩個氧化脫羧酶分別是α-酮戊二酸脫氫酶復合體和丙酮酸脫氫酶復合體。反應過程中硫辛酸能催化酰基的產生和轉移，例如硫辛酸可以接受酰基與丙酮酸的乙酰基形成一個硫酯鍵，然后將乙酰基轉移到輔酶A分子的硫原子上。形成輔基的二氫硫辛酰胺可再經二氫硫辛酰胺脫氫酶(需要NAD+)氧化，重新生成氧化型硫辛酰胺。

硫辛酸兼具水溶和脂溶特點，使其在動物養殖和動物產品貯存過程的抗氧化中應用潛力巨大。國際上已有一些國家將硫辛酸列為飼料添加劑，但目前我國尚未列入。許多研究報道指出，在動物油脂的貯存過程中，硫辛酸可與茶多酚、維生素C等抗氧化劑一樣發揮較強的抗氧化作用。硫辛酸添加到雞的油脂中，再經過強制氧化一段時間后，油脂過氧化值和酸價都比對照組低，說明硫辛酸在動物脂肪中有良好的抗氧化效果。相同添加量的情況下單品抗氧化劑的抗氧化能力大小排序如下：迷迭香＞槲皮素＞茶多酚＞硫辛酸＞維生素E。除了體外脂肪抗氧化作用外，在小鼠的實驗證明，硫辛酸可顯著降低體內脂質氧化水平。在高脂日糧中添加0．1%的硫辛酸，可有效清除小鼠消化系統的自由基，提高營養物質的利用率，增強機體抗氧化能力。

1 硫辛酸的抗氧化功能

1.1 鰲合金屬離子 飼料中加入的礦物質和微量元素添加劑，以及加工過程中飼料接觸金屬容器管道設備等，可使飼料含有多種金屬離子。這些金屬離子特別是重金屬離子，具有二價或更高價態，且在它們之間有氧化還原電勢，鏈式反應引發時間縮短，加快飼料中脂類化合物氧化速度。硫辛酸可以和金屬離子絡合，降低氧化還原電勢，穩定金屬離子的氧化態，有效抑制金屬離子的促氧化作用。硫辛酸的抗氧化性就是從其能螯合金屬離子而被發現的，硫辛酸能螯合 Mn2+、Cu2+、Pb2+、Zn2+、Fe2+、但不能與 Fe3+螯合，而二氫硫辛酸不僅能螯合Cu2+、Pb2+、Zn2+、CO2+、Ni2+、Fe2+、Cd2+，還能螯合Fe3+，且與Fe3+形成的復合物比與Fe2+形成的復合物更加穩定[3]。金屬離子是體內外產生自由基的催化劑和脂質過氧化的啟動劑。研究發現機體中的一些過渡金屬離子能加劇自由基反應的進行，從而表現出一定的毒性。例如，生物體內鐵、銅、汞、鎘等過渡金屬離子就能催化過氧化氫分解產生強毒性的羥基自由基，導致組織損傷。硫辛酸螯合金屬離子后，可以降低自由基的產生，阻斷脂質過氧化，起到解毒作用。動物體外培養實驗證明，硫辛酸可以通過螯合Cd2+來減輕其對肝細胞的毒性。最新研究表明，0.2mmol/L硫辛酸和硫辛酰氨基酸都能有效地抑制細胞脂質氧化損傷，原因是它們能螯合Fe2+，抑制Fe2+與H2O2發生的Feton反應，進而減少羥基自由基的產生。兔體內注射HgCl210mg/kg 3h后，其腎臟切片再用10mmol/L硫辛酸孵育2h，結果，切片中有35%的Hg2+被硫辛酸螯合。

1.2 清除自由基和活性氧 自由基是具有不成對電子的原子或分子，并能獨立存在的物質，包括分子、原子、原子團或離子。活性氧則是由氧誘發的自由基，是含氧且有高度化學活性的幾種分子的總稱，主要包括超氧陰離子、羥自由基、單線態氧以及脂質過氧化物的中間產物烷氧自由基等，這些不成對的電子使活性氧具有不穩定性和高反應活性，其中羥自由基是化學性質最活潑的一種活性氧分子，它幾乎能和所有的生物大分子發生反應，并有非常高的速率常數。活性氧的產生有兩個重要來源，一是通過線粒體中呼吸鏈的電子傳遞而生成，二是由細胞質中還原型輔酶Ⅱ(NADPH)氧化酶和黃嘌呤氧化酶參與形成。直接清除活性氧是硫辛酸的抗氧化功能之一，硫辛酸和二氫硫辛酸都能清除單次氯酸、過氧化氫、超氧陰離子、亞硝酸、羥基自由基、過氧化物自由基等活性氧，但是，只有硫辛酸能清除單線態氧[4]。

氧化還原反應是生命機體的重要生理生化反應，由自由基參與的氧化還原反應最為常見。有研究發現，硫辛酸可以增強體內超氧化物歧化酶、過氧化氫酶、谷胱甘肽過氧化物酶和谷胱甘肽還原酶等抗氧化酶的活性，這些酶對清除活性氧非常重要。硫辛酸有很強的清除自由基和活性氧的能力，二氫硫辛酸能力則更強，能清除絕大多數的自由基和活性氧；兩者協同作用，幾乎能清除機體內所有的自由基和活性氧。硫辛酸存在于粒線體，具有脂溶性和水溶性，因此，外界補充的硫辛酸在體內經腸道吸收后進入細胞，可以在全身通行無阻，到達任何一個細胞部位，對細胞膜、細胞核等部位均有保護作用。

1.3 還原再生內源性抗氧化劑 抗氧化劑在氧化還原過程中會被消耗，但是不同抗氧化劑之間通過一系列協同反應可以循環再生。二氫硫辛酸是一種強還原劑，可還原再生許多抗氧劑，如抗壞血酸、維生素E、谷胱甘肽(GSH)、輔酶Q、硫氧還原蛋白等。硫辛酸和二氫硫辛酸的氧化還原激活了生物體內其他抗氧化劑的代謝循環，形成獨特的生物抗氧化劑再生循環網絡，維持機體正常的抗氧化劑水平，共同發揮生物抗氧化作用。給嚴重缺乏維生素E的無毛小鼠補充硫辛酸的實驗證明，補加1．65g/kg的硫辛酸食物，可以完全阻止維生素E缺乏綜合癥，體重恢復至正常，肌肉營養不良癥被解除。硫辛酸能顯著增加細胞內谷胱甘肽水平，谷胱甘肽在生物體內的合成受半胱氨酸利用率的影響。硫辛酸可被細胞快速吸收并還原為二氫硫辛酸，分散到各個組織細胞中。Busse等人報道，在培養神經細胞瘤及黑色素瘤的介質中添加硫辛酸，細胞內的GSH含量和未添加硫辛酸的對照組相比，增加了30%～70%，并且增加量會隨著添加劑量的增大而上升[5]。向老鼠體內注射硫辛酸，也會發現類似的效果。老鼠的肝、腎、肺細胞的GSH含量都會增加。此外，二氫硫辛酸還能在細胞氧化還原勢能較低以及NADPH缺乏的情況下還原GSSG再生GSH，顯示出特殊的優越性。二氫硫辛酸可以還原再生維生素C，而硫辛酸則通過促進葡萄糖的吸收，增強機體內維生素C的合成，兩者都可提高體內維生素C的水平。二氫硫辛酸還可以通過再生輔酶Q、谷胱甘肽、NADPH或NADH等抗氧化劑來再生維生素E，保護細胞膜不被氧化。硫辛酸在體內外條件下均可以再生谷胱甘肽。谷胱甘肽是一種重要的內源性水溶性抗氧化劑，它與許多生物代謝有關，其中包括對外來生物毒素的解毒作用、信號傳導系統的調控作用、前列腺素的代謝作用、免疫應答和酶活性的調節作用等。有資料顯示：機體內維生素E消除或氧化自由基后，維生素C能夠使其恢復到原來的活性形式，而維生素C能夠被谷胱甘肽循環再利用。谷胱甘肽是生物體內重要的水溶性抗氧化劑，它可以由含硫氨基酸半胱氨酸合成。細胞內半胱氨酸的量決定了谷胱甘肽的合成水平。二氫硫辛酸將胱氨酸還原為半胱氨酸。細胞對半胱氨酸的吸收速率比對胱氨酸的吸收快十倍，因而加快了谷胱甘肽的生物合成。谷胱甘肽是一種水溶性內生抗氧化劑，參與許多重要的生理過程，缺乏谷胱甘肽會導致活性氧物質產生和線粒體功能紊亂，最終導致細胞凋亡。

1.4 修復機體組織細胞氧化損傷 活性氧攻擊機體組織生物膜上的不飽和脂肪酸，促使其氧化或過氧化，生成脂質過氧化物，并降解成丙二醛。生物膜中富含不飽和脂肪酸，對維持膜的流動性和生物膜的眾多功能發揮著極其重要的作用。當膜中的不飽和脂肪酸受到活性氧的攻擊后，含量迅速減少，導致膜的流動性降低，并最終影響膜的生物學功能，包括膜通透性、膜受體、膜蛋白酶和離子通道的活性改變。此外，活性氧還可引發細胞內蛋白氧化，主要發生在對自由基敏感的半胱氨酸或蛋氨酸殘基位點上，致使線粒體損傷，并誘發DNA結構破壞，促使端粒變短，激活細胞凋亡信號，最終影響細胞壽命。硫辛酸是目前人類所知的天然抗氧化劑中效果最強的一種，具有較高的吸收性和生物利用度，它能夠滲透到細胞的任何部分，在體內可迅速達到有效濃度。能在其它抗氧化劑缺失的時候替代并加強它們的抗氧化作用。研究證明硫辛酸可促使血液中維生素C、總谷胱甘肽、總硫化物濃度增加，改善T4/髓淋巴細胞比例，從而降低氧化應激損傷。動物機體在正常的代謝過程中會不斷產生自由基，自由基和體內抗氧化劑保持著一種動態平衡，當平衡被打破時便會產生氧化應激。氧化應激會造成生物膜脂質氧化、細胞內蛋白質及酶類變性、DNA損害等，并最終傷害機體并引起各種各樣的病癥。硫辛酸則能修復自由基對功能性蛋白質的氧化損傷，對蛋白質等生物大分子進行受損后修復，維持機體穩定性[6]。在多種活性氧中，超氧陰離子是各種活性氧的源頭，羥自由基是化學性質最活潑的活性氧。研究結果表明，硫辛酸既可以控制機體活性氧發生的源頭超氧陰離子，也可以清除危害機體的活性氧元兇羥自由基，在防止機體氧化損傷中起著極為重要的作用。硫辛酸和二氫硫辛酸都可以有效抑制脂質過氧化并清除二苯代苦味酰自由基，而二氫硫辛酸對脂質過氧化的抑制作用以及清除二苯代苦味酰自由基的效能均顯著強于硫辛酸。

2 硫辛酸在養殖業的應用

硫辛酸不僅有強大的抗氧化功能，而且在細胞的新陳代謝、細胞內能量產生貯存方面有十分重要的作用。沒有硫辛酸，細胞不能利用糖來產生能量，甚至會導致死亡。研究發現，硫辛酸可以增加動物心肌對葡萄糖的攝取和利用，增加細胞能量貯備，使心肌對氧的攝取能力及心肌內ATP水平保持正常，并可增加心臟血液輸出量。有資料顯示，短期內給老齡鼠日糧中補充硫辛酸可以降低活性氧的產量，改善線粒體內的能量代謝，降低氧化應激，增強機體活力，改善短期記憶力。動物試驗還證明，硫辛酸對于腦梗塞缺血損傷也具有保護作用，可以使梗塞面積明顯縮小，提高腦缺血大鼠存活率。大鼠服用30mg的硫辛酸可以抑制鈣離子誘導的腦、心、睪丸的脂質過氧化，使Ca2+、Na+、Mg2+、ATP酶的活性降低。肉仔雞飼糧中補充100mg/kg硫辛酸可以顯著地降低肉雞腹脂重并提高胸肌蛋白含量，降低血液中甘油三酯、膽固醇的含量，降低肝臟中脂肪的含量，促進了脂肪酸在肝臟及脂肪組織的代謝分解[7]。隨著硫辛酸在肉仔雞飼糧中添加量的增加，肉仔雞肌肉剪切力值呈線性降低，肌肉pH值呈線性增加，肉仔雞的抗氧化性能顯著增加[5]。常溫狀態下，蛋雞飼糧中補充硫辛酸沒有明顯提高蛋雞的生產性能，但是在高溫應激環境下補充硫辛酸，可以顯著緩解熱應激對產蛋雞群的不利影響，提高機體的抗熱應激能力[9]。夏季高溫環境下，在母豬妊娠后期和泌乳期日糧中補充硫辛酸可以提高母豬抗氧化應激能力，增加仔豬初生重，日增重和斷奶重，提高母豬和仔豬血清中抗氧化酶的活性。硫辛酸還可降低母豬血清中尿素氮含量，提高飼料蛋白質利用率[10]。

硫辛酸作為一種新型的功能性飼料添加劑，未來在養殖業中將會有廣闊的發展前景。目前對硫辛酸的抗氧化功能研究較多，但對其在生物體內代謝動力學研究，以及其類似物、衍生物等對養殖動物的生理功能等，尚需進一步深入研究。

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S816.72

A

1673-1085（2016）11-0050-05

2016-10-13

黨曉鵬，男，（1955.5-），陜西富平人。1998年畢業于西北農林科技大學，農學碩士。高級獸醫師職稱，曾獲省部級科技獎四項，發表科技論文四十余篇，參編專著三部。現任陜西金冠牧業有限公司技術總監，西安市納米維生素工程實驗室主任。主要從事畜禽復合維生素、復合預混料及動物保健產品的研發和技術服務工作。