氧化鋅的營養與生理作用研究進展

蔣竹英， 屈蓓蓓， 洪麗平， 郭秋平 ， 段葉輝

（1.永州市農業農村局，湖南 永州 425000；2．中國科學院亞熱帶農業生態研究所，中國科學院亞熱帶農業生態過程重點實驗室，湖南 長沙 410125 ）

鋅是動物的必需微量元素之一， 在體內含量少，具有維持動物生理功能、促進機體新陳代謝、保障動物健康生長等作用（Han 等，2014）。氧化鋅能改善畜禽機體腸道黏膜形態、緩解腹瀉、增強免疫力；能提高抗氧化酶的活性及表達，還與體內部分營養物質的代謝調控密切相關， 因此氧化鋅對動物的生長發育具有重要的影響 （Mishra 等，2014；Sahoo 等，2014）。 目前氧化鋅在飼料中主要以普通氧化鋅、納米氧化鋅、包被氧化鋅和多孔氧化鋅等形式添加。納米氧化鋅具有顆粒小、比表面積大、能被高效吸收等特性（Swain 等，2015）；包被氧化鋅具有生產成本低、容易儲存、便于運輸等優點（毛俊舟，2018）；多孔氧化鋅具有流動性好、比表面積更大和系酸力低等特點 （Martin 等，2013）。本文將對日糧氧化鋅的營養與生理作用進行綜述， 包括氧化鋅對動物糖、 脂質和蛋白質代謝，免疫和抗氧化應激，腹瀉和腸黏膜屏障功能的影響及氧化鋅的毒性等， 以期為氧化鋅在動物飼料中合理應用提供參考。

1 氧化鋅對動物物質代謝的影響

1.1 氧化鋅與動物糖代謝 鋅是調節糖代謝最主要的微量元素，具有調節貯存、維持糖耐量的作用。 鋅對胰島素的貯存、合成、活性以及分泌等可產生直接的影響；還可對糖氧化產生直接影響。胰島素是調節糖脂代謝的重要激素之一， 具有降低血糖水平的作用（Holst 等，2021）。 類胰島素生長因子-I（IGF-I）與瘦素蛋白表達關聯密切，可抑制糖原，促使脂肪沉積（Wang 等，2020）。飼糧添加納米氧化鋅后，育肥牛血清葡萄糖、胰島素和IGF-I含量升高（鐘奇祺等，2022）；甘杰姆羊的血清葡萄糖、胰島素和IGF-I 含量也升高（Sethy 等，2018）。

1.2 氧化鋅與動物脂質代謝 脂質代謝與機體健康關系密切，其能為動物機體提供能量。氧化鋅對動物脂質代謝具有顯著的調控作用。 納米氧化鋅能夠提高仔豬血清高密度脂蛋白 （HDL） 含量（王彬等，2016）， 顯著降低仔豬肝臟中總膽固醇（TC）和低密度脂蛋白膽固醇（LDL-C）含量（仲召鑫等，2019）， 可使仔豬血液TC 和甘油三酯（TG）含量降低，HDL 含量增加， 從而促進胰腺發育和脂代謝，提高斷奶仔豬生長性能（毛俊舟，2018）。在反芻動物試驗中， 納米氧化鋅能有效增加育肥牛血清TG、TC、HDL、LDL-C 水平，加快膽固醇等類脂物質轉化， 對于育肥牛脂質代謝具有積極影響 （鐘奇祺等，2022）。 飼糧添加20 mg/kg 和40 mg/kg 納米氧化鋅，肉雞血清TC、HDL 含量和TG含量都呈上升趨勢（Klvak 等，2001）。 目前試驗結果表明， 氧化鋅對動物脂類代謝調控具有積極的作用，但是作用的機制還不是很清楚。

1.3 氧化鋅與動物蛋白質代謝 血清含量降低表明氮（UN）儲留量增加，蛋白質的降解率降低；其含量升高表明蛋白質分解代謝增加， 氮儲留量減少。 飼糧添加納米氧化鋅和鈍化氧化鋅都能有效提高斷奶仔豬養分表觀消化率 （劉漢鎖等，2022）， 這可能與脂肪酸結合蛋白和阿樸脂蛋白A-I 有關（朱宇旌等，2015）。 堿性磷酸酶（AKP）的活性受體內鋅含量的影響。 納米氧化鋅可以有效提高斷奶仔豬血清AKP 活性，使血清UN 含量顯著降低，提高蛋白質的利用率，從而促進動物的蛋白質代謝（王彬等，2016）。

2 氧化鋅對免疫功能和抗氧化應激的影響

病原微生物、細菌、病毒等都可引起動物機體免疫應激反應。 鋅對動物機體有顯著的免疫調節作用， 特別是與免疫因子活性和非特異性免疫細胞功能關系密切。 免疫因子包括補體（C）、細胞因子（CK）、酶類物質等，非特異性免疫細胞包括吞噬細胞、殺傷細胞和突狀細胞等，它們對抵擋病原體，提高機體免疫力等方面發揮著重要的作用。通常， 畜禽免疫力與IgA、IgM 和IgG 的含量成正相關。 IgG 在體液免疫中占主導地位，其在血液中含量最高；IgA 能調節吞噬作用；C3 和C4 具有補助和增強吞噬細胞免疫活性及抗體的作用。 研究表明氧化鋅能促進豬巨噬細胞吞噬能力（Kloubert等，2018）。 包被氧化鋅能顯著提高仔豬血IgG、IgM 含量（李方方等，2015）。納米氧化鋅能顯著提高斷奶仔豬血清IgA 含量， 但對IgM 具有降低作用（王彬等，2016），其具體原因還不清楚，可能與實驗動物自身的免疫狀態、 選擇的指標等因素有關。 鋅可以提高犢牛脾臟、胸腺等免疫器官重量，使血清IgG 水平升高， 能有效增強牛機體的免疫力（郝麗媛等，2020；Chang 等，2020）。 以上結果表明，氧化鋅可以增強畜禽免疫功能，提高機體抗病能力。目前，關于氧化鋅對動物炎癥因子的影響也有部分報道。 凹土納米氧化鋅能使肝臟促炎因子TNF-α 水平顯著降低，抗炎因子IL-4 含量升高，從而增強仔豬肝臟免疫功能（仲召鑫等，2019）。另有研究表明， 一定濃度的鋅能使小鼠血清中的TNF-α 含量呈劑量依賴關系升高；反之鋅劑量過高可導致免疫功能紊亂（荔霞等，2007）。

應激會降低畜禽采食量、影響生長發育、造成免疫力低下甚至出現死亡等情況， 給養殖業造成損失。鋅是抗氧化酶的重要結構組成成分，可維持機體抗氧化酶的釋放，提高抗氧化性能。飼糧添加300 mg/kg 納米氧化鋅能有效降低斷奶仔豬肝臟過氧化氫含量，提高過氧化氫酶（CAT）和超氧化物歧化酶（SOD）活性，緩解仔豬斷奶應激（方洛云等，2005）。 納米氧化鋅能增強斷奶仔豬血清CAT和T-AOC 活性， 降低血清丙二醛 （MDA） 含量（Sun 等，2019；李治學，2015）。 鋅與機體抗氧化能力呈現劑量依賴關系，氧化鋅含量增加，犢牛血清SOD 含量線性升高，MDA 活性線性下降（Wei 等，2020）。 在肉雞飼糧添加納米氧化鋅， 肌肉MDA含量下降，血清中皮質醇含量下降，改善了熱應激同時肉品質也得到改善（Ramiah 等，2019）。 鋅能夠與其他微量元素如硒等互作改善GSH-Px 活性，從而改善機體抗氧化功能（李大剛等，2008）。飼料中添加不同形式和不同水平的氧化鋅， 可以通過提高CAT、SOD 和GSH-Px 含量， 降低MDA活性及基因表達量， 維持機體氧化還原代謝的平衡，對動物氧化應激有較好的緩解作用。

3 氧化鋅對腹瀉和腸黏膜屏障功能的影響

腸道上皮細胞發育成熟的必需微量元素鋅，可以改善腸道形態， 提高蛋白質合成和腸道細胞增殖。 在斷奶仔豬中，添加納米氧化鋅效果良好，能有效降低腹瀉頻率 （Dunshea 等，2001；Spreeuwenberg 等，2001）。 此外，氧化鋅能提高仔豬回腸黏膜中金屬硫蛋白-1 的表達和總抗氧化能力，并降低黏膜中TNF-α 的含量（Bergeron 等，2017）。在有大腸桿菌腹瀉歷史的仔豬飼糧中添加高鋅（3100 mg/kg），其腹瀉能得到控制，可能原因是大腸桿菌的呼吸鏈被鋅離子抑制， 從而降低其有害作用（Yousef 等，2012）。鋅對犢牛腹瀉也具有緩解作用， 通過補鋅可以有效促進新生犢牛的免疫應答，進而緩解犢牛腹瀉（金宇航等，2021）。

氧化鋅對腸黏膜屏障功能也具有顯著改善的作用，這方面研究報道比較多，已經取得了較好的應用效果。 藥理劑量氧化鋅能提高斷奶仔豬小腸黏膜中IGF-I 與其受體mRNA 與蛋白的含量，促進腸上皮細胞增殖， 小腸絨毛高度增加 （Li 等，2006）。 添加2425 mg/kg 氧化鋅可以提高仔豬結腸中的杯狀細胞數量， 分泌中性和酸性黏蛋白MUC，促進腸道黏液層的形成，抑制有害微生物接近腸道上皮細胞（Liu 等，2014）。ZO-1、Occludin和Claudin 是保護腸道健康的重要蛋白分子，參與維持腸道屏障功能（蔣義，2012）。 研究表明，添加氧化鋅可提高Occludin 和ZO-1 基因表達量，減少仔豬腸道損傷， 維持上皮屏障功能及防止病原微生物入侵機體（Dokladny 等，2016），這與劉漢鎖等（2022）試驗結果一致。 3000 mg/kg 氧化鋅可增強仔豬腸道細胞氧化還原狀態， 降低氧化應激對斷奶仔豬腸道的損害， 阻止腸道上皮細胞的凋亡，保護腸道上皮的完整性，避免斷奶應激造成腸道功能紊亂（Wang 等，2009）。此外，補鋅能使燙傷大鼠空腸黏膜的DNA 含量提高，加速腸上皮細胞增生， 促進受損腸黏膜的再生與修復 （Li 等，2003）。 綜上所述，鋅主要通過提高腸黏膜中金屬硫蛋白-1 的表達、IGF-I 與其受體mRNA 與蛋白的表達、DNA 含量、緊密連接蛋白表達、增加腸中分泌中性和MUC 杯狀細胞數量、 抑制腸道上皮細胞的凋亡來保護腸道屏障功能。

4 添加氧化鋅毒性

盡管氧化鋅能夠降低幼齡動物腹瀉率、 緩解早期斷奶應激、提高生產性能，但在飼料中添加氧化鋅時應多方位綜合考慮， 防止出現拮抗作用及動物糞便影響環境等問題 （Swain 等，2016；Barton，2000）。 《飼料添加劑安全使用規范》（2017 年修訂） 中規定仔豬斷奶后氧化鋅添加量不超過1600 mg/kg（以鋅元素計），犢牛代乳料中鋅添加量不超過180 mg/kg。總結相關報道添加高劑量氧化鋅的毒性負作用主要有：（1）利用率低，影響環境。長期使用高劑量氧化鋅會出現動物被毛粗亂、皮膚暗淡以及生長發育受損等現象 （王彬等，2016）。 高劑量氧化鋅很難被吸收，大部分隨糞便排出，既浪費鋅源又影響環境（周維仁等，2011；王希春等，2009；Carlson 等，2007）。 （2）與其他微量元素的拮抗作用。 當動物采食高鋅飼糧， 腸道中金屬硫蛋白含量增加且與銅結合， 因此機體對銅的吸收降低（Mccaughey 等，2005）。 添加多孔氧化鋅750、1500 mg/kg 及普通氧化鋅3000 mg/kg 對斷奶仔豬糞便中銅、 鐵含量均沒影響 （彭鵬等，2018；王超，2013）。 （3）長期或過量使用對器官或機體有損害。 高鋅飼糧中鋅吸收過量會抑制機體重要反應酶的活性， 從而造成斷奶仔豬器官或機體損傷（Wang 等，2008）。 長期使用高劑量納米氧化鋅會影響小鼠器官生長發育， 導致器官發育受損（Harmaza 等，2014）。

5 小結

近年研究表明， 氧化鋅在動物生產中發揮非常重要的作用， 不僅能促進動物生長， 提高免疫力，增強抗氧化性能等，其有效緩解應激、降低腹瀉率、提高其生產性能效果更加明顯。盡管高劑量氧化鋅具毒性負作用， 但在一定范圍和按要求使用氧化鋅的危害鮮見報道。 隨著人們環保和資源節約意識的不斷加強， 研究開發更加安全高效的新型鋅源產品是非常必要的。 使用新型氧化鋅產品比飼料級氧化鋅更具應用前景， 研究清楚其具體的作用機理和替代效應是未來關注點之一。