超氧化物歧化酶與畜禽氧化應(yīng)激

程皇座 胡友軍 趙曉南 文偉 鄂曉迪

作者簡(jiǎn)介：程皇座（1993－ ），男，碩士，主要從事動(dòng)物營(yíng)養(yǎng)與飼料方面的工作；E-mail：chz868@88.com

*通信作者：胡友軍（1972－ ），男，研究員，主要從事單胃動(dòng)物營(yíng)養(yǎng)與功能性添加劑研發(fā)工作；E-mail：61368851@163.com

摘? 要：超氧化物歧化酶（superoxide dismutase，SOD）能夠清除各類生物體內(nèi)因氧化應(yīng)激產(chǎn)生的過(guò)多自由基，通過(guò)歧化反應(yīng)將氧自由基轉(zhuǎn)化為氧氣和過(guò)氧化氫。SOD廣泛存在于各類動(dòng)物、植物、微生物中，是一種重要的抗氧化劑，可保護(hù)體內(nèi)各種細(xì)胞免受自由基的攻擊。本文就SOD的功能、抗氧化機(jī)制、與自由基的關(guān)系及在畜禽生產(chǎn)上的應(yīng)用進(jìn)行概述，以期為SOD在動(dòng)物生產(chǎn)上的應(yīng)用提供參考。

關(guān)鍵詞：超氧化物歧化酶；自由基；氧化應(yīng)激；抗氧化

中圖分類號(hào)：S816 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1001-0769（2024）02-0093-04

動(dòng)物氧化應(yīng)激是指動(dòng)物體內(nèi)產(chǎn)生過(guò)多的自由基引發(fā)機(jī)體氧化還原平衡失調(diào)的現(xiàn)象，是引起動(dòng)物疾病和降低生產(chǎn)性能的重要原因之一[1]。這是因?yàn)檠趸瘧?yīng)激產(chǎn)生的活性氧自由基積累過(guò)多，超過(guò)了體內(nèi)抗氧化酶系統(tǒng)的清除能力，而過(guò)量自由基會(huì)攻擊細(xì)胞中的脂質(zhì)、蛋白質(zhì)和DNA等生物大分子，對(duì)細(xì)胞造成不可逆轉(zhuǎn)的傷害，從而影響動(dòng)物生理機(jī)能。在防止氧自由基對(duì)細(xì)胞破壞的抗氧化系統(tǒng)中，超氧化物歧化酶（superoxide dismutase，SOD）在保護(hù)細(xì)胞免受氧自由基的攻擊中發(fā)揮重要作用[2]。

1? SOD的發(fā)現(xiàn)與分類

1930年，Keilin和Mann研究發(fā)現(xiàn)了SOD，不過(guò)當(dāng)時(shí)認(rèn)為SOD是一種蛋白質(zhì)，并命名為血銅蛋白。1969年，McCord和Fridovich發(fā)現(xiàn)該蛋白具有酶的活性，并正式命名為超氧化物歧化酶[3]。SOD是一種金屬酶，催化中心含有一個(gè)金屬離子，根據(jù)金屬離子的不同，SOD家族可以分為4種類型：Cu/Zn-SOD、Mn-SOD、Fe-SOD和Ni-SOD。其中Cu/Zn-SOD主要存在于真核細(xì)胞的細(xì)胞質(zhì)和葉綠體以及細(xì)菌的細(xì)胞質(zhì)和周質(zhì)空間中；Mn-SOD主要存在于原核生物和真核生物的線粒體中；Fe-SOD存在于原核生物和少數(shù)植物中；Ni-SOD主要存在于鏈霉菌屬細(xì)菌及藍(lán)細(xì)菌等海洋生物中[4-5]。

2? SOD生物學(xué)重要性

SOD對(duì)呼吸細(xì)胞的存活至關(guān)重要。氧是一切生命活動(dòng)的基礎(chǔ)物質(zhì)之一，但氧在參與機(jī)體生命代謝活動(dòng)中會(huì)轉(zhuǎn)化成氧自由基，為應(yīng)對(duì)自由基氧化損傷，細(xì)胞需要SOD來(lái)清除氧自由基。對(duì)大量微生物的調(diào)查表明，很多需氧和耐氧生物均含有SOD。SOD通過(guò)抗氧化途徑在防御氧中毒、抗輻射損傷、預(yù)防衰老、治療疾病等方面發(fā)揮重要作用[6]。

3? SOD抗氧化機(jī)理

自由基是一些單獨(dú)存在的具有不配對(duì)電子的分子、原子、離子或原子團(tuán)，其顯著特征是外層軌道上具有未配對(duì)的電子。由于電子傾向于配對(duì)，大多數(shù)自由基很活躍，反應(yīng)性極強(qiáng)，具有很強(qiáng)的氧化能力。研究發(fā)現(xiàn)，自由基的主要氧化產(chǎn)物丙二醛（malondialdehyde，MDA）通過(guò)與DNA堿基反應(yīng)，可引起各種疾病的誘變性病變[7]。正常情況下，體內(nèi)自由基的產(chǎn)生和清除在體內(nèi)抗氧化信號(hào)網(wǎng)絡(luò)的調(diào)節(jié)下處于動(dòng)態(tài)平衡狀態(tài)，其中SOD是一種重要的抗氧化酶，保護(hù)細(xì)胞免受自由基電子的攻擊。SOD可將體內(nèi)氧自由基催化，生成過(guò)氧化氫和氧氣，然后過(guò)氧化氫被過(guò)氧化氫酶還原成水，從而起到清除自由基和抗氧化的作用[8]。

4? 提高體內(nèi)SOD水平的方法

動(dòng)物受到環(huán)境（高溫、低溫、運(yùn)輸?shù)龋⒆陨砩頎顟B(tài)（出生、斷奶、懷孕、哺乳）、病原體（病毒、細(xì)菌等）、營(yíng)養(yǎng)（加工質(zhì)量、消化等）等影響時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生氧化應(yīng)激[1]，導(dǎo)致體內(nèi)自由基過(guò)量，超出自身抗氧化系統(tǒng)的清除能力。如果通過(guò)外源手段補(bǔ)充或提高體內(nèi)SOD水平，來(lái)增強(qiáng)體內(nèi)抗氧化信號(hào)系統(tǒng)，這對(duì)動(dòng)物及時(shí)應(yīng)對(duì)氧化應(yīng)激具有重要意義。

4.1 直接補(bǔ)充外源SOD

雖然SOD在抗氧化方面具有重要作用，但由于SOD的不穩(wěn)定性、無(wú)免疫原性及分子量大、半衰期短、生產(chǎn)成本高等因素的影響，SOD的廣泛應(yīng)用受到限制[9]。研究表明，從動(dòng)物、植物或一般的微生物中提取的SOD穩(wěn)定性較差，不耐高溫和酸[3]，因此在動(dòng)物飼料中的應(yīng)用性研究較少，大規(guī)模應(yīng)用還存在一定難度。

4.2 通過(guò)激活體內(nèi)抗氧化系統(tǒng)促進(jìn)SOD表達(dá)

研究表明，SOD可由體內(nèi)抗氧化系統(tǒng)動(dòng)員生成，這主要依賴于Nrf2-Keap1-ARE信號(hào)通路。核因子E2相關(guān)因子2（nuclear factor erythroid 2-related factor 2，Nrf2）和Kelch樣環(huán)氧氯丙烷相關(guān)蛋白1（kelch-like ECH-associated protein 1，Keap1）是細(xì)胞抗氧化反應(yīng)的中樞調(diào)節(jié)物質(zhì)[10]，正常生理狀態(tài)下，Nrf2位于細(xì)胞質(zhì)中，與Keap1結(jié)合在一起，處于抑制狀態(tài)，使抗氧化酶處于基礎(chǔ)表達(dá)水平，機(jī)體保持氧化還原穩(wěn)態(tài)。當(dāng)機(jī)體受到氧化應(yīng)激時(shí)，Keap1的半胱氨酸殘基被修飾，導(dǎo)致Keap1的構(gòu)象發(fā)生改變，從而使Keap1與Nrf2解耦聯(lián)，Nrf2轉(zhuǎn)入細(xì)胞核內(nèi)，與抗氧化反應(yīng)元件（anti-oxidative response element，ARE）特異性結(jié)合，促進(jìn)下游一系列抗氧化酶基因的表達(dá)，提高SOD、過(guò)氧化氫酶（catalase，CAT）、谷胱甘肽硫基轉(zhuǎn)移酶（glutathione-s-transferase，GST）等抗氧化酶的水平來(lái)抵抗氧化應(yīng)激所導(dǎo)致的機(jī)體損傷。因此，Nrf2通過(guò)Nrf2-Keap1-ARE信號(hào)通路調(diào)控下游SOD的表達(dá)是機(jī)體對(duì)抗氧化損傷的主要通路[11-14]。

5? SOD在動(dòng)物生產(chǎn)上的應(yīng)用

5.1 直接補(bǔ)充外源SOD

由于SOD的不穩(wěn)定性和較高的生產(chǎn)成本，目前在動(dòng)物生產(chǎn)中直接添加的應(yīng)用研究極少，但在動(dòng)物飼料中添加其模擬物SODm具有一定的應(yīng)用潛力[15]。趙靖等通過(guò)提取木瓜中的SOD來(lái)飼喂小鼠，發(fā)現(xiàn)小鼠血清以及機(jī)體組織中的SOD活性有所提高[16]。郭照宙等通過(guò)將SODm添加到肉雞日糧中，發(fā)現(xiàn)SODm對(duì)肉雞的生產(chǎn)性能無(wú)影響，但對(duì)肌肉肉色、嫩度、蛋白質(zhì)含量均有顯著影響，顯著提高了血清免疫因子水平以及血清、胸肌、腿肌中SOD的活性[17]。崔紅霞等研究發(fā)現(xiàn)，在肉雞日糧中添加0.14％～0.22％ SODm可以顯著提高血清、十二指腸黏膜、空腸黏膜、心臟、肝臟中SOD活性[18]。目前國(guó)內(nèi)外關(guān)于SOD及其模擬物SODm在畜禽生產(chǎn)上直接應(yīng)用的文獻(xiàn)有限，生產(chǎn)中直接添加外源SOD有很大局限性。

5.2 通過(guò)Nrf2調(diào)控SOD抗氧化途徑

研究表明，提高動(dòng)物機(jī)體抗氧化活性的根本有效措施是提高體內(nèi)酶促體系的功能[19]。根據(jù)Nrf2-Keap1-ARE信號(hào)通路，選擇高效抗氧化活性物質(zhì)來(lái)提高SOD等抗氧化酶的活性對(duì)調(diào)節(jié)畜禽氧化應(yīng)激具有重要意義[20]。多項(xiàng)試驗(yàn)表明，從植物中提取的多酚類化合物——異黃酮，能結(jié)合并清除自由基[21]，同時(shí)能夠提高機(jī)體SOD的生物學(xué)功能[22]，具有較強(qiáng)的抗氧化作用和清除自由基的能力[23-24]。Han等[21]研究發(fā)現(xiàn)茶多酚中的表兒茶素沒(méi)食子酸酯提高了Nrf2和HO-1基因的表達(dá)水平[25]。程?hào)|靜等[26]研究表明，大豆異黃酮可通過(guò)增加高脂肥胖大鼠腸道中SOD、GSH和CAT等抗氧化酶的活性，提高機(jī)體抗氧化能力。Xu等[27]研究發(fā)現(xiàn)，日糧中添加400 mg/kg蘋(píng)果多酚可提高斷奶仔豬的抗氧化能力，改善脂肪代謝，其機(jī)制是多酚可調(diào)節(jié)肝臟中CAT、GST和SOD的mRNA表達(dá)。Ma等[28]發(fā)現(xiàn)，在日糧中添加200 mg/kg綠茶多酚提高了奶牛血漿中葡萄糖濃度、SOD和GSH-Px活性、總抗氧化能力，減少了血漿中ROS、MDA、H2O2含量。林廈菁等[29]發(fā)現(xiàn)，在日糧中添加10～40 mg/kg大豆異黃酮能緩解斷奶仔豬十二指腸腸絨毛損傷，降低空腸組織中MDA含量，提高SOD、GSH-Px活性。Jiang等[30]研究發(fā)現(xiàn)，在日糧中添加10～80 mg/kg大豆異黃酮顯著提高了快大型黃羽肉雞血液中T-AOC和T-SOD水平，顯著提高了胸肌中GSH-Px mRNA表達(dá)量。陳家麗等[31]研究發(fā)現(xiàn)，在日糧中添加10～20 mg/kg大豆異黃酮顯著緩解了傳染性法氏囊病對(duì)肉雞生長(zhǎng)的不利影響，提高空腸黏膜GSH-Px、SOD和CAT活性。Chen等[32]發(fā)現(xiàn)，在日糧中添加640 mg/kg高水平的大豆異黃酮提高了育肥豬背最長(zhǎng)肌SOD活性和T-AOC水平，但導(dǎo)致脂肪、肝臟和血漿中MDA水平增加。綜上可見(jiàn)，將從植物中提取的異黃酮應(yīng)用于畜禽日糧，能夠顯著提高應(yīng)激動(dòng)物體內(nèi)SOD等抗氧化酶的活性，說(shuō)明異黃酮可以作為激活體內(nèi)抗氧化系統(tǒng)和提高SOD等抗氧化酶的外源物質(zhì)。

6? 結(jié)語(yǔ)

SOD在保護(hù)細(xì)胞免受氧自由基毒害中發(fā)揮著重要作用，目前在畜禽生產(chǎn)中直接應(yīng)用還存在一定難度。但SOD是動(dòng)物機(jī)體抗氧化系統(tǒng)中一種重要的活性物質(zhì)，通過(guò)Nrf2-Keap1-ARE信號(hào)系統(tǒng)上調(diào)SOD等抗氧化酶的活性來(lái)應(yīng)對(duì)機(jī)體氧化應(yīng)激是一種根本有效的措施。大量研究表明，從植物中提取的異黃酮在提高體內(nèi)SOD等抗氧化酶活性上具有良好效果，是應(yīng)對(duì)畜禽氧化應(yīng)激的重要方法之一，但關(guān)于異黃酮的作用機(jī)制還需深入研究。

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