添加剂维生素E对鱼类的抗氧化作用及其机理

许友卿 李文龙 丁兆坤

维生素E是生育酚(tocopherols)和生育三烯酚(tocotrienols)的总称。VE有许多生理作用[1-2]，其中抗氧化作用是重要功能之一[3]，能有效地防止机体脂肪过氧化及外因导致的氧化，保护细胞骨架、蛋白质巯基并维持细胞膜的正常功能等[4-7]，尤其是保护亚细胞膜的完整性，避免遭受过氧化物损害[8]；防治由氧化应激所致的心血管疾病、动脉硬化和癌症等[9-10]；VE还能与一种未知蛋白配合起到氧化还原感应器的作用[11]。

VE在抗氧化和提高动物机体免疫力等方面的作用，越来越受关注[12-14]。然而，VE抗氧化作用的机理还未被完全理解，特别是与其他抗氧化剂协同抗氧化的机理少有报道。

本文主要综述VE对鱼类的抗氧化作用及机理，同时讨论了VE和硒的协同抗氧化作用，以便更深入地研究和有效地利用VE调控鱼类生长发育，促进渔业发展。

1 维生素E在鱼类的抗氧化作用

1.1 抗脂质过氧化

脂质过氧化是一个反应复杂、自动传播并且具有极高破坏性的化学反应过程，在动物包括鱼类的机体中，脂质过氧化不仅使生物膜系统流动性降低，导致细胞活性下降，还产生大量自由基和丙二醛（malondialdehyde，MDA）等有害物质。脂质过氧化特别是多不饱和脂肪酸（polyunsaturated fatty acids,PUFA）的氧化对动物机体损伤严重[15]。VE以其强有力的抗氧化活性，在终止脂质过氧化反应及消除自由基等方面表现出良好的效果，对维系生物膜正常生理功能和保护动物包括鱼类正常生长方面起到十分重要的作用。VE能够作为电子供体，拦截具有强氧化能力的自由基，使细胞不被氧化破坏。Prieto等[16]的研究表明，添加VE能降低鱼类肝脏、肾脏和鳃中脂质过氧化物的水平。在大菱鲆（Scophthatmus maximus）饲料中添加VE 320 mg/kg，能完全抑制肝内的脂质过氧化反应（lipid peroxidation）[17]。Peng 等[18]报道，饲料中过氧化油脂对黑海鲷（Acanthopagrus schlegeli）稚鱼的生长有明显的抑制作用，而在这些变质饲料中添加VE，能明显改善黑海鲷稚鱼的生长状况。这是由于添加VE能显著地降低脂质过氧化物对鱼体的伤害，同时改善鱼类对于脂质过氧化物的抵抗能力。同样，彭士明等[19]报道，以氧化鱼油（氧化物值POV为45 meqO2/kg油）配制基础饲料，分别添加VE醋酸酯（纯度50%）0、100、300、700、1500 mg/kg等 5 个梯度，投喂平均体重为18.7 g的黑鲷幼鱼9周，结果显示，投喂添加VE者显著地降低了鱼肝中的丙二醛含量以及超氧化物歧化酶（superoxide dismutase,SOD）、过氧化氢酶（catalase，CAT）、谷胱甘肽巯基转移酶（glutathione S-transferase enzymes，GST）等抗氧化酶的活性。由此可见，添加VE能消除或减弱脂质过氧化反应进程，从而降低或消除脂质过氧化物对鱼体的损伤。然而，Mourente等[15]指出，使用含过氧化油脂的饲料投喂乌颊鲷（Sparus aurata L），即使在肝抗氧化酶活性受到显著影响的情况下，是否添加VE都不会改变这种饲料对鲷鱼的生长和存活。研究结果相异的部分原因可归咎于鱼种不同、饲料中脂质过氧化物含量和添加VE的水平等多种因素。

VE芳香环上的羟基十分活跃，能够与自由基发生反应，使自由基转变成稳定的物质，从而阻断脂质过氧化反应。VE抗脂质过氧化作用，可能基于它能够阻断脂质过氧化反应链，消除反应过程中产生的自由基[20]。Gehringer等[21]的相关实验结果支持了这一推想，他们报告VE可以阻断脂质过氧化反应链，消除过氧化反应过程中产生的自由基。

1.2 抗蛋白过氧化

VE既具有很强的抗脂质过氧化能力，又可能具有防止蛋白质氧化的作用。Passi等[22]指出，淡水和海水鱼体内脂质过氧化物和蛋白质氧化物的积聚，与肌肉组织中VE及脂质抗氧化物含量随年龄增长而降低相关。氧自由基和MDA含量增加、膜脂质、膜胆固醇含量及膜流动性的改变均是淋巴细胞膜蛋白组分发生改变的影响因素[23]。不过，VE防止蛋白质氧化之说尚待进一步深入研究。

1.3 保护抗氧化酶活性

VE与机体抗氧化酶之间的关系以及它们如何协同作用是值得探讨的问题。实验表明，VE在消除过氧化物，防止脂质过氧化方面作用显著，能清除体内的氧化应激物对机体抗氧化酶系的氧化胁迫，从而保护抗氧化酶，使其活性维持正常[24]。Jiang等[25]指出，VE能够提升鱼类肠道抗氧化能力，并维护细胞结构完整性，用浓度分别为 0、2.5、3.5、4.5、6.0、7.0 μg/ml的 VE培养基培养鱼类肠细胞96 h，结果发现，肠细胞抗超氧化阴离子活性和抗羟基自由基活性显著增强。

VE的抗氧化能力和对机体的保护作用，可能与其保护超氧化物歧化酶活性、清除氧自由基、降低或终止脂质过氧化反应以及降低MDA水平等相关[26-27]。Garg等[28]报告，VE能显著地降低过氧化脂质水平，同时提高机体还原型谷胱甘肽(glutathione,GSH)含量，显著地提高谷胱甘肽过氧化物酶 (glutathione peroxidase，GSH-Px)和谷胱甘肽巯基转移酶(glutathione-S-transferase,GST)的活性，并能维持机体SOD的正常水平。VE还能改善组织中CAT活性[29]。Ruebhart等[30]报道，VE和水溶性VE衍生物（Trolox）能显著地降低亚硫酸氢钠甲萘醌（menadione Sodium Bisulfite，MSB）和微囊藻毒素-LR（Microcystin-LR，MC-LR）对卤虫无节幼体（Artemia franciscana nauplii）的氧化胁迫作用。Prieto等[16]实验表明，VE能够缓解或解除由于微囊藻毒素 (microcystins，MCs)导致的罗非鱼(Oreochromis niloticus)肝氧化应激反应，添加足量VE就能完全解除毒素对肝脏带来的氧化应激影响。此外，Venkasteswara等[31]报道，添加VE能减轻和控制投喂含NiCl2+K2Cr2O7食物后机体显著降低SOD活性的现象，这表明VE可能通过清除氧化物而保护SOD。

2 维生素E抗氧化作用的机理

α-生育酚是最具有活性的，能直接参与中断脂质过氧化的过程，发挥其抗氧化的作用。维生素E抗氧化作用的机理如图1所示。具体地说，在脂质过氧化反应中，首先由外界或机体自身的自由基（X·）在光照、热能、微量过渡金属离子等作用下引发，也可以由其它自由基或自由基产物如偶氮化合物等引发。自由基首先从不饱和脂肪酸分子上夺取一个氢（如图1反应1），使脂质生成过氧化脂质自由基（LOO·，如图1反应1a）。由于氧的存在，过氧化脂质自由基跟着生成过氧化自由基（反应几乎是扩散型，k=108～109M-1s-1，如图1反应2）。如果过氧化自由基不被清除，它将进一步扩增自由基链。

然而，在α-生育酚存在的情况下，α-生育酚迅速与过氧化自由基反应（速度k=105～106M-1s-1，如图1反应3），速度远大于过氧化自由基与不饱和脂肪酸之间的反应（见图1反应1a）。因此，α-生育酚能够在特定反应位置阻断自由基反应链的延续，从而终止脂质过氧化反应。与此同时，α-生育酚也可以与脂质自由基（L·）发生反应（见图1反应4），从而达到清除脂质自由基的目的。此时，尽管α-生育酚将过氧化脂质自由基（LOO·）转变成了脂质氢过氧化物（LOOH），后者仍然是一种很具氧化活性的物质，依然潜在氧化威胁。α-生育酚也不能进一步清除该物，只能由其它抗氧化物予以清除（见图1反应5～8）。也就是说，虽然VE具有很强的抗氧化、清除自由基的能力，但是它有局限性，VE必需结合其它抗氧化物或机体自身抗氧化酶系统才能达到彻底清除机体氧化的威胁。

图1 脂质过氧化作用及α-生育酚抗脂质过氧化反应

3 维生素E与硒对鱼类的协同抗氧化作用

除VE外，还有其它多种抗氧化剂，其中硒(selenium，Se)是一种非常重要的抗氧化物，是目前研究的热点之一[32]。硒还是人和动物包括鱼类的必需的微量元素之一[33-35]。

硒具有许多生理功能。已经证明，硒具有抗氧化、预防癌症[36]、保护心血管系统、增强免疫机能和削弱重金属毒性等多种作用[32，37]。适量硒会保护机体免受氧化应激反应，但是过量硒则会有毒性效应。Abbas等[38]指出，硒的缺乏和过量都会影响鱼类机体的多种生理参数。用缺硒饲料投喂鱼类，会显著地降低鱼的游动活性和生长速度，改变其原来的体色，还会出现同类相食的现象（Monteiro等[39]）。饲料中添加硒元素能够提高饲料转化率[40-41]，同时能提高动物血清和组织中氧化还原酶的活性，增强机体抗氧化和抗病能力。硒在罗非鱼的研究中显示了显著的抗氧化和抗病能力[42]，使鱼类在氧化应激反应中得到保护[43-44]。在日粮中添加硒能够保护鱼类体内其他抗氧化物质的活性和维持于正常含量[42]。硒还能解除重金属和有毒物质对鱼类的毒性。Ates等[45]研究表明，硒能够显著地解除 Pb2+和 Cu2+对虹鳟 (Oncorhynchus mykiss Walbaum,1792)的毒性。日粮中添加硒能有效保护鱼体细胞免受甲基对硫磷(methyl parathion,MP)(一种杀虫剂)引起的氧化应激损伤[46]。硒是维持胰腺正常生理功能所必需的微量元素[47]，胰腺分泌的胰脂肪酶有助于脂肪的消化吸收，而VE是一种脂溶性维生素，脂肪的消化吸收有助于VE的吸收，提高VE的吸收利用率。

硒和VE不仅分别具有很强的抗氧化作用，而且能协同抗氧化作用，发挥更大的效果。VE和硒在抗氧化等方面具有近似的作用，但是两者不能互相代替，VE主要结合在细胞膜上，在细胞外（第一道防线）起抗氧化作用；而硒结合形成的含硒酶——谷胱甘肽过氧化物酶（GSH-Px），在细胞内（第二道防线）发挥抗氧化作用[48]。硒和VE相互补充[49]，在防止脂质过氧化方面表现出协同抗氧化作用[50-51]。VE能够降低羟自由基和过氧亚硝基的生成，从而降低线粒体过氧化物的生成[52]。而硒作为GSH-Px的组分，在机体抗氧化防御系统(第二道防线)发挥重要作用[53]。所以，缺乏硒和VE中任何一种都会对机体造成严重影响和破坏，VE与GSH-Px联合作用，为防止机体免受氧化胁迫损伤起重要的作用。

此外，VE和硒还能互相节省和保护，血浆中硒与VE的含量呈正相关，补硒有助于维持机体组织较高水平的VE；反之，VE也可维持体内硒活性，减少机体硒损失，防止脂质过氧化和反应性氧化物(reactive oxidative species,ROS)的产生，使清除ROS所需的GSH-Px减少而对硒的需求下降。

4 结语

综上所述，VE和硒不但能分别发挥作用，还能协同抗氧化，提高鱼类抗氧化应激能力，增强抗病力，促进健康生长发育，提高成活率。研究VE和硒在鱼的协同抗氧化作用，能更有效地利用VE和硒，对促进水产养殖业、生产卫生安全的水产品具有重要的意义。

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