硒的抗氧化功能及在动物生产中的应用

南京农业大学动物科技学院 田金可 吴秋珏 王 恬＊

作为人和动物的必需微量元素，硒具有多种生物学功能，如抗氧化、免疫、参与动物的生殖及甲状腺激素的分泌等；此外，硒也是某些蛋白质的催化中心，在增强机体免疫力，预防癌症方面同样发挥着重要作用（Klein，2005；Lu 和 Jiang，2005）。本文就硒的理化性质、生物活性及其在动物生产中的应用进行介绍。

1 硒的理化性质及生物活性

硒（Se）的原子量为78.96，具有金属和非金属过渡区元素的物理特性，是典型的氧-硫族元素。在自然界，硒通常存在四种氧化状态：元素硒、亚硒酸盐、硒化物、硒酸盐，有-2、0、+1、+2、+4、+6 等多种化合价，不同的化合价会影响其生物利用率。

硒的化学形态主要以有机硒和无机硒两种形式存在。有机硒主要以硒代胱氨酸、硒代半胱氨酸（Se-Cys或 Sec）和硒代蛋氨酸（Se-Met）等形式存在于蛋白质肽链中，无机硒则主要以硒酸盐、亚硒酸盐等形式存在。

一般把以Sec形式参入到多肽链的蛋白质称为硒蛋白；把酶蛋白中含有Sec残基、硒以Sec形式参与构成酶活性中心的一类酶统称为硒酶。Whanger（2009）报道，目前在人类体内发现并被证实的硒蛋白已有25种：如谷胱甘肽过氧化物酶（GSH-Px或GPx）家族，碘甲腺原氨酸脱碘酶（ID）家族，硫氧还蛋白还原酶（TR）家族，硒代磷酸盐合成酶 （SPS）， 硒蛋白P （SeP）， 硒蛋白W（SeW）等。研究认为，硒的生物学意义主要体现在硒蛋白和硒酶的生物学功能上。

2 抗氧化机理

硒的抗氧化功能首先表现为可以通过各种含硒蛋白及含硒酶发挥效应。研究认为，机体的抗氧化体系是由酶促和非酶促抗氧化体系共同维持的。酶促抗氧化体系主要包括谷胱甘肽过氧化物酶（GSH-Px）、谷胱甘肽还原酶（GSH）、超氧化物歧化酶（SOD）以及过氧化氢酶（CAT）等，非酶促抗氧化体系主要有维生素E（VE）、胡萝卜素、维生素 C（VC）、半胱氨酸、蛋氨酸、尿酸及铜蓝蛋白、转铁蛋白、乳铁蛋白等（Fang 等，2002；Temple，2000）。而硒在酶促抗氧化体系中扮演了重要角色，并通过具有酶功能的含硒蛋白、硒核酸等发挥作用（见表 1）（金虹，2004）。

GSH-Px是最早被发现和证实的含硒酶，硒的抗氧化作用主要通过该酶发挥作用。它能催化还原型谷胱甘肽转变成氧化型，抑制过氧化反应，清除自由基；并终止自由基链式反应，从而对脂质过氧化作用的损伤进行防御。当硒缺乏时，GSHPx的活性降低，引起脂质自由基和过氧化物的增加、细胞的破坏，导致组织的损伤。因此人们通常将GSH-Px的活性作为衡量硒在生物体内功能的指标（Zhan等，2007）。SOD的活性也能反映机体清除自由基的能力，它能将超氧阴离子自由基（·），歧化为水（H2O）和氧气（O2），终止自由基链锁反应，因此它对氧化与抗氧化平衡起着非常重要的作用（Pagmantidis 等，2005）。 丙二醛（MDA）是自由基触发脂质过氧化物反应生成的终产物，它能使含氨基的蛋白质、核酸、脑磷脂等失活，其含量可反应机体脂质过氧化的程度，间接反映细胞受损程度（高建忠和黄克和，2004）。而总抗氧化能力（T-AOC）则是衡量机体抗氧化系统功能状况的综合性指标，反应机体对外来刺激的代偿能力及自由基代谢的状态（占秀安等，2009）。同样，机体组织中硒含量的高低也能反映机体抗氧化能力的强弱，因为器官或组织中的硒有较高的沉积量，不但能降低氧化应激，还能保护不饱和脂肪酸免受氧化损伤 （Korniluk等，2007；Tapiero等，2003）。

表1 动物和人体内的主要硒蛋白及功能

其次，硒能通过与维生素E的协同作用而影响非酶促反应发挥效应。作为抗氧化剂，硒和维生素E具有类似的生物学作用，它们都是组织和细胞抗氧化防御系统的重要组成部分。有试验表明：纳米硒和维生素E可通过提高热应激奶牛血浆硒含量及血清中抗氧化酶活性，缓解并改善奶牛因热应激引起的氧化损伤（董卫星等，2009）。也有研究认为，胰腺发挥正常功能需要硒，而胰腺分泌的胰蛋白酶、胰脂肪酶有助于脂肪的消化，因此有助于维生素E的吸收；而维生素E又是脂质膜的组成成分，它能防止脂质氧化及相应过氧化物的产生，从而减少了消除过氧化物所需的GSH-Px数量，也就降低了对硒的需要量。这表明，硒和维生素E表现为相互协同和相互节省效应 （刘风民，2004）。

此外，还有研究表明，硒在机体内也可单独发挥其抗氧化功能：（1）它可通过直接清除自由基而发挥抗自由基损伤作用；（2）它能以某种形式与细胞膜结合构成膜结合硒以保护细胞膜；（3）它还能提高巨噬细胞的杀菌能力和延长其寿命（袁施彬，2007）。

3 硒在动物生产中的抗氧化功能研究

不同形态的硒在生物体内的吸收机制不同。无机硒在动物肠道中是被动吸收的，而有机硒则是通过依赖Na+的中性氨基酸转运系统主动吸收的。无机硒的代谢途径中，仅有很少量的无机硒结合入体蛋白中，大多数未能用于合成硒蛋白的硒则进入肾脏，最终排出体外；而有机硒中的硒类似于含硫氨基酸的性质，在蛋白质的合成中硒代氨基酸常常替代含硫氨基酸而结合入蛋白质中，因此有机硒（酵母硒、硒代蛋氨酸等）能增加机体总硒的贮存量（丁文杰等，2008）。另外，还有研究显示，高水平亚硒酸钠可能会对细胞成分产生潜在性的损伤，从而对机体产生毒性，但硒代蛋氨酸则没 有 这 种 性质 （Spallholz 等，2004；Spallholz，1994），这也可能是有机硒的应用效果优于无机硒的另一原因。

3.1 家禽 Wang和Xu（2008）在肉鸡日粮中添加0.2 mg/kg的不同硒源（亚硒酸钠和酵母硒），结果表明，试验组显著降低了料重比；显著提高了肝脏和血浆中GSH-Px的活性，且在血浆中有机硒组与无机硒组的差异也达到了显著水平，有机硒得到的效果更好。Yoon等（2007）报道，随着日粮中硒添加量的增大（0、0.1、0.2、0.3 mg/kg），肉鸡血液中硒含量和GSH-Px活性均显著提高；但却未影响其生产性能。0.3 mg/kg的硒能满足母种鸡和蛋鸡需要，且有机硒的效果更好 （Leeson等，2008）。 Mikulski等（2009）的试验结果表明，日粮添加0.3 mg/kg的亚硒酸钠对火鸡的GSH-Px和SOD活力没有影响；但0.3 mg/kg的酵母硒则显著提高了GSH-Px和SOD活力；不同硒源对火鸡生长性能的影响也未达到显著水平。还有报道认为，纳米硒在肉鸡日粮中适宜添加水平为0.7～1.0 mg/kg（王福香等，2009）；朱风华等（2010）报道，蛋鸡日粮中添加纳米硒量至2.5 mg/kg仍是安全的。综上所述，在家禽研究及生产过程中，对于硒源及硒添加水平会因试验条件及试验动物而有差异，不同硒源的合理用量仍需进一步验证。

3.2 猪 不同硒源在提高猪的抗氧化性能方面同样有较显著的效果，但目前使用量也存在较大差异。Zhan等（2007）对育肥猪的试验研究表明，0.3 mg/kg的不同硒源均显著提高了肝脏和肌肉中GSH-Px的活性和各组织硒含量，显著降低了MDA的水平，且有机硒效果更好。高建忠等（2006）在仔猪的试验上得到了类似结论，认为有机硒代替无机硒作为仔猪的硒补充剂非常必要。胡鹏等（2010）认为，饲喂母种猪0.3 mg/kg有机硒能明显提高乳猪胰脏抗氧化能力和胰脏组织GSH-Px mRNA表达。推测表明，有机硒能改善猪的抗氧化性能且效果优于无机硒，可能与不同硒源在体内的代谢途径有关（高建忠等，2006）。然而，Li等（2011）在猪日粮中添加酵母硒量达到3 mg/kg时，虽未影响其生产性能，但仍改善了肌肉的抗氧化能力。这也说明了有机硒的应用有更高的阈值。Mahan和Peters（2004）的试验结果则表明，在母猪日粮中外源添加0.15 mg/kg的硒时，GSH-Px的活性已经趋于稳定，当添加水平增加到0.3 mg/kg时，虽提高了各组织中的硒含量，但GSH-Px活性却增加不明显，因此，0.15 mg/kg外源硒已经能满足GSH-Px的合成需要。

3.3 反刍动物 植物不同组织硒的含量变化很大，因此在反刍动物的日粮中补硒也是非常重要的。硒同样能改善反刍动物的抗氧化能力，但对改善其生长性能的报道较少。Kumar等（2009）研究表明，与对照组相比，不同硒源均显著提高了羔羊血清中硒含量及GSH-Px活性，但有机硒较无机硒差异不显著。还有研究认为，有机硒能提高全血中硒含量及红细胞中GSH-Px的活性，但对肌肉中GSH-Px活性无显著影响 （Juniper等，2009），这与Vignola等（2009）的结果相似。但值得一提的是，他们所提供的基础日粮中均有很高的硒含量（0.19 mg/kg vs 0.13 mg/kg），这也可能是对肌肉中GSH-Px的活性没有产生影响的原因。当基础日粮中硒的含量处于较高水平时，外源硒的添加效应很容易被掩盖。在牛的试验研究中，有机硒同样表现出了较好的应用效果，它能提高全血及组织中硒含量和GSH-Px的活性 （张克春等，2010；Juniper等，2008）；还能缓解并改善奶牛因热应激引起的氧化损伤（董卫星等，2009）。

3.4 其他 秦顺义等（2006）试验结果显示，与对照组和亚硒酸钠组相比，富硒益生菌组极显著或显著提高小鼠GSH-Px和SOD活性，并显著降低了MDA水平。这与李改平和刘子川（2001）报道的有机硒提高小鼠抗氧化能力的效果优于无机硒结论一致。Muller和 Pallauf（2002）报道，缺硒兔只体外肝细胞GSH mRNA的丰度较低，而补硒可使体外肝细胞GSH活性和mRNA丰度都显著升高，并提高机体的抗氧化能力。张华（2004）给兔注射3种不同硒源（亚硒酸钠、硒化卡拉胶、硒代蛋氨酸）均提高了兔血清GSH-Px活力，其中亚硒酸钠和硒化卡拉胶对血清GSH-Px活力影响最明显。张艳艳和李福昌（2010）报道表明，日粮添加硒尤其是高剂量的硒，可不同程度地改善了兔各组织GSH-Px、SOD和CAT活力，同时也降低组织的MDA含量，提高了组织抗氧化能力。

4 小结

目前生产上补硒以无机硒为主，因为无机硒价格低廉，但其毒性大、生物利用率低；而有机硒毒性较小，且生物利用率高，因此，应用前景将非常广阔。但由于动物种类和试验环境的不同，以及不同地区基础日粮中含硒量的差异，因此不同硒源在动物生产上的应用效果及合理用量仍存在很大分歧。所以，不同硒源的最佳使用量仍是今后的研究热点。同时，还应更深层地揭示不同硒源在机体内的代谢机理和各种硒蛋白的表达及相关机能，为生产实践提供理论指导。

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