维生素E和维生素C的协同抗氧化作用及对水产动物的影响

许友卿 易波 丁兆坤

生物体的抗氧化防御系统对机体的正常生理功能至关重要。鱼类的主要抗氧化防御系统包括酶和非酶系统，两个系统协作能有效清除机体内的活性氧（Reactive oxygen species,ROS）和活性氮（Reactive nitrogen species,RNS)等自由基。其中抗氧化酶主要包括：过氧化氢酶（Catalase，CAT）、超氧化物歧化酶(Superoxide dismutase,SOD）、谷胱甘肽还原酶（Glutathione reductase,GR)、谷胱甘肽过氧化物酶（Glutathione peroxidase,GPx)、谷胱甘肽巯基转移酶（Glutathione S-transferase，GST）等。非酶抗氧化剂主要包括谷胱甘肽（Glutathaione，GSH）、VE、VC和一些胡萝卜素等。

VC和VE，一方面是机体必需的微量营养素，能促进鱼类生长、增强免疫、修复损伤，影响神经内分泌和繁殖功能等；另一方面是机体重要的抗氧化剂，能够抑制过量自由基的形成以及自由基和生物位点之间的反应，从而减少氧化损伤。由于VC和VE能协同作用，因此，同时使用可以增效，显著提高鱼类的免疫力和抗病力等。

本文主要综述VE和VC的协同抗氧化作用及其对水产动物的生长、发育、繁殖、免疫、抗氧化酶等的影响及机理，以便更好地理解、有效利用和调控VE及VC，促进水产养殖业的发展。

1 VE和VC的抗氧化作用及机理

1.1 VE的抗氧化作用及其机理

天然VE包括生育酚（tocopherol）及生育三烯酚（tocotrienol）两类，每一类根据其甲基的数目和位置不同，各有α、β、γ和δ四种衍生物。

由于VE一方面是鱼类的必需微量营养素之一，另一方面其自身极易氧化而保护其他物质不被氧化，是动物和人体中的一种主要的、最有效的脂溶性抗氧化剂，因此，在水产养殖中具有重要意义。如果鱼类缺乏VE，会导致营养不良、脂肪肝变性、贫血、繁殖力下降、细胞溶血及细胞膜过氧化损伤等。鱼类的许多基础代谢过程会使细胞内产生大量的超氧化物自由基，后者能够使脂质和蛋白质氧化，而VE能够有效地阻止细胞膜和脂蛋白的过氧化作用，防止膜磷脂的氧化所致生物膜的流动性降低以及细胞膜结构和功能的损坏。

在机体内，VE发挥它的抗氧化作用，主要是通过清除脂质过氧化氢等自由基，并终止链式氧化反应来实现的。当机体内的一个自由基从高度不饱和脂肪酸（highly unsaturated fatty acids,HUFAs）中获得一个氢原子时，便启动了脂质氧化，继而触发链式增殖反应。而VE可通过向脂质过氧自由基提供一个氢原子，阻止其启动链式增殖反应。由于受到生物体本身遗传的异质性影响，VE在体内抗氧化的动力学非常复杂，至今还无法彻底阐明,尚待深入研究。

1.2 VC的抗氧化作用及其机理

VC可防治坏血病，既可作为羟化酶辅基参与动物结缔组织、骨骼、血管细胞间质等形成，还可作为还原剂提高动物体的抗氧化能力，是一种动物必需的、具有多重生物学功能的营养素。在生物体内，VC以氧化型或还原型形式存在，既可作为氢受体又可以作为氢供体，是最重要的还原剂和抗氧化剂之一，在体内各种氧化还原反应中发挥重要作用。VC具有D-和L-型光学异构体，其中L-VC是自然界存在并具有生理活性的异构体，而D-VC通常不具有抗坏血酸功能。VC参与许多生理过程，如生长、繁殖、发育、伤口愈合、免疫和应激反应等。尽管鱼类正常所需的VC是微量的，但是，为了提高鱼类的抗应激和抗病能力，对VC的需求大大提高。而许多鱼类由于缺乏L-古洛内酯氧化酶(L-gulono-r-lactone oxidase)而不能自行合成VC，因此，养殖鱼类必须在饲料中添加VC。

鱼类好氧而容易产生各种自由基，如果产生的自由基过多，便会抑制抗氧化酶的活性，导致脂质、蛋白质、DNA和其他生物大分子被氧化而破坏这些大分子和生物膜。VC最主要的作用就是中和体内所产生的自由基。VC是一个极好的电子源，它可以为羟基和超氧化物自由基等提供电子，终止自由基的活性，减轻氧化损伤。

2 VE和VC的协同抗氧化作用及其机理

机体的正常需氧代谢过程会不断地产生各种活性氧（ROS）和活性氮（RNS)等自由基，如超氧阴离子（·)、羟自由基（·OH)、单线态氧1O2、一氧化氮（NO）等。在低浓度时，活性氧对生物体有积极作用，如参与能量合成、吞噬细菌、调节细胞生长以及细胞信号转导等。但是,如果活性氧过高或者清除不及时就会产生氧化应激反应，当这种氧化应激反应超过机体的抗氧化能力，就会由于活性氧的高化学活性引起严重的有氧代谢损伤。为了减少这种损伤，日粮中添加抗氧化剂是行之有效的方法之一。目前虽然有许多人工合成的强抗氧化剂，如丁基羟基茴香醚（butylated hydroxyanisole，BHA）、丁基羟基甲苯（butylated hydroxytoluene，BHT）等，但是，由于安全性问题，它们的应用受到了严格限制。

VC和VE是水产动物的必需微量营养素，还具有很好的协同作用，如果在日粮中添加适量的VC和VE，既可满足水产动物生长，还可发挥良好的抗氧化作用，有效地防御自由基引起的氧化作用，一举两得。Aksoy报道，日粮中VE的水平对胡子鲶(Ictalurus punctatus）肝脏的VC含量没有太大影响，但是如果提高日粮中VC则可以增加胡子鲶肝中VE的含量。当给杂交的罗非鱼(Oreochromis niloticus×O.aureus)投喂含VC较高而缺VE的日粮时，其鳃含高浓度的VE。这些研究表明，共同添加VE和VC能够使鱼组织中VE再生和提高VE的含量。日粮中的多不饱和脂肪酸（polyunsaturated fatty acids，PUFAs）容易被氧化。如果在虹鳟(Oncorhynchus mykiss)日粮中添加VC和VE而不添加HUFAs时，发现VC和VE主要是对应激反应起调节作用；当在日粮中增加HUFAs,会导致鱼类某些组织中VE和VC含量减少，表明这两种维生素主要是保护组织脂质免受氧化。研究发现，单独使用VC或VE对抗氧化酶的活性具有相似的诱导效应，然而，效果不显著，只有两者共同使用时才会表现出良好的协同效应，能更有效地保护这些组织免受氧化损伤。

VC和VE之间的相互作用和协同效应主要有两种机制：①VC将生育酚氧自由基再生转化为VE。②VC通过清除氧自由基来减少消耗VE。由于VE和VC相互作用，协同抗氧化，因此，在投喂饲料添加剂时必须注意二者平衡，使各维生素发挥最大的效应。

3 VE和VC协同抗氧化作用对鱼类的影响

3.1 VE和VC协同抗氧化作用对水产动物生长发育的影响

添加VE和VC可给水产动物提供必需的微量营养素，还能够维持机体的氧化还原作用和防止脂质氧化，保持细胞膜的完整性，有效地清除过量自由基，抵抗快速生长所引起的氧化应激带来的负作用，从而促进鱼类的生长发育。2009年，Jiang等报道，VE可以通过清除自由基，增加非酶抗氧化并且抑制脂质过氧化物，增强鱼类肠上皮细胞的抗氧化能力；显著加强鱼类肠上皮细胞Na+-K+-ATP泵的活性，增强鱼类肠道对营养素的吸收能力，增加生长发育所需的营养物质。而VC在消化道内能还原高价铁为低价铁，维持其还原状态，促进肠道对铁的吸收和铁在体内的转运和利用。VE、VC和谷胱甘肽等可以保护肠上皮细胞，抵抗有害物质，并且促进上皮组织的发育和再生，提高鱼类的消化吸收能力。此外，VE和VC对鱼类胰组织抵御氧化损伤、维持其正常生理功能具有很好的效果。VC还可以作为水产动物体内某些酶的辅酶，参与体内胶原蛋白及固醇的合成，催化胶原蛋白分子中脯氨酸和赖氨酸的羟基化作用，促进骨骼和皮肤生成，因而促进生长。

3.2 VE和VC协同抗氧化作用对水产动物繁殖的影响

VE和VC之所以能够影响鱼类繁殖，是因为精液和卵中VC、VE可能对精子DNA具有保护作用，使精子的重要成分免遭氧自由基损伤，改善精子的数量、活性及形态，同时提高卵的质量，促进卵的发育。Uzunhisarcikli报道，VE和VC可以提高精子的数量、活性和形态，VE和VC可以通过抑制由活性氧代谢物引起的DNA损伤来阻止基因变异。Alava等研究表明，当缺乏VC时，日本对虾(P.japonicus)性腺发育不良，添加VC可促进其性腺发育。Soliman等研究发现，在莫桑比克罗非鱼(Oreochromis mossambicus)亲体生殖期饲料中添加VC能提高卵的孵化率；谢嘉华等发现，VC对金鲫(Carassius auratus)的体长和质量有明显的促进作用，并促进卵母细胞的成熟和精巢的发育；艾春香等报道，VC能促进中华绒螯蟹（Eriocheir sinensis Milne-Edwards）产卵力和孵化率，VE能极显著提高中华绒螯蟹产卵力和孵化率，VE、VC和HUFA三者能明显提高雌蟹产卵力和孵化率。

应该指出的是，在水产动物繁殖的不同阶段，应该注意VC和VE的最佳添加量及时机。Yoshikawa报道，为了提高人工繁殖条件下鳗卵中VC的水平，产卵前摄入VC会更加有效，而VE的摄入可能要视时间而定。VC和VE对卵的发育能力发挥重要作用。然而，鱼类在性成熟阶段会消耗大量的VC，导致亲鱼缺乏VC，对卵的发育和质量产生。当VC含量低时，高含量的VE就会承担起抗氧化作用。但是VE作为一种脂溶性维生素，添加过量时会产生维生素过多症，在亲鱼没有缺乏VE的情况下，添加大量的VE会促进过多VC的消耗并对卵的质量产生不利影响。因此，在添加VE之前必须检验亲鱼VE的状态，这样可以保护卵和幼鱼免受过量VE所产生的负作用。卵或亲鱼中的VC的浓度多样性比VE广，这种差异可能是由于维生素的不同特性所决定的，因为VE是脂溶性维生素，而VC是水溶性维生素，当摄入量超过组织的储存能力时，水溶性维生素可以被迅速代谢和排泄。

3.3 VE和VC协同抗氧化作用对水产动物血液及免疫的影响

在水产养殖中,由于高密度养殖和水环境日益恶化,致使鱼体免疫力下降而发病率大增。由于日粮成分可以影响鱼类血液状态和免疫细胞的活动，因此，研究和满足鱼类对各种营养素的生理需求,可有效地增强动物自身免疫系统的功能及其抗氧化能力。

VE和VC是改善氧化应激的两个主要抗氧化剂，在日粮中添加这两种维生素尤为重要。补充日粮成分中的VE和VC可以有效地降低脂质过氧化，感应氧化应激，提高白细胞功能和维持氧化还原状态。投喂缺乏VE日粮的鱼会出现低抗应激能力，皮质醇迅速提升，发生血液学和免疫学改变，降低生长率和成活率。Puangkaew报道，如果虹鳟日粮中缺乏VE会影响其红细胞的稳定性。缺乏VE会导致鱼类严重贫血，主要表现在红细胞数量减少、血细胞比容和血红蛋白浓度减小，以及不成熟红细胞比例增加，而且在严重氧化应激时，VE的缺乏会使红细胞容易发生溶血。VE缺乏还可能会通过加速细胞内的氧化过程来促进血红蛋白变性。

VE和VC的调节作用可以防止鱼类由于氧化应激所引起的血液状态变化及免疫抑制。补充高浓度的VE会加强白细胞内溶菌酶的功能。在鱼类呼吸急促期间，免疫细胞膜上大量存在的VE可以保护巨噬细胞膜免受自由基氧化损伤；VC会集中在嗜中性白细胞中，为炎症引起的呼吸急促提供保护。VC可以促进机体的免疫反应，比如促进巨噬细胞活动、细胞增殖、细胞因子产生以及提高抗体水平。

在免疫方面，VC和VE可以协同作用，同时加强鱼类特异和非特异免疫系统的功能，还具有辅酶的活性，影响细胞间的联系，从而调节免疫系统的功能。

3.4 VE和VC协同抗氧化作用对水产动物酶的影响

酶既是水生动物消化、吸收和物质代谢的关键，又是机体内抗氧化系统的重要组成部分。在鱼类各组织器官中，VE、VC和抗氧化酶共同组成机体抗氧化防御系统，因此，机体VE、VC的含量可以直接影响抗氧化酶的作用。动物精液中的抗氧化剂和抗氧化酶几乎是处于相同的定性和定量模式。

体内有许多清除自由基的抗氧化酶，其中超氧化物歧化酶（SOD)是一种含金属离子的氧化还原酶，是清除体内有毒氧自由基的关键酶。过氧化氢酶（CAT）主要是清除过氧化氢，它对肌肉中羟自由基的潜在毒性具有很好的防御作用。SOD和CAT都可抑制氧自由基的形成。谷胱甘肽还原酶（GR）是一种将氧化型谷胱甘肽还原为谷胱甘肽的酶。谷胱甘肽过氧化物酶（GPx）能将脂质过氧化氢转化为相应的醇类，减少氢过氧化物反应。

在常规养殖环境下，鱼类的抗氧化防御系统主要是通过各种抗氧化酶来阻止过量ROS形成。在细胞质和线粒体中，·可被SOD催化为H2O2，后者在CAT和GPx的共同作用降解为H2O和O2，从而消除·的毒害。GR主要负责将氧化的谷胱甘肽还原为谷胱甘肽。还原型谷胱甘肽(GSH）是含硫基的非蛋白抗氧化物，它也可以解除H2O2和脂质过氧化物的毒性。GSH还可以作为GPx、GR、GST等抗氧化酶的重要辅因子。共同使用VC和VE时，能够更好地提高抗氧化酶的活性，同时能够作为GPx、SOD等酶的辅因子，感应抗氧化酶的活性，有效地降低脂质和蛋白质氧化。单独使用VC对诱导抗氧化酶的活性没有显著效果，但是当VC和VE共同使用时就会加强其作用，产生协同效应，增强组织中SOD的活性以及CAT、GSH、GPx的水平。

3.5 VE和VC协同抗氧化作用对水产动物解毒及抗应激作用的影响

当生物体累积各种有害物质时，会促使体内各种氧化还原反应形成各种自由基，尤其是氧自由基及其他引起鱼类组织生化改变的自由基。有害物质对鱼类的毒害作用主要包括基因毒性、改变中间代谢、细胞分裂、组织坏死和氧化应激。环境污染物和有毒物质还可以改变鱼类的抗氧化系统。有毒物质发挥作用的主要途径是氧化应激，导致鱼类HUFAs过氧化作用和磷酸分解，使细胞受损。日粮中的HUFAs被氧化后，产生活性丙二醛（MDA），后者是一种高活性的有毒分子，它和核酸、蛋白质结合后会严重阻碍生物系统的功能。

许多水产动物之所以能够在受污染水域中生存，主要是由于抗氧化剂的保护作用、抗应激作用及其体内各种防御机制的解毒作用、排泄作用。VE和VC是很好的抗氧化剂，许多学者正在研究VE、VC的抗应激作用和解毒作用。Gendy等（2010）研究表明，VC可以直接快速地清除自由基并抑制自由基的形成，从而解除肝脏的毒性；VC还可以对抗许多有毒物质，包括一些重金属；VC还能刺激一些能够解除肝脏毒性的酶来抵御各种应激反应的侵害。在低温条件下，在日粮中添加抗氧化剂，动物可以通过维持寒冷条件下氧的供需平衡，有效降低心脏在冷应激条件下所带来的负作用。

然而，Ortuño等指出，VE和VC可以有效地调节体内的应激反应，却对环境引起的应激反应产生负作用。Wang等报道，日粮中低水平的HUFAs更容易被氧化，当添加VE和VC而不添加HUFAs时，VE和VC的主要作用并不是作为抗氧化剂，而是更多地调节各种应激反应。

4 结语与展望

综上所述，VC和VE不仅是水产动物的必需微量营养素，而且是其体内的重要抗氧化剂，能够协同抗氧化作用，调节多种生理功能，还能解除有毒物质及各种应激反应的侵害。

为了建立日粮中VE和VC对水产动物影响的更加完善的体系，应该深入研究水产动物体VE和VC的作用范围、相互作用、对环境的影响以及机体对VE、VC摄取、排出的能力差异，以便更好地理解、应用和调控VC和VE的协同抗氧化作用，更有效地为可持续发展渔业服务，生产更多卫生、安全的渔业产品。