氧化应激与仔猪健康及其营养调控

田 刚 陈代文 郑 萍 王立志 余 冰

(四川农业大学动物营养研究所，教育部动物抗病营养重点实验室，农业部动物抗病营养与饲料重点实验室，四川省动物抗病营养重点实验室，四川雅安 625014)

随着我国畜牧业特别是现代养殖业集约化程度的提高以及人们对动物福利意识的增强，动物应激医学已成为动物医学的重要组成部分，其中畜禽氧化应激已逐渐发展成为一个重要的研究领域。生产实践中，部分维生素和微量元素缺乏或过量、饲粮氧化酸败和霉菌毒素污染等，都会导致机体氧自由基过量产生和/或细胞内抗氧化防御系统受损而产生氧化应激。长期应激会导致畜禽生产性能降低、抗病能力下降、甚至生物体衰老或死亡加速等。本文拟在简述氧化应激形成原理及概念基础上，对本课题组近年来就氧化应激对仔猪生产性能、养分代谢和需要及机体健康的影响，以及缓解仔猪氧化应激的营养措施等研究作一总结，旨在为深入探讨畜禽氧化应激及抗氧化机制和寻求减缓氧化应激的有效措施提供参考。

1 氧化应激的概念

需氧生物体的细胞在有氧环境条件下进行正常的新陈代谢都会产生少量的自由基，但会被机体的自由基清除系统即抗氧化系统及时清除，因此，在正常生理条件下自由基存在时间极为短暂。机体的抗氧化系统由大分子的酶促抗氧化系统和小分子的非酶促抗氧化系统组成，前者的作用是催化抗氧化反应，而后者是抗氧化反应的底物。抗氧化酶类主要包括超氧化物歧化酶（Superoxide dismutase，SOD）、谷胱甘肽过氧化物酶（Glutathione Peroxidase，GSH-Px）、过氧化氢酶（Catalase，CAT）、谷胱甘肽-S-酰基转移酶（Giutathione-S-transferases，GST）等，它们协同完成细胞内的抗氧化作用。非酶类抗氧化剂主要包括断链抗氧化剂和一些蛋白质，如VE、β-类胡萝卜素、VC、谷胱甘肽（Glutathione，GSH）等，它们共同承担体液抗氧化作用（方允中，1989）。动物机体中上述抗氧化酶活性的高低和/或抗氧化化合物含量的多少可反映体内氧化还原状态和机体的抗氧化能力。

当机体在遭受各种有害刺激时，体内自由基产生过多,氧化程度超出抗氧化系统的清除能力,氧化系统和抗氧化系统失衡，从而导致细胞组织损伤，称为氧化应激（Sohal等，1990）。导致机体氧化应激的自由基主要为活性氧族(Reactive oxygen species，ROS)和活性氮族(Reactive nitrogen species，RNS)，前者包括超氧阴离子、羟自由基(·OH)以及可以产生氧自由基的H2O2和单线氧(1O2)等，而后者包括一氧化氮(NO)、二氧化氮(NO2)和过氧亚硝基(·ONOO-)等(Nappi等，1998)。

2 仔猪氧化应激模型的建立

氧化应激动物模型的成功构建是系统研究畜禽氧化应激危害、机制及抗氧化措施的基础。前人有关氧化应激的报道主要集中在实验动物上，且主要以疾病性的氧化应激为模型。课题组在近年的研究中成功构建了仔猪一次性腹腔注射Diquat诱导氧化应激的模型。Diquat又称敌快死，是双吡啶除草剂，它可以利用分子氧产生1O2和H2O2，诱导动物产生氧化应激，其主要靶器官是肝脏。袁施彬(2007)研究发现，注射Diquat(12 mg Diquat/kg BW)后30 min内所有猪只出现呕吐、厌食等症状，但在3 d后基本恢复采食；注射后14 d，仔猪血清SOD活性、抑制羟自由基的能力和GSH-Px活性均显著下降,而丙二醛（Malondialdehyde，MDA）含量显著增加。徐静等（2008）进一步评估了Diquat（8 mg Diquat/kg BW）诱导氧化应激的持续时间及反映应激的敏感指标。结果发现，注射后第1 d，所有试猪出现厌食且少数出现呕吐并伴有轻度腹泻，3 d后基本恢复采食；第7、14、21和28 d血清GSHPx、SOD和CAT活性显著降低，血清MDA和H2O2显著提高；第35 d时，应激效应基本消失；进一步的分析发现，应激前期血清SOD活性和H2O2含量是反映氧化应激效应的敏感指标，而血清GSH-Px和CAT活性以及MDA含量则是反映氧化应激后期效应的敏感指标。随后，吕美（2009）、郑萍（2010）和李永义（2011）采用10 mg Diquat/kg BW一次性腹腔注射，也成功构建了诱导仔猪氧化应激模型。因此，综合课题组研究结果来看，一次性腹腔注射8～12 mg Diquat/kg BW均能成功诱导仔猪产生氧化应激。

3 氧化应激对断奶仔猪生产性能及养分消化吸收的影响

氧化应激导致仔猪生产性能不同程度降低，主要表现为平均日增重（Average daily gain,ADG）和平均日采食量（Average daily feed intake,ADFI）降低，而对料重比(Ratio of feed to gain,F/G)的影响不尽一致。袁施彬等（2007）报道，仔猪腹腔注射Diquat 12 mg/kg BW，应激后0～14、15～26和0～26 d的ADG和ADFI均显著降低，F/G显著增加。随后，Zheng等（2010）和Lv等（2012）的研究也发现，氧化应激导致仔猪生产性能显著降低，特别是注射Diquat后的1周，ADG降低50%以上。李永义等(2011)也有类似的发现。Deng等(2010)报道，应激后0～7 d仔猪ADG和ADFI显著降低，应激后8～14 d ADG和ADFI有降低的趋势，而应激后0～7和8～14 d F/G分别呈增加和降低趋势。

氧化应激状态下，因肠道组织的损伤和某些养分代谢方向的改变，仔猪对营养物质的消化和吸收也发生相应变化。Yuan等（2007）、徐静（2009）以及李永义（2011）均发现，腹腔注射Diquat诱导仔猪发生氧化应激时，其饲粮干物质、粗蛋白质和总能表观消化率不同程度降低。与此同时，李丽娟（2007）报道，氧化应激损伤仔猪肠黏膜，显著降低空肠黏膜碱性磷酸酶、蔗糖酶以及Na+-K+-ATP酶活性，显著下调SGLT1和GLUT2 mRNA表达。但是，某些养分因其在抗氧化防御中的特殊作用，氧化应激时其吸收量可能增加。吕美等（2010）报道，Diquat诱导氧化应激仔猪十二指肠黏膜γ-GT活性显著提高，B0AT mRNA表达有增加趋势。郑萍（2010）报道，氧化应激刺激断奶仔猪空肠精氨酸转运载体CAT mRNA表达的显著上调。

4 氧化应激对仔猪健康的影响

仔猪遭受氧化应激，机体内环境平衡被破坏，健康受到危害，主要表现在以下几个方面。

4.1 机体抗氧化能力降低

研究发现，氧化应激普遍降低仔猪机体抗氧化能力。李丽娟等（2007）、袁施彬等（2009）、吕美（2009）、郑萍（2010）、李永义（2011）等的研究均发现，氧化应激导致仔猪血清和肝脏SOD、GSH-Px和CAT活性显著降低，MDA浓度极显著升高。与此同时，氧化应激仔猪空肠黏膜SOD和GSH-Px活性极显著降低，黄嘌呤氧化酶（XOD）活性和MDA浓度极显著提高（李丽娟，2007）。

4.2 组织器官结构受损

氧化应激降低仔猪空肠绒毛高度、绒毛宽度、隐窝深度和固有膜厚度。郑萍（2010）报道，与非应激组相比，Diquat诱导的氧化应激导致仔猪空肠绒毛高度、绒毛宽度、隐窝深度、固有膜厚度分别降低了2.2%、32.3%、31.4%和69.8%，绒毛高度/隐窝深度比值增加 44.6%。袁施彬等（2009、2011）报道，Diquat诱导的氧化应激导致仔猪空肠绒毛高度下降和隐窝深度增加，空肠黏膜组织和肝细胞发生水泡变性、空泡变性和坏死等病理变化；同时，肝细胞核膜严重扩张、内陷或溶解，核皱缩、染色质聚集，线粒体肿胀、破裂、嵴紊乱，见中性白细胞和糖原异常聚集；肝脏DNA片断化比较明显，出现明显的呈梯形条带。李永义（2011）报道，Diquat诱导的氧化应激导致断奶仔猪肝细胞出现空泡变性，肝细胞崩解，肝索排列紊乱，肝血窦淤血，肝组织间质出现红细胞和炎性细胞浸润。上述结果表明，氧化应激损伤仔猪消化道和肝脏结构。

4.3 机体免疫状态改变

氧化应激导致仔猪免疫器官病理变化和细胞凋亡。袁施彬等（2008）报道，氧化应激引起仔猪脾脏出现大量白细胞和红细胞，不同程度地浆细胞、网状细胞和淋巴细胞病变，线粒体肿胀，内质网微扩，细胞器坏死。李永义（2011）报道，Diquat诱导的氧化应激引起仔猪脾脏脾小体内的淋巴细胞和巨噬细胞数量减少，并出现严重变性和坏死，脾小体内有大量红细胞浸润，脾红髓脾血窦内皮细胞损坏而发生出血，脾索结构紊乱；淋巴结弥散淋巴组织中淋巴细胞数量明显减少，并伴有大量浆细胞浸润。

氧化应激还导致仔猪外周血淋巴细胞转化率的显著降低（袁施彬等，2008；Deng等，2010；李永义，2011）、外周血CD4+亚群百分率和CD4+/CD8+比值的显著降低及CD8+亚群百分率的显著升高（Deng等，2010；李永义等，2011），表明氧化应激主要通过抑制T细胞向Th细胞分化，促进向CTL细胞分化，提高CTL细胞比例来清除体内受感染的组织和细胞，但这会使机体受到进一步损伤。与此同时，氧化应激还会抑制仔猪的体液免疫。袁施彬（2007）报道，应激后第3周和7周末仔猪血清IgA、IgG和IgM水平显著降低。李永义等（2011）报道，Diquat诱导氧化应激后第7 d，仔猪血清IgA、IgG和IgM水平都降低。袁施彬（2007）还发现，Diquat诱导的氧化应激极显著降低仔猪猪瘟疫苗免疫后第21和28 d血清猪瘟抗体滴度。

此外，研究还发现，氧化应激可能刺激仔猪炎症反应的发生，导致机体产生病理性损伤。袁施彬等（2008）报道，Diquat诱导的氧化应激使断奶仔猪应激后第3周和7周末外周血IL-1β水平分别提高41.9%和54.8%，IL-6水平分别提高79.4%和128.8%。Deng等（2010）报道，Diquat诱导的氧化应激使断奶仔猪应激后第7 d和14 d血清IL-1和IFN-γ水平提高，IL-4水平降低，第7 d血清IFN-γ/IL-4比值提高25.0%。李永义等（2011）在体内和体外的研究也均发现，氧化应激增加血清和细胞培养液IL-2、INF-γ和TNF-α浓度以及降低IL-4水平。

5 缓减氧化应激的营养技术及可能途径

氧化应激状态下，机体养分代谢方向发生改变，额外补充某些营养物质或非营养性添加剂有助于缓减应激。袁施彬（2007）报道，仔猪饲粮添加0.4 mg/kg硒可有效缓减氧化应激的危害；吕美（2009）和郑萍（2010）分别研究发现，仔猪饲粮添加高水平色氨酸和精氨酸有助于缓减氧化应激；李永义（2011）研究结果表明，添加500 mg/kg茶多酚也能缓减仔猪氧化应激。综合分析发现，上述营养性和非营养性物质主要通过以下可能途径发挥抗氧化效应。

5.1 缓减组织器官损伤和细胞凋亡，维持正常结构和功能

袁施彬等（2011）报道，0.4 mg/kg硒能缓减氧化应激所致仔猪肝脏和脾脏的DNA氧化损伤及组织病变。吕美（2009）报道，补充色氨酸能维持氧化应激状态下仔猪十二指肠绒毛高度、绒毛宽度和固有膜厚度，增加绒毛高度/隐窝深度比值。郑萍（2010）的研究也发现，补充精氨酸虽然对氧化应激仔猪空肠绒毛高度无显著改善，但显著增加绒毛宽度、固有膜厚度和绒毛高度/隐窝深度比值，降低隐窝深度。

5.2 提高机体体液和细胞免疫力，增强机体免疫功能

袁施彬等（2008）报道，随着饲粮中硒添加水平的提高，试验第3周和7周末Diquat诱导氧化应激断奶仔猪血液淋巴细胞的Ea、Et和转化率以及血液IgG、IgA和IgM含量增加，猪瘟抗体滴度上升，血清IL-1β和IL-6水平降低。吕美（2009）报道，添加色氨酸降低肝脏和十二指肠黏膜IL-6 mRNA、TNF-α mRNA和PPAR-γ mRNA表达。郑萍（2010）研究发现，补充精氨酸以剂量方式增加空肠IL-6和降低TNF-α mRNA表达，增加空肠PPAR-γ mRNA表达；降低肝脏IL-6和TNF-α mRNA表达。李永义(2011)报道,饲粮添加茶多酚提高Diquat诱导氧化应激仔猪血液IgG、IgA和IgM含量以及IL-2和IL-4水平提高，降低血液INF-γ和TNF-α水平，提高血液CD4+T淋巴细胞百分率和CD4+/CD8+比值,降低CD8+T淋巴细胞百分率。

5.3 调节内分泌，改变代谢方向

袁施彬(2007)报道,随着饲粮中硒添加水平的提高,氧化应激仔猪血液T3浓度提高、T4浓度降低、T3/T4比值提高。吕美(2009)报道，色氨酸以剂量依赖方式降低应激后1、2和7 d血浆皮质醇浓度、提高第7 d血浆IGF-1浓度，提高肝脏IGF-1和IGFBP-3 mRNA表达，降低肝脏IGF-1R mRNA表达。李永义(2011)报道,饲粮添加茶多酚降低氧化应激仔猪血清促肾上腺皮质激素和糖皮质激素水平。郑萍(2010)报道，补充精氨酸极显著降低仔猪应激后2 d和4 d皮质醇浓度，且以剂量依赖方式分别提高应激后24 h和48 h血浆胰岛素浓度和IGF-1浓度，以及显著增加肝脏IGF-1和IGFBP-3及肌肉IGF-1、IGF-1R和IGFBP-3的mRNA表达。

5.4 促进自身吸收，改变组织分布，维持自身有效性

吕美（2009）报道，色氨酸以剂量依赖方式显著提高仔猪肝脏和下丘脑色氨酸浓度及下丘脑5-HT和犬尿酸浓度，降低或不影响肝脏犬尿酸浓度，同时改变肝脏ApoTDO（载脂蛋白色氨酸2，3-加双氧酶）活性，提高Holoenzyme（全酶）和总TDO（色氨酸2,3-加双氧酶）活性，并以剂量依赖方式提高下丘脑TPH2 mRNA表达。郑萍（2010）报道，补充精氨酸显著抑制氧化应激所致空肠CAT-1和CAT-3 mRNA表达的上调，改变空肠、肾脏和肌肉精氨酸和瓜氨酸浓度，抑制氧化应激诱导的肾脏iNOS表达量的增加，显著增加空肠和肾脏的eNOS的相对表达量，增加氧化应激仔猪肝脏tNOS和iNOS的酶活性，调控NO的产生。

5.5 刺激促食欲相关因子分泌和基因表达，提高采食量

吕美（2009）还发现，补充色氨酸可增加氧化应激仔猪血浆Ghrelin浓度和十二指肠黏膜Ghrelin mRNA表达以及胃黏膜和下丘脑Ghrelin mRNA表达，增加下丘脑NPY和AgRP mRNA表达，进而缓减氧化应激对仔猪采食量的抑制。

6 结语

综上所述，本课题组的研究表明，氧化应激严重影响着仔猪的健康和生产性能，同时改变了应激仔猪对一些具有抗氧化作用养分的适宜需要量，而合理的营养供给能显著降低应激带来的危害。同时，从生产实践看，氧化应激已成为制约仔猪正常生长和抗病能力的隐形因子之一。因此，进一步深入探讨氧化应激的危害效应和机制，从营养调控角度寻求缓减应激危害的措施，将有助于加快实现畜禽的抗逆饲养。