类维生素硫辛酸的抗氧化功能及在养殖业中的应用

党晓鹏

（陕西金冠牧业有限公司，陕西 西安 710018）

类维生素硫辛酸的抗氧化功能及在养殖业中的应用

党晓鹏

（陕西金冠牧业有限公司，陕西 西安 710018）

类维生素硫辛酸是目前已知的唯一兼具脂溶性与水溶性的双相抗氧化剂，具有强大的抗氧化功能。硫辛酸在动物肠道内极易吸收，并可迅速分布到机体各个部位发挥生理作用。硫辛酸的抗氧化作用主要体现在以下四个方面：螯合金属离子、清除自由基和活性氧、还原再生内源性抗氧化剂、修复机体组织细胞氧化损伤。动物配合饲料中添加硫辛酸，可明显提高生产性能，增强免疫力，改善畜禽产品品质。

硫辛酸；抗氧化；养殖业

硫辛酸化学名为1，2-二硫戊环-3-戊酸，分子式C8H14O2S2，相对分子质量206.33。其纯品为白色结晶体，天然合成的硫辛酸只有R异构体，具有很强的生理活性，迄今为止尚未发现对人和动物有任何功能性和实验性损害。化学合成的硫辛酸是一种由R型硫辛酸和S型硫辛酸组成的混合体。硫辛酸右旋体熔点46～48℃，比旋度+104℃(23℃苯中)，左旋体熔点45～47.5℃，比旋度-113℃(23℃苯中)，外消旋体熔点 6O～61℃、沸点160～ 165℃[1]。还原形式二氢硫辛酸，抗氧化性更强。自然界的硫辛酸主要以化合物形式广泛存在于所有原核细胞及真核细胞中，参与能量代谢。菠菜是硫辛酸含量最为丰富的食物，其它含量较高的食物有：马铃薯、花椰菜、蕃茄、胡萝卜、动物肝脏等。硫辛酸属于类维生素物质，是葡萄糖有氧氧化中丙酮酸氧化脱羧生成乙酰辅酶A反应中的丙酮酸脱氢酶系之重要辅酶，在 a-酮戊二酸脱氢酶、氨基己酸脱羧酶等多酶复合体中作为辅酶也起着重要作用。硫辛酸有氧化型和还原型两种形式，相对分子质量比水溶性的维生素C大，但比脂溶性的a-生育酚小。其分子终端的羧基使其具有水溶性。同时，它因含有更多的碳原子而较易溶于膜脂。这样类维绍生素硫辛酸既具水溶性，又具脂溶性；在含硫、碳原子的单链结构化合物中，比如氧化型谷胱甘肽、氧化型抗坏血酸、胱氨酸等都不具备抗氧化性，但硫辛酸因其具有硫、碳原子构成的封闭环状分子结构，电子密度高，具有很强的抗氧化性。在生物内源性抗氧化体系中，维生素C是细胞外液抗氧化体系的重要成分，因其为水溶性物质，故对细胞膜的保护性相对较差，抗氧化功能也只是依靠可逆的脱氢反应来完成。而a-生育酚则为脂溶性物质，对生物膜结构及功能有较好的保护作用。硫辛酸是迄今已知的唯一兼具脂溶性与水溶性的双相抗氧化剂，且在动物消化道内极易吸收，并可迅速分布到机体的各个部位发挥生理作用，甚至能透过血脑屏障，保护神经系统免受氧化损伤。硫辛酸抗氧化功能极强，其功效相当于维生素C的400倍，a-生育酚的60倍。硫辛酸盐是硫辛酸的共轭碱，是正常生理条件下最普遍的存在形式[2]。硫辛酸以闭环二硫化物氧化性形式和开链还原性形式两种结构存在，这两种形式通过氧化和还原不断循环，相互转换。硫辛酸通常条件下并不以游离态存在，而是以其羧基同酶分子中赖氨酸残基与酰胺键共价结合。催化形成硫辛酰胺键的酶需要ATP，反应产物包含硫辛酰胺酶偶联物、AMP和焦磷酸。作为辅酶因子，硫辛酸分别在两个关键性的氧化脱羧酶中起作用，这两个氧化脱羧酶分别是α-酮戊二酸脱氢酶复合体和丙酮酸脱氢酶复合体。反应过程中硫辛酸能催化酰基的产生和转移，例如硫辛酸可以接受酰基与丙酮酸的乙酰基形成一个硫酯键，然后将乙酰基转移到辅酶A分子的硫原子上。形成辅基的二氢硫辛酰胺可再经二氢硫辛酰胺脱氢酶(需要NAD+)氧化，重新生成氧化型硫辛酰胺。

硫辛酸兼具水溶和脂溶特点，使其在动物养殖和动物产品贮存过程的抗氧化中应用潜力巨大。国际上已有一些国家将硫辛酸列为饲料添加剂，但目前我国尚未列入。许多研究报道指出，在动物油脂的贮存过程中，硫辛酸可与茶多酚、维生素C等抗氧化剂一样发挥较强的抗氧化作用。硫辛酸添加到鸡的油脂中，再经过强制氧化一段时间后，油脂过氧化值和酸价都比对照组低，说明硫辛酸在动物脂肪中有良好的抗氧化效果。相同添加量的情况下单品抗氧化剂的抗氧化能力大小排序如下：迷迭香＞槲皮素＞茶多酚＞硫辛酸＞维生素E。除了体外脂肪抗氧化作用外，在小鼠的实验证明，硫辛酸可显著降低体内脂质氧化水平。在高脂日粮中添加0．1%的硫辛酸，可有效清除小鼠消化系统的自由基，提高营养物质的利用率，增强机体抗氧化能力。

1 硫辛酸的抗氧化功能

1.1 鳌合金属离子 饲料中加入的矿物质和微量元素添加剂，以及加工过程中饲料接触金属容器管道设备等，可使饲料含有多种金属离子。这些金属离子特别是重金属离子，具有二价或更高价态，且在它们之间有氧化还原电势，链式反应引发时间缩短，加快饲料中脂类化合物氧化速度。硫辛酸可以和金属离子络合，降低氧化还原电势，稳定金属离子的氧化态，有效抑制金属离子的促氧化作用。硫辛酸的抗氧化性就是从其能螯合金属离子而被发现的，硫辛酸能螯合 Mn2+、Cu2+、Pb2+、Zn2+、Fe2+、但不能与 Fe3+螯合，而二氢硫辛酸不仅能螯合Cu2+、Pb2+、Zn2+、CO2+、Ni2+、Fe2+、Cd2+，还能螯合Fe3+，且与Fe3+形成的复合物比与Fe2+形成的复合物更加稳定[3]。金属离子是体内外产生自由基的催化剂和脂质过氧化的启动剂。研究发现机体中的一些过渡金属离子能加剧自由基反应的进行，从而表现出一定的毒性。例如，生物体内铁、铜、汞、镉等过渡金属离子就能催化过氧化氢分解产生强毒性的羟基自由基，导致组织损伤。硫辛酸螯合金属离子后，可以降低自由基的产生，阻断脂质过氧化，起到解毒作用。动物体外培养实验证明，硫辛酸可以通过螯合Cd2+来减轻其对肝细胞的毒性。最新研究表明，0.2mmol/L硫辛酸和硫辛酰氨基酸都能有效地抑制细胞脂质氧化损伤，原因是它们能螯合Fe2+，抑制Fe2+与H2O2发生的Feton反应，进而减少羟基自由基的产生。兔体内注射HgCl210mg/kg 3h后，其肾脏切片再用10mmol/L硫辛酸孵育2h，结果，切片中有35%的Hg2+被硫辛酸螯合。

1.2 清除自由基和活性氧 自由基是具有不成对电子的原子或分子，并能独立存在的物质，包括分子、原子、原子团或离子。活性氧则是由氧诱发的自由基，是含氧且有高度化学活性的几种分子的总称，主要包括超氧阴离子、羟自由基、单线态氧以及脂质过氧化物的中间产物烷氧自由基等，这些不成对的电子使活性氧具有不稳定性和高反应活性，其中羟自由基是化学性质最活泼的一种活性氧分子，它几乎能和所有的生物大分子发生反应，并有非常高的速率常数。活性氧的产生有两个重要来源，一是通过线粒体中呼吸链的电子传递而生成，二是由细胞质中还原型辅酶Ⅱ(NADPH)氧化酶和黄嘌呤氧化酶参与形成。直接清除活性氧是硫辛酸的抗氧化功能之一，硫辛酸和二氢硫辛酸都能清除单次氯酸、过氧化氢、超氧阴离子、亚硝酸、羟基自由基、过氧化物自由基等活性氧，但是，只有硫辛酸能清除单线态氧[4]。

氧化还原反应是生命机体的重要生理生化反应，由自由基参与的氧化还原反应最为常见。有研究发现，硫辛酸可以增强体内超氧化物歧化酶、过氧化氢酶、谷胱甘肽过氧化物酶和谷胱甘肽还原酶等抗氧化酶的活性，这些酶对清除活性氧非常重要。硫辛酸有很强的清除自由基和活性氧的能力，二氢硫辛酸能力则更强，能清除绝大多数的自由基和活性氧；两者协同作用，几乎能清除机体内所有的自由基和活性氧。硫辛酸存在于粒线体，具有脂溶性和水溶性，因此，外界补充的硫辛酸在体内经肠道吸收后进入细胞，可以在全身通行无阻，到达任何一个细胞部位，对细胞膜、细胞核等部位均有保护作用。

1.3 还原再生内源性抗氧化剂 抗氧化剂在氧化还原过程中会被消耗，但是不同抗氧化剂之间通过一系列协同反应可以循环再生。二氢硫辛酸是一种强还原剂，可还原再生许多抗氧剂，如抗坏血酸、维生素E、谷胱甘肽(GSH)、辅酶Q、硫氧还原蛋白等。硫辛酸和二氢硫辛酸的氧化还原激活了生物体内其他抗氧化剂的代谢循环，形成独特的生物抗氧化剂再生循环网络，维持机体正常的抗氧化剂水平，共同发挥生物抗氧化作用。给严重缺乏维生素E的无毛小鼠补充硫辛酸的实验证明，补加1．65g/kg的硫辛酸食物，可以完全阻止维生素E缺乏综合症，体重恢复至正常，肌肉营养不良症被解除。硫辛酸能显著增加细胞内谷胱甘肽水平，谷胱甘肽在生物体内的合成受半胱氨酸利用率的影响。硫辛酸可被细胞快速吸收并还原为二氢硫辛酸，分散到各个组织细胞中。Busse等人报道，在培养神经细胞瘤及黑色素瘤的介质中添加硫辛酸，细胞内的GSH含量和未添加硫辛酸的对照组相比，增加了30%～70%，并且增加量会随着添加剂量的增大而上升[5]。向老鼠体内注射硫辛酸，也会发现类似的效果。老鼠的肝、肾、肺细胞的GSH含量都会增加。此外，二氢硫辛酸还能在细胞氧化还原势能较低以及NADPH缺乏的情况下还原GSSG再生GSH，显示出特殊的优越性。二氢硫辛酸可以还原再生维生素C，而硫辛酸则通过促进葡萄糖的吸收，增强机体内维生素C的合成，两者都可提高体内维生素C的水平。二氢硫辛酸还可以通过再生辅酶Q、谷胱甘肽、NADPH或NADH等抗氧化剂来再生维生素E，保护细胞膜不被氧化。硫辛酸在体内外条件下均可以再生谷胱甘肽。谷胱甘肽是一种重要的内源性水溶性抗氧化剂，它与许多生物代谢有关，其中包括对外来生物毒素的解毒作用、信号传导系统的调控作用、前列腺素的代谢作用、免疫应答和酶活性的调节作用等。有资料显示：机体内维生素E消除或氧化自由基后，维生素C能够使其恢复到原来的活性形式，而维生素C能够被谷胱甘肽循环再利用。谷胱甘肽是生物体内重要的水溶性抗氧化剂，它可以由含硫氨基酸半胱氨酸合成。细胞内半胱氨酸的量决定了谷胱甘肽的合成水平。二氢硫辛酸将胱氨酸还原为半胱氨酸。细胞对半胱氨酸的吸收速率比对胱氨酸的吸收快十倍，因而加快了谷胱甘肽的生物合成。谷胱甘肽是一种水溶性内生抗氧化剂，参与许多重要的生理过程，缺乏谷胱甘肽会导致活性氧物质产生和线粒体功能紊乱，最终导致细胞凋亡。

1.4 修复机体组织细胞氧化损伤 活性氧攻击机体组织生物膜上的不饱和脂肪酸，促使其氧化或过氧化，生成脂质过氧化物，并降解成丙二醛。生物膜中富含不饱和脂肪酸，对维持膜的流动性和生物膜的众多功能发挥着极其重要的作用。当膜中的不饱和脂肪酸受到活性氧的攻击后，含量迅速减少，导致膜的流动性降低，并最终影响膜的生物学功能，包括膜通透性、膜受体、膜蛋白酶和离子通道的活性改变。此外，活性氧还可引发细胞内蛋白氧化，主要发生在对自由基敏感的半胱氨酸或蛋氨酸残基位点上，致使线粒体损伤，并诱发DNA结构破坏，促使端粒变短，激活细胞凋亡信号，最终影响细胞寿命。硫辛酸是目前人类所知的天然抗氧化剂中效果最强的一种，具有较高的吸收性和生物利用度，它能够渗透到细胞的任何部分，在体内可迅速达到有效浓度。能在其它抗氧化剂缺失的时候替代并加强它们的抗氧化作用。研究证明硫辛酸可促使血液中维生素C、总谷胱甘肽、总硫化物浓度增加，改善T4/髓淋巴细胞比例，从而降低氧化应激损伤。动物机体在正常的代谢过程中会不断产生自由基，自由基和体内抗氧化剂保持着一种动态平衡，当平衡被打破时便会产生氧化应激。氧化应激会造成生物膜脂质氧化、细胞内蛋白质及酶类变性、DNA损害等，并最终伤害机体并引起各种各样的病症。硫辛酸则能修复自由基对功能性蛋白质的氧化损伤，对蛋白质等生物大分子进行受损后修复，维持机体稳定性[6]。在多种活性氧中，超氧阴离子是各种活性氧的源头，羟自由基是化学性质最活泼的活性氧。研究结果表明，硫辛酸既可以控制机体活性氧发生的源头超氧阴离子，也可以清除危害机体的活性氧元凶羟自由基，在防止机体氧化损伤中起着极为重要的作用。硫辛酸和二氢硫辛酸都可以有效抑制脂质过氧化并清除二苯代苦味酰自由基，而二氢硫辛酸对脂质过氧化的抑制作用以及清除二苯代苦味酰自由基的效能均显著强于硫辛酸。

2 硫辛酸在养殖业的应用

硫辛酸不仅有强大的抗氧化功能，而且在细胞的新陈代谢、细胞内能量产生贮存方面有十分重要的作用。没有硫辛酸，细胞不能利用糖来产生能量，甚至会导致死亡。研究发现，硫辛酸可以增加动物心肌对葡萄糖的摄取和利用，增加细胞能量贮备，使心肌对氧的摄取能力及心肌内ATP水平保持正常，并可增加心脏血液输出量。有资料显示，短期内给老龄鼠日粮中补充硫辛酸可以降低活性氧的产量，改善线粒体内的能量代谢，降低氧化应激，增强机体活力，改善短期记忆力。动物试验还证明，硫辛酸对于脑梗塞缺血损伤也具有保护作用，可以使梗塞面积明显缩小，提高脑缺血大鼠存活率。大鼠服用30mg的硫辛酸可以抑制钙离子诱导的脑、心、睾丸的脂质过氧化，使Ca2+、Na+、Mg2+、ATP酶的活性降低。肉仔鸡饲粮中补充100mg/kg硫辛酸可以显著地降低肉鸡腹脂重并提高胸肌蛋白含量，降低血液中甘油三酯、胆固醇的含量，降低肝脏中脂肪的含量，促进了脂肪酸在肝脏及脂肪组织的代谢分解[7]。随着硫辛酸在肉仔鸡饲粮中添加量的增加，肉仔鸡肌肉剪切力值呈线性降低，肌肉pH值呈线性增加，肉仔鸡的抗氧化性能显著增加[5]。常温状态下，蛋鸡饲粮中补充硫辛酸没有明显提高蛋鸡的生产性能，但是在高温应激环境下补充硫辛酸，可以显著缓解热应激对产蛋鸡群的不利影响，提高机体的抗热应激能力[9]。夏季高温环境下，在母猪妊娠后期和泌乳期日粮中补充硫辛酸可以提高母猪抗氧化应激能力，增加仔猪初生重，日增重和断奶重，提高母猪和仔猪血清中抗氧化酶的活性。硫辛酸还可降低母猪血清中尿素氮含量，提高饲料蛋白质利用率[10]。

硫辛酸作为一种新型的功能性饲料添加剂，未来在养殖业中将会有广阔的发展前景。目前对硫辛酸的抗氧化功能研究较多，但对其在生物体内代谢动力学研究，以及其类似物、衍生物等对养殖动物的生理功能等，尚需进一步深入研究。

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S816.72

A

1673-1085（2016）11-0050-05

2016-10-13

党晓鹏，男，（1955.5-），陕西富平人。1998年毕业于西北农林科技大学，农学硕士。高级兽医师职称，曾获省部级科技奖四项，发表科技论文四十余篇，参编专著三部。现任陕西金冠牧业有限公司技术总监，西安市纳米维生素工程实验室主任。主要从事畜禽复合维生素、复合预混料及动物保健产品的研发和技术服务工作。