硒在猪营养和繁殖中的作用

唐彩琰

摘要：硒通过参与硒蛋白的合成而在公猪营养中发挥着重要作用。硒蛋白似乎是机体抗氧化系统调控的中心。在养猪生产中，人们对硒蛋白研究最多的是硒依赖性谷胱甘肽过氧化物酶（Glulathione Perxidase，GSH-Px）。然而，其他硒蛋白在公猪精液生成和精液质量维持上的作用还需要研究。公猪精液的特点是富含易氧化的长链多不饱和脂肪酸，需要有效的抗氧化防御措施。猪对硒的需求多变，受多种环境因素和其他因素的影响。一般来说，每千克饲料需补充0. 15 mg -0.30 mg的硒。繁殖母猪和公猪对硒的缺乏尤为敏感，对猪营养师而言，满足不同阶段猪的硒需要是一项挑战性巨大的工作。事实上，很多国家对日粮中硒的添加量都有严格的法律规定，这就限制了根据后备猪和繁殖猪的硒需求量改变硒添加量的灵活性。对利用不同硒源进行的多个公猪试验得到的数据进行分析后发现，在某些情况下，当机体的基础硒水平较低时，使用硒日粮添加剂有多个好处。因此，我们必须认识到，只有体内硒水平处于最佳状态时公猪才能获得最好的抗氧化保护作用，并对其精液生成和质量维持产生积极的作用。然而，在多数情况下，公猪体内的基础硒水平无法确定，因此人们难以判断基础日粮中硒的含量是否充足。由于从日粮中吸收有机硒有更高的效率，并且有可能在体内建立良好的硒储备，因此有人还建议，通过一系列的产品，如硒酵母茵和硒代蛋氨酸（Selenomethionine，SeMet）制剂，提供SeMet形式的有机硒是规模化商业养猪生产中能够更好地满足现代猪种需求的一种重要硒源。

关键词：硒;公猪;营养;脂肪;抗氧化剂

中图分类号：S816.72

文献标志码：C

文章编号：1001-0769（2018）07-0025-04

公猪的精子对脂质过氧化反应高度敏感（Cerolini等，2000）。事实上，哺乳动物的精子在结构和化学组成上非常独特，其细胞膜的磷脂分子层含有高水平的多不饱和脂肪酸（Polyunsaturated Fatty Acids， PUFA）（Cerolini等，2000; Surai， 2002， 2006）.细胞的这些高度特异化特征反映了高度流动和灵活的膜具有的特殊需求，而膜的高度流动性和灵活性是精子活动以及其与卵细胞融合所必需的。然而，由PUFA赋予的这种功能上的优点反而会使精子在对抗自由基攻击和脂质过氧化作用的敏感性上表现出劣势。

因此，抗氧化保护是维持精子细胞膜完整性、活力和受精能力的一个重要因素。Surai等（2001）和Surai （2006）建议，天然抗氧化剂（维生素E、抗坏血酸和谷胱甘肽）与抗氧化酶（超氧化物歧化酶和谷胱甘肽过氧化物酶）一起能够在哺乳动物和家禽精液中建立一个全面的抗氧化系统，保护其免受自由基和毒性代谢产物的影响。自由基生成和抗氧化防御作用之间的微妙平衡被认为是决定公猪精液质量，尤其是其受精能力的一个重要因素。在这方面，日粮硒是精液质量（包括抗氧化剂系统）的一个重要调节剂。本综述的目的是更新现有有关硒在公猪营养和繁殖中生理作用的知识，并着重强调其在公猪精液抗氧化防御中的作用。

1 硒和雄性动物的繁殖力

早在20世纪80年代初期，硒对雄性动物繁殖力的重要性就有了报道。这些结论是基于利用哺乳动物完成的一系列不同试验后获得的结果推演出的，现总结如下。在硒轻度缺乏时，其优先沉积在大鼠睾丸中，并且相对于身体的其他组织，哺乳动物精液中的硒浓度最高。特别是在人上，不同生殖器官中的硒浓度存在着显著的正相关关系，其中睾丸中的硒濃度最高。人们发现，静脉注射硒同位素75Se后，肾脏中75Se的浓度最高，其次是精囊和睾丸。进行性硒缺乏症会导致精子细胞和精子的形态发生改变，随后导致成熟的生殖细胞全部消失。Marin-Guzman等（1997，2000）指出，在包括猪在内的多种动物中，硒缺乏会影响精子的形成。Surai （2006）和Ahsan等（2014）报道，磷脂氢过氧化物谷胱甘肽过氧化物酶（Phospholipid HydroperoxideGlutathione Peroxidase，PHGSHPx）在精子结构中具有特殊的作用。

人们普遍认为硒是作为一系列硒蛋白的一个整体组成部分参与机体的各种生理功能的。硒蛋白家族至少包括25种真核生物蛋白，真核生物的单个硒蛋白的表达具有高度组织特异性，但这取决于硒的可利用性，这一过程受激素的调节，并且一旦受损将引发各种病理状况（Surai，2006;Hartfield等，2014; Labunskyy等，2014;Mangiapane等，2014）。硒蛋白在猪繁殖中的保护作用与有效抗氧化剂防御的必要性相关，以防止精液在收集、处理（如稀释、储存等）和人工授精期间产生过量自由基造成的负面后果。

2 哺乳动物精液的脂肪酸组成

脂质是哺乳动物精液的重要组成部分。它们充当着精子细胞膜中的结构性化合物，是各种生物活性化合物（类花生酸）的前体，并可用于能量的供应。人们普遍认为二十二碳（C22）六烯脂肪酸（Docosahexaenoic Fattv Acid，DHA）是哺乳动物（包括人、牛、猴、山羊、绵羊和猪等）精子中最重要的多不饱和脂肪酸（Poulos等，1973; Cerolini等，2000; Surai， 2006）. C22多不饱和脂肪酸在雄性动物繁殖力上的重要性已经在人类上得到了证实：精子中DHA的含量与精子的运动性（Conquer等，1999）以及精子细胞的正常形态呈正相关（Lenzi等，2000）。因此，当人精子含有最高浓度的DHA时，精子相应地拥有形态学上的最佳形态。类似地，在公猪精液中，DHA和n-3 PUFA的含量与精子的运动性、活力、正常的形态和正常质膜等呈正相关（Am-in等，2011）。一般而言，在哺乳动物精子中，含有20～22个碳原子的长链PUFA占磷脂中总脂肪酸的50%以上（图1）。

目前，人们尚不清楚造成精子PUFA组成上的物种特异性差异的生物学原因。然而，越来越多的证据表明，精子细胞膜的脂肪酸组成，尤其是PUFA的水平，决定了它们的生物物理特性，如流动性和灵活性，以便适应其特定功能，包括精子的运动性和受精能力（Ladha，1998）。例如，人精子中PUFA浓度的升高会增加精子细胞膜的流动性（Comhaire等，2000）。哺乳动物（包括公猪）精子中极高比例的长链多不饱和脂肪酸使得它们易于发生脂质过氧化反应（Brouwers和Gadella，2003），因此提出抗氧化剂保护作用在维持精子细胞膜完整性及其受精能力上起着至关重要作用的说法似乎是合理的（Surai，2006）。事实上，公猪精子宫含多不饱和脂肪酸，且易受脂质过氧化反应的影响。

3 精液的脂质过氧化反应

令人惊讶的是，早在70多年前就有人报道氧自由基对人类精子的毒性作用，然而，在Jones和Mann发表了几篇里程碑式的论文后，人们才在20世纪70年代开始对这一主题予以更多的关注（Surai，2006）。这些论文清楚地写明了脂质过氧化反应：

·发生在哺乳动物精子中;

·导致精子运动性下降;

·不可逆转地废除精子的果糖水解和呼吸活动;

·增加精子向培养基中释放细胞内酶;

·是在体外储存条件下精子衰老的主要生化原因;

·是导致22：6n-3和20：4n-6脂肪酸的主要氧化作用。

此外，这些作者还指出，在孵育前受损的精子细胞中，精子对过氧化反应的敏感性提高;向清洗过精子的悬浮液中添加过氧化的PUFA，可以使精子快速且永久地停止活动。这些论文提出的结果来自对公羊和人精液研究的结果。然而，针对其他哺乳动物（包括公猪）进行的精液脂质过氧化作用研究也已发表了相关的结果（Cerolini等，2000; Castellano等，2010;Satorre等，2012）。此外，人们对精液的脂质过氧化作用已经进行了进一步的详细研究，多篇综合性综述也对最新的发现进行了讨论（Chen等，2013; Naher等，2013）。它们的结论是，哺乳动物精液中的脂质过氧化作用可以认为是导致男性不育的最重要因素之一，并且在家畜精液储存过程中能导致精子质量的下降。

因此，活性氧簇（Reactive OxygenSpecies，ROS）破坏精子功能的机制可能涉及PUFA在精子质膜中的过氧化反应。例如，有研究表明，在人精子中，脂质过氧化作用能够破坏精子细胞膜，导致细胞质组分损失，从而导致细胞死亡一一这一过程被认为在雄性不育的病理生理学上发挥着重要作用（Aitken等，1993）。同样，Breininger等（2005）指出，硫代巴比妥酸反应物（Thiobarbituric Acid ReactiveSubstances，TBARS）与公猪精子运动性之间呈负相关（r=0. 86，P<0.05）。此外，储存公猪精液中高水平的丙二醛（Malondialdehyde，MDA）会导致精子运动性和其细胞膜完整性快速丧失（Kumaresan等，2009）。精子运动性下降可能是由ROS诱导的三磷酸腺苷（AdenosineTriphosphate，ATP）利用或鞭毛收缩装置的损失引起的。研究表明，脂质过氧化作用和精子中ROS的含量与公猪精液耐冻性无关（GomezFernandez等，2013）。有必要指出的是，来自单头公猪的精子能够以公猪依赖性方式对不同的精液处理技术做出反应，包括脂质过氧化作用和DNA断裂等（Parrilla等，2012）。

冷却或冷冻的公猪精子会经历多种可能会损害精子细胞膜结构、功能和完整性的应激，从而损害精子的运动性、线粒体功能、膜电位和受精能力（Radomil等，2011）。由于公猪精子富含PUFA，因此它们对脂质过氧化作用敏感。事实上，在精液储存和冷冻保存期间，向公猪精液稀释液中添加多种抗氧化剂会产生一定的保护作用。例如，与对照和改善的冷冻一解冻的公猪精子的运动性、功能完整性和抗氧化能力相比，含有藻酸盐的冷冻稀释剂可提高超氧化物歧化酶（Superoxide Dismutase，SOD）和谷胱甘肽过氧化物酶（Glutathione Peroxidase，GSHPx）的活性，降低MDA的水平（Hu等，2014）。这些发现尤为重要，因为在液氮中长期储存精液会导致大部分公猪精液解冻后精子的运动性、线粒体功能和细胞膜完整性显著下降（Fraser等，2014）。在该试验中，解冻后的公猪精液表现出精子顶体膜的渗透抗性显著降低，精子对诱导型脂质过氧化作用和DNA断裂的冷冻敏感性显著增加。公猪精液中的抗氧化剂一促氧化剂的平衡是许多生理过程的一个重要调节因子，包括精子附着于输卵管上皮细胞、获能和超活化、与卵母细胞透明带结合、顶体反应、透明带穿透以及融合并穿透卵细胞膜（Bailey等，2000）。因此，由于脂质和蛋白质氧化而导致的精子细胞膜功能受损会不可避免地影响上述生理过程，并且会降低体内卵母细胞成功受精的概率。

有关脂质过氧化的作用机制和后果的大部分研究都与人精子有关，且很少涉及公豬精液。然而，脂质过氧化作用对公猪精液质量的有害影响已经被清楚地显示出来。公猪睾丸和精液中蛋白质氧化的分子机制、生理和病理生理后果还有待调查。

（待续）