万能抗氧化剂——硫辛酸的生物学功能及研究应用

◆作者：刘敏 张海涛 孙广文

◆单位：1.广东恒兴饲料实业股份有限公司；2.农业农村部华南水产与畜禽饲料重点实验室

硫辛酸（lipoicacid，LA）又称为二硫辛酸（Thiocticacid）,是线粒体中经酶促反应由正辛酸转化而来的一种天然的二巯基化合物（徐畅，2018）。α-硫辛酸（Alpha-lipoicacid，ALA）是硫辛酸的氧化态，二氢硫辛酸（Dihydrolipoic acid,DHLA）是硫辛酸的还原态（郭娟等，2018）。硫辛酸有R和S两种构型。天然的硫辛酸是白色的晶体，只有R构型，也只有R构型的硫辛酸能够发挥辅酶的功能，而人工合成的硫辛酸是由等比例的R构型和S构型组成的混合体，是呈淡黄色的粉末状物质，极易溶于脂类溶剂（徐畅，2018）。

正常情况下，人体能够从脂肪酸和半胱氨酸中合成α-硫辛酸，但数量有限，且α-硫辛酸的性质决定其易被破坏与消耗，是一种条件必需营养素，随着年龄的增加其生物合成能力降低（李艳，2014）。α- 硫辛酸极易被组织吸收、代谢和排泄（赵世文，2018）。植物中硫辛酸含量最高的是菠菜，其次是西兰花和西红柿，再次是豌豆、甘蓝和米糠；动物中硫辛酸含量较高的是肾脏和肝脏（Goraca等，2011）。

1 硫辛酸的抗氧化功能

正常生理情况下，机体内氧化系统和自身抗氧化防御系统处于动态平衡状态，两者失去平衡则引起氧化应激。氧化应激起作用的主要是氧自由基。氧自由基超过正常范围会损伤机体内蛋白质、脂肪和核酸等生物大分子，直接影响细胞的增殖、分化和正常代谢等，从而导致机体代谢紊乱、组织受损和疾病发生。机体内抗氧化系统主要包活内源与外源抗氧化酶（超氧化物歧化酶SOD、过氧化氢酶CAT、谷胱甘肽过氧化物酶GSH-Px和硫氧还蛋白还原酶等）与非酶抗氧化剂（谷胱甘肽GSH、维生素C、维生素E和还原型辅酶Ⅱ-NADPH 等）（李艳，2014）。α-硫辛酸分子结构中有一个二硫键，α-硫辛酸一旦进入细胞内部，其二硫键即被多种酶还原，生成二氢硫辛酸。α-硫辛酸和二氢硫辛酸发挥作用的位点是其硫醇基团，二者之间能形成有效的氧化还原电位，这个特点使得α-硫辛酸及二氢硫辛酸成为潜在的天然抗氧化剂 （徐畅等，2018）。

1.1 硫辛酸可直接清除活性氧自由基

研究表明，低浓度的α-硫辛酸能高效清除多种自由基，如过羟基自由基、次氯酸、一氧化氮自由基、过氧亚硝酸基、活性氧自由基等（Packer等，1995；Hiller等，2016），但其不能清除超氧自由基（赵世文，2018）。二氢硫辛酸能够清除单线态氧以外的几乎所有自由基，所以α-硫辛酸和二氢硫辛酸在机体中的相互转化及再生，能够清除机体内几乎全部类型的自由基（徐畅等，2018）。

1.2 硫辛酸可与自由金属离子螯合

在生物系统中有很多过渡金属，如铁、铜、锌等虽可以催化氢过氧化物的分解来降低自由基对机体的损伤，但会生成氧化作用更强的羟基自由基，进一步导致氧化损伤（Valko，2005）。α-硫辛酸和二氢硫辛酸在体内与体外都能够螯合活性金属从而阻止其带来的氧化损伤（Suh，2013）。金属离子不同其螯合谱也有差异。α-硫辛酸优先结合铜、锌和铅离子，而二氢硫辛酸可以螯合铜、锌、铅、汞和铁离子（李艳，2014；赵世文，2018）。这也是硫辛酸能够缓解重金属中毒的原因。

1.3 硫辛酸可再生内源性抗氧化剂

生物系统内多余自由基与活性氧的清除需要各种抗氧化剂的作用，例如维生素C（抗坏血酸）、维生素 E（生育酚）、GSH等。α-硫辛酸可促使维生素E再生以及升高细胞内GSH的含量，且呈剂量依赖性（Podda等，1994；Busse等，1992）。此外，α-硫辛酸还可提高体内GSH-Px、SOD、CAT等抗氧化酶的活性／含量，从而缓解机体的氧化损伤（Arivazhagan 等 ，2001；Somani等，2000）。

二氢硫辛酸是一种强还原剂，能够将许多内源性的抗氧化剂从氧化态转化为还原态。维生素C、维生素E是机体内常见的内源性抗氧化剂，维生素E氧化或者清除活性氧自由基后转化为氧化状态，维生素C可以将其还原为活性状态，接着维生素C又可被GSH还原循环利用（吴琼等，2007）。GSH也可通过清除氧自由基维持机体氧化还原稳态。GSH由谷氨酸、半胱氨酸及甘氨酸组成，几乎存在于身体的每一个细胞。二氢硫辛酸通过促进人体细胞对半胱氨酸的吸收以及调节谷胱甘肽合成酶，进而促进GSH 的合成（Han等，1995；陈齐勇，2010）。

2 硫辛酸在临床研究中的应用

氧化应激可使细胞氧化损伤，最终凋亡，其在衰老和疾病发生发展中的作用被普遍认可。炎症是由多种细胞、多种因子参与的复杂免疫防御反应，可以发生在机体任何部位的组织和器官，是临床上常见的病理过程。氧化应激与炎症参与了许多常见疾病的发生、发展，如心血管疾病、糖尿病以及癌症等。

硫辛酸因其抗炎功能和极强的抗氧化功能，且极易被组织吸收、代谢和排泄，在临床研究中被广泛应用。

2.1 心脑血管疾病

硫辛酸主要通过抗氧化、抗炎和抗凋亡来缓解各类心脑血管疾病。研究表明，冠心病主要是因冠状动脉供血减少或中断，导致心肌发生缺血损伤。而α-硫辛酸能通过增加心肌细胞乙醛脱氢酶 2（ALDH2）的活性，降低过氧化终产物产生，最终减轻心肌细胞的缺血损伤 (操全霞，2016)。α-硫辛酸可通过抗炎、抗凋亡途径抑制脑缺血再灌注损伤后神经元的凋亡和炎症反应，减轻脑水肿和梗塞体积，明显改善神经功能（董银华，2015；丁旭，2018）。长期α-硫辛酸补充可通过多种途径缓解高血压反应和延缓心肌肥厚产生（胥艳等，2018）。α-硫辛酸可通过抗氧化和减少细胞凋亡的方式改善慢性心力衰竭CHF大鼠的心功能（吴健，2016）。

2.2 糖尿病

Brownlee提出的“糖尿病并发症的共同机制”学说，认为血管内皮细胞的损伤是糖尿病并发症机制中关键性的第一步，氧化应激可能是糖尿病并发症发生的共同机制（Brownlee，2005）。多项研究表明，α-硫辛酸可改善各类因素导致的血管内皮的氧化损伤（张晶晶，2014）。内皮祖细胞是血管内皮的前体细胞。经α-硫辛酸治疗后初诊2型糖尿病患者内皮祖细胞数量显著增加；超氧化物歧化酶、谷胱甘肽过氧物酶活性增加，丙二醛、8-羟基脱氧鸟苷含量减低（李博鹏等，2014）。缓解糖尿病引起的胃肠植物神经功能紊乱——糖尿病胃轻瘫（赵娜等，2018）；可显著抑制糖尿病大鼠心肌氧化应激（胡波等，2018）；可改善糖尿病患者血管平滑肌功能（邱轩，2018）。

2.3 神经退行性疾病

硫辛酸在各类神经退行性疾病的治疗中疗效显著。阿尔茨海默病(AD)、帕金森病（PD）、癫痫以及创伤性脑损伤TBI是常见的神经退行性疾病。氧化应激是这几类疾病发生发展的重要原因。研究表明，α-硫辛酸可能通过抑制氧化应激损伤从而保护Aβ蛋白对海马神经细胞的损害，提高AD模型大鼠的学习记忆能力（杨丽萍等，2018）；在PD模型中，硫辛酸可通过降低或抑制铁沉积，保护神经元达到治疗帕金森病的目的，且治疗剂量并未引起明显副作（蔡婷，2018；李成朋，2018）。在 FeCl2所致创伤性癫痫大鼠模型中，α-硫辛酸保护的作用途径之一可能为抑制氧化应激诱导的神经细胞凋亡（祝捷，2017）。α- 硫辛酸通过减轻氧化应激和抑制线粒体调亡通路从而治疗创伤性脑损伤TBI后的继发性脑损伤（韦武亭，2015）。

2.4 其他疾病

此外，α-硫辛酸可降低CCL4引起的急性肝损伤程度（杨国宇等，2002）；增强DM大鼠肾脏的抗氧化能力，抑制炎性因子的表达和细胞外基质的沉积（张莹莹等，2019）；延缓小鼠卵母细胞的老化进程（张晓，2015）；缓解铅镉所致的大鼠大脑皮质毒性损伤（赵世文，2018）。另外，硫辛酸在抑制多种肿瘤细胞生长以及诱导肿瘤细胞凋亡（文娅，2017）、抑制坐骨神经压迫导致的氧化应激损伤以及保护神经节凋亡等方面具有重要作用（李乐鹏，2018），亦可对固有免疫及适应性免疫系统进行调节（郭娟等，2018）。

3 硫辛酸作为食品添加剂

在一些国家硫辛酸已经被列为食品添加剂行列，但目前为止，在我国硫辛酸仍未被列入添加剂行列(GB2760-2011，食品添加剂使用标准)。据报道，将硫辛酸添加到鸡油脂或猪油脂中，油脂过氧化值和酸价都有所降低。这表明硫辛酸在动物油脂的贮藏过程中可发挥较强的抗氧化作用（马嫄等，2012）。

4 硫辛酸作为饲料添加剂在养殖动物中的研究现状

4.1 硫辛酸在畜禽养殖中的研究现状

4.1.1 缓解氧化应激、改善肉品质

无处不在的氧化应激严重危害了家禽家畜的健康和肉品质。在养殖动物的日粮中添加硫辛酸可缓解多种因素导致的氧化应激。

多项研究表明，在肉鸡基础日粮中添加硫辛酸可改善肉鸡的抗氧化性能，改善肉品质。李艳等的研究表明，300mg/kg的硫辛酸虽会降低肉鸡体重、胸肌绝对含量和抑制骨骼肌发育，但能调控肌纤维类型转化，改善肉品质；可显著改善黄曲霉毒素诱导的肉鸡肝脏氧化损伤，改善肝脏生物转化，抑制肝脏和脾脏的炎性反应，以及降低核转录因子蛋白表达量（李艳，2014）。饲粮中添加300mg/kg硫辛酸可在一定程度上提高黄羽肉鸡的抗氧化能力，增强其免疫功能（李杏，2012）。热处理大豆分离蛋白会对肉鸡生产性能和消化功能产生一定的负面影响，日粮单独或联合添加200mg/kg的VE和硫辛酸均可在一定程度上缓解这种负面影响（陈星，2014）。日粮中添加500～700mg/kg的α-硫辛酸可提高肉鸡的生长性能，但是添加1000mg/kg的α-硫辛酸对肉鸡表现出生长抑制。前期添加α-硫辛酸，可提高肉鸡的生长性能，后期添加能增加抗氧化能力和改善肉品质。此外，日粮中添加α-硫辛酸可对敌草快或鱼藤酮诱导的氧化应激起到保护性效果（郭志有，2014）。

张勇等（2010）的研究证实，玉米-豆粕型基础日粮上添加硫辛酸可以通过影响肉仔鸡肌纤维组织特性、肌纤维类型的分布，而改善肉品质。郭秀玲等（2012）研究者建议肉仔鸡日粮中硫辛酸的添加量为30mg/kg和60mg/kg。鲍英慧（2014）的研究报道，日粮中组合添加50mg/kg硫辛酸和100mg/kg乙酰肉碱，可提髙肉仔鸡肉品质、抗氧化能力。

李建文等（2010）的研究证实，150mg/kg茶多酚、150mg/kg α-硫辛酸的复合物最有利于肉鸭缓解体内CHPO造成的氧化应激，提高机体的抗氧化能力。

日粮中添加硫辛酸同样可改善畜类养殖动物抗氧化性能以及肉品质。日粮中添加肌肽（0.1%）和硫辛酸（0.03%）可显著改善育肥猪肉品质、抗氧化能力和脂质代谢水平（鲍英慧，2014）。腹腔滴注敌草快可引起育肥猪强烈的氧化应激，导致育肥猪生长性能下降、血浆和空肠氧化还原系统失衡，并引起空肠细胞凋亡。饲粮中添加硫辛酸有缓解敌草快所致的育肥猪氧化应激的作用，并能减缓空肠氧化及细胞凋亡（鲍伟光等，2016a）。鲍伟光等建议饲粮中添加800 mg/kg硫辛酸能减缓敌草快所致的肠道结构的损伤并能一定程度地提高肠道的消化功能（鲍伟光等，2016b）。硫辛酸也能抑制高致病性猪繁殖与呼吸综合征病毒HP-PRRSV诱导的氧化损伤（张浩等，2015）。汪善锋等（2013）的研究表明，在育肥猪日粮中添加600～900mg/kg的 α-硫辛酸能够提高血清谷胱甘肽过氧化物酶活性和总抗氧化能力；同时显著降低丙二醛含量；改善胴体性状；提高肌肉pH，改善肉色、减少滴水损失。因此综合平衡各种因素，建议育肥猪日粮中硫辛酸的添加量为600mg/kg。

研究认为，奶牛从妊娠到泌乳要经历巨大的代谢和生理适应性，临产阶段奶牛抗氧化能力下降，机体免疫功能和炎症应答能力下降，机体对疾病的易感性增强，从而导致奶牛围产期易发病（Mulligan等，2008;Spears等，2008）。在奶牛干乳后期和泌乳早期补充硫辛酸，每天补充5g/头即可显著改善围产期奶牛的抗氧化能力（熊桂林等，2010）。王定发等（2015）的研究表明，日粮中添加300～600mg/kg的α-硫辛酸可促进黑山羊机体的蛋白质沉积和合成，增强黑山羊抗氧化能力，进而改善黑山羊生长性能。

4.1.2 对脂肪代谢影响

汪善锋等的研究表明，日粮中添加α-硫辛酸可显著降低育肥猪血清中总胆固醇和甘油三酯，，但对低密度脂蛋白含量及高密度脂蛋白、肝脂酶活性均无显著影响。并建议α-硫辛酸的适宜添加水平为600～900mg/kg（汪善锋等，2015）。肉鸡腹脂和体脂过多可引起一系列代谢机能病症。杨国宇等（2003）发现，肉鸡饲料中添加适宜剂量的硫辛酸，可降低血液甘油三酯、胆固醇的含量，降低肝脏脂肪含量，因此硫辛酸能减少肉鸡脂肪沉积，改善肉鸡脂肪代谢（杨国宇）。

4.1.3 缓解热应激

热应激是动物对夏季高温环境所产生的非特异应答反应的总和。热应激导致机体内自由基大量产生，并破坏细胞膜结构和功能的完整性。

热应激条件下，产蛋鸡表现出采食量下降、料蛋比上升、体重减轻等一系列不良状况。在日粮中补充维生素C、维生素E、硒等抗氧化剂是常见的缓解措施。白兆鹏等（2014）的研究表明，高温应激环境下，在产蛋鸡日粮中添加硫辛酸可改善产蛋鸡的产蛋率、平均蛋重、产蛋量、料蛋比。持续热应激和采食量限制会影响育肥猪肝脏蛋白质组和谷胱甘肽抗氧化系统。热应激引起肝脏氧化应激，进而导致肝脏细胞凋亡。日粮中添加硫辛酸能增加细胞SOD酶活力和GSH的合成，从而缓解应激对育肥猪生长性能和抗氧化能力的抑制（崔艳军等，2016）。据报道，日粮中添加硫辛酸可改善热应激条件下母兔的繁殖性能，建议添加量600mg/kg（谢梅冬等，2010）。

4.1.4 提高养分的表观消化率

周璐丽等（2015）的研究表明，日粮中添加600mg/kg硫辛酸可显著提高海南黑山羊的日增重，对海南黑山羊日均养分采食量无显著影响，但可提高钙、磷、粗脂肪的表观消化率。

4.1.5 缓解氨气应激

氨气是肉鸡生产中极易产生的一种有害气体，可破坏机体组织及细胞膜结构，并可造成缺氧应激，进而影响肉鸡的生产性能及肉品质。卢敏等（2017）的研究表明，日粮中添加300mg/kg的硫辛酸可提高氨气应激下肉鸡的生产性能、改善肌肉品质。

4.1.6 缓解重金属毒性

环境的恶化增加了家禽重金属中毒的几率。饲料添加剂硫酸铜和硫酸锌等是砷、镉的主要来源，另有一部分砷来自鱼粉等饲料原料。作为解毒的主要器官，肝脏极易受重金属毒性损伤。秦卫红等（2018）的研究表明，400mg/kg的α-硫辛酸可在一定程度上降低砷、镉单独或联合暴露引起的蛋鸡肝功能损伤。

4.2 硫辛酸在水产养殖中的研究现状

4.2.1提高抗氧化性能

有关“万能抗氧化剂”硫辛酸在水产动物中的研究主要集中在抗氧化性能的改善方面。据报道，日粮中添加 200mg/kg～800mg/kg硫辛酸时，硫辛酸的添加量与皱纹盘鲍的抗氧化能力以及生长之间成正相关关系（Zhang等，2010）。有关鲶鱼、鲳鲹、凡纳滨对虾的研究表明，硫辛酸可降低这三类动物肝脑及肌肉组织中的过氧化产物含量，增强它们的抗氧化能力（Monserrat等，2008；Kutter等，2012；Lobato等，2013）。硫辛酸可显著增强斑马鱼亲鱼与仔鱼体内内源性抗氧化酶活性，提高斑马鱼亲鱼的产卵率（Francis等，2012）。硫辛酸可以显著提高水产动物体内各种组织中抗氧化酶的酶活及非酶抗氧化剂的含量，例如 SOD、GSH-Px、CAT、谷胱甘肽转移酶和还原性谷胱甘肽 （Zhang等，2010；Lobato等，2013;Sevgiler等，2011）。硫辛酸可缓解大菱鲆抗坏血酸缺乏症(Park等，2006)以及缓解由于水体中钙离子过多所造成水生动物体内还原性谷胱甘肽含量的下降（Lobato等，2013）。

4.2.2 调控营养代谢

维生素C、维生素E和微量元素硒等营养性抗氧化剂在促生长、提高抗氧化能力和免疫力等方面具有重要作用，因而应用广泛于水产动物。近年来，作为非营养性抗氧化剂的硫辛酸在水产动物中的应用研究也获得了一定的关注。

徐畅（2018）通过对硫辛酸最适添加量以及其作用的代谢组学机制进行分析，确定中华绒螯蟹幼蟹饲料中硫辛酸的最适添加量为 1339.13～1574.09mg/kg。代谢组学结果表明，硫辛酸的摄入显著影响了中华绒螯蟹机体对脂肪酸和氨基酸的代谢，且显著增加了饲料中抗氧化物质的吸收和沉淀。此外硫辛酸能够缓解由于肝胰腺脂质的过量蓄积对机体造成的氧化损伤，改善中华绒螯蟹幼蟹的健康状况。

史晓晨（2018）的研究表明，硫辛酸通过激活AMPK的磷酸化，促进脂肪甘油三酯脂肪酶ATGL的表达，进而促进草鱼脂质水解。同时，硫辛酸可促进草鱼脂肪酸在线粒体中β-氧化供能，减少氨基酸分解供能，从而促进蛋白质沉积。此外，硫辛酸通过激活 Akt/mTOR/S6K/4E-BP1蛋白的磷酸化，直接影响草鱼体内蛋白质的合成；通过调控Nrf2-Keap1信号通路，提高抗氧化酶活，使其缓解由n-3LC-PUFAs产生的脂质过氧化产物的毒性，并且保护n-3LC-PUFAs不被氧化，促进其在机体内的沉积。

4.2.3 提高抗逆性能

硫酸铜常被用于养殖水域的消毒和控制藻类的生长，因此养殖水体Cu污染广泛存在。据报道，水体铜胁迫下，饲料中的硫辛酸可以显著升高皱纹盘鲍肝胰脏抗氧化水平，显著降低皱纹盘鲍组织铜的沉积量，并在一定程度上减轻肝胰脏蛋白质、DNA损伤和脂质过氧化（类延菊等，2015）。

蓝藻毒素是水体中蓝藻水华产生的一类次生物质，对人和动物会产生毒害作用。长期低剂量的藻毒素摄入会导致肝癌变、促进肿瘤发生（Azevedo等，2002）。张丽等（2014）的研究表明，饲料中添加硫辛酸可以减轻微囊藻毒素诱导的鱼体氧化损伤，提高血清中GSH-Px活性，降低MDA含量。且能有效阻止GSH在解毒过程中被活性氧氧化为GSSG，并能持续提高GSH还原酶的活性（Shila等，2005），加速解毒，并建议罗非鱼饲料中硫辛酸最适添加量为600mg/kg（张丽等，2014）。

5 讨论

营养性抗氧化剂维生素E、维生素C和微量元素等可显著缓解氧化应激，但日粮中添加量过多会造成总日粮营养的不平衡以及营养物质间的拮抗。硫辛酸是唯一脂溶性和水溶性兼具的非营养性抗氧化剂，易被吸收，且能分布到机体的各部位发挥作用，甚至能透过血脑屏障，保护机体免受氧化损伤（Jesudason等，2005）。硫辛酸作为一种“万能抗氧化剂”，在人类疾病的临床研究中已经受到了广泛的关注。相关研究也证明了硫辛酸在提高畜禽动物的生长性能以及抗氧化性能等方面效果显著，但目前关于硫辛酸在水产动物中的研究较为有限。鉴于硫辛酸促生长、抗氧化、参与营养代谢、调节免疫力等的综合功效，其作为一种新型饲料添加剂在动物生产中的应用前景将十分广阔。