超氧化物歧化酶与畜禽氧化应激

程皇座 胡友军 赵晓南 文伟 鄂晓迪

作者简介：程皇座（1993－ ），男，硕士，主要从事动物营养与饲料方面的工作；E-mail：chz868@88.com

*通信作者：胡友军（1972－ ），男，研究员，主要从事单胃动物营养与功能性添加剂研发工作；E-mail：61368851@163.com

摘  要：超氧化物歧化酶（superoxide dismutase，SOD）能够清除各类生物体内因氧化应激产生的过多自由基，通过歧化反应将氧自由基转化为氧气和过氧化氢。SOD广泛存在于各类动物、植物、微生物中，是一种重要的抗氧化剂，可保护体内各种细胞免受自由基的攻击。本文就SOD的功能、抗氧化机制、与自由基的关系及在畜禽生产上的应用进行概述，以期为SOD在动物生产上的应用提供参考。

关键词：超氧化物歧化酶；自由基；氧化应激；抗氧化

中图分类号：S816 文献标志码：A 文章编号：1001-0769（2024）02-0093-04

动物氧化应激是指动物体内产生过多的自由基引发机体氧化还原平衡失调的现象，是引起动物疾病和降低生产性能的重要原因之一[1]。这是因为氧化应激产生的活性氧自由基积累过多，超过了体内抗氧化酶系统的清除能力，而过量自由基会攻击细胞中的脂质、蛋白质和DNA等生物大分子，对细胞造成不可逆转的伤害，从而影响动物生理机能。在防止氧自由基对细胞破坏的抗氧化系统中，超氧化物歧化酶（superoxide dismutase，SOD）在保护细胞免受氧自由基的攻击中发挥重要作用[2]。

1  SOD的发现与分类

1930年，Keilin和Mann研究发现了SOD，不过当时认为SOD是一种蛋白质，并命名为血铜蛋白。1969年，McCord和Fridovich发现该蛋白具有酶的活性，并正式命名为超氧化物歧化酶[3]。SOD是一种金属酶，催化中心含有一个金属离子，根据金属离子的不同，SOD家族可以分为4种类型：Cu/Zn-SOD、Mn-SOD、Fe-SOD和Ni-SOD。其中Cu/Zn-SOD主要存在于真核细胞的细胞质和叶绿体以及细菌的细胞质和周质空间中；Mn-SOD主要存在于原核生物和真核生物的线粒体中；Fe-SOD存在于原核生物和少数植物中；Ni-SOD主要存在于链霉菌属细菌及蓝细菌等海洋生物中[4-5]。

2  SOD生物学重要性

SOD对呼吸细胞的存活至关重要。氧是一切生命活动的基础物质之一，但氧在参与机体生命代谢活动中会转化成氧自由基，为应对自由基氧化损伤，细胞需要SOD来清除氧自由基。对大量微生物的调查表明，很多需氧和耐氧生物均含有SOD。SOD通过抗氧化途径在防御氧中毒、抗辐射损伤、预防衰老、治疗疾病等方面发挥重要作用[6]。

3  SOD抗氧化机理

自由基是一些单独存在的具有不配对电子的分子、原子、离子或原子团，其显著特征是外层轨道上具有未配对的电子。由于电子倾向于配对，大多数自由基很活跃，反应性极强，具有很强的氧化能力。研究发现，自由基的主要氧化产物丙二醛（malondialdehyde，MDA）通过与DNA碱基反应，可引起各种疾病的诱变性病变[7]。正常情况下，体内自由基的产生和清除在体内抗氧化信号网络的调节下处于动态平衡状态，其中SOD是一种重要的抗氧化酶，保护细胞免受自由基电子的攻击。SOD可将体内氧自由基催化，生成过氧化氢和氧气，然后过氧化氢被过氧化氢酶还原成水，从而起到清除自由基和抗氧化的作用[8]。

4  提高体内SOD水平的方法

动物受到环境（高温、低温、运输等）、自身生理状态（出生、断奶、怀孕、哺乳）、病原体（病毒、细菌等）、营养（加工质量、消化等）等影响时，就会产生氧化应激[1]，导致体内自由基过量，超出自身抗氧化系统的清除能力。如果通过外源手段补充或提高体内SOD水平，来增强体内抗氧化信号系统，这对动物及时应对氧化应激具有重要意义。

4.1 直接补充外源SOD

虽然SOD在抗氧化方面具有重要作用，但由于SOD的不稳定性、无免疫原性及分子量大、半衰期短、生产成本高等因素的影响，SOD的广泛应用受到限制[9]。研究表明，从动物、植物或一般的微生物中提取的SOD稳定性较差，不耐高温和酸[3]，因此在动物饲料中的应用性研究较少，大规模应用还存在一定难度。

4.2 通过激活体内抗氧化系统促进SOD表达

研究表明，SOD可由体内抗氧化系统动员生成，这主要依赖于Nrf2-Keap1-ARE信号通路。核因子E2相关因子2（nuclear factor erythroid 2-related factor 2，Nrf2）和Kelch样环氧氯丙烷相关蛋白1（kelch-like ECH-associated protein 1，Keap1）是细胞抗氧化反应的中枢调节物质[10]，正常生理状态下，Nrf2位于细胞质中，与Keap1结合在一起，处于抑制状态，使抗氧化酶處于基础表达水平，机体保持氧化还原稳态。当机体受到氧化应激时，Keap1的半胱氨酸残基被修饰，导致Keap1的构象发生改变，从而使Keap1与Nrf2解耦联，Nrf2转入细胞核内，与抗氧化反应元件（anti-oxidative response element，ARE）特异性结合，促进下游一系列抗氧化酶基因的表达，提高SOD、过氧化氢酶（catalase，CAT）、谷胱甘肽硫基转移酶（glutathione-s-transferase，GST）等抗氧化酶的水平来抵抗氧化应激所导致的机体损伤。因此，Nrf2通过Nrf2-Keap1-ARE信号通路调控下游SOD的表达是机体对抗氧化损伤的主要通路[11-14]。

5  SOD在动物生产上的应用

5.1 直接补充外源SOD

由于SOD的不稳定性和较高的生产成本，目前在动物生产中直接添加的应用研究极少，但在动物饲料中添加其模拟物SODm具有一定的应用潜力[15]。赵靖等通过提取木瓜中的SOD来饲喂小鼠，发现小鼠血清以及机体组织中的SOD活性有所提高[16]。郭照宙等通过将SODm添加到肉鸡日粮中，发现SODm对肉鸡的生产性能无影响，但对肌肉肉色、嫩度、蛋白质含量均有显著影响，显著提高了血清免疫因子水平以及血清、胸肌、腿肌中SOD的活性[17]。崔红霞等研究发现，在肉鸡日粮中添加0.14％～0.22％ SODm可以显著提高血清、十二指肠黏膜、空肠黏膜、心脏、肝脏中SOD活性[18]。目前国内外关于SOD及其模拟物SODm在畜禽生产上直接应用的文献有限，生产中直接添加外源SOD有很大局限性。

5.2 通过Nrf2调控SOD抗氧化途径

研究表明，提高动物机体抗氧化活性的根本有效措施是提高体内酶促体系的功能[19]。根据Nrf2-Keap1-ARE信号通路，选择高效抗氧化活性物质来提高SOD等抗氧化酶的活性对调节畜禽氧化应激具有重要意义[20]。多项试验表明，从植物中提取的多酚类化合物——异黄酮，能结合并清除自由基[21]，同时能够提高机体SOD的生物学功能[22]，具有较强的抗氧化作用和清除自由基的能力[23-24]。Han等[21]研究发现茶多酚中的表儿茶素没食子酸酯提高了Nrf2和HO-1基因的表达水平[25]。程东静等[26]研究表明，大豆异黄酮可通过增加高脂肥胖大鼠肠道中SOD、GSH和CAT等抗氧化酶的活性，提高机体抗氧化能力。Xu等[27]研究发现，日粮中添加400 mg/kg苹果多酚可提高断奶仔猪的抗氧化能力，改善脂肪代谢，其机制是多酚可调节肝脏中CAT、GST和SOD的mRNA表达。Ma等[28]发现，在日粮中添加200 mg/kg绿茶多酚提高了奶牛血浆中葡萄糖浓度、SOD和GSH-Px活性、总抗氧化能力，减少了血浆中ROS、MDA、H2O2含量。林厦菁等[29]发现，在日粮中添加10～40 mg/kg大豆异黄酮能缓解断奶仔猪十二指肠肠绒毛损伤，降低空肠组织中MDA含量，提高SOD、GSH-Px活性。Jiang等[30]研究发现，在日粮中添加10～80 mg/kg大豆异黄酮显著提高了快大型黄羽肉鸡血液中T-AOC和T-SOD水平，显著提高了胸肌中GSH-Px mRNA表达量。陈家丽等[31]研究发现，在日粮中添加10～20 mg/kg大豆异黄酮显著缓解了传染性法氏囊病对肉鸡生长的不利影响，提高空肠黏膜GSH-Px、SOD和CAT活性。Chen等[32]发现，在日粮中添加640 mg/kg高水平的大豆异黄酮提高了育肥猪背最长肌SOD活性和T-AOC水平，但导致脂肪、肝脏和血浆中MDA水平增加。综上可见，将从植物中提取的异黄酮应用于畜禽日粮，能够显著提高应激动物体内SOD等抗氧化酶的活性，说明异黄酮可以作为激活体内抗氧化系统和提高SOD等抗氧化酶的外源物质。

6  结语

SOD在保护细胞免受氧自由基毒害中发挥着重要作用，目前在畜禽生产中直接应用还存在一定难度。但SOD是动物机体抗氧化系统中一种重要的活性物质，通过Nrf2-Keap1-ARE信号系统上调SOD等抗氧化酶的活性来应对机体氧化应激是一种根本有效的措施。大量研究表明，从植物中提取的异黄酮在提高体内SOD等抗氧化酶活性上具有良好效果，是应对畜禽氧化应激的重要方法之一，但关于异黄酮的作用机制还需深入研究。

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