氧化应激与免疫调控

在现代集约化动物养殖生产中，动物往往处于应激状态或慢性应激状态^[1]。应激是指由内、外部环境刺激引起的一种适应性变化或非特异性反应。以母猪-仔猪生产为例，生产实践中的应激源主要有四大类（图1），第一类应激源为管理应激，如饲养密度高，称重，断奶仔猪分群，人工抓捕，母猪转栏等；第二类应激源为环境应激，如温度，通风，灰尘，光照等；第三类应激源为营养性应激，如霉菌毒素污染，日粮脂肪氧化，有毒重金属污染，矿物质元素不均衡，水质差，换料应激等；第四类应激是内源性应激，如免疫，细菌或病毒感染，抗生素引起肠道微生物数量减少等等^[2]。实际生产管理往往引起多重应激叠加，例如母猪繁殖周期内既要应对围产期代谢综合征，又要应对换料，转栏，夏季热应激，采食量不足等等多种应激^[3]，这对母猪和胎儿及新生仔猪的生长发育以及机体健康造成巨大影响，从而导致畜牧业的经济效益损失。

图1 动物生产中的常见应激源

动物处于应激状态的典型特征是机体的氧化还原平衡被破坏，体内活性氧（reactive oxygen species, ROS）的产生速率超过了体内抗氧化系统的清除速率，导致氧自由基大量积累^[4-5]。过量的自由基是机体内的一种毒力因子，很容易与脂质、蛋白质和DNA反应，直接损坏生物分子或修饰蛋白质和基因从而触发信号级联反应，导致细胞损伤和死亡，破坏机体免疫功能，引发系统功能紊乱^[6]。

越来越多的证据表明，动物体内所有的抗氧化剂以及抗氧化代谢通路形成一个完整的抗氧化防御网络系统，保证机体的氧化还原平衡和适应性内平衡稳态，从而实现缓解氧化应激，调控炎症反应，提高免疫^[2]。实际上，抗氧化防御系统在细胞内无处不在，例如线粒体，细胞核，细胞质等，并且在组织中特异性表达，包括内源合成抗氧化物（如抗氧化酶类，包括超氧化物歧化酶SOD、谷胱甘肽过氧化物酶GPx和过氧化氢酶CAT，硫氧还蛋白还原酶TrxR，谷胱甘肽GSH，辅酶Q等）以及营养调控手段日粮添加的抗氧化物（硒，维生素E，类胡萝卜素，维生素C，多酚等）。许多抗氧化酶是应激诱导型活性酶，如SOD，GPx，和其他一些硒蛋白（TrxR）等，它们的表达和活性取决于应激强度^[7]。也就是说，在本文前述的多重应激条件下，机体抗氧化代谢通路会上调这些抗氧化酶的表达合成，而这最直接的影响是额外增加了动物对某些特定营养素的需求，因为合成代谢势必会消耗一定的营养元素。

生物机体必需的微量元素硒Se就是这种在应激条件下被动物额外需求的营养素。硒在动物体内发挥生理功能的主要载体是硒蛋白。谷胱甘肽过氧化物酶家族GPx是一种Se依赖型酶家族，是动物机体重要的抗氧化酶，能够分解转化机体内的过氧化氢（H₂O₂）和一些氢过氧化物，保护细胞免受氧化应激的影响，防止DNA损伤，脂质过氧化和蛋白质降解。此外，典型的硒蛋白还包括硫氧化还原蛋白酶家族（TrxRs），脱碘酶家族（DIOs），硒代磷酸合成酶2（SPS2）以及硒蛋白15、K、R、W等等一共25种。但有趣地是，这25种硒蛋白几乎一半以上都通过调控过氧化物酶/还原酶活性和氧化还原信号转导参与抗氧化应激防御（表1）^[8-9]。

表1 硒蛋白分类及功能^[9]

也就是说，我们为动物补充硒，不仅仅是为人类生产富硒动物产品（肉蛋奶），更重要的是在为动物补充抗氧化功能底物！动物健康→人类健康！