孫全友,王琳,周 瑩,徐 彬

河南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院畜牧獸醫(yī)研究所,河南 鄭州 450002

0 引言

硫辛酸屬于類維生素物質(zhì),是一種輔酶,存在于動植物體內(nèi),最早于1950年從豬肝中提取得到,在清除自由基、螯合金屬離子、減輕氧化應(yīng)激、調(diào)節(jié)脂質(zhì)代謝等多方面有重要作用。本文就硫辛酸作為一種功能性添加物的生理功能和在動物生產(chǎn)中的替抗應(yīng)用研究進行了綜述,為其作為功能性飼料添加劑的開發(fā)及應(yīng)用提供科學(xué)參考。

1 硫辛酸概述

硫辛酸是一種天然存在的二硫醇化合物,具有較高的電荷密度,在線粒體生物能量學(xué)中起著重要作用。硫辛酸可以通過多種合成方法獲得,產(chǎn)品呈淡黃色或黃色粉狀形態(tài) 。研究表明,最早在1957年Bullock通過 Friedel-Craft′s烷基化方法得到合成a-硫辛酸。另外還有Baryer-Villiger氧化反應(yīng)法、普林斯反應(yīng)法、環(huán)己酮和乙烯基乙醚法及6,8-二氯辛酸乙酯法等硫辛酸制備方法,但各方法取得硫辛酸收率均低于50%,成本和步驟均不理想。相對來說,6,8-二氯辛酸乙酯法適合工廠化生產(chǎn)[1]。唐樹民 等[2]研究顯示6,8-二氯辛酸乙酯法獲取的硫辛酸,總收率達到43%,純度不小于99%,熔點61℃左右,且在加工過程中溶劑利用率高,殘留在5‰以下。

2 硫辛酸的生化功能

2.1 直接清除自由基

該物質(zhì)在動物體內(nèi)能夠通過反應(yīng)生成雙硫醇式的還原型——二氫硫辛酸。它能夠自動去除H2O2、-OH、ONOO-、NO、HClO以及單線態(tài)氧等基團;二氫硫辛酸能夠去除硫辛酸不能去除的超氧基團與過氧化氫等基團,減少生物機體由于氧化形成的損害[3]。Shay et al.[4]研究證明硫辛酸與二氫硫辛酸能夠在機體內(nèi)完成一系列的相互轉(zhuǎn)化和代謝再生,直接清除上述所有自由基,在機體中發(fā)揮重要的抗氧化功能。Jesudason et al.[5]研究發(fā)現(xiàn)硫辛酸可以穿透血腦屏障,減少細胞毒性,降低由過氧化氫引起的細胞內(nèi)自由基含量,最終抑制機體發(fā)生氧化損傷。劉敏 等[6]通過試驗證明(二氫)硫辛酸可在動物體內(nèi)彼此轉(zhuǎn)換和二次生成,去除動物體內(nèi)除單線態(tài)氧的多余游離基團。

2.2 螯合金屬離子

動物體內(nèi)如存在過量的Cu2+、Fe3+、Pb2+、Hg2+、Zn2+等離子可能會加速H2O2反應(yīng),生成有害的-OH基團,導(dǎo)致動物機體的氧化損害。Osfor et al.[7]研究發(fā)現(xiàn)硫辛酸與二氫硫辛酸在機體內(nèi)外均能螯合上述金屬離子,抑制自由基的形成,降低氧化損傷發(fā)生率。Peimian et al.[8]研究顯示,硫辛酸能和二價銅離子結(jié)合形成親脂絡(luò)合物,能抑制其引起的體內(nèi)組織發(fā)生氧化及脂質(zhì)過氧化。馬駿 等[9]在研究非營養(yǎng)性抗氧化劑硫辛酸在水產(chǎn)動物中應(yīng)用時發(fā)現(xiàn),飼料中添加硫辛酸700 mg/kg時,可以顯著降低60 d皺紋盤鮑各組織中銅的含量。賀奇凱 等[10]研究發(fā)現(xiàn),硫辛酸在體內(nèi)會轉(zhuǎn)化成二氫硫辛酸,通過螯合Cu2+減少其所誘導(dǎo)的抗壞血酸氧化及脂質(zhì)過氧化,與二價鉛離子螯合以降低動物機體肝細胞的毒性,同時能夠螯合 Fe3+、Fe2+,把Fe3+轉(zhuǎn)換成Fe2+。

2.3 減少體內(nèi)氧化應(yīng)激,調(diào)節(jié)脂質(zhì)代謝

氧化應(yīng)激是游離基團在動物體內(nèi)發(fā)生的一類消極反應(yīng),使動物體內(nèi)的中性粒細胞出現(xiàn)炎癥,產(chǎn)生更多的蛋白酶,生成更多氧化中間產(chǎn)物,會加快動物的衰老和死亡。崔玨 等[11]通過試驗證明,硫辛酸的添加能夠去除動物腸內(nèi)的游離基團,重新建立反應(yīng)平衡,避免出現(xiàn)氧化應(yīng)激反應(yīng)。王艷艷 等[12]研究發(fā)現(xiàn),添加硫辛酸能顯著降低高脂日糧引起小鼠消化系統(tǒng)生成過多自由基而影響機體抗氧化功能的發(fā)生率,緩解營養(yǎng)性氧化應(yīng)激。孫健 等[13]研究表明,硫辛酸作為生物抗氧化劑能緩解和改善奶牛圍生期氧化應(yīng)激反應(yīng),對改善奶牛圍生期的健康狀況具有重要意義。朱曉冉 等[14]研究顯示,硫辛酸能明顯控制燒傷家兔炎性反應(yīng),減少脂質(zhì)過氧化產(chǎn)生的氧化應(yīng)激,并減輕機體氧化損傷。劉品 等[15]研究結(jié)果表明,硫辛酸能顯著提高大口黑鱸血清過氧化氫酶和肝臟總超氧化物歧化酶的活性,減少體內(nèi)氧化應(yīng)激。

動物發(fā)生脂肪肝和高血脂等代謝性疾病,通常是體內(nèi)脂質(zhì)代謝紊亂引起脂質(zhì)沉積異常而導(dǎo)致,并最終影響動物生長性能。楊瑞麗 等[16]通過試驗證明,硫辛酸能夠高效去除游離基團,并且重新建立游離基團/氧化應(yīng)激反應(yīng),促進對應(yīng)遺傳物質(zhì)的表達,盡可能消除脂質(zhì)導(dǎo)致的氧化-抗氧化體系混亂,消除氧化應(yīng)激反應(yīng),對于脂質(zhì)導(dǎo)致的糖脂代謝失調(diào)有很好的治療功能。徐暢[17]在分析硫辛酸對于動物體內(nèi)甘油三酯的分解以及飼料內(nèi)脂質(zhì)的調(diào)節(jié)效果時通過試驗證明,飼料中加入硫辛酸明顯調(diào)節(jié)了動物體內(nèi)的脂肪酸與氨基酸的消化,肝胰腺中甘油三酯的含量隨著硫辛酸添加劑量的增加而升高,同時明顯促進了飼糧內(nèi)抗氧化物的消化與過濾,增加了組織的抗氧化功能。李曉紅 等[18]在研究硫辛酸對大鼠肺氧化應(yīng)激損傷時,通過檢測大鼠肺泡灌洗液中抗氧化指標分析得出,隨著硫辛酸劑量增加,抗氧化酶活力逐漸升高,可使大鼠血清、肺泡灌洗液及肺組織中超氧化物歧化酶、谷胱甘肽、谷胱甘肽過氧化物酶含量或活力降低,丙二醛含量升高,對PM2.5導(dǎo)致的肺氧化應(yīng)激損傷具有一定程度的保護作用。Xu et al.[19]在研究硫辛酸對中華絨螯蟹肝胰臟脂肪分解代謝時發(fā)現(xiàn),飼糧中分別添加700、1400 mg/kg的硫辛酸,能顯著增加中華絨螯蟹全身和肝胰腺的脂質(zhì)積累,且和劑量呈正相關(guān)。胡陽陽 等[20]研究顯示,硫辛酸能通過提高動物脂質(zhì)分解酶、抑制脂質(zhì)合成酶以及脂肪合成相關(guān)激素的含量,抑制脂質(zhì)沉積,最終調(diào)節(jié)動物體內(nèi)脂質(zhì)代謝平衡,保證動物健康生長。黃陳翠 等[21]在分析硫辛酸對動物組織細胞脂肪消化的作用時通過試驗證明,在動物組織細胞HSL與CPT1當中的遺傳物質(zhì)表達過程中發(fā)現(xiàn)硫辛酸能夠加快脂肪的水解與β-氧化,減少組織細胞中的脂肪水平。金永燕 等[22]發(fā)現(xiàn)在日糧中添加250 mg/kg硫辛酸可以顯著降低肉雞血清中甘油三脂及膽固醇含量,改善機體脂質(zhì)及蛋白質(zhì)的代謝。

2.4 激活內(nèi)源性抗氧化劑再生

硫辛酸的還原態(tài)二氫硫辛酸是一種強還原劑。有研究表明,在動物體內(nèi),硫辛酸可以被快速吸收并還原生成二氫硫辛酸,分散至各組織中,能將動物體內(nèi)的抗氧化劑還原再生[4]。動物體內(nèi)有許多內(nèi)源性抗氧化劑如VC、VE、輔酶Q及谷胱甘肽等,硫辛酸具有激活機體內(nèi)內(nèi)源性抗氧化劑的代謝、再生的功能,可以維持動物體內(nèi)的抗氧化劑處于正常水平。多種內(nèi)源性抗氧化劑共同配合下才能清除過量活性氧自由基,共同完成抗氧化功能[23]。陳大偉 等[24]研究發(fā)現(xiàn)在蛋雞飼糧中添加硫辛酸能夠恢復(fù)抗氧化酶的活性,減少必需微量元素的損失,緩解砷的毒性損傷。

3 硫辛酸在動物生產(chǎn)中替代抗生素的研究進展

“禁抗令”的實施,使無抗飼養(yǎng)將成為養(yǎng)殖業(yè)的主要生產(chǎn)方式。為保證畜禽在無抗條件下具有優(yōu)良的生產(chǎn)性能,在飼料中添加一些能提高機體免疫力、抗氧化力的功能性添加劑成為必要的營養(yǎng)調(diào)控手段。硫辛酸對動物生產(chǎn)有改善生長性能、保障腸道健康、增強抗氧化能力等多種功效,在替抗應(yīng)用中有巨大潛力[25]。

3.1 提高動物生產(chǎn)性能

相關(guān)研究證明,硫辛酸能夠提高動物的生產(chǎn)性能。汪善鋒 等[26]研究證明,硫辛酸可顯著提高育肥豬的生產(chǎn)性能,其中平均日增重增加16%,料肉比減少5%。張紅瑞 等[27]試驗結(jié)果顯示,硫辛酸可顯著提高綿羊的平均日采食量。毛亞芳 等[28]研究表明,硫辛酸可使綿羊的平均日增重增加29%。硫辛酸對肉雞的生產(chǎn)性能也有顯著的改善作用。張新宇 等[29]為分析硫辛酸對肉雞生產(chǎn)水平的作用,將300只28日齡雄肉雞,分成3個處理,各處理分別設(shè)置10個重復(fù),各重復(fù)分別設(shè)置10只肉雞。結(jié)果顯示,日糧中添加300 mg/kg硫辛酸組與對照組相比,平均日增重提高了12.6%,料肉比降低了6.2%(p<0.05),顯著提高肉雞生產(chǎn)性能。郭志有 等[30]在研究日糧中添加不同水平的硫辛酸對肉雞生長性能、胴體性狀和抗氧化功能的影響時,選用1日齡肉雞240只(公雛),隨機分為5個處理組。分別在4個試驗組基礎(chǔ)飼糧當中加入250、500、750、1 000 mg/kg的硫辛酸;結(jié)果顯示,日糧添加硫辛酸250～500 mg/kg劑量時,整個飼養(yǎng)階段,肉雞的采食量和體質(zhì)量都表現(xiàn)為增加。也有研究發(fā)現(xiàn),日糧中分別添加5、50 mg/kg硫辛酸對肉雞的生產(chǎn)速度無影響[31],而飼糧中添加過量硫辛酸(1 000 mg/kg)則降低了肉雞相對增長率,不利于動物生長[32]。由此可見,飼料中添加一定量的硫辛酸能有效改善肉雞的生長性能,但添加量過低效果不明顯,過量添加則會降低動物食欲并減少采食量,對生長性能造成不良影響。

3.2 增強動物機體抗氧化水平

動物生產(chǎn)過程中有許多因素如養(yǎng)殖環(huán)境、飼料等會損害機體的抗氧化系統(tǒng),誘導(dǎo)氧化應(yīng)激,而引發(fā)組織器官損傷、導(dǎo)致發(fā)生疾病。硫辛酸作為一種抗氧化劑被越來越多的專家學(xué)者進行動物試驗研究,探索其對機體抗氧化功能的作用。超氧化物歧化酶、谷胱甘肽過氧化物酶、谷胱甘肽巰基轉(zhuǎn)移酶和丙二醛是常用表達動物機體抗氧化水平的重要指標,通過檢測試驗動物血液中的抗氧化指標發(fā)現(xiàn),硫辛酸能顯著提高動物的抗氧化水平。對小鼠、大鼠的研究表明,硫辛酸能顯著提高試驗動物血清和肝臟組織中超氧化物歧化酶和谷胱甘肽過氧化物酶活性,降低丙二醛含量[33-35]。對水產(chǎn)動物的試驗研究顯示,飼糧中添加硫辛酸能顯著提高動物血清、腎臟、肝臟、肌肉和腦組織中超氧化物歧化酶、谷胱甘肽巰基轉(zhuǎn)移酶和超氧化物歧化酶活性,降低丙二醛含量[36-37]。在對育肥豬的研究中,汪善鋒 等[38]發(fā)現(xiàn),硫辛酸能顯著提高動物血清中超氧化物歧化酶、谷胱甘肽過氧化物酶、谷胱甘肽巰基轉(zhuǎn)移酶活性和總抗氧化能力,顯著降低MDA含量,證明硫辛酸能有效減少動物的氧化應(yīng)激發(fā)生概率和程度。在對家禽的研究中,郭志有[39]在肉雞日糧中添加硫辛酸研究其對肉雞抗氧化的影響及其作用機制,結(jié)果顯示,在基礎(chǔ)日糧中分別加入250、500、750 mg/kg硫辛酸的3個處理中,肉雞血清中總超氧化物歧化酶、過氧化氫酶、谷胱甘肽、谷胱甘肽過氧化物酶和總抗氧化能力顯著升高(p<0.05),同時發(fā)現(xiàn)以上物質(zhì)的量和加入硫辛酸的量成正相關(guān)的關(guān)系。丙二醛屬于脂肪過氧化的生成物,其在血液內(nèi)的量可以從側(cè)面體現(xiàn)出動物組織被游離基團影響的程度。李杏 等[40]在分析飼料內(nèi)加入硫辛酸對動物的生長水平、抗氧化水平以及免疫系統(tǒng)的作用時,把60只21日齡且體形接近的肉雞分成2組,分別為對照組與試驗組,各組分別設(shè)置5個重復(fù),各重復(fù)分別設(shè)置6只肉雞。其中試驗組在飼料當中加入300 mg/kg的硫辛酸。試驗數(shù)據(jù)證明,在飼料當中加入300 mg/kg的硫辛酸可讓雞的血液中丙二醛的量減少21%(p<0.05),超氧化物歧化酶活性升高20%(p<0.05),顯著提高了肉雞的抗氧化能力。崔君 等[41]在研究硫辛酸對雪山雞的抗氧化功能的影響時發(fā)現(xiàn),試驗組血液內(nèi)谷胱甘肽過氧化物酶以及超氧化物的歧化酶水平大幅度增加(p<0.05),數(shù)據(jù)證明,該物質(zhì)能夠抑制動物體內(nèi)脂肪過氧化物的形成,以減輕動物組織受到氧化的影響。根據(jù)上述內(nèi)容可以得知,硫辛酸能夠用做抗氧化劑,大幅度提升動物的抗氧化能力。

3.3 保障動物腸道健康,提高機體免疫力

動物生長過程中維持腸道健康是取得良好生產(chǎn)性能的重要保障。張蓉 等[42]研究表明硫辛酸的添加使試驗小鼠腸道內(nèi)乳桿菌數(shù)量顯著高于對照組(p<0.05),大腸桿菌數(shù)量顯著減少(p<0.05),并與硫辛酸添加量呈正相關(guān),說明硫辛酸能調(diào)節(jié)動物腸道微生物菌群,保障腸道健康。張新宇 等[29]的研究結(jié)果顯示,在飼料當中加入300 mg/kg的硫辛酸能夠優(yōu)化腸內(nèi)絨毛的結(jié)構(gòu),加強其阻擋功能;和對照組相比試驗組腸內(nèi)絨毛的高度與盲腸絨隱比顯著升高(p<0.05)。鮑偉光 等[43]試驗證明硫辛酸可以顯著降低腸道氧化應(yīng)激水平,修復(fù)腸道的氧化損傷,保障腸道黏膜的完整性、黏液層的正常流動和腸道微生物多樣化。動物組織中的淋巴細胞轉(zhuǎn)化率值和免疫器官指數(shù)往往當做判定機體免疫力的標準。李杏 等[40]通過試驗證明,在肉雞飼料當中加入300 mg/kg的硫辛酸,能夠大幅度增加動物淋巴細胞轉(zhuǎn)化率,增強免疫功能,提高動物抵抗疾病的能力。在試驗的第15天,脾臟指數(shù)增加了30% (p<0.05),在試驗的第30天,血液內(nèi)免疫球蛋白即IgG的量增加了29% (p<0.05),通過伴刀豆球蛋白A與多糖進行調(diào)節(jié)的外周血淋巴細胞轉(zhuǎn)化率分別增加了17%、20% (p<0.05)。張紅瑞 等[27]研究顯示,與對照組相比,硫辛酸能顯著減少綿羊肝臟中炎性相關(guān)因子表達量(p<0.05),增加抗炎因子干擾素表達量(p<0.05),有效改善熱應(yīng)激狀態(tài)下試驗動物的免疫水平。

4 結(jié)束語

對于硫辛酸的研究,目前主要集中在其抗氧化能力方面。研究結(jié)果表明硫辛酸不但在預(yù)防和治療人類疾病的臨床中得到廣泛應(yīng)用,且在畜禽動物的生長性能、抗氧化性能、保障腸道健康和增強免疫功能等方面也有顯著的良性效果,并且在緩解重金屬中毒及黃曲霉毒素等方面展現(xiàn)出巨大潛力,但添加量過高時也會對機體產(chǎn)生毒性和降低生長性能且減弱抗氧化等負面作用[44]。另有部分研究證明硫辛酸對緩解動物熱應(yīng)激和氨氣應(yīng)激也有重要作用[45-46],并能減輕動物因高密度飼養(yǎng)帶來的機體損傷[47]。未來應(yīng)深入探討其相關(guān)分子機制,為全面研發(fā)硫辛酸作為綠色飼料添加劑及在動物綠色健康生產(chǎn)中的應(yīng)用提供堅實的營養(yǎng)調(diào)控理論基礎(chǔ)。