综述：猪氧化应激及含硒氨基酸的应用前景

《Stress Biology》：Oxidative stress in pigs and opportunities with selenium-containing amino acids

　　

现代养猪生产以高生产力、快速生长基因型、早期断奶及热应激、营养挑战等不可控因素为特征，对猪只造成累积性应激。细胞内活性氧（reactive oxygen species, ROS）浓度升高可损害细胞功能，降低繁殖群繁殖性能及后代至上市阶段的生长表现，劣化猪肉品质，最终造成经济损失。研究人员可在饲料中补充抗氧化剂和微量营养素，以缓解氧化应激对猪健康与生产性能的不良影响。硒（selenium, Se）是高效抗氧化防御系统所必需的必需微量元素。富硒酵母（Se-enriched yeast）是天然有机硒来源，其在改善现代猪只硒同化及氧化状态方面的有效性，尤其在强应激条件下，已得到充分证实。本综述旨在阐述商品化生产中猪面临的氧化应激挑战，并阐明有机硒缓解猪氧化应激的能力。富硒酵母可提供具有生物学和营养学重要意义的硒代蛋氨酸（selenomethionine, SeMet）与硒代半胱氨酸（selenocysteine, SeCys）。综述汇总证据表明，与无机硒相比，饲粮添加富硒酵母可有效缓解猪氧化应激，同时提升生产性能与猪肉品质。

引言

活性氧

动物（包括猪）需要能量以维持生命与生长，能量来源于细胞营养代谢，该过程需氧参与线粒体中的氧化反应，进而生成ROS，包括超氧阴离子（O₂^•?）、一氧化氮自由基（NO^•）和过氧化氢（H₂O₂）。ROS是动物维持、生长及繁殖等正常生理功能的副产物，同时也因其对生物大分子的损伤作用而备受关注。这种损伤效应也是动物防御机制的一部分：在病原体侵袭等特定免疫状态下，巨噬细胞、中性粒细胞等免疫细胞可产生大量ROS，即“氧化爆发”或“呼吸爆发”，以氧化损伤邻近病原体。

抗氧化系统对抗细胞氧化应激

细胞在正常功能与免疫反应中产生ROS的同时，拥有由多种抗氧化剂构成的氧化还原系统以持续清除ROS，该防御机制主要由抗氧化酶与非酶抗氧化剂组成。典型细胞抗氧化剂包括谷胱甘肽（glutathione, GSH）、褪黑素、抗坏血酸、类胡萝卜素、生育酚、多酚、硫醇及尿酸，可细胞内合成或从饲粮获取。抗氧化酶主要包括超氧化物歧化酶（superoxide dismutase, SOD）、谷胱甘肽过氧化物酶（glutathione peroxidase, GSH-Px）和过氧化氢酶（catalase, CAT）。生理状态下，健康细胞可通过上述酶与抗氧化剂有效清除ROS；ROS生成增加会消耗中和性抗氧化分子，并诱导抗氧化酶与分子的合成。当抗氧化物质的合成或获取能力耗竭，或ROS生成超过现有抗氧化能力时，氧化还原平衡（ROS与抗氧化剂的平衡）被打破，引发氧化应激及细胞、组织损伤，即“氧化剂与抗氧化剂失衡且偏向氧化剂，导致分子损伤”的状态。

氧化应激导致的细胞损伤

不饱和脂肪酸是ROS过氧化作用的主要靶标，其过氧化可引发脂质氧化级联反应，破坏膜完整性并导致细胞死亡，该过程产生的丙二醛（malondialdehyde, MDA）可作为血浆或组织中脂质氧化损伤程度的标志物。生育酚（维生素E）因其亲脂性可有效抑制脂肪酸过氧化，其他抗氧化剂及抗氧化酶（包括硒蛋白）也参与该过程。细胞蛋白（包括酶与膜蛋白）可被ROS修饰与损伤：ROS可特异性水解脯氨酸与组氨酸之间的肽键，诱导半胱氨酸残基间形成二硫键，并将甲硫氨酸氧化为甲硫氨酸亚砜，改变蛋白活性位点与功能；ROS还可引起蛋白羰基化，修饰赖氨酸、精氨酸、脯氨酸、苏氨酸与半胱氨酸的侧链。蛋白羰基化是不可逆过程，可导致蛋白降解，其血浆或组织浓度可有效反映蛋白氧化损伤程度。GSH与GSH-Px可有效预防细胞蛋白的氧化损伤，其他抗氧化剂与抗氧化酶也参与该过程。

ROS还可修饰线粒体与细胞核内核酸的碱基，导致基因突变、功能障碍与细胞死亡。核酸氧化可产生8-羟基脱氧鸟苷、胸苷二醇与尿酸等修饰碱基，其中8-羟基脱氧鸟苷浓度可作为DNA氧化损伤的标志物。氧化应激显著影响猪的生产效率，是各发育阶段猪生产性能与健康受损的核心因素，通过检测氧化损伤标志物，研究人员可评估应激程度并设计饲粮干预策略以缓解氧化应激。本综述旨在探讨生产过程中猪面临的氧化应激挑战，并阐明有机硒在猪氧化应激调控中的作用。

猪氧化应激

本节阐述氧化应激对猪生命周期不同阶段（包括保育猪、育肥猪、母猪与公猪）的影响，分析氧化应激的诱因、对肠道与整体健康及生产性能的后果，并探讨通过营养策略缓解氧化应激的潜在途径。

母猪及其后代

母猪在妊娠与泌乳期因需支持胎儿发育与泌乳，代谢需求显著增加，对氧化应激高度敏感。该过程伴随胎盘与乳腺产生的活性氧（包括O₂与H₂O₂）积累，损害繁殖与泌乳性能，且这种损伤往往持续至断奶期才逐渐恢复。营养缺乏、霉菌毒素污染饲料、免疫挑战及高温、拥挤等不良环境条件可加剧这种易感性。其中热应激是母猪与育肥猪的主要挑战之一，其通过诱导线粒体电子漏增加ROS生成，引发氧化应激并促进热休克蛋白合成，进而负面影响卵母细胞成熟、胚胎发育与妊娠过程。饲粮抗氧化剂摄入不足会进一步削弱母猪对ROS的调控能力，破坏氧化还原平衡。氧化应激可损害卵巢功能与胚胎发育，导致发情周期紊乱、受胎率降低、流产或胎儿损失增加。新生仔猪因抗氧化系统未成熟，出生时即对氧化应激高度敏感，胎儿发育过程受氧化应激影响可对后代产生持续负面效应。泌乳期氧化应激可降低产奶量与乳品质，进而影响仔猪生长、健康与存活率。

保育猪

现代养猪生产中，仔猪在早期肠道未完全成熟时即被断奶，从母乳转为以谷物、豆类籽实粕、乳副产物与动物蛋白为基础的固体饲粮。尽管这类饲粮营养平衡，但其中部分成分可引起肠道微生物区系与黏膜免疫反应改变，导致肠道免疫细胞大量产生ROS，引发氧化应激。饲粮诱导的肠道微生物紊乱已被证实可触发小肠黏膜免疫反应，可溶性纤维等成分可改变微生物组成，增加潜在有害菌比例，肠道黏膜通过模式识别受体识别这种变化后，可激活肠道免疫细胞，增加ROS生成，造成肠黏膜氧化损伤。饲粮中的过敏原与抗原也可直接引发黏膜免疫反应，导致小肠氧化组织损伤。保育期维持高抗氧化能力与商业条件下更好的生长性能相关。

育肥猪

育肥期作为猪快速生长阶段，氧化应激常由环境、管理与营养因素诱导。高温高湿环境因猪对热敏感，是育肥猪氧化应激的主要诱因；运输与拥挤饲养条件也可加剧氧化应激易感性。营养因素同样关键：过氧化饲料、霉菌毒素污染或维生素E、硒等必需抗氧化剂缺乏，均可加重育肥猪的氧化负担。氧化应激对育肥猪肠道健康影响显著，可损害营养吸收并增加胃肠道疾病风险。低纤维饲粮可升高空肠氧化应激水平，表现为MDA浓度升高，需更多抗氧化物质应对肠道氧化损伤。热应激或营养因素诱导的氧化应激可损伤肠上皮细胞，破坏肠道黏膜屏障功能，扰乱肠道微生物区系，促进肠道炎症，并进一步损害营养吸收。系统层面，氧化应激可将能量与营养从生长过程重定向至对抗氧化损伤，降低生长性能；长期氧化应激可削弱免疫系统，增加感染易感性。此外，氧化应激还会负面影响猪肉品质，导致肉色、货架期、质地与嫩度等发生不良变化。

公猪

现代生产体系中，高频配种可诱导公猪生理应激，增加ROS生成；饲粮抗氧化剂缺乏等营养失衡也可导致氧化应激。氧化应激显著影响精液品质，可引发精子脂质过氧化与DNA损伤，导致精子活力降低、畸形率升高，降低整体繁殖效率，进而影响受胎率与繁殖成功率。氧化应激还可削弱公猪免疫系统，增加感染风险，并可能导致精力与耐力下降，降低其在育种计划中的生产力与使用年限。因此，调控氧化应激对维持公猪繁殖性能与福利至关重要。

对抗猪氧化应激的抗氧化化合物与系统

生理状态下，抗氧化系统与自由基处于动态平衡，对机体生存与健康至关重要。当ROS生成与机体抗氧化中和能力失衡时，即发生氧化应激，可损害动物健康、性能与肉品质。现代养猪体系中，猪面临高密度饲养、热应激、生长或繁殖高代谢需求等多种应激源，导致ROS生成增加。营养策略是缓解氧化损伤、保护细胞完整性的经济有效途径，尤其适配当前集约化养殖模式。

抗氧化系统

抗氧化防御机制主要由抗氧化酶与非酶抗氧化剂组成。抗氧化酶主要包括SOD、GSH-Px与CAT，作用机制各异：SOD催化两个O₂^•?歧化为H₂O₂与O₂；CAT将H₂O₂分解为水与O₂；GSH-Px作为硒酶，可将H₂O₂与有机氢过氧化物分别还原为水与醇，同时将两分子GSH氧化为谷胱甘肽二硫化物。非酶抗氧化剂主要包括抗坏血酸（维生素C）、α-生育酚（维生素E）、GSH、类胡萝卜素、黄酮类及其他植物化学物。维生素E为脂溶性维生素，可进入细胞清除过氧自由基（ROO?），生成有机氢过氧化物与氧化型维生素E；维生素C可还原氧化型维生素E，其自身还原态由GSH维持；GSH作为三肽，不仅可还原氧化型维生素C等抗氧化剂，还是GSH-Px的辅因子，其氧化生成的谷胱甘肽二硫化物可由谷胱甘肽还原酶还原再生。

多级抗氧化防御

第一级防御旨在预防自由基生成，通过灭活、催化清除自由基前体发挥作用，包括上述SOD、CAT与GSH-Px三种抗氧化酶。但该级防御无法完全阻止细胞内自由基生成，部分自由基可逃逸并引发脂质过氧化，损伤细胞蛋白与DNA。第二级防御由维生素C、维生素E、类胡萝卜素等链式阻断抗氧化剂组成。自由基引发的脂质过氧化可在细胞膜上触发级联反应：脂质过氧自由基与邻近脂质相互作用，将其转化为新的脂质自由基；第二级防御中的抗氧化剂可清除自由基，中断链式反应。GSH-Px也属于第二级防御，其催化脂质过氧化物还原为脂质醇，同时将GSH氧化为谷胱甘肽二硫化物；GSH可通过还原维生素C等清除分子的氧化型，再生其抗氧化活性。此外，硫氧还蛋白系统在调控蛋白氧化损伤中也发挥重要作用：硫氧还蛋白可还原氧化组分（如可损害蛋白活性的Cys-Cys二硫键）；硫氧还蛋白还原酶作为硒依赖性黄素蛋白，可还原氧化型硫氧还蛋白及其同源物，还可还原谷胱甘肽二硫化物、脂质过氧化物与过氧化氢等低分子量化合物。

硒在抗氧化防御中的关键作用

硒是维持动物与人类整体健康的关键微量元素，虽需求量小，但对包括抗氧化应激在内的多种生物学过程至关重要。硒主要通过整合入硒蛋白发挥功能，目前已鉴定出25种硒蛋白，参与抗氧化防御、免疫反应、甲状腺激素代谢等生理机制。硒以硒代半胱氨酸（SeCys）形式存在于这些蛋白中，作为硒蛋白活性位点发挥特定功能，因此SeCys对硒蛋白的合成与功能至关重要。硒蛋白功能涵盖氧化还原过程、SeCys合成、硒转运、甲状腺代谢等，其中至少16种具有抗氧化作用，以GSH-Px与硫氧还蛋白还原酶的贡献最为突出。外部因素可影响硒蛋白合成，热应激作为养猪生产的关键挑战，可调控与抗氧化相关的硒蛋白基因表达与合成，但急性与慢性热应激的影响差异及硒代谢的详细机制尚待进一步研究。

含硒氨基酸的代谢

所有氨基酸可在植物细胞、细菌细胞、酵母细胞与真菌细胞中合成，而动物细胞仅能合成有限种类的氨基酸。在含硒条件下，硫氨基酸（甲硫氨酸与半胱氨酸）合成过程中，硒可替代硫整合入其结构，生成SeMet与SeCys。

含硒氨基酸在蛋白质合成中的利用

SeMet与SeCys均可参与蛋白质合成，该过程不仅发生于合成含硒氨基酸的微生物与植物细胞中，动物细胞若从食物中获取含硒氨基酸，也可将其整合入蛋白质。SeMet可被识别AUG密码子的tRNA识别，因此在甲硫氨酸存在时可替代其整合入蛋白质，其整合程度取决于所结合蛋白的半衰期。当植物在含硒环境中生长时，可有效将硒整合入组织；猪采食添加SeMet的饲粮后，腰肉硒浓度显著升高，提示含SeMet的体蛋白可在降解后作为硒源释放。SeCys由UGA密码子编码，该密码子在mRNA翻译中通常为终止密码子，因此含SeCys的蛋白质（即硒蛋白）通常在肽链末端含有一个SeCys。目前已鉴定出25种硒蛋白，功能涵盖氧化还原、SeCys合成、硒转运等。

含硒氨基酸的代谢

硒代蛋氨酸向硒代半胱氨酸的转硒途径

蛋白质持续周转，半衰期从数秒至百余天不等。含SeMet蛋白降解后释放SeMet，重新进入游离甲硫氨酸池：部分SeMet可再用于其他蛋白质合成，其余主要在肝脏通过转硒途径代谢生成SeCys。具体过程为：SeMet首先转化为硒高半胱氨酸，再转化为硒胱硫醚，最终代谢为SeCys。

硒代半胱氨酸作为硒谷胱甘肽与硒蛋白合成的底物

SeCys可通过饲粮获取、硒蛋白降解释放或细胞内SeMet代谢生成。在谷氨酸与甘氨酸存在下，SeCys可进一步代谢为硒谷胱甘肽（selenoglutathione），其为谷胱甘肽的类似物，具有类似的自由基清除功能，且清除效率高于GSH，在晚期妊娠、早期泌乳等氧化应激条件下具有应用潜力。若SeCys未用于合成硒谷胱甘肽，则可参与硒蛋白合成。SeMet与SeCys的代谢与功能存在显著差异：SeMet是有效的硒储存形式，可整合入体蛋白；SeCys则主要参与硒谷胱甘肽与硒蛋白合成，发挥生理功能。这种差异为动物饲喂提供了应用方向：若目标是生产富硒肉，SeMet是更有效的来源；若目标是为氧化应激动物提供抗氧化保护，SeCys则更具优势。

游离硒代半胱氨酸通过独特循环途径整合入硒蛋白

SeCys是硒蛋白的核心组分，其通过mRNA翻译过程中的UGA密码子整合入硒蛋白，该过程需要位于UGA密码子下游的特殊茎环结构——硒代半胱氨酸插入序列（SECIS）。关键的是，游离SeCys需经硒代半胱氨酸裂解酶代谢为硒化氢与丙氨酸，才能参与硒蛋白翻译：硒磷酸合成酶2（SEPHS2）特异性利用硒化氢生成单硒磷酸，用于SeCys再合成，形成严格的循环步骤，确保SeCys被精准用于硒蛋白翻译。该过程的起始SeCys可来自饲粮、硒蛋白降解或细胞内SeMet代谢的转硒途径。

硒代蛋氨酸在蛋白质合成与富硒肉生产中的应用

动物采食含SeMet的饲粮后，SeMet可参与蛋白质合成并沉积于体内，而无机硒整合入体蛋白的概率较低。生长旺盛的幼龄动物对SeMet的利用效率高于老龄动物。多项猪饲喂试验比较了无机硒（如亚硒酸钠，SeO₃^2?）与有机硒（包括SeMet、富硒酵母）对肌肉硒沉积的影响：保育猪（13 kg起始体重）饲喂添加0.3 mg/kg硒的饲粮35 d后，亚硒酸钠组、富硒酵母组与SeMet组腰肉硒浓度分别为0.81、0.87与1.42 μg/g；生长猪（26 kg起始体重）饲喂含硒饲粮9周后，三组腰肉硒浓度分别为0.30、0.56与0.85 μg/g，SeMet组较亚硒酸钠组高180%（P<0.05）；育肥猪（60 kg起始体重）饲喂含硒饲粮40 d后，亚硒酸钠组与SeMet组肌肉硒浓度分别为0.14与0.35 μg/g。上述结果一致表明，SeMet可显著提高猪肌肉硒沉积，是生产富硒肉的高效硒源。