新型维生素的价值发现与饲用前景---神奇的硫辛酸

新型维生素的价值发现与饲用前景---神奇的硫辛酸马秋刚副教授博士生导师动物营养国家重点实验室中国农业大学维生素营养研发中心2012.11.10厦门大力水手的力量之源---菠菜菠菜vs硫辛酸•菠菜是硫辛酸含量最为丰富的食物。•100g菠菜=16.5ug硫辛酸•其它硫辛酸含量丰富的食物：马铃薯、花椰菜、蕃茄、红萝卜、动物肝脏提纲一、硫辛酸的生理作用二、硫辛酸抗应激作用和母猪繁殖性能的调控三、硫辛酸对肉鸡健康和肉质的营养调控一、硫辛酸的生理作用1.α-硫辛酸（alpha-lipoicacid，LA），化学名1，2-二硫戊环-3-戊酸，分子式C8H14O2S2，相对分子质量206.33。2.还原形式二氢硫辛酸（dihydrolipoicacid，DHLA），抗氧化性更强。3.Reed(1951)从猪肝脏中提取，主要以化合物形式广泛存在于所有原核细胞及真核细胞，参与能量代谢。一、α-硫辛酸的生理作用（一）化学结构与发现历史α-硫辛酸化学结构式羟基（水溶性、V-C）二硫键（氧化还原反应场所、脂溶性、V-E）分子式为C8H14O2S2，相对分子质量为206．33氧化型a-硫辛酸（LA）还原型a-硫辛酸（DHLA）硫辛酸清除捕捉自由基机制Ref：KurlandCG,AnderssonSGE.OriginandEvolutionoftheMitochondrialProteome.Microbiol.Mol.Biol.Rev.(2000)64:786-820.（二）硫辛酸的生理作用1.葡萄糖有氧氧化的第二阶段第一步：丙酮酸氧化脱羧生成乙酰辅酶A过程中丙酮酸脱氢酶系的重要辅酶之一。2.抗氧化与自由基捕获剂：•LA含有S、C原子组成的封闭环状结构，电子密度高于含S、C原子的单链化合物，如：还原型谷胱甘肽（GSH）、胱氨酸等，因此能发挥较强的抗氧化功能。•VitC是细胞外液抗氧化防御体系的第一道防线，但因其为水溶性，对细胞膜的保护性差，抗氧化作用只是依靠可逆的脱氢反应来完成。•VitE为脂溶性，对生物膜结构及功能有较好的保护作用，抗氧化能力较强。•LA的相对分子质量比VitC大，碳原子多于VitC，易溶于脂膜；与VitE相比，LA分子末端的羧基（-COOH）使其溶于水的能力增强（刘红林等，2005；汤春芳等，2005）。•LA是已知的唯一可在水相又可在脂相中的抗氧化剂，能被消化道轻易吸收，可以分布到机体的各个部位发挥作用，甚至能透过血脑屏障，保护神经系统免受氧化损伤（秦绪军等，2002；Morinietal.,2004;Jesudasonetal.,2005）。•硫辛酸抗氧化效果相当于VC的400倍，VE的60倍。LA和DHLA抗氧化作用主要体现在4个方面①金属鳌合能力：在极化非水溶性溶液中，LA可与Mn2+、Cu2+、Zn2+、Cd2+、Pb2+等形成复合物，但不与Fe3+结合；DHLA可与Co2+、Ni2+、Zn2+、Cu2+、Pb2+、Hg2+及Fe3+鳌合。Hong(1999)研究表明:当硫辛酸与砷的摩尔比为8∶1时，可以完全防止小鼠砷中毒。LA和DHLA抗氧化作用主要体现在4个方面②清除活性氧（ROS）：可以同时清除反应性氧簇(ROS)和反应性氮簇(NO、NO·)两大类自由，即：硫辛酸对所有自由基均有清基除作用。也可以作为氧化还原反应链中的阻断剂参与抗氧化。羟基自由基（·OH）过氧化氢（H2O2）单线态氧（1O2）一氧化氮自由基(NO·)过氧化亚硝基（·OONO）过氧化物自由基(ROO·)超氧自由基（O2·）次氯酸(HClO)硫辛酸二氢硫辛酸LA和DHLA抗氧化作用主要体现在4个方面③再生内源性抗氧化剂:抗氧化剂在氧化还原过程中被消耗，但是不同抗氧化剂之间通过一系列协同反应可以循环再生，提高抗氧化剂的利用效率。维生素E维生素E自由基过氧化物自由基脱氢过氧化物二氢硫辛酸硫辛酸半泛醌泛醌半脱氢维生素C维生素C辅酶Q10谷胱甘肽循环LA和DHLA抗氧化作用主要体现在4个方面④修复氧化损伤:DHLA可以修复自由基对功能性蛋白质的氧化损伤。对于蛋白质等生物大分子受损后修复，维持机体稳定性具有重要意义。（三）α-硫辛酸的生物活性调节磷酸化腺苷酸活化蛋白激酶↓氧化压力↑过氧化物酶体增殖物激活受体改善代谢综合征↓脏器脂肪含量↓保持适当体重↓高血糖↑HDL-C含量、脂质成分改善↓血浆甘油三酯↓血压↑胰岛素敏感性↓血浆胰岛素对机体影响↓通过下丘脑抑制食欲↓进食量↑肝脏抗氧化能力↑机体免疫力↑肝脏糖代谢能力↑心血管保护功能↑内皮功能↑肌细胞糖代谢α-硫辛酸↓脂肪肝↓肝纤维化↑心脏保护↓心肌过氧化↓动脉粥样硬化↓心肌病理改变↑胰岛保护↓脂肪含量↓肾小球硬化↑肾脏保护↓神经病变↑神经保护↓视网膜病变（四）硫辛酸的临床应用二、硫辛酸抗应激作用及其对母猪繁殖性能的调控夏季高温热应激对母猪繁殖性能的影响热应激对母猪采食量的影响母猪在高温条件下会降低采食量以便减少因代谢过程产生的体热等,研究发现早在母猪产后第4天就可观察到采食量降低这一现象,这是母猪用来减少体热产生的有效方法(Prunier等，1997)。高温环境降低了母猪的采食量,增加了哺乳期母猪的体重损失。Quiniou和Noblet(1999)报道,母猪在29℃下体重的减轻平均为18℃下的2倍。（一）母猪繁殖障碍与热应激热应激对母猪泌乳量和仔猪生长性能的影响许多研究结果证明母猪长时间处于炎热环境中使其泌乳量和仔猪生长率都降低了(Prunier等,1997;QuiniouandNoblet,1999)。Renaudeau和Noblet（2001）表明,仔猪在炎热条件下每次吮吸到的母猪泌乳量较低。这些研究结果表明,仔猪在炎热环境下日增重的减少主要是由于母猪泌乳量减少了。热应激对母猪直肠温度和皮肤温度的影响环境温度20℃与27℃以及22℃与32℃相比,母猪直肠温度升高了0.4-0.8℃(Lynch,1977；Prunier等,1997)。Quiniou和Noblet(1999)研究发现,当环境温度从22℃升高到29℃时，母猪乳腺水平处的皮肤升高0.6℃，背部皮肤温度升高1.6℃。热应激对母猪断奶后再发情的影响在用经产母猪或不同胎次母猪所作的两项研究（Lynch，1977；Prunier等,1997；RenaudeauandNeblet，2001）以及头胎母猪所作的两项研究中(MessiasdeBraganca等，1998；Prunier等,1997)都观察到了高温环境推迟了母猪断奶后再发情。Biensen等（1996）报道采用滴水降温可以促进母猪断奶后的发情。热应激对母猪产仔数的影响许多研究表明，高温环境降低了母猪产仔数（Koketsu,1997；Love,1993；Peltoniemi,1999；Peltoniemi，2000；Prunier等,1994；Prunier等,1997；Tummaruk,2000.）。高温应激影响动物生产性能的生理机制高温应激与内分泌激素及代谢紊乱许多研究也表明母猪在热应激时血清中三碘甲状腺原氨酸和四碘甲状腺原氨酸水平极显著降低(Barb等,1991;Prunier等,1997;OliveiraandDonzele,1999)。研究发现热应激使育肥猪血液皮质醇浓度升高，当热应激得到缓解时，血液中的皮质醇浓度也得到相应降低（邹胜龙，2000）。许多研究都表明高温使动物体内血清总蛋白(TPROT)、白蛋白(ALB)、球蛋白(GLO)的含量显著下降，但蛋白质的代谢产物-尿素氮(BUN)的水平却显著上升（王晓霞，2001;刘铀，1999;陈静，2006；张敏红，1998）。许多资料表明，热应激环境下动物机体碱性磷酸酶（ALP）活性降低，谷丙转氨酶(ALT)、乳酸脱氢酶(LDH)和肌酸激酶(CK)等血清酶活性上升，同时脂质过氧化产物丙二醛(MDA)含量增加(傅玲玉等,1988;范石军，1998;刘铀，1999;陈静，2006)。高温应激与电解质平衡在高温热应激条件下，当细胞膜受到损伤时，使得细胞外液K+内流、C1-外流，引发高血氯、低血钾（Lindemann等，1995）。刘思当等（2003）报道热应激使肉仔鸡血清K+先下降后有所恢复，Na+稍有下降，但差异不显著，但Cl-浓度在整个热应激过程中远远高于对照组，补充相应的电解质可以显著增强肉鸡对高温热应激的抵抗力。应激使动物呼吸急促，二氧化碳大量排出，血液中氢离子、碳酸的浓度降低，pH升高，这时动物会出现呼吸性碱中毒。应激使机体失碱过多或产酸过多时，血液中NaHCO3水平降低，从而使NaHCO3/H2CO3这一比值降低，血液中的pH也随之降低。高温应激与动物机体氧化—抗氧化系统在正常的生命过程中，自由基为维持生命所必需，动物体内本身存在氧化和抗氧化两大系统，正常生理状态下两者处于动态平衡。当畜禽处于高温热应激状态下，细胞生理代谢功能紊乱，导致抗氧化系统功能下降，同时诱导体内生成大量的自由基(MitchellandRusso,1983)，这时过量的自由基数量就会超过抗氧化体系的还原能力，机体处于氧化应激状态(Sies,1997)。产生各种有害的影响，例如脂肪酸氧化和蛋白合成功能受阻等(Jiang等,2008)。所以高温环境可造成动物氧化应激损伤。许多研究表明了热应激对泌乳期奶牛氧化应激的影响(Padilla等,2006;Calamari等,1999)。（二）试验一精氨酸、硫辛酸、酵母铬和碳酸氢钠对母猪繁殖性能的影响试验一试验材料与方法试验动物试验在福清丰泽农牧第一种猪场进行，挑选2-8胎次配种母猪共95头，依据胎次、体况评分随机分为5组,每组20头，淘汰其中返情和腿病母猪20头，剩余74头，每组13-17头。试验期为配种到分娩后结束。试验设计与日粮试验采用玉米-豆粕型基础日粮，精氨酸，硫辛酸，酵母铬和碳酸氢钠的添加水平分别为0.5%，400mg/kg，200ug/kg和0.3%。配种-妊娠84天为妊娠日粮，妊娠85天-分娩前为哺乳日粮。•对照组：基础日粮•精氨酸组:基础日粮+0.5%精氨酸•硫辛酸组：基础日粮+400mg/kg硫辛酸•酵母铬组：基础日粮+200ug/kg酵母铬•碳酸氢钠组:基础日粮+0.3%碳酸氢钠试验一表1-1母猪妊娠和哺乳试验日粮基础配方原料ingredients配种-妊娠84天Mate-preg84d妊娠85天-分娩前Preg85d-farrowing玉米corn57.063.0麦麸wheatbran27.04.5豆粕Soybeanmeal12.014.0膨化大豆Extrudedsoy12.0鱼粉fishmeal2.5石粉calciumcarbonate1.11.1磷酸氢钙calciumhydrophosphate1.41.4精盐salt0.40.4预混料premix1.11.1合计total100.0100.0试验一表1-2母猪妊娠和哺乳试验日粮营养水平营养水平Nutrients配种-妊娠84天Mate-preg84d妊娠85天-分娩前Preg85d-farrowing猪消化能DE,Mcal/kg29503307粗蛋白CP,%14.7218.21钙Ca,%0.790.96磷P,%0.720.66有效磷AP,%0.390.46赖氨酸Lys,%0.590.91蛋氨酸Met,%0.20.3蛋胱氨酸TSAA,%0.460.63食盐Salt,%0.490.6试验一试验一结果与分析试验一表1-3不同抗应激添加剂对母猪繁殖性能的影响对照组control精氨酸arginine硫辛酸LA酵母铬Cr碳酸氢钠SbSEMP母猪数1516131714平均胎次5.315.355.435.685.07窝产仔数11.6211.9211.3812.2011.830.4010.982活仔数11.3211.5911.2011.8111.270.3890.989弱仔数0.900.170.400.420.950.1240.216死仔数0.300.330.180.390.560.0790.726窝重Kg14.6917.9816.5616.5815.4