α-硫辛酸的生物学功能及其在动物生产中应用的研究进展

李 民，孔祎頔，吴雪芹，尹 壮，王桂芹

（吉林农业大学动物科学技术学院，动物生产及产品质量安全教育部重点实验室，现代农业技术教育部国际合作联合实验室，吉林省动物营养与饲料科学重点实验室，吉林长春 130118）

-硫辛酸（Alpha-Lipoic Acid，-LA）是已知功能最大且活性最强的一种天然抗氧化剂，能够高效清除活性氧自由基（ROS），被誉为“万能抗氧剂”。-LA已广泛应用于医药领域和食品领域，因其强大的抗氧化能力可用于糖尿病、心脏病、高血压、衰老、脑组织退化等疾病的防治，还可用于预防与辅助治疗疾病。同时，-LA 在抗炎、抗肿瘤及肝脏疾病等方面也展现出潜在价值。

近年来，-LA 在畜牧领域的研究相对较多，已在猪、鸡、鼠等中广泛研究，主要集中于促进动物生长性能、提高抗氧化能力、调控脂质代谢、缓解毒性作用、增强机体免疫功能、抑制细胞凋亡、抑制内质网应激等方面。-LA 在水产领域中的研究起步仍较晚，且缺乏系统研究，饲料中添加-LA 对多种水产动物在生长、免疫、解毒、抗氧化能力及营养代谢方面均表现出了积极效果，包括鲤、鲶、草鱼等。本文综述了-LA 的主要理化性质、生物学功能及其在动物生产中应用的研究进展，为深入研究-LA 作为动物功能性饲料添加剂的开发和应用提供科学参考。

1 α-LA 的结构特征及来源

1.1 化学结构-LA 是一种类维生素二硫化合物，因其特性与功能可归属于维生素B 类化合物，分子式为CHOS，化学名称为1,2-二硫戊环-3-戊酸，分子质量为206.33 g/mol。-LA 是代谢性抗氧剂，在生物体内可转化为具有双硫醇结构的还原型——二氢硫辛酸（Dihydrolipoic Acid，DHLA）（图1）。-LA 是 已知的唯一同时具有脂溶性和水溶性的类维生素物质，极易为机体所吸收，其具有双硫五元环型结构，电荷密度很高，易使活性氧ROS 发生氧化，因而具有强抗氧化能力，是当下已知天然抗氧化剂中功效最强的，其抗氧化能力是维生素C（又称抗坏血酸）和维生素E（又称-生育酚）的400 倍。-LA 是丙酮酸脱氢酶及-酮戊二酸脱氢酶复合体不可或缺的辅助因子，可参与三羧酸循环进而改善葡萄糖、脂质及能量代谢。

图1 α-LA 和DHLA 的分子结构

1.2 来源-LA 是一类条件必需营养素，1951 年由Reed 等首次从猪肝中提取而来，从细菌到人体几乎所有生物体均可合成。生理条件下，-LA 能够在人体内从脂肪酸和半胱氨酸中合成，但数量有限。此外，-LA在动植物体内广泛存在，在常见的植物菠菜中含量最高，其次在番茄及甘蓝中均能摄取高含量-LA，在动物体内的肾脏和肝脏中累积含量最高，酵母培养物也可合成含量较高的-LA。

2 α-LA 的生物学功能

2.1 直接清除ROS-LA 及其还原态DHLA 均可直接清除过氧化氢（HO）、羟基自由基（·OH）、过氧化亚硝基（·OONO）、一氧化氮自由基（NO·）、次氯酸（HClO）和单线态氧（1O）等ROS，同时DHLA 还可直接清除-LA 无法清除的超氧自由基（O·）和过氧化物自由基（ROO·）。故而-LA 与DHLA 在机体内完成一系列的相互转化和代谢再生，能够直接清除上述所有ROS，发挥强大的抗氧化能力。-LA 和DHLA 能与·OONO 结合，清除ROS 降低细胞氧化损伤。已有研究证实，-LA 能透过血脑屏障，降低细胞毒性，抑制由HO引起的细胞内ROS 的增加，最终避免机体发生氧化损伤。

2.2 螯合金属离子 过多的Cu、Fe、Pb、Hg、Zn等重金属离子在生物体内会催化HO分解进而产生强毒性的·OH，导致组织发生氧化损伤，而-LA和DHLA 在体内和体外均能螯合这些金属离子，抑制ROS 的形成，减免氧化损伤。其中，-LA 优先螯合Cu、Fe、Zn，对Pb、Hg、Cd也十分有效，但不能螯合Fe，而其还原型DHLA 可以螯合Cu、Fe、Zn、Fe。有研究显示，-LA 可抑制由Cu催化产生的氧化及脂质过氧化，还能与Cu结合形成亲脂络合物。

2.3 再生内源性抗氧化剂 在生物体内清除过量ROS必须由多种内源性抗氧化剂共同配合才能完成，-LA以具有再生其他内源性抗氧化剂的优势，在整个抗氧化系统中不可或缺。在细胞内，-LA 被快速吸收并还原成DHLA，分散至各组织中。DHLA 作为强还原剂，可将生物体内的抗氧化剂还原再生，常见的内源性抗氧化剂有维生素C、维生素E、辅酶Q 及谷胱甘肽等。DHLA 在完成清除ROS 的同时能保持自身完好，继续在体内循环再生，-LA 和DHLA 的氧化还原激活了机体内其他内源性抗氧化剂的代谢，使其再生进而维持生物体内的抗氧化剂处于正常水平，共同完成抗氧化功能。

3 α-LA 在动物生产中的应用

3.1 提高生长性能 动物的生长性能受到环境、饲料营养成分、动物自身的性别和健康状况等多种因素影响。现已有多项研究表明，饲料中添加适量-LA 能够促进动物的生长，而过低剂量和过高剂量-LA 对动物的生长无明显促进作用，甚至抑制生长。在哺乳动物中，饲粮中添加900 mg/kg-LA 可有效缓解氧化应激状态下育肥猪的生长性能；添加低剂量（600 mg/kg）-LA对绵羊平均日采食量的增加比高剂量（900 mg/kg）明显。与之相反，饲粮中添加过量-LA（1 000 mg/kg）降低了肉鸡相对增长率，不利于动物生长。此外，也有研究表明，饲粮中添加200～400 mg/kg-LA 对肉鸡的肌肉产量无负面影响；600 mg/kg-LA 对绵羊的体增重和饲料利用率无显著影响；添加5 mg/kg和50 mg/kg-LA 对肉鸡的生产速度无影响，进一步说明低剂量-LA 不会改变动物的生产性能。在水产动物中，添加600 mg/kg-LA 可提高尼罗罗非鱼、鲫平均增重率（WGR）；添加600、1 200 mg/kg-LA可提高奥尼罗非鱼WGR 和特定生长率（SGR）；鲍的WGR 和SGR 也会随着饲料中-LA 水平的增加而升高。添加1 400 mg/kg 及1 339.13、1 574.09 mg/kg-LA 均可显著提高中华绒螯蟹的SGR 和WGR。与之相反，饲料中添加高水平1 200 mg/kg-LA 会显著降低草鱼终末体质量（FBW）、体增重（WG），降低食欲，导致食欲相关基因mRNA 表达水平出现变化；添加890.4、1 367.3 mg/kg-LA 会显著降低缘边鲳鲹的FBW 和SGR，显著提高了饲料转化率（FCR）。由此可知，饲料中添加适量-LA 对动物生长有一定促进作用，但过量添加-LA 会带来相反效果，降低动物食欲并减少食物摄入，进而降低生长性能。

3.2 提高抗氧化能力 氧化应激是动物养殖过程中的常见问题之一。细菌、真菌、重金属、化学物质和有机污染物等均可引起机体氧化应激。因此，提升动物机体抗氧化能力、缓解氧化应激状态十分重要。-LA 凭借自身直接清除ROS 的生物学功能在抗氧化方面展现出很强的能力。大量研究表明，-LA 能够显著提高哺乳动物及水产动物的抗氧化能力（表 1）。不同浓度-LA以不同形式进入不同组织中的抗氧化作用不尽相同，适宜浓度-LA 以口服和注射形式进入动物组织中均可增强抗氧化能力且降低脂质过氧化，其不同组织中的生化反应随饲喂周期的不同而发生变化。因此，-LA 促进机体抗氧化能力与其不同作用浓度及作用时间密切相关。-LA 在哺乳动物中抗氧化相关机制已逐渐清晰，但关于-LA 对水产动物抗氧化方面的研究仍集中抗氧化酶活性的测定，而抗氧化分子机制研究仍需进一步探索。

表1 α-LA 对动物抗氧化能力的影响

3.3 调控脂质代谢 近年来，动物养殖过程中极易患各种肝脏疾病，尤其是脂肪肝、肝炎、肝纤维化等，而-LA 可调节脂肪代谢紊乱，协助肝脏清除重金属及各类毒素等，因其独特的理化特性在防治该种疾病上发挥重要功效。在哺乳动物中，饲料中添加400 mg/kg-LA可显著降低鸡血清中谷草转氨酶（AST）和谷丙转氨酶（ALT）、甘油三酯（TG）和低密度脂蛋白（LDL）水平，降低肝脏脂质沉积，有效缓解镉暴露导致的肝脏脂肪变性；添加100 mg/kg-LA 可显著降低大鼠血脂和肝脏中总胆固醇（TC）和FFA 水平，调节血脂紊乱，改善肝脏脂质沉积；添加600～900 mg/kg-LA 可减少育肥猪血液中的TC 和TG 含量，升高血清中的胞内脂肪酶（LP）和脂蛋白脂酶（LPL）活性，从而调控脂质代谢。在水产动物中，饲料中添加1 200 mg/kg-LA 会引起肝脏脂肪含量下降，血清中TC 和TG 含量显著提高；添加1 400 mg/kg-LA 可有效缓解中华绒螯蟹肝胰脏脂质沉积所引起的氧化应激，LP 活性和三酰甘油脂肪酶（TGL）的mRNA 表达水平随-LA浓度的增加而升高。添加适量（300 mg/kg）-LA可有效促进脂肪分解，显著提高中华绒螯蟹肝胰脏中肉毒碱棕榈酰转移酶1（CPT1）的mRNA 表达水平，发挥调节脂质代谢作用；添加1 000 mg/kg-LA 可显著提高幼细鳞鲳肌肉和大脑中二十碳五烯酸（EPA）水平。体外研究表明，50、200 μmol/L-LA 可降低草鱼脂肪细胞中TG 含量，其中200 μmol/L-LA 可提高非酯化脂肪酸（NEFA）释放量，显著提高脂质代谢基因mRNA 表达水平，有效减少脂肪细胞的脂质含量，促进脂类水解及脂肪酸-氧化，改善脂质代谢。由此可见，适量-LA 可降低血清中的TC、TG 含量，提高脂质代谢相关蛋白（过氧化物酶体增殖物激活受体（PPAR）、过氧化物酶体增殖物激活受体（PPAR）、肉毒碱棕榈酰转移酶1（CPT1）和脂肪酸转位酶CD36（CD36））等表达水平，促进动物脂肪分解，减少脂质沉积，进而缓解氧化应激，但关于调控水产动物具体的分子机制仍需进一步探讨。

3.4 缓解毒性作用 体内过多的重金属离子或各种毒素、化学物质和有机污染物会造成动物机体发生氧化损伤，引起中毒效应，而适量的-LA 能够螯合金属离子，抑制体内ROS 生成，分解肝内毒素，缓解毒性作用。在哺乳动物中，饲料中添加400 mg/kg-LA 可有效缓解蛋鸡肾脏重金属砷的毒性蓄积及有效降低蛋鸡肝脏中镉的蓄积。在水产动物中，饲料中添加150、300、600、1 200 mg/kg 均可显著降低奥尼罗非鱼肝脏和肌肉中的藻毒素含量，其中以添加600 mg/kg-LA 效果最好；添加700 mg/kg-LA 可显著降低皱纹盘鲍组织中铜沉积量；添加600 mg/kg-LA 可显著降低鲫肌肉中毒素含量，缓解藻毒素暴露引起的毒性作用。因此，-LA 作为饲料添加剂饲喂给养殖动物，能够有效缓解重金属及各类藻毒素氧化胁迫，起到解毒功效，对水产品安全及人类的健康具有重要的保护作用。

3.5 增强免疫功能 动物养殖过程中，常因细菌、真菌、病毒或寄生虫等引起免疫器官发生炎性反应而患各种炎性疾病。-LA 能够抑制核因子B（）活化，降低肿瘤坏死因子（）、白细胞介素1（1）和白细胞介素6（）等其下游炎症细胞因子的释放，缓解炎症反应。在哺乳动物中，饲粮中添加900 mg/kg-LA 显著升高了育肥猪血清中白细胞介素 2（）水平，显著降低了和-等炎性细胞因子水平；添加100 mg/kg-LA 显著下调了NAFLD 大鼠血脂和肝脏组织中-水平；添加600～900 mg/kg-LA 可提高育肥猪血清中IgG 和IL-2 水平，显著下调和-的mRNA 表达，增强机体免疫功能。此外，150 mg/kg-LA 可下调大鼠磷酸化C-JunN-末端激酶（p-JNK）和生长转化因子1（TGF-1）的蛋白表达，通过抑制JNK 信号通路缓解糖尿病；体外研究表明，25 μmol/L-LA 可下调细胞中IL-6 和TNF-等炎性细胞因子含量以及NF-B p65 蛋白表达，表明其可通过抑制NF-B 信号通路减轻脂多糖诱导的PC12 细胞炎症反应。在水产动物中，饲料中添加600 mg/kg-LA 可显著提高尼罗罗非鱼血清中溶菌酶（LYZ）活性；添加适量-LA 可显著提高草鱼血清中的LYZ、酸性磷酸酶（ACP）、补体3（C3）、补体4（C4）和免疫球蛋白M（IgM）水平，上调头肾、脾脏和皮肤中、生长转化因子2（）、白细胞介素10（）和白细胞介素11（）等抑炎细胞因子的mRNA 表达，下调、干扰素（）、和白细胞介素12（）等促炎细胞因子的mRNA 表达，增强免疫功能，而过量-LA 会损害其免疫功能。综上研究，-LA 在哺乳动物中展现出较好的增强免疫应答能力，而在水产动物中仅对草鱼和尼罗罗非鱼的体液免疫指标和免疫相关基因进行了初步研究，故而在此方面仍需重点开展研究，发掘-LA 对水产动物免疫方面的作用。

3.6 抑制细胞凋亡 细胞凋亡在动物生长发育和维持内环境稳态过程中发挥着重要功能，重金属、毒素、化学物质、温度等因素刺激均可诱导细胞凋亡，-LA 在抑制哺乳动物细胞凋亡方面发挥了重要作用。饲粮中添加300 mg/kg-LA 能够下调雄鸡睾丸中含半胱氨酸的天冬氨酸蛋白水解酶3（Caspase 3）的蛋白表达，对细胞凋亡有一定的抑制作用；添加500 mg/kg-LA 可显著下调热应激诱导的鸡睾丸中Caspase 3 和Bax 蛋白表达水平，显著上调B 淋巴细胞瘤-2（Bcl-2）蛋白表达水平，抑制细胞凋亡；添加150 mg/kg-LA 可下调糖尿病大鼠肾脏中Caspase 3 蛋白表达；添加50 mg/kg-LA 抑制天冬氨酸蛋白水解酶12（Caspase 12）和Caspase 3 蛋白表达，下调了Bax/Bcl-2 比值，抑制镉诱导的大鼠神经细胞凋亡。有研究发现，注射20 mg/kg-LA 可下调小鼠Bax 蛋白表达且上调 Bcl-2 的蛋白表达，缓解顺铂诱导的耳毒性。体外研究表明，100 μmol/L-LA 可下调镉处理后鼠源PC12 细胞中Caspase 3 表达量，对细胞凋亡有一定的保护效应。基于以上研究，-LA 主要是通过下调Caspase 3、Caspase 12 和Bax 的蛋白表达，上调Bcl-2 的蛋白表达来抑制哺乳动物细胞凋亡，该机制已逐渐清晰，但在水产动物上鲜有报道，而在水产养殖过程中常面临由水体中重金属、毒素、化学物质等引起的诸多病害，造成机体损伤后极易诱发细胞凋亡。因此，-LA 在抑制水产动物细胞凋亡中具有广阔的应用前景。

3.7 抑制内质网应激 内质网应激在生理和病理过程中发挥重要作用，如调控细胞凋亡和炎症等。已有研究发现，-LA 对温度、重金属等诱导的哺乳动物内质网应激具有重要保护作用。饲粮中添加500 mg/kg-LA可显著下调热应激诱导的鸡睾丸中葡萄糖调节蛋白78（GRP78，Bip）和CCAAT 增强子结合蛋白（CHOP）蛋白表达水平，抑制内质网应激状态；150 mg/kg-LA下调糖尿病大鼠肾脏中GRP78、肌醇酶1（IRE1）的mRNA 表达，通过抑制内质网应激改善糖尿病；50 mg/kg-LA 显著下调GRP78、磷酸化的真核生物起始因子2（p-eIF2）、内质网跨膜信号蛋白（ATF4）和CHOP 蛋白水平，表明其可抑制内质网应激，减轻镉诱导的大鼠神经细胞损伤；100 mg/kg-LA 可通过抑制氟诱导的GRP78 和CHOP 蛋白表达上调，缓解大鼠损伤。综上，-LA 在抑制哺乳动物内质网应激相关机制的研究已逐渐开展，同时高糖、高脂饲料、重金属、环境胁迫等因素均能影响关键蛋白GRP78、CHOP、eIF2、IRE1和ATF4 的变化而引起动物内质网应激，最终损伤机体。由此可见，抑制内质网应激信号通路可能是保护机体免受损伤的重要线索和靶点，十分有必要开展-LA 应用于缓解水产动物内质网应激上的相关机制研究。

4 小结与展望

-LA 通过直接清除ROS、螯合金属离子、再生内源性抗氧化剂等充分发挥抗氧化性能，其与机体内其他抗氧化剂共同发挥协同作用会产生更强的抗氧化作用。-LA 作为一种新型饲料添加剂，在促进动物生长性能、提高抗氧化能力、增强免疫功能、调控营养代谢和缓解重金属及藻毒素等毒性作用方面展现出了巨大潜力，但添加高浓度-LA 可能在机体内产生毒性，降低生长性能且减弱抗氧化等作用。同时，-LA 在哺乳动物中的报道较多，而在水产养殖业中仍缺乏系统性研究，主要集中于提高抗氧化能力方面且未深入探讨相关分子机制，在增强免疫功能、抑制内质网应激及细胞凋亡方面也有待展开研究。因此，未来急需进一步探讨-LA 抗氧化分子机制，为-LA 新型饲料添加剂的全面研发及动物营养健康的高效调控奠定理论基础。