维生素C和E在猪、鸡抗热应激中的研究与应用

     摘 要 高温期动物体内维生素C和E均不能满足代谢需要，需要补充维生素C和E。补充的维生素C能起到抗热应激作用，其机理如下：抑制热应激时期糖皮质激素的分泌；促进该时期的甲状腺素分泌。清除热应激时期脂质氧化增强所产生的更多的活性氧自由基；推迟热应激蛋白（HSP）的产生。维生素C能提高机体免疫力已经被证实，文章介绍了其在热应激时期对提高免疫力的作用。维生素E也是一种抗热应激剂，它的抗热应激作用机理与维生素C既有相似之处，也有一定区别，因此文章重点介绍了维生素E在热应激时期的抗氧化作用机理，并比较了与维生素C的不同。此外还介绍了维生素C和E在猪、鸡抗热应激中的应用。

    关键词 维生素C；维生素E；热应激；机理

    热应激是指处于极高温环境中的机体对热环境所作的非特异性的生理反应的总和。大量的研究表明，高温将使动物体内分泌紊乱，如肾上腺糖皮质激素上升，甲状腺素分泌减少；高温也将使动物代谢发生变化，在糖皮质激素作用下将促使蛋白质糖元异生，而脂肪组织的分解则减小，但同时加强脂质的氧化程度以供应能量，脂质氧化的加强将产生更多的活性氧自由基（ROM或ROS），ROM攻击生物膜将引起脂质过氧化，这将引起机体的损伤；高温时期动物体的免疫力也将下降；高温也将引起热应激蛋白（HSP）分泌增加，以短暂的保护机体。在这些因素综合作用下，高温将影响畜禽的生产性能，如采食量降低，体增重减少甚至出现负增重，肉质下降等。

    总之，热应激的负面影响是广泛的，为此在高温时期需采取一些措施。目前常用的办法有：通过冷却空气达到室内降温，但其成本是昂贵的；添加抗热应激剂，如VA、VC、VE、有机铬、中草药等。许多文献报道了热应激时期动物体内的维生素水平大大降低，因此，该时期添加维生素来抵抗热应激就有了理论依据。本文介绍了维生素C（VC）、维生素E（VE）抗热应激的最新研究进展及其机理。

    1 热应激与动物的维生素C和E代谢

    维生素主要以辅酶和催化剂的形式广泛参与体内的多种代谢，从而保证机体组织器官具有正常结构和功能。在应激环境下，畜禽依靠糖异生途径将一些氨基酸转化为葡萄糖，这些步骤也需一些维生素作为辅助因子。故在应激环境中，为畜禽添加维生素是必要的。

    热应激期间，维生素C、维生素E的需要量都增加了。维生素C需要量增加的主要原因有两个：① Bains（1996）认为在应激环境中，维生素C的生物合成不足以满足抗应激与正常的生理需要；文杰（2000）证实了热应激条件下维生素C合成的关键酶——古洛糖酸内酯氧化酶活性明显降低，说明维生素C的合成能力减弱。②应激时，皮质酮（醇）的分泌使维生素C需要量增加。应激引起代谢变化的关键在于皮质酮（醇），它是肾上腺分泌的糖皮质激素，应激时促使糖异生作用产生能量维持动物基本的生存。一旦皮质酮（醇）被排出或合成不足时，糖异生作用产生能量的过程就停止，从而影响经济指标。 维生素C是皮质酮（醇）合成过程中的重要辅助因子，它能控制皮质酮（醇）分泌并不断提供能量（Balkar S．Bains，1997）。Bains（1996）认为应该在热应激开始之前就开始添加维生素C，至少应在热应激开始之前24h就向饲料中添加维生素C才能保证血浆中含有足量的维生素C，以取得最好的效果。在应激期间应持续不断地投喂维生素C，无论是通过饲料还是通过饮水。并且Bains还提出了维生素C在饲料中的推荐添加量： 肉仔鸡100～150g/t； 肉用型种鸡50～200g/t； 蛋鸡100g/t；蛋用型种鸡100g/t。如果通过饮水添加，应激期间维生素C的浓度应为1g/l，并保持不间断供水。

    热应激下产蛋鸡的血清维生素E水平显著下降（Sahin K.Erta， 1999）。Coelho.M（1996）认为，对火鸡补充维生素E可避免低水平的应激和减少中、高水平的应激，并指出在低、高程度应激中维生素E在饲料中的工业添加量应分别达到44.31IU/kg、72.34IU/kg。

    2 维生素C的抗热应激作用机理

    关于日粮中添加维生素C的抗应激影响的机制研究报道很多，对其机理的解释也有多种。研究认为，维生素C主要是通过影响家禽的免疫机能来提高其抗应激能力（Fenster，1994）。维生素C对畜禽免疫力的调节有以下几个方面。

    2.1 维生素C对机体抗应激作用相关激素的调节

    2.1.1 维生素C对热应激时期糖皮质激素的调节

    日粮中添加维生素C可抑制高温期糖皮质激素的分泌。糖皮质激素包括皮质醇和皮质酮两种,热应激时肾上腺糖皮质激素分泌的增加，能促进动员体内蛋白质分解，以动员能量，增强机体对外部不良环境的适应能力，但过高的糖皮质激素浓度也将引起免疫抑制。糖皮质激素合成分泌在细胞的线粒体或内质网的内侧面完成，其主要过程为：外界热刺激传导至下丘脑，通过一系列的生理生化反应使垂体前叶分泌促肾上腺皮质激素（ACTH）。ACTH作用于糖皮质束状带细胞的膜受体，激活腺苷酸环化酶系统，促使产生第二信使CAMP，后者激活蛋白激酶，促进线粒体内的胆固醇在侧链裂解酶的作用下转变为孕烯醇酮。孕烯醇酮在滑面内质网内的异构酶作用下转化为孕酮或在17α-羟化酶、裂解酶、异构酶等一系列酶的作用下转化为17-OH孕酮，二者在21β-羟化酶作用下分别生成11-脱氧皮质酮和11-脱氧皮质醇。11-脱氧皮质酮和11-脱氧皮质醇又在线粒体内11β-羟化酶作用下分别生成皮质酮和皮质醇。

    日粮中添加维生素C可降低糖皮质激素（皮质醇或皮质酮）分泌，避免因其分泌浓度过高而产生的免疫抑制，从而提高抗应激能力（Pardue，1984；Mckee，1995；K. Sahin，2003；Kamel Z. Mahmou，2004）。夏东等（1999）证实，补饲维生素C的肉仔鸡在热应激期间血清皮质酮（Cor）含量明显降低（P<0.01）。王胜林（2003）在日粮中补充维生素C（500mg/kg）饲喂高温期（8～9月）肥育猪39d，并在实验开始第14d、39d分别检测血清皮质醇浓度，结果发现第14d试验组血清皮质醇浓度比对照组低（P>0.05）；而在第39d试验组血清皮质醇浓度显著比对照组低（P<0.05）。但也有人认为维生素C抗热应激的作用并不是无限的，当环境温度超过某一临界温度时，维生素C就不再起作用了（李俊杰，2001）。李俊杰（2001）、K. Z. Mahmoud（2004）认为维生素C可抑制皮质酮合成途径中羟化酶的活性，从而减缓肾上腺类固醇的产生。这与Kitabchi (1967)的试验结果一致。

    2.1.2 维生素C对热应激时期甲状腺激素的调节

    甲状腺激素主要是T3和T4，是体内发挥生理作用、影响代谢的主要激素。大量实验证实，当动物处于高温时，甲状腺的体积将缩小，分泌受到抑制。这将影响机体的基础代谢，如脂肪代谢。日粮中添加维生素C可缓和高温期甲状腺功能减退。K. Sahin等 （2003）实验表明，高温下（32℃）在肉仔鸡日粮中以250mg/kg添加维生素C可使血清T3及T4比对照组显著上升（P<0.05）；王胜林（2003）和杨烨（2004）实验证实，日粮中以500mg/kg添加维生素C可促进热应激猪T3（P>0.05）和T4（P<0.05）的分泌。

    2.2 维生素C在热应激时期的抗氧自由基作用

    热应激时呼吸熵降低，反映了脂质氧化程度增强以满足能量需求（Mckee等，1997），这将使活性氧代谢物（ROM或称ROS）增加，即活性氧自由基增加，ROM攻击伤害膜的成分以及改变膜的渗透性并将引起细胞膜、核酸、细胞骨架等细胞成分的长链反应（Schroeder，1984；Keyser等，1990；Omar和Pappolla，1993）。Ｌｉｎ等（2000）则表明，急性热应激易诱发肉鸡体内出现过氧化状态， 超氧化物歧化酶（SOD）活性降低。而自由基产生增加，或者机体清除自由基的能力减弱，或者兼而有之，都将对机体产生损伤。

    维生素C是细胞外液中最重要的小分子抗氧化剂，它可以推迟细胞外液脂质和细胞膜上的低密度脂蛋白氧化（David D.Kitts，1997）。维生素C的抗氧化作用机理主要有以下两个方面：① 维生素C是电子供体，为还原剂；②维生素C还可还原维生素E自由基，恢复维生素E的抗氧化作用，间接起到抗氧化剂作用。在抗氧化过程中，维生素C被氧化成半脱氢抗坏血酸自由基（AFR）或进一步氧化成脱氢抗坏血酸（DHA）。AFR及DHA均可在谷胱甘肽过氧化物酶及烟酰胺嘌呤二核苷酸体系酶（NADPH）的作用下还原成抗坏血酸（维生素C）（Oreste Arrigoni，2002）。滑静（2001）实验证明，维生素C可协同维生素E缓解热应激对动物机体的氧化损伤作用，减缓超氧化物歧化酶和谷胱甘肽过氧化物酶活性的降低。K. Sahin等（2003）发现在每千克日粮中添加250mg的VC可降低高温环境下肉仔鸡血清中丙二醛（MDA）含量（P<0.05）。MDA为脂质过氧化的最终产物，血清中MDA的含量可以反映脂质过氧化的程度。

    2.3 维生素C对热应激蛋白(HSP)的影响

    热应激蛋白又称热休克蛋白（heat stress/shock proteins，HSPs），是所有生物细胞受到应激因素作用而选择性合成的一组高度保守蛋白。它能使动物迅速适应环境的变化，保护机体不受或少受损害（李俊杰，2004；K. Z. Mahmoud等，2004）。HSP70是HSPs 家族中含量最丰富的一种，是应激综合反应的代表。它在热应激过程中能帮助机体尽可能快地获得热适应，增强热耐受力（Wang，1992；Yahav S，1996；Yahav S，1997； Yahav S，1999）。

    维生素C可推迟热应激引起的HSP70的产生。因为HSP70是不良刺激产生诱导的积极产物，而维生素C则可以减缓这些刺激，从而推迟HSP70的产生。K. Z. Mahmoud（2003）实验证明，高温可迅速诱导HSP70产生，在日粮中添加维生素C（200mg/kg）可减少HSP70量（P>0.05）；K. Z. Mahmoud等（2004）以连续3d的循环高温（最高温度30℃，最低21℃）刺激肉仔鸡，结果发现实验第1d、第2d，添加维生素C组的（500mg/kg）HSP70的量比对照组低（P>0.05），而在第3d添加维生素C组的HSP70的量则显著低于对照组（P<0.05）。

    热应激增加了活性氧代谢物（ROM）的产生并攻击细胞膜，进而引起破坏核酸、膜脂质、细胞骨架的长链反应。大量的ROM积累及引起的细胞破坏是HSPs基因产生从而诱导机体的热应激蛋白合成增加的一个关键原因（Ananthan等，1986）。Flanagan等（1998）和Gorman等（1999）也证实了高热将引起ROM及HSP70的产生；Aucoin等（1995）也发现氧化应激产生HSP70 mRNA；而Omar和Pappolla（1993）发现抗自由基酶SOD及CAT（过氧化氢酶）可减少HSPs的产生；Gorman等（1999）发现在分子抗氧化剂吡咯烷二硫代氨基甲酸盐或1，10-邻二氮杂菲的存在下，HSP70及HSP27的产生大大减少。这说明减小氧化应激或过量自由基的产生都可以使HSPs的产生减少。

    综合上述K.Z. Mahmoud等（2004）的研究认为，维生素C是通过抗氧自由基而推迟畜禽HSP的产生。

    2.4 维生素C提高热应激时期机体免疫力

    许多试验表明，热应激可造成畜禽免疫抑制，表现为淋巴细胞转化率下降，抗体合成减少，对外来抗原的免疫应答下降等。进一步的研究表明，热应激可造成免疫器官萎缩、变性、淋巴细胞坏死（Beard 等，1987；李如治，1997；刘铀，1998；胡兰， 2001），也证实热应激引起家禽淋巴器官的萎缩，进而造成免疫功能的下降。

    大量实验证明，维生素C可维持和加强胸腺淋巴细胞功能和直接参与体液免疫反应，如可增加鼠类巨噬细胞的趋向性、噬菌功能，刺激IgM 抗体的产生（Kennes B，1983；Siegel BV，1977；Delafuente等，1986；Prinz W，1977； Franchini，1994； J. Tulinska等，1993；Del Rio M等，1998）。CD4+和CD8+的比值是衡量机体免疫状态的重要指标之一。王胜林（2003）证实，日粮中添加维生素C 500mg/kg可降低热应激猪的CD4+/CD8+值（P>0.05），提高猪的免疫力，利于生长。但关于维生素C加强热应激时细胞和体液免疫应答这一结论还需大量实验来证实。

    3 维生素E的抗热应激作用及其机理

    维生素E对热应激相关激素的影响与维生素C有相似之处。维生素E也可抑制皮质醇分泌，使其引起的免疫抑制得到缓解（刘铀，1999；王胜林，2003）；维生素E也可调节畜禽血清T3和T4浓度，减轻热应激对T3和T4浓度的影响（孙长勉，2002；刘铀，1998）。关于维生素E如何抑制皮质醇分泌的报道却较少。

    维生素E作为一种细胞内抗氧化剂其机理与维生素C有相似之处，但还是有所不同：维生素C首先表现与过氧化物、羟自由基等反应（David D.Kitts，1997），而维生素E首先表现的是抗多聚不饱和脂肪酸的过氧化作用。多聚不饱和脂肪酸存在于细胞膜和亚细胞膜（线粒体膜、内质网膜和细胞质膜）的磷脂中，维生素E也位于这些生物膜的磷脂中，当多聚不饱和脂肪酸受到自由基攻击而生成过氧化自由基时，维生素E可打断自由基的链式反应或降低其反应速度。反应过程是维生素E（α-生育酚）将苯酚上的一个氢传递给过氧化不饱和脂肪酸的过氧自由基，生成α-生育酚自由基和过氧羟游离脂肪酸。前者在谷胱甘肽等的辅助下在膜内表面可被胞质中的维生素C（ascorbate acid）还原成α-生育酚（如前述），或者与另一个过氧化自由基反应生成无自由基的产物(生育酚喹宁)，随胆汁排泄；后者则在磷脂酶2的作用下进入胞质进一步被还原。

    维生素E的抗氧化机理的反应式可用如下表示：

    α-TH+LOO-→α-T·+LOOH①

    α-T·+维生素C（ascorbate）→α-TH+ascorbate·②

    α-T·+LOO-→α-生育酚的氧化产物+LOOH③

    在①式中生成α-生育酚自由基（α-T·），由于α-生育酚自由基在吸收氢上比过氧化自由基（LOO－）效率低得多，所以链式过氧化反应速度降低。②式中α-生育酚自由基与抗坏血酸在生物膜内表面反应。③式中一部分α-生育酚自由基被进一步氧化成α-生育酚的氧化产物。

    热应激时由于膜损伤， 血清肌酸激酶（CK）活性上升（傅玲玉，1988）。日粮中添加维生素E则可使CK降低。Peter williams（1995）曾报道，应激后添加维生素E组的肌酸激酶（CK）活性增加较对照组小，而CK的比值（应激前/应激后）显著低于对照组（P<0.05）。K. Sahin（2002）的实验证明，日粮中添加维生素E（250mg/kg）可显著降低血清中的MDA含量（P<0.05）。

    维生素E可提高热应激畜禽免疫力已得到许多实验证明。刘铀（1998）试验表明，增加维生素E供给量可增强热应激肉用鸡的免疫功能，显著提高淋巴细胞转化率、免疫球蛋白IgG浓度和新城疫HI抗体效价，且淋巴细胞转化率与新城疫HI抗体效价的变化规律一致，维生素E添加量越高，其免疫增强作用越明显。胡兰（2001）试验表明，在日粮中补加100mg/kg或稍高于此水平的维生素E，可提高热应激肉仔鸡免疫器官的相对重量，增强免疫功能，同时可防止肉仔鸡由于热应激引起的异嗜性粒细胞/淋巴细胞（H/L）值的升高。王胜林（2003）证明维生素E可降低CD4+/CD8+值，进而提高猪的免疫力。但维生素E对动物免疫功能增强作用的确切机制目前尚不清楚。

    4 维生素C和E在猪、鸡抗热应激中的应用

    维生素C 和维生素E可减缓高温形成的热应激，改善猪在持续高温条件下的生产性能。王胜林等（2003）在日粮中分别添加500mg/kg 维生素C、200IU/kg 维生素E饲喂60kg肥育猪39d，试验在南方高温期（8～9月）进行。结果发现，维生素C和维生素E组猪的平均日采食量、 平均日增重和料重比均得到改善（P>0.05）；试验组CD4+/ CD8+值均低于对照组（P>0.05)。表明维生素C、维生素E能提高猪免疫力。杨烨等（2004）则发现，在日粮中分别添加500mg/kg 维生素C、200mg/kg 维生素E能显著提高高温期肥育猪的平均日增重（P<0.05）。

    维生素C 和维生素E可改善肉鸡在持续高温条件下的生产性能，维生素C还可改善热应激鸡的胴体品质和血清中维生素C含量。Bollengier-Lee，S等（1998）研究认为，在32℃下，对产蛋母鸡每千克日粮补充500mg维生素E，蛋的产量和蛋壳质量均有提高。可见，日粮中额外补充维生素E至少可部分降低蛋鸡的热应激。Bollengier-Lee，S等（1999）通过在蛋鸡热应激前4周每千克日粮中补充维生素E 250mg，在热应激过程中及以后可减轻或部分减轻其慢性热应激症状，从而降低了由热应激所造成的死亡率。文杰（2000）认为，日粮添加200mg/kg维生素C有提高肉仔鸡生产性能的趋势（P>0.05）和明显提高血浆和肝脏中维生素C含量。K. Sahin（2003）日粮中添加250mg/kg 维生素C可提高热应激下肉仔鸡的日增重（P<0.05）及饲料转化率（P>0.05），也可改善肉鸡的胴体品质，提高热胴体重和冷胴体重（P>0.05）。蒋守群（2004）实验发现，日粮中添加维生素Ｃ组可使热应激下的黄羽肉鸡（21～42日龄）平均日增重显著提高（Ｐ<0.05）。

    5 前景

    综上所述，日粮中添加维生素C、维生素E可提高高温期猪、鸡的抗热应激能力，改善其生产性能。笔者认为应从以下几个方面来研究维生素C、维生素E的抗热应激作用：维生素C、维生素E对热应激条件下畜禽的基础代谢如脂肪代谢、离子平衡的影响；维生素C、维生素E对不同动物热应激时期的抗氧化作用及添加量；维生素C加强热应激时期免疫应答作用仍需要大量的实验证实；维生素C、维生素E之间在热应激时期的相互协作或与其它抗热应激剂的协作效果。