谷胱甘肽在水產(chǎn)養(yǎng)殖中的應(yīng)用研究進展

姚晨陽，劉敬，張啟美，高喬，張成國，柳巧寧

（山東金城生物藥業(yè)有限公司，山東　淄博　255130）

谷胱甘肽在水產(chǎn)養(yǎng)殖中的應(yīng)用研究進展

姚晨陽，劉敬*，張啟美，高喬，張成國，柳巧寧

（山東金城生物藥業(yè)有限公司，山東淄博255130）

摘要：谷胱甘肽（glutathione，GSH）是含有巰基的三肽，廣泛存在于生物組織中，作為良好的抗氧化劑、解毒劑和免疫增強劑，對于水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)意義重大。谷胱甘肽的研究為水產(chǎn)養(yǎng)殖新飼料的開發(fā)提供了理論依據(jù)，具有重要的理論意義和實際應(yīng)用價值。本文綜述了谷胱甘肽在水產(chǎn)養(yǎng)殖動物生長發(fā)育、抗氧化、解毒等方面的研究進展。

關(guān)鍵詞：谷胱甘肽；水產(chǎn)養(yǎng)殖；應(yīng)用

谷胱甘肽（glutathione，GSH）最早由deRey-Palhade于1888年在酵母細(xì)胞內(nèi)發(fā)現(xiàn)，它可與硫元素混合后產(chǎn)生硫化氫，廣泛存在于活體組織中。經(jīng)過一百余年的研究，谷胱甘肽的代謝規(guī)律、作用機理和生理學(xué)功能已被基本揭示，從而能為谷胱甘肽的深入研究和應(yīng)用提供依據(jù)。由于天氣復(fù)雜多變、養(yǎng)殖密度高、營養(yǎng)過剩、以及水體污染等不確定性的因素存在，水生動物疾病頻發(fā)，而水產(chǎn)養(yǎng)殖者為追求利益最大化，過量使用各種漁藥，使人體產(chǎn)生各種不良反應(yīng)。隨著國家對食品安全重視程度的不斷提高，高效、安全的飼料添加劑越來越成為人們關(guān)注的焦點，加強水產(chǎn)養(yǎng)殖的生產(chǎn)管理就顯得更為重要。研制高效、安全的飼料添加劑，通過營養(yǎng)途徑來提升水產(chǎn)養(yǎng)殖動物的健康水平，提高動物的產(chǎn)量和品質(zhì)，是解決上述難題的有效的途徑之一。

本文對谷胱甘肽進行了系統(tǒng)的介紹，并詳細(xì)闡述了谷胱甘肽在水產(chǎn)養(yǎng)殖應(yīng)用方面的研究進展，為我國水產(chǎn)養(yǎng)殖行業(yè)的健康發(fā)展提供有益的參考。

1　谷胱甘肽的種類、結(jié)構(gòu)和理化性質(zhì)

谷胱甘肽（glutathione，GSH）是一種含有巰基的三肽，由谷氨酸、半胱氨酸與甘氨酸相結(jié)合而形成。谷胱甘肽有氧化型谷胱甘肽（GSSG）和還原型谷胱甘肽（GSH）兩種，二者在谷胱甘肽還原酶的催化作用下可相互轉(zhuǎn)換，構(gòu)成動態(tài)平衡。通常情況下所說的谷胱甘肽指的是還原型谷胱甘肽，其分子結(jié)構(gòu)如圖1所示［1］。

在還原型谷胱甘肽的分子結(jié)構(gòu)中，半胱氨酸的氨基和谷氨酸的γ-羧基結(jié)合，形成穩(wěn)定的γ-肽鍵，這種結(jié)構(gòu)能夠抵抗細(xì)胞內(nèi)肽酶的水解，使谷胱甘肽具有相對穩(wěn)定的性質(zhì)。另外，半胱氨酸上的活性基團巰基（-SH），賦予了谷胱甘肽多種重要的作用。

還原型谷胱甘肽廣泛分布在動物、植物和微生物中，作為一種胞內(nèi)產(chǎn)物和重要的生物活性物質(zhì)，承擔(dān)著發(fā)揮重要生理功能的作用。目前已發(fā)現(xiàn)的主要功能有：促進生長發(fā)育［2］、抗氧化［3］和解毒［4］等。

圖1　還原型谷胱甘肽的分子結(jié)構(gòu)Fig.1molecular　structure　of　reduced　glutathione

2　谷胱甘肽在水產(chǎn)養(yǎng)殖中的應(yīng)用

2.1促進發(fā)育生長

水產(chǎn)養(yǎng)殖中，在飼料中添加適量的谷胱甘肽能夠?qū)游锏陌l(fā)育生長產(chǎn)生積極影響，促進動物生長激素水平在正常范圍內(nèi)有所提高，進而促進細(xì)胞的有絲分裂與組織代謝，與此同時，軟骨和骨骼得以生長。

在飼料中添加一定量的谷胱甘肽，能夠改善魚類、蝦類和貝類的生長發(fā)育狀況。研究表明，飼料中添加谷胱甘肽能夠使鱸魚的生長速度與成活率提高，同時骨骼畸形發(fā)生的概率明顯降低［5］。谷胱甘肽能促進奧尼羅非魚的生長發(fā)育［6］，使吉富羅非魚幼魚的特定生長率、增重率以及蛋白質(zhì)效率顯著提高，并且能夠降低飼料系數(shù)，促進其更好地生長［7］。谷胱甘肽能夠提高草魚幼魚的生長發(fā)育性能，使魚體的營養(yǎng)代謝能力增強，提高全魚的蛋白質(zhì)含量，抵消因高劑量攝食菜籽粕所帶來的消極影響［8］，但添加過高劑量谷胱甘肽可能會導(dǎo)致草魚的肝臟受損［9］。適量的谷胱甘肽還能提高牙鲆的增重率［10］。就目前現(xiàn)有研究數(shù)據(jù)分析，谷胱甘肽在魚類飼料中的添加量以350～380mg/kg為宜。飼料中添加谷胱甘肽能夠在一定程度上提高凡納濱對蝦的成活率、增重率，其飼料轉(zhuǎn)化效率也有所升高，當(dāng)以增重率為評價指標(biāo)時，經(jīng)計算得出最適添加量為174.13mg/kg［11］。聯(lián)合添加一定劑量的硒，還能使對蝦的存活率與增重率有所提高，同時使飼料系數(shù)有所降低，提高對蝦蛋白含量［12］。但是，在皺紋盤鮑飼料中添加谷胱甘肽時，并未發(fā)現(xiàn)谷胱甘肽對其增重率和成活率有顯著影響，由于皺紋盤鮑是海洋無脊椎動物，實驗結(jié)果的差異極有可能與此相關(guān)［1］。

2.2解毒作用

隨著環(huán)境污染的不斷加劇，水產(chǎn)養(yǎng)殖環(huán)境逐步惡化。而各種水產(chǎn)動物能在被污染的水源中生長，谷胱甘肽在其解毒過程中起到的重要作用已為許多研究者所公認(rèn)。相關(guān)研究表明，谷胱甘肽可以清除微囊藻毒素、黃曲霉毒素、重金屬和過氧化物等有毒的物質(zhì)，在水產(chǎn)動物體內(nèi)的化學(xué)反應(yīng)中可與這些有毒物質(zhì)相結(jié)合，然后形成一種新的物質(zhì)，并且所形成的新物質(zhì)毒性能夠顯著降低，由此推測，谷胱甘肽極有可能參與了體內(nèi)有毒物質(zhì)的解毒過程［13］。

在飼料中添加一定劑量的谷胱甘肽使微囊藻毒素對黃顙魚的毒性作用大大減輕，但超過了適宜的劑量之后，會對魚類的生長產(chǎn)生一定的抑制作用［14］。白鰱能夠耐受較高濃度的微囊藻毒素，這與其肝臟內(nèi)存在著高濃度的谷胱甘肽，或者有著較高的谷胱甘肽合成效率密不可分［15］。鳙更耐受微囊藻毒素，這與其體內(nèi)存在的抗氧化酶活性以及高轉(zhuǎn)化率的谷胱甘肽有關(guān)［16］。谷胱甘肽也可使草魚抵抗微囊藻毒素的毒性作用［17］。適量增加體內(nèi)谷胱甘肽的含量可以使微囊藻毒素對草魚肝臟的損害有所降低，對草魚肝臟起到一定的保護作用［18］。

在水體鉛暴露濃度為5、10和20μmol/L的情況下，飼料中的鉛能夠誘導(dǎo)羅非魚肝臟中谷胱甘肽水平的升高，并且呈現(xiàn)出一定的適應(yīng)性反應(yīng)［19］。但隨著鉛濃度的不斷增加，對羅非魚肝胰臟細(xì)胞產(chǎn)生的毒性作用有所增強，被其誘導(dǎo)合成的谷胱甘肽不能抵償鉛所導(dǎo)致的谷胱甘肽消耗，含量逐漸下降；谷胱甘肽過氧化物酶活性的變化趨勢同樣受到鉛染毒方式、染毒時間、染毒劑量以及染毒魚種類等因素的影響［20］。鰱、鳙肝腎中較高的谷胱甘肽含量很有可能是其脫毒能力較強的原因［21］。谷胱甘肽含量是鎘污染的重要分子生態(tài)毒理學(xué)指標(biāo)，在低濃度的鎘環(huán)境中，鎘能夠提高羅非魚肝臟中谷胱甘肽的含量［22］。通過鉛和鎘的脅迫作用，凡納濱對蝦中谷胱甘肽過氧化物酶的表達得以調(diào)節(jié)，并且起到了至關(guān)重要的解毒作用［23］。

飼料中添加適量的谷胱甘肽能提高凡納濱對蝦在氨氮脅迫下的存活率［24］。在羅非魚中，谷胱甘肽等作為潛在的生物標(biāo)志物，在監(jiān)控污水污染和病理生理學(xué)方面有重要作用［25］。魚體組織中的一些酶如過氧化氫酶和谷胱甘肽轉(zhuǎn)移酶的活性可作為污染生物標(biāo)志物來評價揮發(fā)酚類有機污染物［26］和阿維菌素［27］對魚類的生化毒性和酶活性。

2.3提高抗氧化能力

動物細(xì)胞的生存需要適當(dāng)?shù)难趸涂寡趸胶猓?8］，機體內(nèi)存在著很多能夠清除自由基的抗氧化酶［29］。在機體處于健康的狀態(tài)下，自由基的產(chǎn)生與清除能夠時刻保持著動態(tài)平衡，從而使機體的自由基含量維持在一個相對穩(wěn)定的狀態(tài)。谷胱甘肽能夠提高動物的抗氧化能力，其作用機制是綜合性的：一方面，在谷胱甘肽過氧化物酶的作用下，谷胱甘肽能夠直接與過氧化氫作用，阻斷鏈?zhǔn)椒磻?yīng)；另一方面，通過與其他抗氧化劑如VC、VE、輔酶Q10等協(xié)同作用，進而發(fā)揮抗氧化作用，形成一個動態(tài)的抗氧化體系。谷胱甘肽還可以通過對異生物質(zhì)（如殺蟲劑等）和金屬離子所引起的細(xì)胞毒性的解毒作用，降低動物的氧化應(yīng)激。

谷胱甘肽能夠提高水產(chǎn)動物的抗氧化能力。飼料中適當(dāng)添加谷胱甘肽可以促進肝臟中谷胱甘肽的沉積，同時能夠減少脂質(zhì)的過氧化作用，從而提高牙鲆總抗氧化能力，保護牙鲆免受氧化損傷。飼料中谷胱甘肽的加入還能夠緩解硒過量與缺乏情況下對于牙鲆的氧化損傷，使機體還原狀態(tài)的維持能力有所增強［30］。谷胱甘肽使皺紋盤鮑的肝胰臟中谷胱甘肽的積累量有所增加，提高了其肝胰臟中一些酶如谷胱甘肽過氧化物酶、超氧化物歧化酶的活性，增強皺紋盤鮑的抗氧化能力［1］。在草魚飼料中添加谷胱甘肽可使草魚肝臟和肌肉中谷胱甘肽的積累量有所增加，使脂質(zhì)過氧化產(chǎn)物如丙二醛等的含量有所減少，這在某種程度上可以減少氧化損傷的細(xì)胞，增強了草魚的抗氧化能力［31］。飼料中添加一定劑量的谷胱甘肽能夠提高凡納濱對蝦中抗氧化酶如谷胱甘肽過氧化物酶、超氧化物歧化酶和谷胱甘肽還原酶等的活性，增強總抗氧化能力和抗超氧陰離子能力，降低脂質(zhì)過氧化產(chǎn)物丙二醛的含量［11］。飼料中添加一定劑量的谷胱甘肽可使黃顙魚肝臟和肌肉中的氧化損傷有所降低，并且還能降低其肝臟和肌肉中脂質(zhì)過氧化產(chǎn)物丙二醛的含量［14］。破壞谷胱甘肽的正常代謝會降低水產(chǎn)養(yǎng)殖生物的抗氧化能力。鎘對長江華溪蟹肝胰腺和鰓組織谷胱甘肽系統(tǒng)產(chǎn)生了顯著影響，不但能干擾甚至阻斷谷胱甘肽及其相關(guān)酶的合成，還能使酶活力下降甚至導(dǎo)致其喪失，進而致使谷胱甘肽的氧化還原系統(tǒng)遭到破壞，使機體持續(xù)不斷處于高度的氧化應(yīng)激狀態(tài)。因此，谷胱甘肽系統(tǒng)對于保護機體免受氧化應(yīng)激的作用是顯著的。

3　谷胱甘肽的應(yīng)用前景及展望

谷胱甘肽是細(xì)胞內(nèi)重要的活性氨基酸衍生物，國內(nèi)對其研究尚處于起步階段，其在水產(chǎn)養(yǎng)殖過程中，對動物能夠產(chǎn)生的積極影響已經(jīng)被證實，在解毒方面作用尤為明顯。水產(chǎn)養(yǎng)殖中，動物的非特異性免疫可以在抵御病原入侵方面發(fā)揮著十分重要的作用，而谷胱甘肽恰能增強草魚［9］、吉富羅非魚［32］、凡納濱對蝦［24］等水產(chǎn)養(yǎng)殖動物的非特異性免疫功能，提高相關(guān)酶類的活性，但具體機制尚不清楚，仍需進一步深化研究。目前，谷胱甘肽在淡水養(yǎng)殖方面的研究和應(yīng)用取得了良好效果，海水養(yǎng)殖的有關(guān)研究和應(yīng)用相對較少，這可能與研究相對困難和應(yīng)用范圍相對有限有關(guān)，可作為今后研究的熱點和重點。其次，作為一種新型水產(chǎn)養(yǎng)殖飼料添加劑，從長遠來看，其對水產(chǎn)養(yǎng)殖的作用效果是顯著的，谷胱甘肽的投入使用對環(huán)境友好，不會造成水質(zhì)污染，也不會對其他生物造成危害。但是其對病害等方面的控制作用沒有抗生素等化學(xué)制劑見效快，如何使更多人接受也是亟需解決的問題。第三，當(dāng)前的水產(chǎn)養(yǎng)殖因飼料浪費導(dǎo)致投入成本過高，因此，提高飼料利用率刻不容緩。谷胱甘肽的研究為水產(chǎn)養(yǎng)殖新飼料的開發(fā)提供了理論依據(jù)，對于水產(chǎn)新飼料的開發(fā)具有重要的理論意義和實際應(yīng)用價值，應(yīng)用前景廣闊。

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ApplicationadvancesofGlutathioneinaquaculture

YAOChen-yang，LIUJing*，ZHANGQi-mei，GAOQiao，ZHANGCheng-guo，LIUQiao-ning

（ShandongJinchengBio-pharmaceuticalCo.Ltd.，Zibo255130，China）

Abstract：Glutathione（GSH）isatripeptidewithsulphur，whichwidelyexistsinorganismtissues.Asagoodantioxidant，antidoteandimmuneenhancer，ithasimportantapplicationvalueinaquaculture.Itsresearchprovidestheoreticalbasisforthedevelopmentofaquaculturenewfertilizer.Itthereforehasimportanttheoreticalsignificanceandpracticalapplicationvalue.Wesurveyitsresearchadvancesongrowth，antioxidantanddetoxificationofaquacultureanimals.

Keywords：glutathione；aquaculture；application

中圖分類號：S966.9

文獻標(biāo)識碼：A

文章編號：1002-4026（2016）01-0105-05

DOI：10.3976/j.issn.1002－4026.2016.01.018

收稿日期：2015-09-06

作者簡介：姚晨陽（1989－），女，學(xué)士，研究方向為谷胱甘肽相關(guān)應(yīng)用。

*通訊作者。Email：liujing＠jinchengpharm.com