硒和硒蛋白對(duì)豬和家禽免疫反應(yīng)影響的研究進(jìn)展

張 娟，李福泉，林建和

（內(nèi)江職業(yè)技術(shù)學(xué)院，四川內(nèi)江 641100）

硒是人和動(dòng)物的必需微量元素，是硒蛋白的重要組成部分，對(duì)人和動(dòng)物具有重要的生理功能。谷胱甘肽過(guò)氧化物酶（GSH-Px）是最早發(fā)現(xiàn)的硒蛋白，它含有至少一種硒代半胱氨酸。Lubos等（2011）認(rèn)為，哺乳動(dòng)物谷胱甘肽過(guò)氧化物酶（GSH-Px）有8種，包括5種硒代半胱氨酸酶（GPX1、GPX2、GPX3、GPX4和 GPX6）和 3種催化位點(diǎn)上有半胱氨酸的（GPX5、GPX7和GPX8）。GPX1是哺乳動(dòng)物最豐富的硒蛋白，作為一種有效的抗氧化劑可以在細(xì)胞中清除過(guò)氧化氫，保護(hù)細(xì)胞免受氧化損傷，預(yù)防疾病，維持健康。

硒蛋白的合成受機(jī)體硒的可利用性調(diào)控，當(dāng)可利用硒受到限制時(shí)，硒蛋白的合成會(huì)以犧牲其 他 硒 蛋 白 為 代 價(jià)（Seyedali和 Berry，2014）。Koller和Exon（1986）報(bào)道，缺乏硒豬會(huì)患有白肌病和桑葚心，雞會(huì)患有肝壞死和肌肉營(yíng)養(yǎng)不良。在家禽和豬生產(chǎn)中，一些嚴(yán)重和常見(jiàn)的疾病都具有傳染性，可以通過(guò)營(yíng)養(yǎng)調(diào)節(jié)免疫系統(tǒng)來(lái)降低病原體的感染。本文將重點(diǎn)介紹硒在其中的作用，并描述硒對(duì)抵抗力和恢復(fù)力的調(diào)控機(jī)制。

1 硒的來(lái)源

一般來(lái)說(shuō)硒并不是植物和真菌的必需微量元素，但其能將土壤中礦物質(zhì)形式的硒轉(zhuǎn)化為各種有機(jī)形式，如硒代蛋氨酸和硒代半胱氨酸，動(dòng)物可以通過(guò)它們獲得硒源。但動(dòng)物對(duì)硒的需求往往高于內(nèi)源性水平，通常會(huì)在飼料中額外補(bǔ)充硒。目前，在動(dòng)物營(yíng)養(yǎng)中應(yīng)用的硒主要分為無(wú)機(jī)硒源（如亞硒酸鈉和硒酸鹽）和有機(jī)硒源（如酵母硒和合成的硒代蛋氨酸及其類(lèi)似物），其中有機(jī)硒的吸收不受機(jī)體調(diào)控，具有很高的生物利用率（Burk和Hill，2015）。無(wú)機(jī)硒有一些缺點(diǎn)，如與其他礦物質(zhì)交互效益、毒性相對(duì)較高、低吸收效率及無(wú)法建立和維持體內(nèi)儲(chǔ)備（Surai和 Fisinin，2016）。

硒代蛋氨酸是人類(lèi)飲食和動(dòng)物日糧中的一種天然形式，一旦攝入會(huì)通過(guò)腸道內(nèi)的蛋氨酸轉(zhuǎn)運(yùn)體吸收，進(jìn)入蛋氨酸池。硒的代謝主要發(fā)生在肝臟，通過(guò)蛋氨酸循環(huán)和轉(zhuǎn)硫途徑產(chǎn)生硒代半胱氨酸，作為一種短暫的形式迅速轉(zhuǎn)化為可用于動(dòng)物硒蛋白合成的硒化物（Burk和Hill，2015）。在比較有機(jī)硒與無(wú)機(jī)硒在畜禽硒生物利用率方面的差異時(shí)，硒代蛋氨酸作為有機(jī)硒的主要來(lái)源受到廣泛關(guān)注，它代表了非特異性硒池的主要形式，是一種安全的動(dòng)物硒存儲(chǔ)形式，可以在缺硒的情況下釋放（Burk和 Hill，2015）。相反，硒代半胱氨酸是硒蛋白中硒的特異性池。所有的硒必須轉(zhuǎn)化為獨(dú)特的中間硒化物，從頭合成硒代半胱氨酸納入硒蛋白。換句話(huà)說(shuō)，日糧硒代半胱氨酸不能直接用于硒蛋白合成。硒一旦轉(zhuǎn)化為硒化物就可以進(jìn)入特異性的、專(zhuān)用的硒蛋白翻譯途徑，這是一種復(fù)雜的機(jī)制。因此，硒代半胱氨酸被認(rèn)為是第21種氨基酸（Arner，2010）。硒和亞硒酸鹽的有機(jī)形式很容易被吸收，在日糧正常水平下總效率接近70%～90%，而亞硒酸鹽直接吸收率不超過(guò)60%。動(dòng)物攝入高水平的硒代蛋氨酸會(huì)導(dǎo)致組織中硒代蛋氨酸積累，而組織中硒代蛋氨酸的含量可能遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于硒蛋白中硒代半胱氨酸的含量。但動(dòng)物或人類(lèi)的硒狀況通常是通過(guò)測(cè)量全血或血液組分中的硒濃度來(lái)評(píng)估的。血漿或血清濃度會(huì)在短時(shí)間內(nèi)反映硒含量的變化，而全血濃度則被認(rèn)為是較長(zhǎng)期硒攝入量的評(píng)估指標(biāo)。但在評(píng)估硒需要量時(shí)往往容易忽視日糧硒形態(tài)和動(dòng)物健康狀況。病原體感染的急性期血液中許多微量元素的濃度都會(huì)下降，如Maehira等（2002）發(fā)現(xiàn)，注射脂多糖誘導(dǎo)大鼠急性期反應(yīng)顯著降低了血漿和肝臟中的硒含量，增加肌肉、腎臟、肺、脾、心臟和胸腺中的硒含量。日糧中添加的硒不足會(huì)導(dǎo)致缺硒癥狀，具體癥狀取決于缺硒的嚴(yán)重程度和動(dòng)物種類(lèi)。

2 硒在豬和家禽免疫反應(yīng)上的重要性

2.1 硒的免疫調(diào)節(jié)特點(diǎn) 硒蛋白通過(guò)多種機(jī)制影響免疫，一般來(lái)說(shuō)，營(yíng)養(yǎng)可以通過(guò)調(diào)節(jié)免疫系統(tǒng)以多種方式抑制病原體的感染和機(jī)體功能的恢復(fù)。早期研究表明，谷胱甘肽過(guò)氧化物酶1（GPX1）和 GPX2含有硒（Ursini等，1985），這兩種酶是我們了解硒的生物學(xué)功能的關(guān)鍵指標(biāo)。機(jī)體內(nèi)許多免疫器官如胸腺、淋巴結(jié)、肝臟和脾臟等都含有硒。此外，硒也存在于一些免疫細(xì)胞中，如中性或酸性粒細(xì)胞、巨噬細(xì)胞。硒蛋白可以參與細(xì)胞分化和活化，對(duì)先天性免疫反應(yīng)和獲得性免疫反應(yīng)具有重要意義。巨噬細(xì)胞通過(guò)刺激蛋氨酸-r-亞砜還原酶B1的表達(dá)，利用細(xì)胞活化過(guò)程中的氧化還原調(diào)控，負(fù)責(zé)蛋氨酸殘基從氧化態(tài)（蛋氨酸亞砜）中再轉(zhuǎn)化，并存在于胞漿和細(xì)胞核中（Lee等，2013）。

GPX1是哺乳動(dòng)物中最豐富的硒蛋白，是存在于細(xì)胞核和線(xiàn)粒體中的一種酶，催化谷胱甘肽依賴(lài)的過(guò)氧化氫的還原；而GPX2分布于胃腸道上皮細(xì)胞，GPX3是血漿中GPX的主要形式，通過(guò)腎臟排出；GPX4在多種細(xì)胞類(lèi)型和組織中均有表達(dá)；GPX6僅在嗅覺(jué)上皮細(xì)胞和胚胎發(fā)育過(guò)程中存在（Labunskyy等，2014）。硒缺乏可能導(dǎo)致免疫系統(tǒng)反應(yīng)遲鈍，這可能是病毒感染的一個(gè)主要缺點(diǎn)。Beck等（1993）研究發(fā)現(xiàn)，小鼠缺硒柯薩奇病毒更容易突變成一種毒性強(qiáng)的心毒性形式。

2.2 先天性免疫 硒蛋白在抗炎和抗氧化方面起關(guān)鍵作用。細(xì)胞和組織的氧化還原平衡，即活性氧和氮的產(chǎn)生與抗氧化防御系統(tǒng)的抑制作用平衡。Vladimirov和 Proskurnina（2009）認(rèn)為，感染會(huì)導(dǎo)致機(jī)體發(fā)生應(yīng)激，活性氧的產(chǎn)生參與各種內(nèi)源性系統(tǒng)的激活和信號(hào)傳遞。先天性免疫系統(tǒng)中具有重要的清除病毒的細(xì)胞，即巨噬細(xì)胞，其通過(guò)Fc受體介導(dǎo)的各種機(jī)制吞噬外來(lái)病原體，也可以通過(guò)補(bǔ)體的調(diào)理作用。巨噬細(xì)胞在吞噬過(guò)程中產(chǎn)生一氧化氮和活性氧，作為病原體消除機(jī)制的一部分，響應(yīng)病原體相關(guān)分子模式與模式識(shí)別受體的相互作用（Gordon和 Martinez-Pomares，2017）。硒蛋白作為主要的抗氧化物質(zhì)，在巨噬細(xì)胞反應(yīng)方面可以緩解活性氧的細(xì)胞毒性作用，同時(shí)調(diào)節(jié)肌動(dòng)蛋白，抑制病原體復(fù)制（Markley等，2017）。

此外，另一種是中性粒細(xì)胞，可以產(chǎn)生活性氧的重要吞噬細(xì)胞類(lèi)型。很少有研究單獨(dú)描述缺硒對(duì)中性粒細(xì)胞功能的影響。一般來(lái)說(shuō)，缺硒并不一定影響中性粒細(xì)胞的數(shù)量，而是影響中性粒細(xì)胞功能的不同方面。雞的嗜中性粒細(xì)胞是一種多形核白細(xì)胞，其功能可與哺乳動(dòng)物的中性粒細(xì)胞相媲美。Dietert等（1983）報(bào)道，硒和維生素E同時(shí)缺乏，肉雞中性粒細(xì)胞對(duì)鼠傷寒病毒的吞噬能力下降。缺硒也會(huì)影響腸道黏膜免疫功能，減少十二指腸黏膜分泌型IgA水平，增加促炎細(xì)胞因子如白細(xì)胞介紹和干擾素-γ水平（Liu等，2016）。缺硒對(duì)先天性免疫有負(fù)面影響，但補(bǔ)充硒的效果各不相同，且受日糧硒的來(lái)源和添加劑量的影響很大。Urban和Jarstrand（1986）研究發(fā)現(xiàn)，日糧中添加硒會(huì)增加免疫細(xì)胞的吞噬和殺菌能力，但高濃度硒沒(méi)有甚至?xí)a(chǎn)生負(fù)面作用。

2.3 適應(yīng)性免疫抗體（免疫球蛋白） 是由B淋巴細(xì)胞產(chǎn)生的一個(gè)重要的蛋白質(zhì)家族，抗體與同源抗原的特異性結(jié)合是一種重要的免疫機(jī)制，特別是抗體對(duì)預(yù)防病原體進(jìn)入、傳播和降低病原體的毒性具有重要作用。此外，抗體與病原體表面抗原結(jié)合使其更容易被先天免疫細(xì)胞吞噬，某些同類(lèi)型的抗體參與補(bǔ)體活化，導(dǎo)致有效的病原體破壞。因此，機(jī)體產(chǎn)生特異性抗體的能力，即對(duì)疫苗和原發(fā)性感染反應(yīng)的功能是機(jī)體免疫保護(hù)的關(guān)鍵（Moser和 Leo，2010）。關(guān)于硒缺乏與家禽和豬體液免疫受損有關(guān)的研究報(bào)道較少。Huang等（2012）在小鼠上的研究發(fā)現(xiàn)，多種硒蛋白可能在T細(xì)胞調(diào)控中發(fā)揮重要作用，其在幼齡T細(xì)胞中表達(dá)較低，在激活T細(xì)胞和記憶T細(xì)胞中的表達(dá)較高。在病毒感染中T細(xì)胞反應(yīng)很重要，因?yàn)槲鞍卓梢哉{(diào)節(jié)細(xì)胞氧化還原平衡，而病毒感染的發(fā)生和程度受到宿主細(xì)胞氧化還原平衡狀態(tài)的影響。因此，硒可以對(duì)誘導(dǎo)的病毒疫苗免疫，特別是用于家畜生產(chǎn)的滅活疫苗免疫產(chǎn)生有益影響。

3 硒對(duì)豬和家禽傳染病的影響

3.1 家禽傳染病 補(bǔ)充硒對(duì)雞球蟲(chóng)病、壞死性腸炎和禽類(lèi)致病性大腸桿菌具有積極影響（Xu等，2015）。球蟲(chóng)病是世界上最嚴(yán)重的家禽疾病之一。據(jù)估計(jì)，球蟲(chóng)病每年對(duì)全球經(jīng)濟(jì)的影響超過(guò)30億美元（Blake和Tomley，2014）。球蟲(chóng)病是由一種單細(xì)胞孢子形成的寄生體，它屬于埃米耳蟲(chóng)屬，寄生蟲(chóng)在宿主腸道內(nèi)經(jīng)無(wú)性繁殖和有性繁殖，對(duì)黏膜細(xì)胞和下層組織產(chǎn)生損傷，該病的特點(diǎn)是氧化應(yīng)激、炎癥、營(yíng)養(yǎng)吸收不良、腹瀉、失水和脫水。壞死性腸炎是一種嚴(yán)重的腸道疾病，與產(chǎn)毒素的產(chǎn)氣莢膜梭菌a型相關(guān)，主要發(fā)生在肉雞中。Lee等（2013）發(fā)現(xiàn)，亞硒酸鈉注射液增加了胚胎重量，減少腸道損傷，增加白細(xì)胞介素含量、血清中α毒素和NetB毒素抗體的轉(zhuǎn)錄水平。家禽生產(chǎn)中的大腸桿菌感染較為常見(jiàn)，Larsen等（1997）發(fā)現(xiàn)，日糧添加0.4 mg/kg無(wú)機(jī)硒降低了肉雞死亡率和氣囊病變。Guabiraba和Schouler（2015）發(fā)現(xiàn)，肉雞日糧中額外添加0.2 mg/kg的硒顯著改善了熱應(yīng)激和大腸桿菌對(duì)生長(zhǎng)性能的負(fù)面影響。

3.2 豬傳染病 Mahan和Parrett（2004）證明了初乳、乳中硒和維生素E濃度隨年齡增長(zhǎng)而下降。與年輕母豬相比，老齡高產(chǎn)母豬在出生和斷奶時(shí)更有可能產(chǎn)生維生素E和硒水平較低的仔豬，而斷奶后的豬如果在斷奶前維生素E和硒狀況受到影響更容易出現(xiàn)維生素E和硒缺乏癥。此外，從母豬到仔豬的硒轉(zhuǎn)移有限，斷奶仔豬血漿硒濃度高度依賴(lài)于斷奶后日糧中的硒水平。與無(wú)機(jī)硒相比，有機(jī)硒飼喂的母豬對(duì)新生兒、初乳、斷奶仔豬和母豬組織的硒轉(zhuǎn)移量更大（Mahan和Peters，2004）。此外，與添加無(wú)機(jī)硒母豬相比，添加酵母硒的母豬分娩的仔豬血清硒含量更高。

無(wú)機(jī)硒對(duì)母豬血清GPX活性的影響大于有機(jī)硒，但有機(jī)硒在生物學(xué)效價(jià)上更容易轉(zhuǎn)移至初 乳 和 常 乳 中（Surai和 Fisinin，2016）。Hu等（2011）用硒代蛋氨酸作為硒的添加形式飼喂母豬，結(jié)果表明，從母豬分娩到仔豬斷奶，母豬和仔豬組織中硒的沉積增加，仔豬組織中抗氧化酶谷胱甘肽過(guò)氧化物酶、超氧化物歧化酶活性增加。Lyons等（2007）發(fā)現(xiàn)，在生長(zhǎng)豬、仔豬和母豬飼料中應(yīng)用有機(jī)硒替代亞硒酸鈉，因?yàn)橛袡C(jī)硒比無(wú)機(jī)硒更具有生物可利用性。盡管相關(guān)研究表明，在斷奶時(shí)使用有機(jī)硒而不是無(wú)機(jī)硒可以提高仔豬組織和血清的硒含量，但抗氧化劑對(duì)斷奶仔豬免疫反應(yīng)的影響有限。Chen等（2012）認(rèn)為，不同豬場(chǎng)的母豬斷奶多系統(tǒng)衰竭癥發(fā)病率和嚴(yán)重程度的差異可能與氧化應(yīng)激有關(guān)，硒在控制豬圓環(huán)病感染具有潛在作用。此外，飼糧硒和維生素E能減輕熱應(yīng)激對(duì)母豬腸道屏障完整性的影響，從而降低母豬生長(zhǎng)和分娩過(guò)程中的氧化應(yīng)激（Liu等，2016）。但目前仔豬硒水平對(duì)腸道感染后免疫反應(yīng)和疾病預(yù)防的影響有限。

4 結(jié)論

硒的主要功能是通過(guò)硒酶來(lái)實(shí)現(xiàn)其重要的免疫機(jī)制，包括抗氧化和抗炎活性。在探討硒在豬免疫反應(yīng)影響的研究中主要關(guān)注硒缺乏更容易發(fā)生的時(shí)期，即新生仔豬、斷奶和繁殖期間，這也是維生素E在豬營(yíng)養(yǎng)上的關(guān)鍵階段，這兩種微量營(yíng)養(yǎng)素對(duì)預(yù)防肌肉疾病具有重要作用。在家禽中是否存在硒和維生素E同時(shí)缺乏的情況還不太清楚，但補(bǔ)充硒對(duì)提高家禽抵抗力，減輕環(huán)境應(yīng)激具有潛在作用。硒在體內(nèi)的生物利用度和分布受多種因素影響，其中以硒的化學(xué)形態(tài)影響最大。有機(jī)硒比無(wú)機(jī)硒具有更高的生物利用率，可以更有效地通過(guò)初乳向初生仔豬轉(zhuǎn)移硒?？紤]飼料中將禁止使用抗生素和藥理水平的氧化鋅用于治療大腸桿菌引起的仔豬腹瀉，如何通過(guò)營(yíng)養(yǎng)免疫學(xué)作為一種替代方案，并在此背景下研究如何通過(guò)硒來(lái)抑制病原菌感染將是今后相關(guān)學(xué)科研究的熱點(diǎn)。