角鯊烯的生理功能及其在畜禽生產(chǎn)中的應(yīng)用前景

高 陽(yáng)，周業(yè)勛

(1.白城師范學(xué)院 生命科學(xué)學(xué)院，吉林 白城 137000；2.中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院 北京畜牧獸醫(yī)研究所 動(dòng)物營(yíng)養(yǎng)學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100193)

角鯊烯(squalene，SQ)是一種三萜類不飽和烴，在動(dòng)物、植物、細(xì)菌和真菌中作為合成脂溶性維生素、激素和膽固醇的前體物質(zhì)。1906年，日本學(xué)者從鯊魚(yú)肝臟中提取出SQ。諸多研究表明，SQ能緩解干燥和濕疹引起的皮膚損傷，還在免疫調(diào)控、抗氧化、抗炎癥、抗癌、抵御退行性疾病和改善心血管健康方面發(fā)揮重要作用[1-2]。GABS等[3]研究表明，補(bǔ)飼SQ可增加小鼠血清中高密度脂蛋白(HDL)和對(duì)氧磷酶-1的水平，并緩解小鼠的氧化應(yīng)激損傷。DHANDAPANI等[4]研究表明，SQ在緩解異丙腎上腺素誘導(dǎo)的大鼠心臟氧化應(yīng)激中發(fā)揮重要作用。此外，SQ能提高心肌梗死模型大鼠血清中谷胱甘肽(GSH)、超氧化物歧化酶(SOD)和過(guò)氧化氫酶(CAT)的水平。近年來(lái)，關(guān)于SQ的研究多集中于生產(chǎn)工藝、原料開(kāi)發(fā)、分離純化及鑒定等方面。而關(guān)于SQ的生理功能、作用機(jī)制及其在畜禽生產(chǎn)中的研究極少。因此，對(duì)SQ的生理功能進(jìn)行了綜述，并展望其在畜禽生產(chǎn)中的應(yīng)用前景，以期為“無(wú)抗時(shí)代”的健康養(yǎng)殖提供新的參考。

1 角鯊烯的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)

角鯊烯(C30H50，2,6,10,15,19,23-六甲基-2,6,10,14,18,22-二十四碳六烯)是一種不可皂化的脂質(zhì)，具有6個(gè)雙鍵。常態(tài)的SQ是一種無(wú)色、無(wú)味的液體油脂。有趣的是，SQ的 6雙鍵均為全反式結(jié)構(gòu)。因此，常態(tài)下的SQ穩(wěn)定性較差、易氧化，長(zhǎng)期暴露在空氣中會(huì)散發(fā)出特殊的腥臭氣味。此外，SQ易環(huán)化生成雙環(huán)、四環(huán)和五環(huán)等三萜類化合物[2,5]。

在真核生物中，SQ是重要的代謝中間體，參與動(dòng)物膽固醇和植物甾醇的合成。一般認(rèn)為，SQ獨(dú)特的生物學(xué)特性與其特殊的構(gòu)象密切相關(guān)：一方面，SQ能輕易通過(guò)細(xì)胞膜和亞細(xì)胞膜，在細(xì)胞內(nèi)外均勻分布[2,5-6]。另一方面，豐富的雙鍵可以與水中的氫離子結(jié)合，形成角鯊?fù)椴⑨尫臤2-。O2-在細(xì)胞內(nèi)能夠加速細(xì)胞的新生代新，改善器官功能[7]。研究表明，SQ的抗氧化作用與其分子性質(zhì)及其對(duì)自由基的活性相關(guān)。SQ不僅可以清除自由基，還可以抑制ROS的生成。此外，皮膚表層的SQ是最高效的單態(tài)氧清除劑之一，在抵抗物理源和生物源刺激方面發(fā)揮重要作用[8-9]。

2 角鯊烯的生理功能

角鯊烯作為類固醇合成的前體物質(zhì)參與代謝，以及在β-胡蘿卜、輔酶Q10、維生素D、維生素E和維生素K1的合成途徑中發(fā)揮重要作用。因此，SQ能夠在抗炎、抗氧化、皮膚和心血管保護(hù)等方面發(fā)揮重要作用。

2.1 角鯊烯與抗炎動(dòng)物生產(chǎn)中，感染、應(yīng)激和免疫往往伴隨著炎癥發(fā)生。有研究表明，SQ在調(diào)控炎癥方面極具潛力[10]。SQ參與調(diào)控中性粒細(xì)胞、單核細(xì)胞和巨噬細(xì)胞的過(guò)度激活途徑，并有效針對(duì)抗炎和促炎因子發(fā)揮其生物學(xué)功能。研究表明，由脂多糖(liposaccharide ，LPS)處理建立的Swiss小鼠炎癥模型，口服不同劑量的SQ 18 h，模型動(dòng)物炎癥反應(yīng)均得到有效緩解[10]。 主要表現(xiàn)為促炎酶(TLR-4)、一氧化氮合酶(iNOS)和環(huán)氧化合酶-2(COX-2)的表達(dá)量下調(diào)，促炎因子腫瘤壞死因子-α(TNF-α)、白細(xì)胞介素-6(IL-6)和干擾素-γ(IFN-γ)基因表達(dá)量降低。通過(guò)調(diào)控NF-kB信號(hào)通路，SQ能顯著降低磷酸化的P65-NF-kB蛋白水平，調(diào)控細(xì)胞P65蛋白mRNA表達(dá)量，降低促炎因子含量[11-12]。此外，SQ還能參與Nrf2下游靶基因HO-1表達(dá)量，HO-1對(duì)炎癥刺激高度敏感，它能催化血紅素產(chǎn)生內(nèi)源CO、膽綠素和鐵，具有重要的抗炎作用[10,13]。

2.2 角鯊烯與抗氧化活性氧(reactive oxygen species，ROS)是一類氧的單電子還原產(chǎn)物，過(guò)量的ROS使細(xì)胞中DNA、蛋白質(zhì)和脂類物質(zhì)過(guò)氧化，進(jìn)而導(dǎo)致細(xì)胞損傷、壞死及凋亡[14]。強(qiáng)氧化物、自由基和毒物可使細(xì)胞膜脂質(zhì)過(guò)氧化，增加細(xì)胞膜的通透性，進(jìn)而導(dǎo)致胞內(nèi)液體流失，甚至細(xì)胞死亡?；诹己玫牧鲃?dòng)性，SQ能夠在器官膜結(jié)構(gòu)上均勻分布，在膜損傷發(fā)生后，率先實(shí)現(xiàn)物理性填補(bǔ)，隨后發(fā)揮抗氧化作用。研究表明，SQ對(duì)于單態(tài)氧具有較強(qiáng)的清除作用，且效果顯著高于動(dòng)物體其他脂質(zhì)[15]。同時(shí)，SQ能顯著降低皮膚上自由基的傳播效率，使細(xì)胞DNA免受損傷[16]。由此，SQ抗氧化方面的研究需逐步深入。

SENTHILKUMAR等[17]研究表明，使用150 mg環(huán)磷酰胺誘導(dǎo)大鼠心臟損傷模型，每天投喂0.4 mL SQ能以最小劑量和最高效率緩解大鼠心臟氧化損傷。一方面，SQ顯著提高大鼠的酶抗氧化系統(tǒng)和非酶抗氧化系統(tǒng)機(jī)能；另一方面，SQ有效保護(hù)大鼠心臟細(xì)胞結(jié)構(gòu)和紅細(xì)胞功能[9-10,17]。在酒精誘導(dǎo)的氧化損傷研究中，SQ也表現(xiàn)出良好的抗氧化性能，主要體現(xiàn)在保護(hù)細(xì)胞膜脂質(zhì)過(guò)氧化方面[18]。AGUILERA等[19]研究表明，SQ能降低酒精誘導(dǎo)的脂質(zhì)和視網(wǎng)膜結(jié)構(gòu)的損傷。隨著研究深入，SQ的抗氧化機(jī)制逐步被發(fā)現(xiàn)。研究表明，外源補(bǔ)充的SQ能夠顯著降低動(dòng)物體內(nèi)丙二醛(MDA)和8-異前列腺素(Fα2)水平并提高抗氧化酶活性[20]。

2.3 角鯊烯與心血管健康SQ不僅能提高心血管細(xì)胞抗氧化性，還能維持心血管上皮光滑，清除炎癥反應(yīng)位點(diǎn)，抑制黏附分子吸附LDL-C[21]。在改善血清脂蛋白方面，SQ能顯著降低血清中LDL-C水平，改善HDL水平，并有效抑制LDL與ROS發(fā)生脂質(zhì)過(guò)氧化反應(yīng)。此外，SQ能抑制膽固醇合成途徑中HMG-CoA水平，這一過(guò)程與他汀類藥物作用機(jī)制相似[22]。由此可知，SQ在改善心血管系統(tǒng)內(nèi)外環(huán)境的穩(wěn)態(tài)，維持動(dòng)物心血管健康方面發(fā)揮重要作用。

3 角鯊烯在畜禽生產(chǎn)中的應(yīng)用前景

3.1 緩解應(yīng)激在應(yīng)激源刺激下，畜禽機(jī)體會(huì)產(chǎn)生多重反應(yīng)，如：行為反應(yīng)、神經(jīng)反應(yīng)和內(nèi)分泌反應(yīng)。其中，行動(dòng)反應(yīng)是動(dòng)物躲避應(yīng)激最直接的方式，它能使機(jī)體免于應(yīng)激負(fù)荷和損傷。然而，集約化生產(chǎn)中，畜禽生長(zhǎng)環(huán)境相對(duì)閉鎖，飼養(yǎng)模式固定，一旦受到應(yīng)激源刺激，畜禽的行為反應(yīng)難以發(fā)揮作用，如：斷奶、運(yùn)輸、溫度變化、接種免疫及強(qiáng)制換羽等。這將導(dǎo)致自由基在組織中大量沉積，當(dāng)機(jī)體自由基產(chǎn)生量無(wú)法被清除時(shí)，就會(huì)導(dǎo)致組織和細(xì)胞發(fā)生氧化損傷，加劇動(dòng)物的應(yīng)激反應(yīng)，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致畜禽死亡。研究表明，補(bǔ)充SQ能有效降低脂蛋白中的ROS水平，進(jìn)而發(fā)揮抗氧化活性[10,22]。同時(shí)，SQ能與半胱氨酸巰基發(fā)生反應(yīng)，抑制Nrf2泛素化，通過(guò)調(diào)控Keap1-Nrf2-ARE信號(hào)通路來(lái)改善動(dòng)物的應(yīng)激[10,23-24]。此外，SQ在保護(hù)線粒體和內(nèi)質(zhì)網(wǎng)方面也發(fā)揮重要作用，進(jìn)一步增強(qiáng)了應(yīng)激狀態(tài)下動(dòng)物的抗逆性。我們的研究團(tuán)隊(duì)使用SQ作為早期斷奶仔豬飼料添加劑。結(jié)果表明，飼糧中添加250 mg/kg SQ能有效緩解早期斷奶產(chǎn)生的應(yīng)激，并提高生產(chǎn)性能[25]。CHEN等[26]研究表明，SQ對(duì)毒物造成的肉雞氧化應(yīng)激損傷具有顯著的改善作用。由此可知，SQ在改善畜禽應(yīng)激方面具有較好的實(shí)踐潛力和研究?jī)r(jià)值。

3.2 腸道健康腸道不僅是食物消化、吸收和代謝的主要器官，還是機(jī)體重要的防御和免疫屏障。因此，腸道極易因刺激而發(fā)生損傷。SQ獨(dú)特的全反式6雙鍵結(jié)構(gòu)賦予其極佳的流動(dòng)性，在腸道的黏膜層均勻分布并發(fā)揮作用。此外，SQ能通過(guò)細(xì)胞膜和亞細(xì)胞膜，填補(bǔ)受損的膜結(jié)構(gòu)，發(fā)揮抗氧化和抗炎功能。眾所周知，仔豬斷奶多為21～35日齡，而仔豬的腸道發(fā)育健全多為42～45日齡。為緩解斷奶造成的腸道損傷，在早期斷奶仔豬飼糧中添加SQ，結(jié)果表明，仔豬的腹瀉指數(shù)明顯降低，仔豬空腸黏膜通透性降低，腸道形態(tài)較對(duì)照仔豬有顯著改善[27]。這可能與SQ的抗氧化、抗炎和自由基清除作用相關(guān)。研究表明，SQ能在清除ROS和RNS的同時(shí)，改善機(jī)體抗氧化酶的活性[28]。然而，動(dòng)物腸道的健康是一個(gè)復(fù)雜且系統(tǒng)的研究課題，因此，SQ改善畜禽腸道健康的機(jī)理仍需要進(jìn)一步研究。

3.3 皮膚保護(hù)當(dāng)今的畜牧業(yè)生產(chǎn)，在追求高效發(fā)展的同時(shí)，逐漸開(kāi)始關(guān)注動(dòng)物福利。畜舍內(nèi)往往存在濕度大、粉塵大、微生物和病毒組成復(fù)雜等情況，上述情況對(duì)家畜皮膚健康和舒適度可能造成較大影響。以仔豬為例，哺乳仔豬和斷奶仔豬多發(fā)的滲出性皮炎、皮疹和疥螨創(chuàng)傷等皮膚問(wèn)題多受環(huán)境因素影響。SQ是構(gòu)成皮脂的重要組成部分，具有防御、保濕和抗菌等特性[29]。研究表明，皮膚表層SQ的抗氧化能力優(yōu)于其他脂類，同時(shí)SQ有良好的單態(tài)氧清除作用。SQ一方面可以發(fā)揮抗炎、抗氧化作用，參與修復(fù)受損的皮膚組織；另一方面，SQ能夠隔絕創(chuàng)傷，防止多種有害菌群對(duì)傷口造成的混合感染[30-31]。由此觀之，SQ作為外用藥物載體的同時(shí)，還可以發(fā)揮其抑菌、抗炎功能，在畜禽的皮膚保護(hù)及外傷恢復(fù)等方面具有重要的應(yīng)用與研究?jī)r(jià)值。

3.4 解毒作用畜禽養(yǎng)殖過(guò)程中，動(dòng)物的采食活動(dòng)難免會(huì)將外源毒物攝入體內(nèi)，且散養(yǎng)和放牧的動(dòng)物尤為明顯。SQ能顯著緩解環(huán)磷酸酰胺和敵草快的毒性效應(yīng)，使動(dòng)物血液生化指標(biāo)趨于正常[32]。研究表明，SQ對(duì)于攝入體內(nèi)的六氯聯(lián)苯(HCB)亦有顯著的解毒效果， SQ能促進(jìn)HCB的排泄，并減少消化道對(duì)HCB的吸收[33]。此外，角鯊烯對(duì)動(dòng)物重金屬、脂多糖(LPS)、病原菌和生物堿等物質(zhì)造成的毒性均有不同程度的緩解作用。MA等[34]的關(guān)于SQ緩解LPS誘導(dǎo)的體內(nèi)和體外腸道毒性試驗(yàn)中，進(jìn)一步確定了SQ的解毒功能，研究中對(duì)新西蘭兔進(jìn)行耳靜脈注射LPS和Caco-2細(xì)胞用LPS進(jìn)行刺激，結(jié)果表明，SQ可通過(guò)干預(yù)MLCK和NF-kB互作效應(yīng)來(lái)緩解LPS造成的腸道毒性損傷。由此可知，SQ在緩解外源毒性，維持動(dòng)物機(jī)體防御能力方面存在較好的應(yīng)用價(jià)值。

3.5 畜產(chǎn)品品質(zhì)的改善作用肉品質(zhì)是畜禽屠宰性能中重要的指標(biāo)之一，而持水力是衡量鮮肉品質(zhì)的重要指標(biāo)。CHEN等[26]研究表明，在1日齡Ross肉雞日糧中添加SQ能線性改善胸肌24 h蒸煮和滴水損失，并使肉雞胸肌pH24 h和pH48 h穩(wěn)定在5.8～5.9的范圍內(nèi)。除肉雞外，SQ也在改善種公豬繁殖性能方面發(fā)揮重要作用。研究表明，12月齡種公豬補(bǔ)充SQ，其精液品質(zhì)得到顯著改善，血清中瘦素(leptin)水平顯著降低，睪酮水平顯著升高。同時(shí)，研究者計(jì)算SQ改善公豬繁殖性能與SQ成本之間的關(guān)系發(fā)現(xiàn)，SQ作為補(bǔ)充型保健及具有低成本和高收益的特點(diǎn)，有較好應(yīng)用潛力[35]。

3.6 角鯊烯的其他應(yīng)用前景

3.6.1疫苗佐劑 臨床研究表明，角鯊烯在水包油型MF59佐劑中發(fā)揮重要作用。繼鋁佐劑后，SQ被證實(shí)是安全有效的人用和獸用疫苗佐劑[35]。SQ佐劑可以用于流感、狂犬(偽狂犬)、口蹄疫等獸用疫苗中。研究表明，SQ佐劑能增強(qiáng)體液免疫和細(xì)胞免疫的應(yīng)答速度。與常規(guī)的鋁佐劑相比，在保證動(dòng)物安全的前提下，SQ佐劑產(chǎn)生抗體數(shù)量更高(≥5倍)，免疫應(yīng)答效果更佳。研究表明，使用SQ制備滅活油乳劑疫苗，SPF雞特異性免疫應(yīng)答顯著改善。同時(shí)，T淋巴細(xì)胞的增殖和脾臟細(xì)胞的轉(zhuǎn)化效率得到改善[36]。

在畜禽生產(chǎn)中，家禽疫苗常采用滴鼻、點(diǎn)眼的形式接種，新生仔豬偽狂犬疫苗的接種亦采用滴鼻形式。SQ佐劑極佳的流動(dòng)性能使疫苗較快的在動(dòng)物黏膜組織上均勻分布，SQ易吸收的特點(diǎn)也為高效的免疫應(yīng)答奠定基礎(chǔ)。豬、牛和羊等家畜的口蹄疫、流行性腹瀉疫苗等也多為水油苗。因此，在畜禽生產(chǎn)中開(kāi)發(fā)和使用疫苗SQ佐劑具有良好的應(yīng)用價(jià)值和經(jīng)濟(jì)前景。

3.6.2抗菌劑 角鯊烯和角鯊?fù)樵诟腥拘约膊〉拿庖哒{(diào)節(jié)中扮演重要角色。NOWICKI等[37]研究表明，鯊魚(yú)肝油能有效抑制細(xì)菌和真菌增殖，對(duì)皮膚干燥和皮膚損傷引起的細(xì)菌感染有較好的抑制作用。關(guān)于SQ抑菌機(jī)制表明，一方面，SQ可以調(diào)控血小板的活性并調(diào)控甘油二酯的合成來(lái)調(diào)控微生物引發(fā)的免疫反應(yīng)[38]；另一方面，SQ通過(guò)提高抗原呈遞并緩解炎癥與氧化損傷來(lái)抑制微生物在病變附近增殖[30]。此外，SQ可以在機(jī)體損傷處形成保護(hù)層，隔絕已定植的微生物與氧接觸。我們研究組發(fā)現(xiàn)，SQ對(duì)于葡萄球菌感染引起的仔豬滲出性皮炎有較好的治療作用，對(duì)斷奶引起的仔豬腹瀉也有較好的改善作用[25]。

3.6.3緩釋載體 為增加功能性添加劑或獸藥在畜禽生產(chǎn)中的效價(jià)，緩釋載體得到了人們的廣泛關(guān)注，如：蒙脫石、絲素蛋白、殼聚糖和SQ等[39]。常態(tài)下的SQ為無(wú)色油狀物，流動(dòng)性和分布性極好，能較好的包裹藥物，延長(zhǎng)藥物的半衰期。WANG等[40-41]研究表明，SQ乳液通過(guò)乳液穩(wěn)定磷脂酰胺乙醇胺或共聚物來(lái)延緩嗎啡前體藥物的釋放。此外，SQ乳液還在補(bǔ)骨脂素膠囊緩釋過(guò)程中發(fā)揮重要角色[30]。由此可知，SQ的藥物緩釋功能或可用于初生動(dòng)物補(bǔ)鐵保健中，使用SQ包被左旋糖酐鐵針劑或包被飼料級(jí)鐵銅合劑。一方面，SQ使藥物半衰期延長(zhǎng)，提高藥物效價(jià)，減少多次注射對(duì)初生動(dòng)物造成的應(yīng)激損傷；另一方面，SQ的緩釋作用可以在一定程度上減少使用藥物的總量，減少經(jīng)濟(jì)投入并降低環(huán)境污染。因此，SQ作為藥物的緩釋載體，具有十分重要的應(yīng)用前景。

4 小結(jié)與展望

角鯊烯不僅在抗氧化、抗炎癥、抗癌、抵御退行性疾病和改善心血管健康方面發(fā)揮重要作用，還在在緩解畜禽應(yīng)激、改善皮膚與腸道健康及解毒等方面展現(xiàn)較好的應(yīng)用潛力。SQ還可作為疫苗佐劑、抗菌劑和緩釋載體等，豐富的生物學(xué)功能使其具有較好的應(yīng)用前景。此外，SQ的生產(chǎn)工藝日趨完善，為其在畜禽生產(chǎn)中的應(yīng)用提供了有利條件。然而，SQ調(diào)控代謝、SQ與腸道微生物互作等機(jī)制需要更多研究。在畜禽生產(chǎn)中，不同動(dòng)物補(bǔ)充SQ的水平及方式還需要更多的實(shí)踐積累。