河南工業(yè)大學生物工程學院 張勇 劉濤 劉來亭*

硫辛酸（lipoic acid，LA）亦稱 α-硫辛酸（Alpha-lipoic acid，LA）是類維生素物質(zhì)，有很強的抗氧化活性，和其還原態(tài)二氫硫辛酸（DHLA）一起被譽為“萬能抗氧化劑”。

1 硫辛酸的結構特性

α-硫辛酸（alpha-lipoic acid，LA），化學名1，2-二硫戊環(huán)-3-戊酸（1,2-dithiolane-3-pentanoic acid），分子式C8H14O2S2，相對分子質(zhì)量為206.33。LA的還原形式為二氫硫辛酸（dihydrolipoic acid，DHLA），抗氧化性更強。LA是一種在酵母、菠菜和肉類中發(fā)現(xiàn)的生物因子，是能量代謝中的基本輔助因子，由Reed于1951年從豬肝臟中提取，主要以化合物的形式廣泛存在于所有種類的原核細胞及真核細胞，參與能量代謝（Reed,1998）。

2 硫辛酸的生物學功能

2.1 硫辛酸的抗氧化性 最初發(fā)現(xiàn)LA是能量代謝中一系列脫氫酶的輔基，但研究最廣泛的是其抗氧化方面的特性。LA含有S、C原子組成的封閉環(huán)狀結構，電子密度高于含S、C原子的單鏈化合物，如：還原型谷胱甘肽（GSH）、胱氨酸等，因此能發(fā)揮較強的抗氧化功能。抗壞血酸（ascorbate，AsA，VC）和生育酚（a-tocopherol，VE）是經(jīng)典的抗氧化劑。VC是細胞外液抗氧化防御體系的第一道防線，但因其為水溶性，對細胞膜的保護性差，抗氧化作用只是依靠可逆的脫氫反應來完成。VE為脂溶性，對生物膜結構及功能有較好的保護作用，抗氧化能力較強。LA的相對分子質(zhì)量比VC大，碳原子多于VC，易溶于脂膜；與VE相比，LA分子末端的羧基（-COOH）使其溶于水的能力增強（湯春芳等，2005）。LA是已知的唯一可在水相又可在脂相中溶解的抗氧化劑，能被消化道輕易吸收，可以分布到機體的各個部位發(fā)揮作用，甚至能透過血腦屏障，保護神經(jīng)系統(tǒng)免受氧化損傷（Morini等，2004）。目前對LA的抗氧化性研究主要在4個方面：金屬螯合能力、清除活性氧、再生內(nèi)源性抗氧化劑和修復氧化損傷。LA和DHLA都具有螯合金屬離子及清除活性氧的能力，但體外試驗證實，僅DHLA可以修復氧化損傷，并通過抗氧化劑之間一系列協(xié)同反應使已被利用的其他抗氧化劑（如VC、GSH等）循環(huán)再生（Biewenga等，1997）。

2.1.1 螯合金屬能力 在極化非水溶性溶液中，LA 可與 Mn2+、Cu2+、Zn2+、Cd2+、Pb2+等形成復合物，但不與Fe3+結合；DHLA 可與 Co2+、Ni2+、Zn2+、Cu2+、Pb2+、Hg2+及 Fe3+螯合。 羥自由基（·OH）清除試驗證明，F(xiàn)e2+誘導脫氧核糖氧化損傷，反應體系中加入LA后可奪取與脫氧核糖結合的Fe2+，降低·OH生成量從而減輕脫氧核糖氧化損傷。脂質(zhì)過氧化試驗也證明，在VC+Fe2+體系誘導的氧化反應中（VC表現(xiàn)為促氧化性），LA與VC競爭結合Fe，阻止VC將Fe3+還原為Fe2+，起到保護脂質(zhì)過氧化損傷的作用。對培養(yǎng)的晶狀體上皮細胞Fe代謝進行研究，結果發(fā)現(xiàn)，LA可降低細胞從轉鐵蛋白攝入Fe的量，促進Fe在該蛋白的結合，減弱了細胞質(zhì)內(nèi)Fe的反應性，降低Fe誘導的氧化反應對細胞的損傷（Lodge 等，1998）。

2.1.2 清除ROS LA可以直接清除ROS，例如，·OH、過氧化氫（H2O2）、單線態(tài)氧（1O2）、過氧化亞硝基（·ONOO）和次氯酸（HClO）等，也可以作為氧化還原反應鏈中的阻斷劑參與抗氧化，如與自由基的中間體反應，使這些活性基團無法從周圍的脂質(zhì)中獲取H，阻斷氧化過程。

2.1.3 再生內(nèi)源性抗氧化劑 抗氧化劑在氧化還原過程中被消耗，但是不同抗氧化劑之間通過一系列協(xié)同反應可以循環(huán)再生，提高抗氧化劑的利用效率。

LA增強與GSH相關的酶活性，DHLA能將胱氨酸還原為半胱氨酸，細胞對半胱氨酸吸收能力大于胱氨酸，有利于GSH合成，提高細胞內(nèi)GSH水平。小鼠給予LA可顯著提高組織內(nèi)半胱氨酸含量，最終可恢復腦內(nèi)因衰老而降低的GSH水平（Rezk 等，2004）。LA 是 GSH 中巰基（-SH）的親核基團，能阻止GSH在解毒過程中被ROS氧化為氧化型谷胱甘肽（GSSG），并能持續(xù)提高GSH還原酶的活性（Shila等，2005）；谷胱甘肽還原酶將GSSG還原為GSH時必須有NADPH（煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸）參與，LA在細胞缺乏NADPH的條件下也能轉變?yōu)镈HLA，通過后者還原GSSG：DHLA+GSSG→ LA+2GSH。此外，LA與DHLA作為一對氧化還原劑，具有較低氧化還原電位（-0.32 V），是活性很強的還原劑，即使細胞氧化勢能較低，LA也能轉變?yōu)镈HLA（Moini等，2002）。

2.1.4 修復氧化損傷 對于更新和再生能力低的生物大分子（如蛋白質(zhì)），氧化損傷后的修復則尤為重要。蛋氨酸的某些殘基受到氧化破壞時會導致其失活，這些殘基的修復需要肽-甲硫氨酸亞砜還原酶（PMSR），LA可參與還原PMSR修復蛋氨酸殘基，二氫硫辛酰胺（二氫硫辛酸的結構類似物）可還原硫氧還蛋白酶，后者有利于提高PMSR水平和活性，間接修復氧化導致的蛋氨酸殘基損傷，恢復蛋氨酸活性（Biewenga等，1997）。這種功能對于蛋白質(zhì)等生物大分子受損后修復，維持機體穩(wěn)定性具有重要意義。

2.2 硫辛酸在能量代謝中的應用 三羧酸循環(huán)是糖、脂肪和蛋白質(zhì)3種主要的有機物在體內(nèi)徹底氧化供能的共同通路，被稱為有氧代謝的中樞。LA是三羧酸循環(huán)的兩個重要酶系——丙酮酸脫氫酶復合物和α-酮戊二酸脫氫酶復合物的輔基，在能量代謝中發(fā)揮重要作用。

2.2.1 丙酮酸脫氫酶復合物的輔酶 該酶復合物主要由3種酶組成丙酮酸脫氫酶（E1）、二氫硫辛酰胺乙?；D移酶（E2）和二氫硫辛酰胺脫氫酶（E3）。E2是該酶系的核心酶，LA通過酰胺鍵與賴氨酸殘基共價結合成硫辛酰胺（lipoamide）作E2的輔酶，仿佛一個擺臂在酶復合體之間活動，功能為參與轉?；瑢⑸傻谋嵫趸擊葹橐阴］o酶A（乙酰CoA）進入三羧酸循環(huán)。

2.2.2 α-酮戊二酸脫氫酶復合物的輔酶 該酶復合物也有3個主要的酶：α-酮戊二酸脫羧酶，輔酶為TPP（硫胺素焦磷酸）；二氫硫辛酸琥珀酰基轉移酶，輔酶為LA；二氫硫辛酸脫氫酶，輔酶為FAD（黃素腺嘌呤二核苷酸）。其中二氫硫辛酸琥珀?；D移酶為該酶復合物的核心酶，也是三羧酸循環(huán)中主要的限速酶之一。LA作為該酶的輔基，其功能為將琥珀酰硫辛酰胺的琥珀酰基轉移給CoA，形成琥珀酰CoA。反應過程中，LA和DHLA作為氧化還原劑，將電子從脫氫酶系的底物轉移給NAD+（煙酰胺腺嘌呤二核苷酸），實現(xiàn)電子傳遞。由此可見，在三羧酸循環(huán)乃至糖的氧化代謝的整個過程中，LA都發(fā)揮著舉足輕重的作用。左旋肉堿（L-carnitine）是一種線粒體代謝產(chǎn)物，許多研究表明，它與LA聯(lián)合使用能夠恢復和提高線粒體功能，減弱線粒體氧化應激，增強由于衰老而降低的某些線粒體酶活性，提高線粒體能量產(chǎn)生和利用率，有效改善衰老所致的線粒體功能下降，對保護腦部線粒體功能也有重要作用（Liu等，2002）。 Savitha等（2005）每日給衰老大鼠按每千克體重補充左旋肉堿300 mg和LA 100 mg，30 d后線粒體三羧酸循環(huán)和電子傳遞鏈上的相關酶活性恢復并接近正常水平。

3 硫辛酸在動物上的應用

3.1 在反芻動物上的應用 Rentfrow等（2004）給閹牛飼喂不同劑量的LA后，觀察其對肉品質(zhì)的影響，結果顯示，每千克體重添加量為24 mg時能顯著提高L*（L*是亮度值，此值越大說明肉的顏色越有光澤）；每千克體重添加量為16 mg時，牛肉的Hue angle（Hue angle是衡量肉質(zhì)紅色的指標，此值越小說明肉質(zhì)顏色越偏向紅色）值顯著降低，試驗結果表明LA能改善牛肉色澤。Schmidt等（2005）在育肥閹牛飼糧中按每千克體重添加8 mg和16 mg LA時，16 mg LA添加組極顯著降低了牛肉的沃布氏剪切力，改善了肉質(zhì)嫩度。

3.2 在豬上的應用 Maddock等（2000）在對14頭斷奶仔豬的研究發(fā)現(xiàn)，每千克體重添加56 mg LA飼喂11 d，結果明顯抑制了由脂多糖（LPS）引起的應激性皮質(zhì)醇升高，并且LA組與對照組相比，中性粒細胞（P<0.04）和淋巴細胞計數(shù)（P<0.02）均顯著增加，說明LA對仔豬免疫應答水平有一定的促進作用。

Maddock等（2001）報道，在給仔豬每千克體重補充35 mg和75 mg LA時，對照組ADG和ADFI都顯著高于LA組（P<0.05），原因可能是LA分子中含有二硫鍵，導致飼料風味降低，引起仔豬采食量下降；添加35 mg LA組有降低血糖的趨勢。還有研究表明，每千克體重添加8 mg和15 mg LA，血清中性粒細胞和淋巴細胞計數(shù)極顯著提高（P<0.003），說明LA對仔豬免疫力有一定的促進作用。

Berg等（2003）報道，給48頭雜交豬飼喂高淀粉的飼糧，LA和肌酸一水化合物（CMH）混入玉米粉中添加到飼料中，LA添加組提高了胴體重，顯著增加了45 min后背最長肌的pH值（P=0.029），降低了臀中肌、腰肌的肉質(zhì)黃度，升高了半膜肌的肉質(zhì)紅度，降低了背最長肌24 h后的滴水損失和半膜肌7 d后的凈損失，降低了烹調(diào)損失和沃爾氏剪切力。以上數(shù)據(jù)表明，添加LA改善了豬的肉質(zhì)，增加了pH值，防止肉酸?。晃譅柤羟辛档驼f明肉的嫩度較好。

3.3 在禽上的應用 熱應激下，機體自由基大量生成，細胞膜結構與功能的完整性受到破壞，嚴重影響產(chǎn)蛋雞的生產(chǎn)性能和健康。白兆鵬等（2004）首次將LA應用于熱應激狀態(tài)下產(chǎn)蛋雞，研究發(fā)現(xiàn)，常溫狀態(tài)下，飼料中添加100 mg/kg LA的蛋雞在整個應激期的產(chǎn)蛋率最高，添加400 mg/kg LA時蛋重最大，從整個應激期內(nèi)平均值來看，飼料中添加50 mg/kg和100 mg/kg LA組的料蛋比均低于其他組。從綜合指標看，LA在蛋雞中的適宜添加量為50～100 mg/kg。

楊國宇等（2003）研究了LA對肉仔雞脂肪代謝的影響，結果顯示，日糧中LA添加量為60 mg/kg和100 mg/kg時，血清中總膽固醇、甘油三酯含量顯著下降，游離脂肪酸含量顯著上升（P<0.05）。肝臟脂肪含量隨LA添加量增大呈下降趨勢，證明飼料中添加LA能有效地改善正常肉雞體內(nèi)脂肪代謝。

4 小結

硫辛酸作為一種功能強大的抗氧化劑，在體外以及試驗動物上研究得較多，其抗氧化功能已經(jīng)得到了證實，只是在畜禽上的研究很少。LA抗氧化性能優(yōu)于VC和VE。機體總的抗氧化能力是體內(nèi)各種抗氧化劑與抗氧化酶協(xié)同作用的結果，LA與其他抗氧化劑共同作用可能不僅僅是簡單的加合效應，可能會有協(xié)同作用。隨著研究的進一步深入，LA作為一種優(yōu)良的生物抗氧化劑，其應用前景十分廣闊。

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