陸燦強(qiáng) 舒鄧群 臧一天

(江西農(nóng)業(yè)大學(xué)動(dòng)物科學(xué)技術(shù)學(xué)院，南昌市動(dòng)物健康與安全生產(chǎn)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，南昌330045)

熱應(yīng)激是影響畜禽生產(chǎn)的主要環(huán)境應(yīng)激之一，高溫?zé)釕?yīng)激給畜禽生產(chǎn)造成重大損失；熱應(yīng)激引起畜禽的采食量下降、代謝增強(qiáng)、免疫功能下降，最終造成畜禽生長、生產(chǎn)和繁殖性能下降[1-3]。研究表明，在熱應(yīng)激造成的損傷中，氧化應(yīng)激占主要地位；熱應(yīng)激會(huì)造成畜禽機(jī)體代謝增強(qiáng)，引起活性氧(reactive oxygen species, ROS)的過量積累并造成機(jī)體氧化-抗氧化失衡，發(fā)生氧化應(yīng)激；進(jìn)而引起組織細(xì)胞、蛋白質(zhì)和核酸的氧化損傷[4-5]。熱應(yīng)激狀態(tài)下，機(jī)體可激活核轉(zhuǎn)錄因子E2相關(guān)因子2(nuclear factor erythroid 2-related factor 2，Nrf2)，并上調(diào)其下游的抗氧化酶基因的表達(dá)，從而提高抗氧化酶活性，這有利于提高機(jī)體組織細(xì)胞對(duì)ROS的清除能力[4]；熱應(yīng)激啟動(dòng)熱休克反應(yīng)上調(diào)了熱休克蛋白(heat shock proteins，HSPs)的轉(zhuǎn)錄與表達(dá)，這有利于維持氧化應(yīng)激和蛋白質(zhì)加工之間的平衡以及細(xì)胞結(jié)構(gòu)和內(nèi)環(huán)境的穩(wěn)定[6-7]；而且，ROS和HSPs兩者都可以激活核轉(zhuǎn)錄因子-κB(nuclear transcription factor-κB，NF-κB)進(jìn)而啟動(dòng)免疫和炎癥反應(yīng)[8-10]，加速清除或恢復(fù)熱應(yīng)激引起組織細(xì)胞的氧化損傷。

目前，熱應(yīng)激引起氧化應(yīng)激、熱休克反應(yīng)以及免疫和炎癥反應(yīng)的試驗(yàn)研究常見報(bào)道[1,11-12]；然而，關(guān)于畜禽在熱應(yīng)激條件下機(jī)體內(nèi)氧化應(yīng)激、熱休克反應(yīng)與免疫和炎癥的機(jī)制，并歸納這三者相互關(guān)系的研究卻鮮有報(bào)道。熱應(yīng)激是限制畜禽生產(chǎn)的主要因素，研究熱應(yīng)激狀態(tài)下機(jī)體氧化應(yīng)激、熱休克反應(yīng)與免疫和炎癥反應(yīng)的機(jī)制及三者的相互聯(lián)系，不僅有利于進(jìn)一步認(rèn)識(shí)熱應(yīng)激造成機(jī)體損傷發(fā)生和發(fā)展的過程，還可以為預(yù)防和緩解畜禽高溫?zé)釕?yīng)激提供理論依據(jù)。本文就熱應(yīng)激引起畜禽氧化應(yīng)激、熱休克反應(yīng)與免疫和炎癥反應(yīng)的機(jī)制及三者之間的相互關(guān)系作一綜述。

Oxidative stress：氧化應(yīng)激；Mitochondrial dysfunction：線粒體功能障礙；ROS：活性氧 reactive oxygen species；Nrf2：核轉(zhuǎn)錄因子E2相關(guān)因子2 nuclear factor erythroid 2-related factor 2；HSF1：熱休克因子1 heat shock factor 1；IκB：抑制蛋白κB inhibitory κB；NF-κB：核轉(zhuǎn)錄因子-κB nuclear transcription factor-κB；HO-1：血紅素加氧酶-1 heme oxygenase-1。

1 熱應(yīng)激誘導(dǎo)氧化應(yīng)激的產(chǎn)生

由Kelch樣環(huán)氧氯丙烷相關(guān)蛋白1(Kelch-like ECH-associated protein 1，Keap1)、Nrf2、抗氧化反應(yīng)元件(antioxidant response element，ARE)組成的Keap1-Nrf2-ARE信號(hào)通路是調(diào)節(jié)機(jī)體抗氧化酶系統(tǒng)的重要通路[17]。在基礎(chǔ)生理狀態(tài)下，Nrf2在胞質(zhì)內(nèi)與Keap1結(jié)合組成Keap1-Nrf2復(fù)合體，并通過泛素化降解；在氧化應(yīng)激狀態(tài)下，高水平ROS改變了Keap1的構(gòu)象并引起Keap1-Nrf2復(fù)合體解離，Nrf2得以活化并進(jìn)入細(xì)胞核與ARE結(jié)合，上調(diào)抗氧化酶的基因表達(dá)，提高機(jī)體消除ROS的能力，從而抵抗環(huán)境高溫等因素對(duì)機(jī)體造成的氧化損傷[17-18]。Keap1-Nrf2-ARE信號(hào)通路與熱休克反應(yīng)產(chǎn)生的HSPs在預(yù)防或緩解熱應(yīng)激誘導(dǎo)氧化應(yīng)激對(duì)細(xì)胞和組織損傷方面發(fā)揮著重要作用；而且，Nrf2、熱休克因子1(heat shock factor 1，HSF1)與啟動(dòng)免疫和炎癥反應(yīng)的關(guān)鍵因子NF-κB存在密切聯(lián)系[19-21]。一般而言，機(jī)體存在較強(qiáng)烈或較長時(shí)間氧化應(yīng)激時(shí)，抗氧化防御系統(tǒng)受到破壞、且組織細(xì)胞受損程度超過了HSPs的保護(hù)和修復(fù)能力，這時(shí)Nrf2受到抑制，NF-κB通路被激活并引起炎癥反應(yīng)的可能性更大；而輕度的氧化應(yīng)激則有利于抗氧化酶和HSPs表達(dá)的代償性增加，增強(qiáng)機(jī)體的抗應(yīng)激能力[4]。

2 氧化應(yīng)激和熱休克反應(yīng)

2.1 HSPs的產(chǎn)生

HSPs是機(jī)體處于應(yīng)激狀態(tài)下表達(dá)的分子伴侶蛋白，廣泛存在于胞內(nèi)線粒體、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和細(xì)胞核等細(xì)胞器中；根據(jù)同源程度以及分子質(zhì)量大小，HSPs可分為HSP110、HSP90、HSP70、HSP60、小分子HSPs(HSP27、HSP33等)以及泛素這6個(gè)家族[7,22]；其中HSP70家族在體內(nèi)分布最廣泛、表達(dá)量也最大。HSF1啟動(dòng)熱休克反應(yīng)的關(guān)鍵因子；在基礎(chǔ)生理狀態(tài)下，HSF1以無活性的單體形式存在；而當(dāng)細(xì)胞處于應(yīng)激狀態(tài)時(shí)，3個(gè)HSF1單體結(jié)合形成具有活性的HSF1三聚體，而后進(jìn)入細(xì)胞核與熱休克啟動(dòng)子結(jié)合，上調(diào)HSPs的轉(zhuǎn)錄與表達(dá)[6-7,23]；這在機(jī)體組織細(xì)胞的抗氧化防御體系中起到重要作用。胞內(nèi)ROS和Ca2+參與HSF1的磷酸化以及HSPs表達(dá)的調(diào)節(jié)。研究顯示，熱應(yīng)激增加小鼠肺臟成纖維細(xì)胞ROS的產(chǎn)生，ROS可介導(dǎo)p38 MAPK的活化，而p38 MAPK磷酸化后可誘導(dǎo)HSP70和HSP27的表達(dá)[24-25]。線粒體是調(diào)節(jié)胞內(nèi)Ca2+濃度的主要細(xì)胞器[26]，也是ROS的靶器官之一[16,27]；線粒體脂質(zhì)膜易受到ROS的攻擊并出現(xiàn)脂質(zhì)過氧化反應(yīng)，造成線粒體膜的流動(dòng)性下降；而且，脂質(zhì)過氧化反應(yīng)及其產(chǎn)物(丙二醛)破壞了線粒體完整性，導(dǎo)致線粒體膜上的Ca2+-ATP激酶活性降低，最終引起胞內(nèi)Ca2+濃度增加[28]。而Ca2+通過活化鈣調(diào)蛋白激酶(calcium-activated calmodulin，CaM)，進(jìn)而影響HSF1的磷酸化過程[29]；體外試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，上調(diào)CaM的表達(dá)提高了小鼠胚胎成纖維細(xì)胞HSF1的活性和HSP72的表達(dá)[30]。綜上所述，氧化應(yīng)激因子(ROS)以及胞內(nèi)Ca2+參與了HSF1的磷酸化以及HSPs表達(dá)的調(diào)節(jié)。

2.2 HSPs在氧化應(yīng)激中的作用

HSPs的分子伴侶功能：熱應(yīng)激常引起細(xì)胞生理狀態(tài)發(fā)生變化、亞細(xì)胞器功能的紊亂，內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中的未折疊蛋白或錯(cuò)誤折疊蛋白積累過量；HSPs發(fā)揮分子伴侶功能協(xié)助多肽的正確折疊和加工，并引導(dǎo)異?；蜃冃缘鞍捉到猓S持熱應(yīng)激狀態(tài)下細(xì)胞結(jié)構(gòu)和內(nèi)環(huán)境的穩(wěn)定[6-7,31]。如內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上HSP27、HSP33可發(fā)揮分子伴侶功能，維持氧化應(yīng)激和蛋白質(zhì)加工之間的平衡能；而且，HSP27磷酸化后能與肌節(jié)的結(jié)構(gòu)蛋白、細(xì)胞骨架結(jié)合，緩解了細(xì)胞因氧化應(yīng)激而造成的肌球蛋白裂解和細(xì)胞死亡[31-32]。

HSPs的抗氧化作用：熱應(yīng)激破壞線粒體結(jié)構(gòu)完整性，導(dǎo)致呼吸鏈?zhǔn)艿揭种疲a(chǎn)生大量的ROS，ROS可以刺激HSPs的產(chǎn)生[29]。HSPs的抗氧化作用包括2方面：一是抑制線粒體呼吸中還原型煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸(NADPH)氧化酶的活性，減少ROS的產(chǎn)生[7]；二是直接或間接刺激內(nèi)源性抗氧化酶的產(chǎn)生，如HSP27可以促進(jìn)谷胱甘肽自身的氧化還原循環(huán)過程，提高還原型谷胱甘肽的水平，調(diào)節(jié)機(jī)體ROS的平衡[33]。HSP70在體內(nèi)分布最廣泛，熱應(yīng)激增加了HSP70，有助于提高細(xì)胞的熱耐受性[12,34]。另外，HSP70具有抗細(xì)胞凋亡作用；HSP70可調(diào)節(jié)B淋巴細(xì)胞瘤-2(blymphocyte tumor-2，Bcl-2)的表達(dá)，而Bcl-2通過穩(wěn)定線粒體膜和抑制半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶3(caspase-3)的釋放而起到了抗凋亡作用[35]。

3 氧化應(yīng)激與免疫和炎癥反應(yīng)

3.1 免疫和炎癥的激活

NF-κB最初作為淋巴細(xì)胞中免疫球蛋白κ輕鏈基因轉(zhuǎn)錄所需的核內(nèi)轉(zhuǎn)錄因子而被發(fā)現(xiàn)；后來證明，NF-κB是一種幾乎存在于所有細(xì)胞的轉(zhuǎn)錄因子，廣泛參與機(jī)體的防御反應(yīng)、細(xì)胞凋亡及其他應(yīng)激反應(yīng)[9]。NF-κB的激活與Nrf2相似；在基礎(chǔ)生理狀態(tài)下，NF-κB在胞質(zhì)內(nèi)與其抑制蛋白κB(inhibitory κB，IκB)結(jié)合形成無活性的復(fù)合物；在熱應(yīng)激狀態(tài)下，IκB經(jīng)磷酸化后與NF-κB解離，NF-κB得以活化并進(jìn)入細(xì)胞核與靶基因結(jié)合，發(fā)揮轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)作用，導(dǎo)致各種炎癥因子的產(chǎn)生，從而啟動(dòng)炎癥反應(yīng)[23]。輕度的氧化應(yīng)激主要通過激活Keap1-Nrf2通路來提高機(jī)體的抗氧化防御系統(tǒng)；但機(jī)體出現(xiàn)較強(qiáng)烈或較長時(shí)間應(yīng)激時(shí)，NF-κB通路激活并引起炎癥反應(yīng)的可能性更大[4]。

3.2 氧化應(yīng)激引起免疫和炎癥反應(yīng)的途徑

氧化應(yīng)激的主要因子(ROS)可通過Toll樣受體(Toll-like receptors，TLRs)識(shí)別來啟動(dòng)炎癥反應(yīng)；TLRs主要表達(dá)于單核細(xì)胞、巨噬細(xì)胞、樹突狀細(xì)胞等，是免疫細(xì)胞表面的模式識(shí)別受體；不僅能識(shí)別病原相關(guān)分子模式(pathogen associated molecular patterns，PAMPs)，也能識(shí)別因氧化應(yīng)激而出現(xiàn)的損傷相關(guān)分子模式(damage associated molecular patterns，DAMPs)并誘導(dǎo)巨噬細(xì)胞的活化，啟動(dòng)免疫反應(yīng)[36-37]。因此，氧化應(yīng)激狀態(tài)下，ROS的過表達(dá)從而被TLRs識(shí)別；ROS能通過TLR2-髓樣分化因子88-NF-κB途徑，啟動(dòng)下游炎性基因的表達(dá)，產(chǎn)生白細(xì)胞介素-1(IL-1)、白細(xì)胞介素-6(IL-6)和腫瘤壞死因子-α(TNF-α)等炎性因子，調(diào)節(jié)機(jī)體的免疫功能[38]。ROS也能啟動(dòng)Nalp-3炎性復(fù)合體(NACHT-LRR-PYD-containing protein3，Nalp-3)組裝和活化引起炎癥反應(yīng)；Nalp-3由Nalp-3蛋白、接頭蛋白和效應(yīng)蛋白半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶-1(caspase-1)組成，是胞內(nèi)模式識(shí)別受體[39]。在氧化應(yīng)激狀態(tài)下，線粒體持續(xù)生成的ROS可以通過活化NF-κB而后激活Nalp-3[40]；此外，ROS也可活化ERK信號(hào)通路激活Nalp-3；激活的Nalp-3炎性復(fù)合體能促進(jìn)白細(xì)胞介素-1β(IL-1β)和白細(xì)胞介素-18(IL-18)的成熟，從而啟動(dòng)炎癥反應(yīng)。另外，革蘭氏陰性菌細(xì)胞壁的脂多糖(lipopolysaccharide，LPS)等具有病原體相關(guān)分子模式，也是誘導(dǎo)機(jī)體炎癥反應(yīng)的因素之一。熱應(yīng)激會(huì)使動(dòng)物腸道產(chǎn)生的LPS通過腸黏膜屏障轉(zhuǎn)移到機(jī)體其他部位，而使血液中LPS水平的升高[41]。LPS進(jìn)入血液后，與結(jié)合蛋白、特異性受體結(jié)合形成復(fù)合物后可被單核細(xì)胞、巨噬細(xì)胞識(shí)別，進(jìn)而通過NF-κB路徑啟動(dòng)炎癥反應(yīng)[42]。

總之，氧化應(yīng)激的主要因子(ROS)可通過NF-κB或Nalp-3誘導(dǎo)免疫炎癥發(fā)生[39-40,43]；而熱應(yīng)激對(duì)免疫功能影響，因機(jī)體氧化應(yīng)激程度而異。輕度的氧化應(yīng)激對(duì)免疫系統(tǒng)起到積極效應(yīng)，能夠提高機(jī)體對(duì)外界環(huán)境的適應(yīng)性；當(dāng)機(jī)體遭受較強(qiáng)烈或較長時(shí)間的熱應(yīng)激時(shí)，大量內(nèi)源性ROS以及由腸道轉(zhuǎn)移到機(jī)體內(nèi)的LPS可誘發(fā)免疫和炎癥反應(yīng)[42]。氧化應(yīng)激與免疫系統(tǒng)可通過Nrf2和NF-κB等因子進(jìn)行相互調(diào)節(jié)，Nrf2和NF-κB在組織中的表達(dá)保持著微妙平衡；NF-κB的輕度表達(dá)可刺激Nrf2的表達(dá)代償性增加，而當(dāng)應(yīng)激刺激過于強(qiáng)烈，這種平衡被打破，NF-κB過表達(dá)則會(huì)抑制Nrf2[4,20]。此外，熱休克反應(yīng)與NF-κB也存在密切聯(lián)系[19,23]。

4 熱休克反應(yīng)與免疫和炎癥反應(yīng)

胞內(nèi)HSF1及其下游表達(dá)的HSPs具有抑制炎癥的作用。HSF1可能競爭性抑制NF-κB介導(dǎo)的炎癥過程[23]；通過基因敲除技術(shù)發(fā)現(xiàn)，缺失HSF1基因的小鼠，增加了LPS引起的炎性因子(TNF-α、IL-6)的表達(dá)[44]；即HSF1基因的缺失會(huì)提高NF-κB的活性，加速炎癥反應(yīng)的發(fā)展；這間接表明了HSF1具有抑制炎癥的作用。而且，HSPs也能感知胞內(nèi)炎癥信號(hào)變化并作出應(yīng)答；如HSP70與核因子抑制蛋白α(IκBα)相結(jié)合，抑制NF-κB通路從而抑制炎癥反應(yīng)[45]。另外，細(xì)胞質(zhì)內(nèi)存在一種NF-κB的自然抑制因子I-κ，通常I-κ在胞漿內(nèi)以與NF-κB結(jié)合或非結(jié)合的形式存在，熱休克應(yīng)答可誘導(dǎo)I-κ基因表達(dá)，進(jìn)而間接下調(diào)炎性因子的產(chǎn)生[19,23]。此外，HSPs具有免疫效應(yīng)。當(dāng)出現(xiàn)較為強(qiáng)烈的熱應(yīng)激時(shí)，HSPs從細(xì)胞內(nèi)分泌后釋放到胞外；同時(shí)，氧化應(yīng)激造成的細(xì)胞壞死也會(huì)引起胞外熱休克蛋白(extracellular heat shock protein，eHSP)的增加[46]。eHSP70是目前已知的胞外熱休克蛋白主要成分；eHSP70可作為抗原肽的高效載體分子，在抗原遞呈、激活淋巴細(xì)胞、巨噬細(xì)胞和樹突細(xì)胞等過程有重要作用[46-47]。值得注意的是，eHSP70可作為細(xì)胞壞死、組織損傷等危險(xiǎn)信號(hào)激活免疫系統(tǒng)；eHSP70可被TLR2/4識(shí)別并激活髓樣分化因子88-NF-κB通路，從而調(diào)節(jié)免疫系統(tǒng)合成和釋放多種炎性因子(TNF-α、IL-1β、IL-6)[45-46]。

總之，HSPs對(duì)免疫和炎癥反應(yīng)可表現(xiàn)出雙重的調(diào)節(jié)作用。一方面，HSPs可感知并抑制胞內(nèi)的炎癥反應(yīng)，提高細(xì)胞的存活能力；另一方面，eHSPs可作為危險(xiǎn)信號(hào)刺激免疫系統(tǒng)釋放炎性因子，加速炎癥反應(yīng)的發(fā)展以利于受損組織細(xì)胞的恢復(fù)或清除。

5 氧化應(yīng)激、熱休克反應(yīng)與免疫和炎癥反應(yīng)的相互關(guān)系

氧化應(yīng)激、熱休克反應(yīng)與免疫和炎癥反應(yīng)之間維持著動(dòng)態(tài)平衡，這對(duì)于維持熱應(yīng)激畜禽機(jī)體的穩(wěn)態(tài)起到重要的作用。一方面，熱應(yīng)激引起胞內(nèi)ROS水平和Ca2+濃度升高，ROS和Ca2+可促發(fā)HSF1的磷酸化以及調(diào)節(jié)HSPs表達(dá)[29]；HSPs的上調(diào)有利于保護(hù)機(jī)體免受氧化損傷，且HSPs可分泌或釋放到胞外并參與到免疫和炎癥反應(yīng)過程中[7,46]。另一方面，氧化應(yīng)激因子(ROS)通過TLRs和Nalp-3激活免疫系統(tǒng)[39-40]，加速炎癥反應(yīng)或免疫修復(fù)過程。而炎癥反應(yīng)上調(diào)了ROS水平也會(huì)加劇氧化應(yīng)激程度，過量的ROS則會(huì)引起免疫細(xì)胞氧化損傷、進(jìn)一步降低機(jī)體免疫功能。Nrf2通路與熱休克反應(yīng)在一定程度上可緩解熱應(yīng)激引起的氧化應(yīng)激[7,48]；而且，Nrf2、HSF1和NF-κB三者存在密切關(guān)聯(lián)(圖1)，共同維持氧化應(yīng)激、熱休克反應(yīng)與免疫和炎癥反應(yīng)之間平衡，以利于組織細(xì)胞適應(yīng)各種形式的氧化應(yīng)激。

其一，出現(xiàn)氧化應(yīng)激時(shí)，機(jī)體組織通過激活Nrf2上調(diào)抗氧化酶水平，加快消除過多的ROS，從而減少ROS介導(dǎo)的NF-κB激活[12,20]；而且，Nrf2可以阻止IκBα的降解，從而干擾NF-κB核轉(zhuǎn)位和促炎基因的轉(zhuǎn)錄[20]。反之，NF-κB可以調(diào)節(jié)Nrf2及其下游抗氧酶基因表達(dá)；p65(NF-κB的亞基)過表達(dá)能夠幫助Keap1的累積[21]，進(jìn)而起到抑制Nrf2的作用。其二，HSF1可能通過競爭性抑制NF-κB介導(dǎo)的炎癥過程[44]；然而，NF-κB對(duì)HSF1是否存在負(fù)調(diào)控作用，即免疫炎癥反應(yīng)對(duì)熱休克反應(yīng)的調(diào)控作用，目前還缺乏足夠的認(rèn)識(shí)。其三，HSF1和Nrf2兩者普遍表現(xiàn)出抗應(yīng)激刺激效應(yīng)；盡管沒證據(jù)顯示HSF1與Nrf2存在直接的關(guān)聯(lián)，但兩者存在共同的靶基因；HSF1與Nrf2的活化均可上調(diào)血紅素加氧酶1、接頭蛋白p62和HSPs轉(zhuǎn)錄基因的表達(dá)[48-49]，提高細(xì)胞應(yīng)對(duì)有害刺激的存活能力；而且，p62的聚集可以激活Nrf2通路[50]，HSF1可能通過p62間接影響到Nrf2，但具體的機(jī)制尚未見報(bào)道。另外，通過基因敲除手段發(fā)現(xiàn)，HSF1激活的誘導(dǎo)劑濃度高于Nrf2激活誘導(dǎo)劑的濃度[48]；這提示Keap1-Nrf2通路的激活可能優(yōu)先于HSF1。

總之，維持氧化應(yīng)激、熱休克反應(yīng)與免疫和炎癥反應(yīng)之間的平衡是畜禽熱應(yīng)激防治的關(guān)鍵點(diǎn)；而且，氧化應(yīng)激狀態(tài)下HSF1、Nrf2與NF-κB相互緊密關(guān)系的闡明，有助于通過相應(yīng)技術(shù)手段緩解熱應(yīng)激；其中，利用飲食等營養(yǎng)調(diào)控措施以維持三者之間的平衡從而緩解畜禽熱應(yīng)激的研究多有報(bào)道。

6 營養(yǎng)調(diào)控措施

6.1 維生素

維生素A、維生素E和維生素C是動(dòng)物機(jī)體內(nèi)主要的外源性抗氧化劑，能有效清除機(jī)體新陳代謝中產(chǎn)生的ROS，預(yù)防或緩解熱應(yīng)激引起氧化應(yīng)激對(duì)畜禽機(jī)體的損傷[51]。研究發(fā)現(xiàn)，維生素A通過Nrf2-谷胱甘肽過氧化物酶1(GPx1)-NF-κB緩解奶牛乳腺上皮細(xì)胞氧化應(yīng)激；維生素A激活Nrf2信號(hào)通路上調(diào)GPx1，而GPx1對(duì)抑制蛋白κB激酶和p65有抑制作用，能減少NF-κB的激活以及下游炎性因子的表達(dá)，最終減緩熱應(yīng)激造成細(xì)胞的氧化損傷[52]。維生素E能將畜禽體內(nèi)產(chǎn)生的ROO-自由基轉(zhuǎn)化為ROOH，發(fā)揮抗氧化作用[53-54]；此外，維生素E也是細(xì)胞膜脂質(zhì)的組成成分，可有效清除細(xì)胞膜上的ROS，減緩細(xì)胞膜中多不飽和脂肪酸的氧化[55]。維生素C可緩解熱應(yīng)激引起機(jī)體的氧化損傷，其作為電子供體，發(fā)揮還原劑功效，并可協(xié)助維生素E發(fā)揮抗氧化功能[54]；另有研究指出，維生素C能減少ROS的產(chǎn)生，從而緩解熱應(yīng)激引起的HSPs的過表達(dá)[56]。飼糧中添加維生素C，可改善熱應(yīng)激家禽高生產(chǎn)性能、繁殖性能以及產(chǎn)品品質(zhì)等[56]，但其抗熱應(yīng)激機(jī)制有待進(jìn)一步研究。

6.2 礦物元素

6.3 植物提取物

白藜蘆醇、姜黃素和甜菜堿等植物提取物，具有抗氧化、抗炎和緩解應(yīng)激等多種生物功能。白藜蘆醇可能通過Nrf2、NF-κB等通路發(fā)揮生物效應(yīng)[12,61-62]。Sahin等[62]報(bào)道，熱應(yīng)激使鵪鶉肝臟內(nèi)Nrf2的表達(dá)明顯下調(diào)；通過補(bǔ)充白藜蘆醇(400 mg/kg)能上調(diào)熱應(yīng)激鵪鶉肝臟中Nrf2的表達(dá)，提高SOD、CAT和GPx活性。此外，也有報(bào)道指出，白藜蘆醇能下調(diào)熱應(yīng)激烏骨雞空腸組織NF-κB的表達(dá)，改善熱應(yīng)激對(duì)腸黏膜的損傷[12]。白藜蘆醇可能通過降低IKK活性，阻止IκB的磷酸化，進(jìn)而抑制NF-κB的活化[63]。姜黃素通過MAPK-Nrf2-ARE信號(hào)通路緩解熱誘導(dǎo)雞胚成纖維細(xì)胞的氧化應(yīng)激[64]；姜黃素也可激活Nrf2介導(dǎo)的抗氧化酶系統(tǒng)，減輕熱應(yīng)激肉雞肝臟氧化損傷[65]。甜菜堿具有促進(jìn)畜禽動(dòng)物生長、緩解應(yīng)激等作用；甜菜堿可通過維持細(xì)胞滲透壓、調(diào)節(jié)細(xì)胞電解質(zhì)平衡等生物學(xué)效應(yīng)[66]，進(jìn)而起到緩解動(dòng)物熱應(yīng)激作用；且體外試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，甜菜堿通過減少ROS的產(chǎn)生來保護(hù)牛乳腺上皮細(xì)胞免受熱應(yīng)激誘導(dǎo)的氧化損傷和細(xì)胞凋亡[67]。因此，利用植物提取物調(diào)節(jié)機(jī)體氧化應(yīng)激、熱休克反應(yīng)和免疫反應(yīng)之間的平衡，可為防治畜禽熱應(yīng)激提供新思路。

6.4 其他

腸道是熱應(yīng)激的主要靶器官，熱應(yīng)激誘導(dǎo)的氧化應(yīng)激會(huì)引起造成腸道的損傷，如ROS攻擊腸黏膜蛋白上的巰基，引起功能性蛋白的活性下降甚至功能喪失[68-69]；而且，過氧化反應(yīng)產(chǎn)物(丙二醛)破壞腸上皮細(xì)胞的緊密連接，增加腸黏膜屏障的通透性[70]。氨基酸營養(yǎng)物質(zhì)如谷氨酰胺(glutamine，Gln)[71-72]和益生菌(地衣芽孢桿菌、植物乳桿菌、枯草芽孢桿菌等)[73-75]可改善熱應(yīng)激對(duì)動(dòng)物腸道的負(fù)面影響。

Gln可作為能源物質(zhì)滿足腸上皮細(xì)胞和淋巴細(xì)胞的增殖分化的需要，維持腸道正常的功能；動(dòng)物長期處于熱應(yīng)激時(shí)，內(nèi)源性Gln無法滿足機(jī)體的需求，補(bǔ)充Gln對(duì)改善腸道屏障能產(chǎn)生一定的積極效應(yīng)[72]。有研究認(rèn)為，Gln可能通過PI3K-Akt或NF-κB通路調(diào)節(jié)腸上皮細(xì)胞緊密連接結(jié)構(gòu)，減少應(yīng)激引起腸道黏膜通透性的改變[76]。而且，Gln可作為HSPs的誘導(dǎo)劑，上調(diào)HSPs的表達(dá)[77]，進(jìn)而提高機(jī)體的抗應(yīng)激能力。另外，熱應(yīng)激常會(huì)引起動(dòng)物腸道菌群的紊亂；而益生菌能競爭性抑制有害菌群的增殖，維持腸道菌群平衡[78-79]。飼用益生菌能上調(diào)熱應(yīng)激狀態(tài)下，肉雞空腸閉鎖蛋白mRNA的表達(dá)、改善腸絨毛高度[80]；益生菌可能通過減少TLRs-NF-κB通路的激活來緩解腸道炎癥反應(yīng)[75,81]。另外，專家建議，益生菌與植物提取物、酸化劑或酶制劑等組合使用，會(huì)起到“1加1大于2”的應(yīng)用效果[82]，其具體的調(diào)節(jié)氧化應(yīng)激、HSPs表達(dá)以及免疫功能的機(jī)制還缺乏足夠的認(rèn)識(shí)。

7 小 結(jié)

熱應(yīng)激誘發(fā)氧化應(yīng)激是造成畜禽機(jī)體損傷的關(guān)鍵因素，氧化應(yīng)激因子(ROS)和HSPs均可激活免疫和炎癥反應(yīng)；炎癥反應(yīng)上調(diào)ROS水平則可加劇氧化應(yīng)激，而氧化應(yīng)激又會(huì)損傷機(jī)體免疫系統(tǒng)；Nrf2通路和熱休克反應(yīng)在一定程度上可緩解熱應(yīng)激引起的氧化應(yīng)激。本文歸納了熱應(yīng)激誘導(dǎo)畜禽氧化應(yīng)激、熱休克反應(yīng)與免疫和炎癥的機(jī)制及相互關(guān)系，并在此基礎(chǔ)上總結(jié)一些營養(yǎng)調(diào)控緩解熱應(yīng)激的措施。然而，氧化應(yīng)激、熱休克反應(yīng)與免疫和炎癥這三者的更深層次聯(lián)系及其機(jī)制仍有待研究。例如NF-κB能否或如何調(diào)控HSF1，即免疫和炎癥反應(yīng)對(duì)熱休克反應(yīng)的影響？另外，HSF1與Nrf2的上調(diào)都有利于清除ROS，它們是否存在密切聯(lián)系？甚至，它們能否或如何影響線粒體的結(jié)構(gòu)和功能？這些工作將有助于更深入的理解熱應(yīng)激發(fā)生和發(fā)展，并可為緩解畜禽熱應(yīng)激的營養(yǎng)調(diào)控提供新思路。