李先強(qiáng)，吳 艷，王家鄉(xiāng)，程詩彬，皮勁松，張 昊，沈濤濤，黃竹林，王孝忠

（1.湖北省農(nóng)業(yè)科學(xué)院畜牧獸醫(yī)研究所，動(dòng)物胚胎工程與分子育種湖北省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖北武漢 430064；2.長江大學(xué)動(dòng)物科學(xué)學(xué)院，湖北荊州 434103；3.武漢民族科技飼料有限公司，湖北武漢 430223；4.湖北省宜昌市動(dòng)物疫病預(yù)防控制中心，湖北宜昌 443005）

在蛋雞養(yǎng)殖過程中，產(chǎn)蛋期分為初產(chǎn)期、高峰期、產(chǎn)蛋后期3 個(gè)時(shí)期，當(dāng)產(chǎn)蛋率降至高峰期的80% 時(shí)便進(jìn)入產(chǎn)蛋后期（約400 日齡）[1]，進(jìn)入產(chǎn)蛋后期蛋雞的生產(chǎn)性能下降、蛋品質(zhì)變差[2]。卵巢在衰老過程中表現(xiàn)為卵泡耗竭和卵母細(xì)胞質(zhì)量下降[3]，進(jìn)而導(dǎo)致卵巢功能持續(xù)下降，家禽繁殖力也不斷下降。在所有導(dǎo)致卵巢衰老的因素中，由于過度排卵產(chǎn)生的活性氧（ROS）積累引起的氧化應(yīng)激是最主要的因素之一，氧化應(yīng)激可引起線粒體損壞、顆粒細(xì)胞凋亡、卵泡衰竭、繁殖性能下降，從而導(dǎo)致產(chǎn)蛋量降低?？寡趸烙到y(tǒng)對氧化應(yīng)激產(chǎn)生調(diào)節(jié)作用，該系統(tǒng)本身也受氧化應(yīng)激的影響，如氧化應(yīng)激對卵母細(xì)胞抗氧化能力的調(diào)節(jié)，故解析產(chǎn)蛋后期氧化應(yīng)激產(chǎn)生的原因與途徑，探明氧化應(yīng)激與抗氧化能力之間的相互作用，是研究產(chǎn)蛋后期產(chǎn)蛋性能下降的一個(gè)重要切入點(diǎn)。本文綜述了產(chǎn)蛋后期蛋雞氧化應(yīng)激產(chǎn)生的機(jī)理及氧化應(yīng)激對蛋雞繁殖性能的影響機(jī)制，為蛋雞衰老過程中抵抗氧化應(yīng)激，緩解蛋雞卵巢衰退，延長蛋雞使用年限，提高蛋雞產(chǎn)蛋量及養(yǎng)殖經(jīng)濟(jì)價(jià)值提供理論依據(jù)。

1 蛋雞產(chǎn)蛋后期氧化應(yīng)激產(chǎn)生的原因及機(jī)理

1.1 氧化應(yīng)激產(chǎn)生的過程 ROS 和活性氮（RNS）包括超氧陰離子自由基、羥基自由基、過氧化氫（H2O2）、過氧亞硝酸鹽和其他過氧化物、一氧化氮和其他因子。ROS 是通過線粒體內(nèi)膜在氧化磷酸化和ATP 生成過程中電子泄露形成[4]。氧化應(yīng)激一般是指內(nèi)源性或外源性刺激導(dǎo)致機(jī)體代謝產(chǎn)生異常而使ROS 和RNS 的量與機(jī)體自身的抗氧化防御體系（主要是各種酶類和非酶類的抗氧化劑）之間失衡造成。而氧化平衡是生物體管理生理活動(dòng)權(quán)衡的重要參照點(diǎn)，并通過氧化應(yīng)激對生殖和衰老的生理活動(dòng)進(jìn)行調(diào)節(jié)[5]。在衰老過程中，由于抗氧化劑水平降低，活性氧生成和清除之間的平衡被打破，從而導(dǎo)致氧化應(yīng)激[6]。

1.2 蛋雞卵巢衰老與氧化應(yīng)激 卵巢作為雌性動(dòng)物生殖系統(tǒng)中最重要的生殖器官，其衰老現(xiàn)象比任何器官出現(xiàn)的時(shí)間都要早[7]，其衰老的標(biāo)志是卵泡耗竭和卵母細(xì)胞質(zhì)量下降[3]，而在蛋雞養(yǎng)殖中，卵巢也更易出現(xiàn)衰老跡象，這種卵巢過早衰老的現(xiàn)象可能并不是由于正常衰老所引起。與家養(yǎng)禽類相比，野生鳥類一般性成熟較晚，產(chǎn)蛋數(shù)量極少，卵巢機(jī)能的衰退速度緩慢[8]，故高產(chǎn)蛋雞卵巢機(jī)能的快速衰退可能與大量排卵有關(guān)[9]。有研究認(rèn)為，年齡相關(guān)的功能紊亂是由于生理上的積累對生物分子造成不可修復(fù)的損傷，這是正常新陳代謝不可避免的副作用，同時(shí)強(qiáng)調(diào)防御修復(fù)能力的重要性[10]。Tarin等[11]首次提出卵巢老化是由于卵母細(xì)胞和顆粒細(xì)胞對抗ROS的能力降低，而ROS 積聚是與衰老相關(guān)的細(xì)胞損傷最重要的生理誘因之一，卵巢長期處于氧化應(yīng)激的微環(huán)境是導(dǎo)致卵巢衰退的主要原因[12]。因過度排卵導(dǎo)致產(chǎn)蛋后期ROS 不斷聚集，生理性ROS 水平被認(rèn)為在卵泡發(fā)生、卵母細(xì)胞成熟和排卵過程中起到維持正常信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑的作用[13]，但高ROS 水平會導(dǎo)致氧化損傷[14]。有研究表明，氧化應(yīng)激與顆粒細(xì)胞功能障礙和凋亡有關(guān)[15-16]；在大鼠體內(nèi)，氧化應(yīng)激可誘導(dǎo)顆粒細(xì)胞凋亡和卵泡閉鎖[17-18]。與哺乳動(dòng)物類似，母雞在衰老過程中由于卵巢氧化應(yīng)激增加，繁殖力也會嚴(yán)重下降[19]。大量研究結(jié)果表明，老齡雞卵巢組織中ROS 水平過高導(dǎo)致竇狀卵泡閉鎖、顆粒細(xì)胞凋亡和繁殖能力降低[15,20-21]。故產(chǎn)蛋后期生產(chǎn)性能和蛋品質(zhì)下降的主要原因是長期產(chǎn)蛋積累的氧化應(yīng)激[22]。

1.3 蛋雞產(chǎn)蛋后期抗氧化機(jī)理 抗氧化劑和氧化劑之間的平衡被認(rèn)為是反映組織或器官抗氧化能力的一個(gè)重要參數(shù)，細(xì)胞內(nèi)ROS 水平與內(nèi)源性抗氧化劑之間的關(guān)系對這一指標(biāo)有重要影響。隨著年齡增長，機(jī)體酶抗氧化防御能力降低從而導(dǎo)致ROS 產(chǎn)生增加，而非酶活性物質(zhì)（抗壞血酸、硫醇和生育酚）似乎不會隨著年齡增長而減少[23]。參與體內(nèi)氧化還原穩(wěn)態(tài)的各種酶系統(tǒng)將ROS 維持在較低水平，保護(hù)組織免受氧化、亞硝基損傷[24]，在維持內(nèi)部環(huán)境中起到重要作用[25]。

細(xì)胞中存在復(fù)雜的清除ROS 的抗氧化系統(tǒng)，參與活性氧解毒過程的常見酶有超氧化物歧化酶（SOD）催化從O2-到O2或H2O2的轉(zhuǎn)化；CAT 催 化H2O2分解為H2O 和O2；和過氧化物酶家族成員有助于減少H2O2和脂質(zhì)過氧化物[5]。另一方面，一氧化氮（NO）被過氧化還原酶（PRDX）和谷胱甘肽過氧化物酶（GSHPX）等酶分解。對于非酶還原能力，谷胱甘肽（GSH）和NAD（P）H 是電子供體，谷胱甘肽可以被氧化形成谷胱甘肽二硫化物（GSSG），GSSG 可以通過谷胱甘肽還原酶利用NAD（P）H 還原回到谷胱甘肽。同時(shí)也存在一些其他活性氧傳感器，如轉(zhuǎn)錄因子核因子Erythroid 2 相關(guān)因子2（Nrf2），也是調(diào)節(jié)細(xì)胞氧化還原狀態(tài)的關(guān)鍵。Nrf2 由阻遏物Kelch 樣ECH 相關(guān)蛋白1（Keap1）組成型表達(dá)，但保持低水平。Keap1 通過泛素-蛋白酶體途徑結(jié)合并促進(jìn)Nrf2 降解。在氧化應(yīng)激下，Keap1 上的半胱氨酸殘基被修飾，由此產(chǎn)生的構(gòu)象變化導(dǎo)致Nrf2 釋放。釋放的Nrf2 隨后被穩(wěn)定并反式定位到細(xì)胞核中，激活抗氧化反應(yīng)元件（ARE）和許多編碼抗氧化蛋白的下游基因，包括硫氧還蛋白（TXN）和谷胱甘肽-二硫還原酶（GSR），其作用是降低細(xì)胞ROS水平[26-27]。

在哺乳動(dòng)物中，衰老導(dǎo)致內(nèi)源性ROS 水平升高和抗氧化防御能力下降，導(dǎo)致細(xì)胞結(jié)構(gòu)中廣泛的氧化損傷，包括膜的脂質(zhì)過氧化、酶失活、蛋白質(zhì)氧化和DNA 損傷[28]，其中抗氧化酶的下調(diào)，特別是線粒體抗氧化酶，會導(dǎo)致ROS 水平升高，導(dǎo)致卵巢氧化損傷[18]。在雞卵巢老化過程中，細(xì)胞內(nèi)巰基氧化還原穩(wěn)態(tài)和細(xì)胞抗氧化防御能力降低，導(dǎo)致卵巢氧化損傷增加，且與年齡相關(guān)的氧化損傷可能隨著年齡增長而使卵巢功能不斷下降[18]。Bodey 等[25]對野生遷徙鳥類氧化狀態(tài)及其變異后果進(jìn)行縱向研究，發(fā)現(xiàn)鳥類平衡其用于對抗氧化應(yīng)激的資源，這種個(gè)體分配權(quán)衡集中于減少ROS 產(chǎn)生的程度，而不是消除或修復(fù)所造成的損害。這也解釋了因過度排卵導(dǎo)致的氧化失衡所致使的卵泡衰竭，從而使老齡雞繁殖功能下降。

2 氧化應(yīng)激對蛋雞繁殖性能調(diào)控機(jī)制研究

禽類的氧化應(yīng)激始于原子水平，化學(xué)反應(yīng)發(fā)生于線粒體，線粒體裂解使卵巢顆粒細(xì)胞凋亡、抗氧化能力減弱，最終導(dǎo)致卵泡衰竭閉鎖，氧化應(yīng)激通過這一過程實(shí)現(xiàn)對老齡雞繁殖性能的影響（圖1）。

圖1 氧化應(yīng)激影響微觀至宏觀過程[29]

2.1 氧化應(yīng)激對顆粒細(xì)胞及其線粒體的影響 作為卵泡內(nèi)數(shù)量、比重、功能最多的細(xì)胞，顆粒細(xì)胞在卵泡成長發(fā)育過程中發(fā)揮重要作用[30]，其中最重要的便是決定卵泡閉鎖。而閉鎖卵泡數(shù)量直接決定蛋雞產(chǎn)蛋率。卵泡閉鎖分為竇閉鎖、基底閉鎖、終末分化凋亡3 種表型，每種都有不同的啟動(dòng)和調(diào)節(jié)機(jī)制，但都涉及顆粒細(xì)胞凋亡[31]。凋亡誘導(dǎo)主要有生存因子、死亡受體和細(xì)胞損傷3 個(gè)方面。生存因子和促凋亡因子之間的微妙平衡保證卵泡發(fā)育和卵巢功能的正常，也影響生殖衰老的程度[3]。而因氧化應(yīng)激而裂解的線粒體正是打破這種平衡的關(guān)鍵性因素。

線粒體是細(xì)胞呼吸的場所，是大多數(shù)細(xì)胞內(nèi)源性活性氧產(chǎn)生的主要場所[32]，同時(shí)也被認(rèn)為是組織老化的起搏器，在老齡動(dòng)物中持續(xù)產(chǎn)生氧和氮的自由基，衰老相關(guān)的細(xì)胞呼吸鏈電子傳遞能力降低，電子不斷泄露產(chǎn)生過量ROS，造成與線粒體功能相關(guān)的氧化損傷[33]，導(dǎo)致卵巢顆粒細(xì)胞凋亡、卵母細(xì)胞退化，進(jìn)而引起廣泛性的氧化應(yīng)激，加劇線粒體功能失常[34]、線粒體DNA氧化損傷[35]等現(xiàn)象，最終導(dǎo)致卵子質(zhì)量下降[36]，影響雞產(chǎn)蛋后期的繁殖性能，故線粒體功能的維持被認(rèn)為是延長繁殖壽命的重要因素。其中線粒體動(dòng)力學(xué)蛋白的改變是導(dǎo)致凋亡的重要原因[37]，氧化應(yīng)激導(dǎo)致線粒體膜裂變，產(chǎn)生大量裂解的線粒體，釋放Cyt-C 和其他凋亡因子[38-39]，激活p53 特異性信號通路，觸發(fā)凋亡機(jī)制[40]，激活半胱天冬酶級聯(lián)蛋白，形成Cyt-C/Apaf1/caspase-9凋亡小體導(dǎo)致Caspase-3 裂解，最終使細(xì)胞凋亡[41]。除衰老因素外，有研究表明，其他因素引起的氧化應(yīng)激也能促使線粒體裂解，熱暴露誘導(dǎo)的氧化應(yīng)激與雞線粒體復(fù)合體的活性被抑制與有關(guān)[42]，NH3的吸入也會導(dǎo)致肉仔雞線粒體膜消失，氧化應(yīng)激增加，并導(dǎo)致線粒體動(dòng)態(tài)蛋白失衡[43]。

在蛋雞衰老的過程中，顆粒細(xì)胞的抗氧化能力也會減弱，煙酰胺腺嘌呤二核苷酸（NADH）、泛醇和細(xì)胞色素C（Cyt-C）氧化還原酶、琥珀酸脫氫酶（SDH）水平下降導(dǎo)致清除自由基的能力降低，導(dǎo)致線粒體中ROS 大量積聚，從而加速顆粒細(xì)胞凋亡進(jìn)程[32,44-45]。生殖衰老與Cu/ZnSOD、MnSOD 和過氧化氫酶（CAT）基因的下調(diào)有關(guān)，主要涉及線粒體的氧化損傷累積[46]。在顆粒細(xì)胞中，抗氧化酶在清除類固醇激素合成過程中產(chǎn)生的超氧陰離子和過氧化氫方面起著至關(guān)重要的作用，可能是導(dǎo)致ROS 水平升高的原因。

2.2 氧化應(yīng)激對卵母細(xì)胞抗氧化能力的影響 氧化應(yīng)激對繁殖性能的影響不僅對卵母細(xì)胞有直接作用，隨著機(jī)體衰老，卵母細(xì)胞抗氧化能力下降，清除ROS 能力減弱，積聚的ROS 將會對抗氧化系統(tǒng)造成進(jìn)一步破壞，加劇氧化損傷。在人卵巢中，SODs、CAT 和GSSPx 的活性確保了對ROS 的有效清除作用，從而阻止它們迅速擴(kuò)散到卵母細(xì)胞中，SOD 和CAT 活性的年齡依賴性變化導(dǎo)致CAT/SOD 比率降低，GSSPx/SOD 比率略有下降，活性氧清除效率降低[47]。而在老年小鼠的排卵成熟卵母細(xì)胞中，GSH 和GST 水平降低，推測可能與SOD活性有關(guān)[48]。Lim 等[18]也驗(yàn)證了小鼠卵巢抗氧化防御能力隨年齡增長而降低，氧化損傷增加的假說。除此以外，有研究發(fā)現(xiàn)來自老年小鼠的卵母細(xì)胞中，一些抗氧化基因的表達(dá)降低，包括Sod1、Glrx1、Gclm、Gsr、GLRX 相關(guān)蛋白和Txn1[49-50]。在禽類中，Liu 等[22]研究發(fā)現(xiàn)，在蛋雞的自然衰老過程中，Nrf2/HO-1 途徑被下調(diào)。番茄紅素通過激活Nrf2/HO-1 途徑來減輕D-Gal誘導(dǎo)的衰老和自然衰老卵巢中的氧化應(yīng)激。GUO[51]研究表明，日糧中添加丙二醛（MDA）可以提高血清總超氧化歧物酶（T-SOD）活性、肝臟和空腸CAT 活性，提高蛋雞的抗氧化能力，有助于提高蛋雞的生產(chǎn)性能。綜上可知，SOD、GSH-Px 和CAT 等抗氧化酶活性是消除活性自由基的保護(hù)性反應(yīng)的重要因素[52]。在產(chǎn)蛋后期雞卵巢中，若其活性降低，過量的自由基會影響功能蛋白、不飽和脂肪酸和核酸，從而對機(jī)體功能造成氧化損傷，導(dǎo)致生殖性能下降[22]。

2.3 促性腺激素對氧化應(yīng)激的影響 卵泡刺激素（FSH）和黃體生成素（LH）的分泌由下丘腦衍生的促性腺激素釋放激素（GnRH）刺激，通過下丘腦-垂體-卵巢軸（HPG 軸）的反饋回路提供控制卵泡選擇和優(yōu)勢的主要機(jī)制[40]。促性腺激素在促進(jìn)卵泡發(fā)育、閉鎖、排除的過程中起到重要作用，在哺乳動(dòng)物中，雌激素（E2）和FSH 可作用于下丘腦和垂體，并調(diào)節(jié)卵巢卵泡和卵子的生成[53-54]，卵巢老化的過程伴隨著雌激素的顯著減少。研究表明在小鼠體內(nèi)E2能激活抗氧化酶SOD、CAT 和GPx 的表達(dá)[55]。E2在SOD、CAT、GPx 等 抗氧化劑mRNA 表達(dá)中起著積極的作用。雌激素缺乏會降低SOD，增加超氧陰離子自由基，并導(dǎo)致抗氧化酶調(diào)節(jié)活性氧的生成[56]。有研究發(fā)現(xiàn)，促性腺激素可能不是產(chǎn)蛋后期家禽卵巢機(jī)能衰退的主要因素[57]。產(chǎn)蛋量的正常下降與母雞黃體生成素高峰之間的間隔變化無關(guān)[58]。然而Niranjan 等[59]研究認(rèn)為E2在氧化應(yīng)激過程中起重要作用，E2分泌減少，緩解卵巢氧化應(yīng)激的作用也會降低[60]，而三苯氧胺作為一種抗氧化劑，通過降低雌激素受體α降低氧化應(yīng)激。綜上所述，在蛋雞衰老過程中，促性腺激素可能在排卵過程中有階段性分泌高峰，但其是否影響卵巢衰退仍需進(jìn)一步研究。

3 結(jié) 語

產(chǎn)蛋后期蛋雞產(chǎn)蛋率下降主要是卵巢衰老造成，而雞卵巢衰老的標(biāo)志是卵巢卵泡數(shù)量減少和卵子質(zhì)量下降，其主要原因是過度排卵引起產(chǎn)蛋后期細(xì)胞內(nèi)大量ROS 的積聚引起的氧化應(yīng)激。蛋雞在產(chǎn)蛋后期，卵巢組織中ROS 積聚，卵巢組織抗氧化能力降低、顆粒細(xì)胞凋亡、線粒體損傷、氧化應(yīng)激加劇從而導(dǎo)致產(chǎn)蛋量下降，縮短了種雞的使用年限，影響?zhàn)B殖收益。