弓 劍 ， 曉 敏

（內(nèi)蒙古師范大學(xué)生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，內(nèi)蒙古呼和浩特010022）

氧化應(yīng)激是由于促氧化劑的生成和抗氧化系統(tǒng)之間的不平衡導(dǎo)致的。 環(huán)境應(yīng)激（熱、冷）、管理應(yīng)激（分群、運(yùn)輸）、營(yíng)養(yǎng)應(yīng)激（營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)缺乏或不平衡）、代謝應(yīng)激（妊娠、泌乳）以及免疫應(yīng)激（反應(yīng)過(guò)度）等諸多因素均可導(dǎo)致氧化應(yīng)激。其結(jié)果是引起蛋白質(zhì)、脂質(zhì)和DNA 等生物大分子的氧化損傷或破壞，最終影響動(dòng)物的生產(chǎn)性能、生殖機(jī)能、免疫功能、 動(dòng)物產(chǎn)品品質(zhì)以及動(dòng)物健康。 在氧化應(yīng)激對(duì)動(dòng)物的不利影響中， 對(duì)免疫功能尤其是炎癥的影響一直是人們關(guān)注的熱點(diǎn)。 氧化應(yīng)激可通過(guò)激活核因子κB（NF-κB）等信號(hào)通路誘導(dǎo)炎癥，而炎癥反過(guò)來(lái)又可誘導(dǎo)氧化應(yīng)激， 如果氧化應(yīng)激不能被及時(shí)解除， 將會(huì)形成一種氧化應(yīng)激與炎癥之間的惡性循環(huán)， 其結(jié)果是導(dǎo)致不可控或功能異常的炎癥反應(yīng)， 表現(xiàn)為低程度持續(xù)存在的慢性炎癥（Sordillo 和 Raphael，2013）。 研究表明，氧化應(yīng)激誘導(dǎo)的炎癥（尤其是慢性炎癥）是包括動(dòng)脈硬化、糖尿病、肥胖、乳房炎等許多疾病發(fā)生的病理原因（Mattmiller 等，2013）。 因此，了解氧化應(yīng)激的發(fā)生機(jī)制及調(diào)節(jié)因素， 并針對(duì)性地通過(guò)營(yíng)養(yǎng)干預(yù)策略阻止或減緩氧化應(yīng)激的發(fā)生， 對(duì)于優(yōu)化機(jī)體的免疫功能進(jìn)而預(yù)防疾病的發(fā)生具有重要的意義。 多不飽和脂肪酸（PUFA）經(jīng)氧合代謝可生成多種脂質(zhì)代謝產(chǎn)物，統(tǒng)稱為氧化脂質(zhì)，簡(jiǎn)稱氧脂。 氧脂對(duì)炎癥的啟動(dòng)、發(fā)展和消退具有重要的調(diào)節(jié)作用，例如，前列腺素 E2（PGE2）和白三烯 B4（LTB4）具有很強(qiáng)的促炎作用，而 PGD2和脂氧素 A4（LXA4）具有抗炎或促進(jìn)炎癥消退的作用。 近年來(lái)越來(lái)越多的研究證據(jù)表明， 氧脂也具有調(diào)節(jié)細(xì)胞內(nèi)氧化還原狀態(tài)的作用，其中，一些氧脂能促進(jìn)氧化劑的生成或本身就是活性很強(qiáng)的氧化劑， 而有的氧脂具有抑制促氧化劑生成或促進(jìn)抗氧化劑生成的作用（Mavangira 和 Sordillo，2018）?？梢姡踔纳赡Ｊ讲粌H影響著炎癥的發(fā)展方向， 而且也影響著細(xì)胞的氧化還原狀態(tài)， 提示其在調(diào)節(jié)氧化應(yīng)激和炎癥反應(yīng)的平衡方面起著關(guān)鍵的樞紐作用。 關(guān)于氧脂對(duì)炎癥的調(diào)節(jié)已有許多文獻(xiàn)報(bào)道， 作者在以前的文章中也曾詳細(xì)闡述了氧脂對(duì)炎癥反應(yīng)的調(diào)節(jié)作用 （弓劍和曉敏，2017）。 因此， 本文主要闡述PUFA 代謝產(chǎn)物氧脂對(duì)氧化應(yīng)激的調(diào)節(jié)及其機(jī)制。

1 氧化應(yīng)激概述

幾乎所有的需氧生物在生命活動(dòng)過(guò)程中都會(huì)產(chǎn)生活性氧 （ROS），ROS 是一類含有一個(gè)或多個(gè)未配對(duì)電子的小分子物質(zhì)， 包括自由基和非自由基兩種形式。氧自由基由于具有未配對(duì)的電子，因而極不穩(wěn)定， 始終試圖從其他化合物得到電子而得以完全還原，因而是一類活性很高的氧化劑。此外， 在一氧化氮合酶的催化下，L-精氨酸可以和氧發(fā)生反應(yīng)生成一氧化氮（NO），而NO 和超氧陰離子反應(yīng)可生成過(guò)氧亞硝基陰離子 （ONOO-），盡管這些被稱為活性氮 （RNS） 的活性物質(zhì)不屬于ROS，但也具有很強(qiáng)的促氧化作用。

ROS 和RNS 對(duì)機(jī)體組織和細(xì)胞的功能具有雙重影響，生理濃度下可作為信號(hào)分子介導(dǎo)增殖、分化和代謝適應(yīng)等細(xì)胞活動(dòng)過(guò)程。 盡管在先天免疫系統(tǒng)中，ROS 和RNS 的生成是先天免疫細(xì)胞殺傷入侵病原微生物的一種重要機(jī)制， 但這些物質(zhì)的過(guò)量生成不僅不利于正常的細(xì)胞活動(dòng)， 而且也不利于吞噬細(xì)胞對(duì)病原微生物的殺傷。因此，機(jī)體進(jìn)化出強(qiáng)大的抗氧化系統(tǒng)用以處理ROS 以及RNS 等促氧化劑。 抗氧化系統(tǒng)主要由內(nèi)源性的抗氧化酶和抗氧化劑以及日糧來(lái)源的抗氧化劑組成，酶和非酶抗氧化劑協(xié)同作用，保護(hù)細(xì)胞免受自由基誘導(dǎo)的細(xì)胞和組織損傷。歸納而言，抗氧化系統(tǒng)主要從三個(gè)水平實(shí)現(xiàn)對(duì)自由基的清除。 第一個(gè)水平是通過(guò)清除自由基生成的前體或滅活催化自由基生成的催化劑來(lái)阻止自由基的生成， 主要由超氧化物歧化酶 （SOD）、 谷胱甘肽過(guò)氧化物酶（GSH-Px）、過(guò)氧化氫酶（CAT）和金屬硫蛋白完成；第二個(gè)水平是中斷氧化鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，主要由維生素E、輔酶Q、類胡蘿卜素、維生素A、抗壞血酸和尿酸完成； 第三個(gè)水平是修復(fù)和清除損傷和破壞的生物大分子，主要由脂解酶、蛋白水解酶、DNA修復(fù)酶、連接酶和聚合酶等完成。 然而，在一些特定的條件下（細(xì)胞代謝活動(dòng)增強(qiáng)、炎癥、疾?。?，促氧化劑的生成明顯增強(qiáng)， 同時(shí)可能伴有抗氧化功能的降低， 當(dāng)促氧化劑的生成超過(guò)抗氧化系統(tǒng)的處理能力時(shí)就會(huì)導(dǎo)致氧化應(yīng)激（Valko 等，2007）。

2 氧脂對(duì)氧化應(yīng)激的調(diào)節(jié)作用

PUFA 是一類脂肪酸碳鏈上含有2 個(gè)或2 個(gè)以上雙鍵且碳原子數(shù)為18 ～22 的直鏈脂肪酸。ω-6（n-6）PUFA 包括十八碳二烯酸（LA）和二十碳四烯酸（ARA），ω-3（n-3）PUFA 包括十八碳三烯酸（ALA）、二十碳五烯酸（EPA）、二十二碳六烯酸（DHA）和二十二碳五烯酸（DPA）。由磷脂酶A2（PLA2） 催化從細(xì)胞膜脂質(zhì)釋放出來(lái)的PUFA 經(jīng)相關(guān)酶途徑代謝生成多種氧脂。 此外， 膜脂質(zhì)中處于酯化狀態(tài)的PUFA 也可直接通過(guò)非酶氧化生成少數(shù)氧脂。 氧脂合成的一般機(jī)制是從PUFA 結(jié)構(gòu)中去除敏感的氫原子， 并同時(shí)或隨后插入一個(gè)或多個(gè)氧分子。在酶介導(dǎo)的途徑中，酶活性位點(diǎn)上自由基的形成是必需的，環(huán)氧合酶（COX）的自由基形成于活性位點(diǎn)上的酪氨酸殘基， 而脂氧合酶（LOX）和細(xì)胞色素P450（CYP）表氧化酶的自由基分別形成于活性位點(diǎn)上的非血紅素鐵和血紅素鐵，非酶代謝也遵循類似的機(jī)制（Milne 等，2015）。

2.1 COX 途徑生成的氧脂對(duì)氧化應(yīng)激的調(diào)節(jié)COX 存在組成性表達(dá)的COX-1 和誘導(dǎo)表達(dá)的COX-2 兩種亞型。以 ARA 為底物，COX 途徑生成的氧脂主要為2 系列的前列腺素和血栓素（TX），包 括 PGD2、PGE2、PGF2 和 PGI2 以 及 TXA2和TXB2。 患有乳房炎奶牛的乳腺組織中COX-2 的基因表達(dá)顯著提高， 導(dǎo)致其下游氧脂的生成模式發(fā)生改變（Ryman 等，2015）。許多研究表明，COX-2 活化后可導(dǎo)致ROS 的生成增加，而這與COX-2途徑衍生的氧脂有直接的關(guān)系 （Munoz 等，2015；Cho 等，2011）。 在炎癥期間，PGE2是 COX-2 途徑的主要下游產(chǎn)物，通過(guò)PGE2前列腺（EP）受體介導(dǎo)其作用。 研究表明，在阿爾茨海默癥模型中，大腦PGE2的產(chǎn)生提高了ROS 的生成和氧化應(yīng)激的發(fā)展， 而EP2和EP3受體的缺失降低了這些變化（Montine 等，2002）。對(duì)人肝細(xì)胞的研究發(fā)現(xiàn)，在細(xì)菌脂多糖 （LPS） 誘導(dǎo)下，PGE2生成增加引起的ROS 的生成與EP4受體激活引起的NADPH 氧化酶（NOX）系統(tǒng)的活化有關(guān)（Sancho 等，2011）。 在低硒日糧和抗氧化酶活性下降時(shí)， 患有乳房炎和子宮內(nèi)膜炎奶牛PGE2的生成增加。LPS 誘導(dǎo)的牛子宮內(nèi)膜外植體和上皮細(xì)胞PGE2的生成與EP2和 EP4受體的表達(dá)增強(qiáng)有關(guān)（Herath 等，2009）。 在PG 脫氫酶的作用下，PGE2可降解為無(wú)活性的15-酮基 PGE2（15-keto PGE2）。 因此，可以通過(guò)提高該酶的活性促進(jìn)PGE2的降解進(jìn)而降低其對(duì)ROS 的誘導(dǎo)作用。 也有研究表明，硒添加可上調(diào)PG 脫氫酶的基因表達(dá)（Kaushal 等，2014）。

已知具有血管擴(kuò)張功能的PGI2也具有調(diào)節(jié)氧化應(yīng)激的作用。 在小鼠急性肺損傷模型中，PGI合成酶過(guò)表達(dá)通過(guò)增強(qiáng)抗氧化酶醌氧化還原酶1（NQO1） 的基因表達(dá)來(lái)減緩博來(lái)霉素誘導(dǎo)的氧化應(yīng)激（Zhou 等，2011）。 在小鼠腦損傷模型中，添加PGI2激動(dòng)劑貝前列素鈉提高了PGI 合成酶和PGI受體的基因和蛋白表達(dá)以及PGI2的生成，同時(shí)減緩了鋁誘導(dǎo)的SOD 活性的降低和丙二醛（MDA）生成的提高， 因而減緩了鋁誘導(dǎo)的氧化應(yīng)激（Pan等，2015）。盡管氧化應(yīng)激誘導(dǎo)的COX-2 的活化可提高PGI2的生成， 但同時(shí)氧化應(yīng)激也具有抑制PGI 合成酶的作用。 對(duì)內(nèi)皮細(xì)胞的研究發(fā)現(xiàn)，NO和超氧陰離子反應(yīng)產(chǎn)生的ONOO-可通過(guò)硝?；饔靡种?PGI 合成酶的活性 （Weaver 等，2001）?；加腥榉垦啄膛５呐Ｄ讨幸约盎加凶訉m內(nèi)膜炎奶牛的子宮和血漿中均發(fā)現(xiàn)了NO 的明顯提高（Li等，2010；Blum 等，2000）。

COX 途徑生成的PGD2可經(jīng)脫水反應(yīng)生成15-dPGJ2。 一方面，15-dPGJ2可激活過(guò)氧化物酶體增殖激活受體（PPARs）和抑制 NF-κB 信號(hào)通路下調(diào)COX-2 的基因表達(dá)， 降低促炎氧脂 （如PGE2）的生成，從而減緩氧化應(yīng)激（Brigelius-Flohe和 Flohe，2017；Haskew-Layton 等，2013； Mendez和 LaPointe，2003） 。 另一方面，15-dPGJ2可通過(guò)激活抗氧化基因如血紅素加氧酶-1 （HO-1）、SOD、GSH-Px 以及鐵蛋白的表達(dá)促進(jìn)抗氧化酶和抗 氧 化 劑 的 生 成 （ Shibata，2015；Lutzow 等 ，2008），減緩氧化應(yīng)激。

2.2 LOX 途徑生成的氧脂對(duì)氧化應(yīng)激的調(diào)節(jié)LOX 存在 5-LOX、8-LOX、12-LOX 和 15-LOX 四種亞型，超氧陰離子和H2O2均可使LOX 活化。LA和ARA 經(jīng)LOX 途徑代謝可分別生成羥基過(guò)氧十八碳二烯酸（HpODE）和羥基過(guò)氧二十碳四烯酸（HpETE）， 這些中間代謝產(chǎn)物本身就屬于脂質(zhì)氫過(guò)氧化物， 因而可導(dǎo)致氧化應(yīng)激。 不穩(wěn)定的HpODE 和HpETE 可進(jìn)一步依次代謝為相應(yīng)的羥基衍生物 （HODE 和 HETE） 和酮基衍生物（oxoODE 和oxoETE）。 研究表明，圍產(chǎn)期奶牛表現(xiàn)為氧化應(yīng)激水平的進(jìn)程性提高， 這可能與其乳腺組織中15-LOX 基因表達(dá)的顯著提高有關(guān)（Aitken等，2009）。 患有乳房炎奶牛的乳腺組織中 9-HODE 和 13-HODE 以及 5-oxoETE 的水平顯著提高（Ryman 等，2015），這提示了其上游相應(yīng)的脂質(zhì)氫過(guò)氧化物HpODE 和HpETE 的生成增加。 在牛主動(dòng)脈內(nèi)皮細(xì)胞中，13-HpODE 通過(guò)引起線粒體膜電位的喪失、 細(xì)胞色素c 的釋放和提高線粒體Fe2+的攝取誘導(dǎo)了線粒體 ROS 的產(chǎn)生（Dhanasekaran 等，2005）。在人和大鼠肺內(nèi)皮細(xì)胞和平滑肌細(xì)胞中，15-HETE 誘導(dǎo)了ROS 的生成，主要來(lái)源于線粒體電子傳遞鏈和NOX 系統(tǒng)（Li等，2016）。在吞噬細(xì)胞和上皮細(xì)胞中，氧化應(yīng)激誘導(dǎo)了 5-oxoETE 的生成 （Erlemann 等，2007），而5-oxoETE 作為趨化劑可導(dǎo)致單核細(xì)胞和中性粒細(xì)胞向炎癥部位的遷移， 這些細(xì)胞的呼吸爆發(fā)活動(dòng)進(jìn)一步加劇了氧化應(yīng)激， 因而形成了氧化應(yīng)激與炎癥之間的惡性循環(huán)。

LX 是在炎癥消退階段由ARA 經(jīng)LOX 途徑代謝生成的一類氧脂，包括LXA4和LXB4兩種亞型，目前對(duì)LXA4的功能相對(duì)比較清楚，通過(guò)已知唯一的受體甲酰肽受體2（FPR2）介導(dǎo)其作用，具有促進(jìn)炎癥消退和調(diào)節(jié)氧化應(yīng)激的作用。 在細(xì)胞水平上，通過(guò)抑制NOX 蛋白復(fù)合體的組裝，LXA4能夠直接抑制白細(xì)胞依賴的超氧陰離子的生成（Hachicha 等，1999）。 LXA4對(duì)超氧陰離子生成的抑制作用同樣也表現(xiàn)在其他ROS 和RNS 上，例如，LXA4抑制了中性粒細(xì)胞 H2O2（Weinberger 等，2008）和 ONOO-的生成（Filep 等，2005）。 LXA4還可以通過(guò)提高核因子E2相關(guān)因子（Nrf2）依賴的抗氧化基因的表達(dá)來(lái)調(diào)節(jié)氧化應(yīng)激。 研究表明，LXA4預(yù)處理缺氧再灌注心肌細(xì)胞增強(qiáng)了Nrf2 的核轉(zhuǎn)位，提高了HO-1 的mRNA 和蛋白表達(dá)以及其基因啟動(dòng)子的活性（Chen 等，2013）。

在炎癥消退階段，DHA 經(jīng)LOX 途徑可生成D 系列消退素（RvD）和 MaR，乙?；?COX-2 也可催化DHA 生成阿司匹林觸發(fā)RvD（AT-RvD）。在巨噬細(xì)胞中，RvD1可通過(guò)抑制p47 和 gp91 亞基的裝配和磷酸化抑制NOX 活性， 進(jìn)而抑制ROS 的生成（Lee 和 Surh，2013）。 在嚙齒動(dòng)物急性肺損傷模型中，RvD1和 AT-RvD1激活了 Nrf2 及其下游抗氧化基因的表達(dá) （Posso 等，2018；Zhao等，2016）， 降低了髓過(guò)氧化物酶 （MPO） 的活性（Hu 等，2019）和 RNS 的生成（Wang 等，2011）。 在CCI4誘導(dǎo)的小鼠肝損傷模型中，RvD1通過(guò)提高細(xì)胞內(nèi)還原型谷胱甘肽（GSH）的水平、SOD 的活性和HO-1 的基因表達(dá)發(fā)揮了對(duì)肝臟的抗氧化保護(hù)效應(yīng)（Chen 等，2016）。 研究表明，在小鼠肝損傷（Li 等，2016）、 腎損傷 （Qiu 等，2019） 和皮膚炎（Cezar 等，2019）模型中，MaR1處理顯著降低了超氧陰離子的生成和組織損傷。

2.3 CYP 途徑生成的氧脂對(duì)氧化應(yīng)激的調(diào)節(jié)CYP 途徑生成的氧脂對(duì)氧化應(yīng)激的調(diào)節(jié)作用與其所代謝的底物有很大的關(guān)系。 研究表明，以LA為底物生成的環(huán)氧十八碳烯酸（EpOME）提高了ROS 的生成和促炎反應(yīng)及血管內(nèi)皮細(xì)胞的通透性（Viswanathan 等，2003），而且當(dāng) EpOME 在可溶性環(huán)氧化物水解酶的作用下轉(zhuǎn)變?yōu)槎u基代謝物（DiHOME） 時(shí)， 內(nèi)皮細(xì)胞的通透性進(jìn)一步增強(qiáng)（Slim 等，2001）。 相反， 以 ARA 為底物生成的環(huán)氧二十碳三烯酸（EET）對(duì)內(nèi)皮細(xì)胞及其他細(xì)胞具有抗氧化和抗凋亡的作用 （Dhanasekaran 等，2006）， 這種效應(yīng)與其激活Nrf2 進(jìn)而引起抗氧化酶的基因表達(dá)提高有關(guān)（Liu 等，2015）。 然而，以ARA 為底物生成的另一種氧化脂質(zhì)20-HETE 可提高線粒體ROS 的生成和激活NOX 系統(tǒng)（Han等，2013）。 當(dāng)奶?；加腥榉垦讜r(shí)，牛奶中EpOME的水平提高， 血漿中11，12-EET 的水平降低，牛奶和血漿中20-HETE 的水平提高（Mavangira 等，2015），提示氧化應(yīng)激水平提高。

當(dāng)以EPA 作為底物時(shí)， 經(jīng)CYP 途徑可生成18（R）-羥基過(guò)氧二十碳五烯酸（HpEPE），這一反應(yīng)也可被乙酰化的 COX-2 催化（Serhan，2014）。18（R）-HpEPE 進(jìn)一步在 LOX 的催化下生成具有促進(jìn)炎癥消退的E 系列消退素（RvE）。 有資料表明，RvE 可直接抑制中性粒細(xì)胞中超氧陰離子的生成，這種效應(yīng)主要是通過(guò)抑制NOX 蛋白的組裝進(jìn)而抑制其活性實(shí)現(xiàn)的（Takamiya 等，2012）。

3 總結(jié)

綜上所述，PUFA 代謝生成的氧脂對(duì)氧化應(yīng)激具有重要的調(diào)節(jié)作用，概括而言，主要是通過(guò)調(diào)節(jié)線粒體ROS 的生成、NOX 系統(tǒng)以及氧化還原敏感的信號(hào)通路實(shí)現(xiàn)對(duì)氧化應(yīng)激的調(diào)節(jié)。 在動(dòng)物生產(chǎn)過(guò)程中， 氧化應(yīng)激是影響生產(chǎn)性能及健康的一個(gè)重要因素， 上述研究成果盡管多數(shù)集中于醫(yī)學(xué)領(lǐng)域， 但對(duì)于在動(dòng)物生產(chǎn)過(guò)程中通過(guò)日糧營(yíng)養(yǎng)干預(yù)策略控制氧脂的生物合成進(jìn)而調(diào)節(jié)氧化應(yīng)激具有重要的借鑒意義和參考價(jià)值。 目前僅有為數(shù)不多的研究探討了動(dòng)物（奶牛）在炎癥條件下的氧脂生成模式， 并沒(méi)有針對(duì)性地探討其對(duì)氧化應(yīng)激的調(diào)節(jié)， 而這必將成為通過(guò)調(diào)節(jié)氧化應(yīng)激進(jìn)而優(yōu)化動(dòng)物免疫功能最終避免動(dòng)物疾病發(fā)生和保證動(dòng)物健康的一條新的途徑。