硒和硒蛋白对猪和家禽免疫反应影响的研究进展

张 娟，李福泉，林建和

（内江职业技术学院，四川内江 641100）

硒是人和动物的必需微量元素，是硒蛋白的重要组成部分，对人和动物具有重要的生理功能。谷胱甘肽过氧化物酶（GSH-Px）是最早发现的硒蛋白，它含有至少一种硒代半胱氨酸。Lubos等（2011）认为，哺乳动物谷胱甘肽过氧化物酶（GSH-Px）有8种，包括5种硒代半胱氨酸酶（GPX1、GPX2、GPX3、GPX4和 GPX6）和 3种催化位点上有半胱氨酸的（GPX5、GPX7和GPX8）。GPX1是哺乳动物最丰富的硒蛋白，作为一种有效的抗氧化剂可以在细胞中清除过氧化氢，保护细胞免受氧化损伤，预防疾病，维持健康。

硒蛋白的合成受机体硒的可利用性调控，当可利用硒受到限制时，硒蛋白的合成会以牺牲其 他 硒 蛋 白 为 代 价（Seyedali和 Berry，2014）。Koller和Exon（1986）报道，缺乏硒猪会患有白肌病和桑葚心，鸡会患有肝坏死和肌肉营养不良。在家禽和猪生产中，一些严重和常见的疾病都具有传染性，可以通过营养调节免疫系统来降低病原体的感染。本文将重点介绍硒在其中的作用，并描述硒对抵抗力和恢复力的调控机制。

1 硒的来源

一般来说硒并不是植物和真菌的必需微量元素，但其能将土壤中矿物质形式的硒转化为各种有机形式，如硒代蛋氨酸和硒代半胱氨酸，动物可以通过它们获得硒源。但动物对硒的需求往往高于内源性水平，通常会在饲料中额外补充硒。目前，在动物营养中应用的硒主要分为无机硒源（如亚硒酸钠和硒酸盐）和有机硒源（如酵母硒和合成的硒代蛋氨酸及其类似物），其中有机硒的吸收不受机体调控，具有很高的生物利用率（Burk和Hill，2015）。无机硒有一些缺点，如与其他矿物质交互效益、毒性相对较高、低吸收效率及无法建立和维持体内储备（Surai和 Fisinin，2016）。

硒代蛋氨酸是人类饮食和动物日粮中的一种天然形式，一旦摄入会通过肠道内的蛋氨酸转运体吸收，进入蛋氨酸池。硒的代谢主要发生在肝脏，通过蛋氨酸循环和转硫途径产生硒代半胱氨酸，作为一种短暂的形式迅速转化为可用于动物硒蛋白合成的硒化物（Burk和Hill，2015）。在比较有机硒与无机硒在畜禽硒生物利用率方面的差异时，硒代蛋氨酸作为有机硒的主要来源受到广泛关注，它代表了非特异性硒池的主要形式，是一种安全的动物硒存储形式，可以在缺硒的情况下释放（Burk和 Hill，2015）。相反，硒代半胱氨酸是硒蛋白中硒的特异性池。所有的硒必须转化为独特的中间硒化物，从头合成硒代半胱氨酸纳入硒蛋白。换句话说，日粮硒代半胱氨酸不能直接用于硒蛋白合成。硒一旦转化为硒化物就可以进入特异性的、专用的硒蛋白翻译途径，这是一种复杂的机制。因此，硒代半胱氨酸被认为是第21种氨基酸（Arner，2010）。硒和亚硒酸盐的有机形式很容易被吸收，在日粮正常水平下总效率接近70%～90%，而亚硒酸盐直接吸收率不超过60%。动物摄入高水平的硒代蛋氨酸会导致组织中硒代蛋氨酸积累，而组织中硒代蛋氨酸的含量可能远远高于硒蛋白中硒代半胱氨酸的含量。但动物或人类的硒状况通常是通过测量全血或血液组分中的硒浓度来评估的。血浆或血清浓度会在短时间内反映硒含量的变化，而全血浓度则被认为是较长期硒摄入量的评估指标。但在评估硒需要量时往往容易忽视日粮硒形态和动物健康状况。病原体感染的急性期血液中许多微量元素的浓度都会下降，如Maehira等（2002）发现，注射脂多糖诱导大鼠急性期反应显著降低了血浆和肝脏中的硒含量，增加肌肉、肾脏、肺、脾、心脏和胸腺中的硒含量。日粮中添加的硒不足会导致缺硒症状，具体症状取决于缺硒的严重程度和动物种类。

2 硒在猪和家禽免疫反应上的重要性

2.1 硒的免疫调节特点 硒蛋白通过多种机制影响免疫，一般来说，营养可以通过调节免疫系统以多种方式抑制病原体的感染和机体功能的恢复。早期研究表明，谷胱甘肽过氧化物酶1（GPX1）和 GPX2含有硒（Ursini等，1985），这两种酶是我们了解硒的生物学功能的关键指标。机体内许多免疫器官如胸腺、淋巴结、肝脏和脾脏等都含有硒。此外，硒也存在于一些免疫细胞中，如中性或酸性粒细胞、巨噬细胞。硒蛋白可以参与细胞分化和活化，对先天性免疫反应和获得性免疫反应具有重要意义。巨噬细胞通过刺激蛋氨酸-r-亚砜还原酶B1的表达，利用细胞活化过程中的氧化还原调控，负责蛋氨酸残基从氧化态（蛋氨酸亚砜）中再转化，并存在于胞浆和细胞核中（Lee等，2013）。

GPX1是哺乳动物中最丰富的硒蛋白，是存在于细胞核和线粒体中的一种酶，催化谷胱甘肽依赖的过氧化氢的还原；而GPX2分布于胃肠道上皮细胞，GPX3是血浆中GPX的主要形式，通过肾脏排出；GPX4在多种细胞类型和组织中均有表达；GPX6仅在嗅觉上皮细胞和胚胎发育过程中存在（Labunskyy等，2014）。硒缺乏可能导致免疫系统反应迟钝，这可能是病毒感染的一个主要缺点。Beck等（1993）研究发现，小鼠缺硒柯萨奇病毒更容易突变成一种毒性强的心毒性形式。

2.2 先天性免疫 硒蛋白在抗炎和抗氧化方面起关键作用。细胞和组织的氧化还原平衡，即活性氧和氮的产生与抗氧化防御系统的抑制作用平衡。Vladimirov和 Proskurnina（2009）认为，感染会导致机体发生应激，活性氧的产生参与各种内源性系统的激活和信号传递。先天性免疫系统中具有重要的清除病毒的细胞，即巨噬细胞，其通过Fc受体介导的各种机制吞噬外来病原体，也可以通过补体的调理作用。巨噬细胞在吞噬过程中产生一氧化氮和活性氧，作为病原体消除机制的一部分，响应病原体相关分子模式与模式识别受体的相互作用（Gordon和 Martinez-Pomares，2017）。硒蛋白作为主要的抗氧化物质，在巨噬细胞反应方面可以缓解活性氧的细胞毒性作用，同时调节肌动蛋白，抑制病原体复制（Markley等，2017）。

此外，另一种是中性粒细胞，可以产生活性氧的重要吞噬细胞类型。很少有研究单独描述缺硒对中性粒细胞功能的影响。一般来说，缺硒并不一定影响中性粒细胞的数量，而是影响中性粒细胞功能的不同方面。鸡的嗜中性粒细胞是一种多形核白细胞，其功能可与哺乳动物的中性粒细胞相媲美。Dietert等（1983）报道，硒和维生素E同时缺乏，肉鸡中性粒细胞对鼠伤寒病毒的吞噬能力下降。缺硒也会影响肠道黏膜免疫功能，减少十二指肠黏膜分泌型IgA水平，增加促炎细胞因子如白细胞介绍和干扰素-γ水平（Liu等，2016）。缺硒对先天性免疫有负面影响，但补充硒的效果各不相同，且受日粮硒的来源和添加剂量的影响很大。Urban和Jarstrand（1986）研究发现，日粮中添加硒会增加免疫细胞的吞噬和杀菌能力，但高浓度硒没有甚至会产生负面作用。

2.3 适应性免疫抗体（免疫球蛋白） 是由B淋巴细胞产生的一个重要的蛋白质家族，抗体与同源抗原的特异性结合是一种重要的免疫机制，特别是抗体对预防病原体进入、传播和降低病原体的毒性具有重要作用。此外，抗体与病原体表面抗原结合使其更容易被先天免疫细胞吞噬，某些同类型的抗体参与补体活化，导致有效的病原体破坏。因此，机体产生特异性抗体的能力，即对疫苗和原发性感染反应的功能是机体免疫保护的关键（Moser和 Leo，2010）。关于硒缺乏与家禽和猪体液免疫受损有关的研究报道较少。Huang等（2012）在小鼠上的研究发现，多种硒蛋白可能在T细胞调控中发挥重要作用，其在幼龄T细胞中表达较低，在激活T细胞和记忆T细胞中的表达较高。在病毒感染中T细胞反应很重要，因为硒蛋白可以调节细胞氧化还原平衡，而病毒感染的发生和程度受到宿主细胞氧化还原平衡状态的影响。因此，硒可以对诱导的病毒疫苗免疫，特别是用于家畜生产的灭活疫苗免疫产生有益影响。

3 硒对猪和家禽传染病的影响

3.1 家禽传染病 补充硒对鸡球虫病、坏死性肠炎和禽类致病性大肠杆菌具有积极影响（Xu等，2015）。球虫病是世界上最严重的家禽疾病之一。据估计，球虫病每年对全球经济的影响超过30亿美元（Blake和Tomley，2014）。球虫病是由一种单细胞孢子形成的寄生体，它属于埃米耳虫属，寄生虫在宿主肠道内经无性繁殖和有性繁殖，对黏膜细胞和下层组织产生损伤，该病的特点是氧化应激、炎症、营养吸收不良、腹泻、失水和脱水。坏死性肠炎是一种严重的肠道疾病，与产毒素的产气荚膜梭菌a型相关，主要发生在肉鸡中。Lee等（2013）发现，亚硒酸钠注射液增加了胚胎重量，减少肠道损伤，增加白细胞介素含量、血清中α毒素和NetB毒素抗体的转录水平。家禽生产中的大肠杆菌感染较为常见，Larsen等（1997）发现，日粮添加0.4 mg/kg无机硒降低了肉鸡死亡率和气囊病变。Guabiraba和Schouler（2015）发现，肉鸡日粮中额外添加0.2 mg/kg的硒显著改善了热应激和大肠杆菌对生长性能的负面影响。

3.2 猪传染病 Mahan和Parrett（2004）证明了初乳、乳中硒和维生素E浓度随年龄增长而下降。与年轻母猪相比，老龄高产母猪在出生和断奶时更有可能产生维生素E和硒水平较低的仔猪，而断奶后的猪如果在断奶前维生素E和硒状况受到影响更容易出现维生素E和硒缺乏症。此外，从母猪到仔猪的硒转移有限，断奶仔猪血浆硒浓度高度依赖于断奶后日粮中的硒水平。与无机硒相比，有机硒饲喂的母猪对新生儿、初乳、断奶仔猪和母猪组织的硒转移量更大（Mahan和Peters，2004）。此外，与添加无机硒母猪相比，添加酵母硒的母猪分娩的仔猪血清硒含量更高。

无机硒对母猪血清GPX活性的影响大于有机硒，但有机硒在生物学效价上更容易转移至初 乳 和 常 乳 中（Surai和 Fisinin，2016）。Hu等（2011）用硒代蛋氨酸作为硒的添加形式饲喂母猪，结果表明，从母猪分娩到仔猪断奶，母猪和仔猪组织中硒的沉积增加，仔猪组织中抗氧化酶谷胱甘肽过氧化物酶、超氧化物歧化酶活性增加。Lyons等（2007）发现，在生长猪、仔猪和母猪饲料中应用有机硒替代亚硒酸钠，因为有机硒比无机硒更具有生物可利用性。尽管相关研究表明，在断奶时使用有机硒而不是无机硒可以提高仔猪组织和血清的硒含量，但抗氧化剂对断奶仔猪免疫反应的影响有限。Chen等（2012）认为，不同猪场的母猪断奶多系统衰竭症发病率和严重程度的差异可能与氧化应激有关，硒在控制猪圆环病感染具有潜在作用。此外，饲粮硒和维生素E能减轻热应激对母猪肠道屏障完整性的影响，从而降低母猪生长和分娩过程中的氧化应激（Liu等，2016）。但目前仔猪硒水平对肠道感染后免疫反应和疾病预防的影响有限。

4 结论

硒的主要功能是通过硒酶来实现其重要的免疫机制，包括抗氧化和抗炎活性。在探讨硒在猪免疫反应影响的研究中主要关注硒缺乏更容易发生的时期，即新生仔猪、断奶和繁殖期间，这也是维生素E在猪营养上的关键阶段，这两种微量营养素对预防肌肉疾病具有重要作用。在家禽中是否存在硒和维生素E同时缺乏的情况还不太清楚，但补充硒对提高家禽抵抗力，减轻环境应激具有潜在作用。硒在体内的生物利用度和分布受多种因素影响，其中以硒的化学形态影响最大。有机硒比无机硒具有更高的生物利用率，可以更有效地通过初乳向初生仔猪转移硒。考虑饲料中将禁止使用抗生素和药理水平的氧化锌用于治疗大肠杆菌引起的仔猪腹泻，如何通过营养免疫学作为一种替代方案，并在此背景下研究如何通过硒来抑制病原菌感染将是今后相关学科研究的热点。