楊文武，王 璐，臧建軍*

（1.宜興市天石飼料有限公司，江蘇宜興 214258；2.中國農(nóng)業(yè)大學(xué)動(dòng)物科學(xué)技術(shù)學(xué)院，北京 100193）

甜菜堿（Betaine）最初因從甜菜糖蜜中提取而得名，是一種廣泛存在于動(dòng)物、植物和微生物體內(nèi)的天然生物堿。外源性甜菜堿主要來源于植物，其中麥麩（1 339 mg/100 g）、小麥胚芽（1 241 mg/100 g）、菠菜（600～645 mg/100 g）、甜菜（114～297 mg/100 g）等均含有較高濃度的甜菜堿[1]。甜菜堿可改善飼料風(fēng)味[2]、促進(jìn)畜禽生長[3-4]、改善胴體品質(zhì)[5]、改善腸道功能[6]、提高畜禽抗氧化能力[7]等應(yīng)用效果已經(jīng)被廣泛證實(shí)。在畜禽養(yǎng)殖過程中，應(yīng)激反應(yīng)時(shí)有發(fā)生，應(yīng)激會(huì)誘導(dǎo)氧化應(yīng)激和自由基的產(chǎn)生，從而誘導(dǎo)脂質(zhì)過氧化和對(duì)細(xì)胞膜的氧化損傷，使畜禽的生產(chǎn)性能下降，影響經(jīng)濟(jì)效益。因此，提高機(jī)體的抗氧化能力，是提高養(yǎng)殖效益的重要途徑之一。本文就甜菜堿的抗氧化作用機(jī)制及其在畜禽生產(chǎn)中應(yīng)用的研究進(jìn)展作一綜述。

1 甜菜堿的理化性質(zhì)和生物學(xué)功能

甜菜堿化學(xué)名稱為三甲胺乙內(nèi)酯，分子式為C5H11O2N，分子量為117.5，化學(xué)結(jié)構(gòu)式如圖1 所示。甜菜堿具有3 個(gè)活性甲基，且具有雙電荷，在分子內(nèi)電荷呈中性。甜菜堿是一種白色、呈棱粒狀的結(jié)晶化合物，對(duì)動(dòng)物體無毒無害，具有甜味，易吸水潮解并釋放出三甲胺。甜菜堿含有完全甲基化的五價(jià)氨，屬于一種季氨型生物堿，既有親水性，又有親脂性。易溶于水和甲醇，微溶于醚，耐高溫，熔點(diǎn)為293℃，具有很強(qiáng)的抗氧化能力[8]。

甜菜堿具有重要的生物學(xué)功能，可為機(jī)體提供甲基，部分替代蛋氨酸和膽堿的供甲基功能[9]；提高脂肪代謝的效率，改善肉品質(zhì)[5,10]；參與氨基酸和蛋白質(zhì)的代謝[11]；對(duì)機(jī)體滲透壓劇變具有緩沖作用[12]；具有誘食作用[2]以及抗應(yīng)激作用[13]；還具有抗球蟲藥的增效作用[14]。因此，甜菜堿作為飼料添加劑在畜禽生產(chǎn)中得以廣泛應(yīng)用。

2 甜菜堿的抗氧化機(jī)制

當(dāng)農(nóng)作物（如煙草、大麥、小麥、豆類、大豆和高粱）處于逆境脅迫下時(shí)，甜菜堿可以減輕氧化壓力，提高作物生產(chǎn)力[15]。甜菜堿被認(rèn)為是緩解家禽慢性熱應(yīng)激和提高肉品質(zhì)的有前景的抗氧化劑[13]。此外，甜菜堿對(duì)肝、腦、腎、胃和大鼠卵巢中的氧化應(yīng)激誘導(dǎo)劑（如乙醇和左旋多巴）具有保護(hù)作用[16-20]。因此，甜菜堿作為農(nóng)業(yè)和人類健康的抗氧化劑具有潛在的應(yīng)用價(jià)值。

關(guān)于甜菜堿抗氧化機(jī)制的報(bào)道較少。甜菜堿的抗氧化特性可能是由于其具有自由基清除能力[21]，或還可通過增加抗氧化酶的活性來發(fā)揮其抗氧化特性[13]，但是這些機(jī)制并未被證實(shí)。Zhang 等[7]通過離體試驗(yàn)表明，甜菜堿幾乎沒有活性氧（Reactive Oxygen Species，ROS）清除能力，也不會(huì)增強(qiáng)人肝細(xì)胞癌（HepG2）細(xì)胞系中的酶抗氧化系統(tǒng)的活性，而是通過另外2 種機(jī)制發(fā)揮其抗氧化活性。

一是甜菜堿能夠調(diào)節(jié)含硫氨基酸的代謝而發(fā)揮其抗氧化作用。甜菜堿可以通過甲硫氨酸-同型半胱氨酸循環(huán)增加S-腺苷甲硫氨酸（S-adenosylmethionine，SAM）和甲硫氨酸（Methionine，Met）的水平。SAM具有直接的抗氧化活性，它可以通過ROS 清除和螯合鐵離子來抑制羥基自由基產(chǎn)生，且比谷胱甘肽（Glutathione，GSH）更有效[22]。蛋白質(zhì)中的Met 殘基特別容易被ROS氧化并轉(zhuǎn)化為甲硫氨酸亞砜（Methionine Sulfoxide，MetO），MetO 可以通過蛋氨酸亞砜還原酶（Methionine Sulfoxide Reductase，MSR）還原為Met。MSR 系統(tǒng)中Met 氧化和還原的每個(gè)循環(huán)都會(huì)破壞1 當(dāng)量的ROS[23]。此外，甜菜堿的轉(zhuǎn)甲基作用會(huì)降低同型半胱氨酸（Homo cysteine，Hcy）含量，為了維持GSH 合成所需的半胱氨酸的供應(yīng)，半胱氨酸對(duì)牛磺酸的分解代謝受到抑制，使得更多的半胱氨酸用于GSH 的合成。因此，半胱氨酸和GSH 水平的恢復(fù)可能是甜菜堿抗氧化作用的結(jié)果，而不是其抗氧化的機(jī)制。該機(jī)制如圖2 所示[7]。

二是甜菜堿可以在紅細(xì)胞（Erythrocyle）周圍形成電負(fù)性的外表面，構(gòu)成一個(gè)保護(hù)膜，從而防止自由基（Free Radicals）與細(xì)胞膜接觸并抑制ROS 產(chǎn)生。紅細(xì)胞的結(jié)構(gòu)類似于具有脂質(zhì)雙層表面的微球，因此它與水的相互作用類似于“水包油滴”，甜菜堿屬于兩親分子，具有親水性的羧基末端和疏水性的3 個(gè)甲基末端，其羧基末端帶負(fù)電，因此甜菜堿可以在紅細(xì)胞周圍形成一層外表面帶負(fù)電的保護(hù)膜。自由基是具有一個(gè)或多個(gè)不成對(duì)電子的分子，因此，自由基帶負(fù)電，保護(hù)膜的電負(fù)性外表面可以排斥自由基，防止它們損壞細(xì)胞膜。這個(gè)機(jī)制如圖3 所示[7]。此外，甜菜堿作為雙極性季氨鹽化合物，因此具有類似于電解質(zhì)的特性?？梢哉{(diào)節(jié)機(jī)體滲透壓，保護(hù)細(xì)胞、酶的結(jié)構(gòu)和功能，增強(qiáng)抗氧化酶的穩(wěn)定性[24]。

3 甜菜堿的抗氧化作用在畜禽生產(chǎn)中的應(yīng)用

關(guān)于甜菜堿抗氧化作用在畜禽中的應(yīng)用研究相對(duì)較少，可大致分為三類。

3.1 甜菜堿可改善環(huán)境因素引起的氧化應(yīng)激 Akhavan-Salamat 等[13]研究表明，在高溫（33℃）環(huán)境下補(bǔ)充0.1% 甜菜堿，可增加肉雞血清中谷胱甘肽過氧化物酶（GPx）和超氧化物歧化酶（SOD）活性，降低血清中丙二醛（MDA）含量，證實(shí)甜菜堿可以作為熱應(yīng)激誘導(dǎo)的肉雞氧化應(yīng)激的抗氧化劑。賀紹君等[25]研究表明，當(dāng)肉雞處于慢性熱應(yīng)激條件（32℃）時(shí)，對(duì)照組血清的抗氧化功能顯著降低，甜菜堿組供給肉雞含有0.2%甜菜堿水溶液，其血清抗氧化酶GPx、SOD 活性顯著升高，MDA 含量顯著下降，表明甜菜堿可顯著提高熱應(yīng)激狀態(tài)下肉雞血清的抗氧化功能。Nasiroleslami 等[26]報(bào)道肉雞在冷應(yīng)激環(huán)境下，補(bǔ)充600 mg/kg 甜菜堿可以改善抗氧化狀態(tài)。此外，在肉雞日糧中不管使用甜菜堿粉劑還是甜菜堿顆粒均可以改善肌肉抗氧化性能[27]。因此，作為一種潛在的抗氧化劑，在飲水或日糧中添加甜菜堿均可以提高肉雞的抗氧化防御能力。

Zhang 等[28]研究表明，在夏季熱應(yīng)激期間奶牛采食甜菜堿（15 g/d）可顯著增加血清GPx 和SOD 含量，表明在奶牛日糧中添加甜菜堿有助于提高其抗氧化能力。而陳統(tǒng)明等[29]研究表明，在肉牛日糧精料補(bǔ)充料中添加甜菜堿（16 g/d），肉?？寡趸芰]有顯著變化。這表明甜菜堿的抗氧化效果可能與動(dòng)物品種或生產(chǎn)條件有關(guān)，有待進(jìn)一步研究。

3.2 甜菜堿可改善飼糧因素引起的氧化應(yīng)激 在豬日糧中添加玉米干酒糟及其可溶物（Distillers Dried Grains with Solubles，DDGS）可降低飼料成本，但不可避免地會(huì)促使日糧向著高脂高纖維方向轉(zhuǎn)變，進(jìn)而可能對(duì)機(jī)體抗氧化功能造成影響。蘇斌朝等[4]研究發(fā)現(xiàn)，用玉米DDGS 飼喂育肥豬，與不添加甜菜堿相比，添加0.1%甜菜堿可顯著提高血清SOD 和GPx 活性、肌肉總抗氧化能力（Total Antioxidant Capacity，T-AOC），顯著降低MDA 含量。

Alirezaei 等[21]研究表明，在肉雞日糧中用甜菜堿替代10%蛋氨酸，可以增加胸肌GPx、SOD 和過氧化氫酶（CAT）活性，降低胸肌MDA 水平，改善肉品質(zhì)，首次證明甜菜堿可以作為低蛋氨酸日糧誘導(dǎo)的肉雞氧化應(yīng)激的抗氧化劑。冷智賢[5]研究表明，在肉雞日糧中添加750 mg/kg 甜菜堿能有效增加胸肌中SOD 活力和GSH 含量，顯著降低MDA 含量，增強(qiáng)了胸肌的抗氧化功能；在肉雞日糧中添加1 000 mg/kg 甜菜堿可以緩解熱應(yīng)激（34℃）對(duì)肉雞氧化還原狀態(tài)的負(fù)面影響，具體表現(xiàn)為肝臟及其線粒體的抗氧化功能增強(qiáng)。Adjoumani等[30]研究表明，在武昌魚的高脂日糧中添加1.2%甜菜堿可以顯著改善其抗氧化防御功能。因此，當(dāng)畜禽因飼糧因素誘發(fā)氧化應(yīng)激時(shí)，額外添加一定量的甜菜堿有助于提高其抗氧化能力。

3.3 甜菜堿可改善妊娠引起的氧化應(yīng)激 胚胎和胎盤發(fā)育過程中高水平的ROS 是母豬妊娠期的特征之一，因此，胎兒發(fā)育和生長過程易受氧化應(yīng)激的影響。Mishra等[31]研究顯示，在母豬妊娠晚期或整個(gè)妊娠期間，基礎(chǔ)日糧中添加3 g/kg 甜菜堿可顯著提高CAT 和T-AOC水平，而MDA 水平顯著降低。在母豬妊娠期間補(bǔ)充甜菜堿不僅有助于母體抗氧化功能的改善，還可以提高胎盤和胎兒的抗氧化能力。Mou 等[32]報(bào)道，母豬妊娠期間在飼料中補(bǔ)充3 g/kg 甜菜堿顯著增強(qiáng)了絨毛膜尿囊和仔豬血漿與肝臟中抗氧化酶（CAT、GPx 和T-AOC）的活性，還上調(diào)了銅鋅-超氧化物歧化酶（Copper,Zinc-SOD，Cu,Zn-SOD）、GPx1以及仔豬肝臟中CAT 的mRNA 表達(dá)；同時(shí)，甜菜堿的添加能夠減緩雙酚A 誘導(dǎo)的母豬和胎兒的氧化應(yīng)激狀態(tài)。

4 結(jié)語與展望

甜菜堿可能會(huì)通過如下3 種機(jī)制發(fā)揮其抗氧化作用，一是上調(diào)內(nèi)源性非酶抗氧化防御；二是在細(xì)胞周圍形成保護(hù)膜；三是調(diào)節(jié)滲透壓，增加抗氧化酶的穩(wěn)定性。當(dāng)畜禽因環(huán)境因素（溫度過高或過低）、飼糧因素（高脂）或生理狀態(tài)（妊娠）等的變化引起應(yīng)激反應(yīng)時(shí)，在飼料中添加甜菜堿有助于改善畜禽的抗氧化能力。甜菜堿在畜禽生產(chǎn)中具有廣闊的應(yīng)用前景，未來需要深入探討甜菜堿在不同環(huán)境條件下、不同畜禽飼料中的最適添加量，從而發(fā)揮其最佳的應(yīng)用效果。