目前，对微量元素与动物健康的研究较多集中在生长性能、生产性能、繁殖性能等方面，而对机理与蛋白和基因表达调控研究较少。文章从微量元素的转运以及对动物免疫功能、抗氧化功能等方面的影响来探讨其深层机理。

1 铜

铜是动物体内的必需微量元素，参与造血、能量产生、铁的吸收以及其他代谢活动[1]。小肠上皮细胞是铜吸收的主要部位，对铜的吸收能力依次为十二指肠、空肠和回肠[2]。小肠上皮细胞将铜通过门静脉转移到肝脏，过量的铜再经由胆汁重新进入肠腔，随粪便排泄或重新吸收[3]。整个过程中，铜参与多种代谢。同时，机体内多种蛋白参与铜相关代谢的调控。

1.1 铜的转运

当铜到达肝脏，经由铜转运蛋白（CTR1）进入肝细胞后[4]，与细胞质中铜转运伴侣蛋白[铜分泌伴侣蛋白（ATOX1）、细胞色素c装配蛋白（COX17）、铜伴侣蛋白（CCS）]等螯合，再被具有特定功能的蛋白利用[5]。CCS 将铜运送至铜锌-过氧化物歧化酶（CuZn-SOD）并激活其伴侣蛋白（SOD1）产生抗氧化作用。当肝脏内铜过量时，P型ATP酶（ATP7B） 将铜跨膜转运至铜蓝蛋白（CP）[6]。细胞可以利用CP分子中的铜来合成含铜的酶蛋白，如单胺氧化酶、抗坏血酸氧化酶等。铜伴转运侣蛋白的作用：一是结合铜离子并协助运输铜离子至靶蛋白； 二是完成细胞内铜的转运，进而维持细胞质中铜离子的生理浓度[7]。由此可见，铜伴转运侣蛋白之间的相互协调可确保铜离子在被运送到特定区域之前不会被提前释放， 以维持机体内铜的稳态。

研究表明，在蛋鸡日粮中添加高浓度铜（160 mg/kg） 可以显著升高十二指肠ATP7A mRNA相对表达量，空肠与回肠ATP7B mRNA的相对表达量也显著升高[8]。韩胜旗[9]对猪小肠上皮细胞进行体外培养，结果发现，随着硫酸铜添加量的增加，ATOX1 mRNA表达量显著降低， COX17基因表达没有显著变化。隋菲菲[10]对蛋鸡肝脏铜蓝蛋白mRNA基因表达进行研究，结果显示，当铜水平达到175 mg/kg时，CP和CuZn-SOD活性显著大于对照组。付辑光[11]研究表明，随着日粮中铜水平的升高，荷斯坦奶牛肝脏ATP7B、CP和SOD1基因表达量显著提高。上述研究表明，日粮中铜水平对动物机体中铜相关代谢基因表达量的影响不尽一致，需要进一步的研究其深层机理。

1.2 铜与机体免疫

缺铜会导致动物机体中的免疫机能受损，如脾脏、胸腺、法氏囊萎缩等，抗体形成细胞的免疫活性降低。肿瘤坏死因子（TNF）、白细胞介素-2（IL-2）和干扰素（IFN）均具有抗病毒、抑制细胞增殖、调节免疫等作用，对机体的免疫应答和抗病毒感染等至关重要。而铜在TNF、IL-2和IFN的生成中起非常重要的作用。

张彩英等[12]研究表明，在饲粮中添加30.0 mg/kg铜能明显提高蛋鸡免疫指数、促进免疫器官发育和淋巴细胞转化。李秀霞等[13]以赖氨酸铜为铜源，对小鼠的免疫功能进行研究，结果显示，赖氨酸铜可显著提高小鼠ANAE+T淋巴细胞百分比和试验期内T淋巴细胞转化率， 并能提高小鼠血清IgG含量，具有提高单核细胞吞噬功能的趋势。姚人升[14]研究不同铜源与铜水平对断奶仔猪免疫因子的影响，结果显示，铜可以显著升高仔猪血清中TNF、IL-2和IFN水平，显著提高十二指肠、回肠和盲肠中TLR-2以及TNF-α基因的表达量。

1.3 铜与机体抗氧化

动物机体的代谢过程会产生许多自由基，造成细胞损伤和功能障碍。许多含铜的酶类具有抗氧化功能，如细胞色素氧化酶（CCO）、CuZn-SOD、CP等。

研究表明，缺铜会导致组织中的SOD活性下降，严重的会影响动物生长发育[8]。CuZn-SOD由SOD1蛋白基因编码，肝脏中的铜水平和负责将铜与SOD1结合的CCS蛋白水平影响SOD1的活性[15-16]。张峰等[3]研究发现，饲粮中的高铜水平可显著提高大鼠CCS和SOD1基因的表达水平，且持续饲喂高铜水平的饲粮，大鼠的肝脏切片显示损伤较小，表明大鼠可调节自身的氧化还原平衡。

CP在动物机体内的主要作用与SOD类似，可达到清除自由基的目的。刘向阳等[17]研究显示，缺铜时，大鼠体内血清中的CP活性显著下降。赵丽等[18]研究显示， 当日粮铜水平为400 mg/kg时，雏鸭血清中的CP活性显著下降。说明机体内的铜含量与CP活性呈双向反应 ： 当铜缺乏时，CP活性随铜含量的升高而升高 ；当铜过量时，CP活性随铜含量的升高而降低。

2 铁

铁能够在不同价态（常见的为Fe2+和Fe3+）之间转换。作为重要的辅助因子，铁在机体内各种血红蛋白和非血红含铁蛋白发挥生理功能起着关键的作用。

2.1 铁的转运

动物机体内缺乏有效的铁排泄机制，因此铁的稳态主要通过控制铁的吸收来调节。机体内铁的含量较高，则吸收减少；机体内铁缺乏，则吸收增加[19]。细胞内铁水平由铁代谢相关蛋白如转铁蛋白受体1（transferrin receptor 1，TfR1）、铁蛋白（Ferritin，Fn）、二价金属转运蛋白（divalent metal transporter 1，DMT1）、膜铁转运蛋白1（ferroportin 1，FPN1）等调节。而铁调节蛋白（iron regulatory protein，IRP）、铁反应元件（iron resposive element，IRE）可直接调节上述铁代谢相关蛋白的表达[20]。当细胞内铁含量较高时，IRP与铁结合以抑制IRP和DMT1与TfR1 3'端的IRE结合性，导致后两者mRNA被降解，DMT1、TfR1蛋白表达水平下降，机体铁吸收能力随之下降；同时，FPN1 5'端的IRE也不能与IRP结合，FPN1大量翻译并表达，增加铁从细胞内向外输出[21]。反之，当机体内内铁水平较低时，铁与IRP分离，激活IRP与IRE结合活性，以便IRP与DMT1和TfR1 3'端的IRE结合，保护DMT1和TfR1 mRNA免被降解， DMT1、TfR1蛋白水平表达上升，增加铁摄取；同时， FPN1 5'端的IRE与IRP结合抑制FPN1的翻译和表达，减少铁向细胞外输出[22]。

研究表明，猪肠上皮细胞在经过含硫酸亚铁和甘氨酸亚铁的培养基孵育后，甘氨酸亚铁组细胞内DMT1和FPN1的mRNA表达量显著低于硫酸亚铁组[19]，可能由于培养液中的游离铁含量不同引起。邹亚学等[23]在饲粮高铁对肉仔鸡十二指肠黏膜铁转运载体基因表达方面进行研究，结果表明，十二指肠DMT1和FPN1的mRNA表达水平随日粮中铁含量的增加而显著降低。李晓菲[24]对不同形态铁在肉仔鸡小肠中的吸收特点及其机制进行研究， 也得到类似结果。

2.2 铁与机体免疫

猪β防御素（porcine β-defensin，pBD）在抵抗病原入侵和免疫调节中发挥着重要作用，广泛分布于动物机体各组织中[25]。在猪体内，pBD以pBD-1、pBD-2和pBD-3的分布最为广泛[26]。饲粮中添加200 mg/kg乳铁蛋白可显著上调仔猪肝脏、脾脏、十二指肠中的pBD-1基因及肝脏、脾脏中的pBD-2基因表达量，有利于提高仔猪抗病能力[27]。

2.3 铁与机体抗氧化

林仕梅等[28]研究不同来源铁对罗非鱼非特异性免疫的影响，结果显示，饲粮中补充有机形式铜、铁、锰、锌， 可显著提高罗非鱼血清中T-SOD和CuZn-SOD活性。

3 锌

3.1 锌的转运

动物体内锌的代谢与转运主要受两种蛋白质的调控： ZRT/IRT类似蛋白（ZRT，IRT-like protein，ZIP） 和阳离子扩散辅助蛋白（cation diffusion facilitator，CDF)家族。前者由SLC39（slolute-1inked carrier 39） 基因编码， 后者由受SLC30（Solute-1inked Carrier 30）基因编码 ；前者负责将机体内的锌离子的转入，后者负责机体内锌离子的转出[29]。此外，金属硫蛋白（MT）也可作为机体内锌含量的敏感指标。当机体内锌浓度较高时，MT表达增加，可结合并储存锌 ；机体缺锌时，MT表达减少[30-31]。

李丹丹[29]研究表明，大鼠饲粮中高锌水平可显著提高MT1 mRNA的表达量，且甘氨酸锌源的效果更佳。刘化伟等[30]研究表明，氨基酸螯合锌可显著提高肉鸡十二指肠MT1 mRNA的表达量。吕梦园等[32]对断奶仔猪锌转运蛋白研究，结果表明，仔猪日粮中的高锌水平可显著提高小肠ZIP5和ZIP4基因mRNA的表达量。

3.2 锌与机体免疫

锌是参与机体免疫应答的重要微量元素之一。利用免疫球蛋白和抗体效价来影响抗体对毒素或病原体的中和作用与吞噬作用[33]。牛现琇[34]研究表明，育肥猪饲粮中高水平锌可显著提高白细胞数（WBC）和淋巴细胞数（LYM）（P<0.05），并有提高粒细胞数的趋势。张庆[35]对断奶仔猪的研究也得到相似的结果。

结合珠蛋白（haptoglobin, HP）是评价仔猪健康状态的重要条件之一，起到调控机体免疫性能的作用[34]。张庆[35]研究结果显示，仔猪日粮中高锌水平可可提高脾脏和肾脏中HP mRNA的表达量（P<0.05）。

3.3 锌与机体抗氧化

当机体出现过氧化损伤时，锌与细胞膜上的巯基结合，巯基被氧化成二硫键，进而锌与硫结合生成硫酸盐， 防止细胞膜被氧化。此外，金属硫蛋白（MT）和铜锌超氧化物歧化酶（CuZn-SOD）也可发挥关键性抗氧化作用。王振鑫等[36]研究表明，蛋雏鸡日粮中添加有机锌和有机锰，可显著提高雏鸡体内总SOD活性和CuZn-SOD活性。李文[37]研究表明，母猪饲粮中的高锌水平可显著提高血清中GSH-Px、SOD的活性，降低MDA含量，且对该批试验母猪所产小猪的抗氧化性能也有显著改善。

4 锰

4.1 锰的转运

锰主要以二价或三价化合物的形式存在于动物体中。当机体锰缺乏时，二价锰离子进入胞质，被铜蓝蛋白（CP）氧化为三价锰离子，再经由转铁蛋白（transferrin， TF）介导的内吞作用和DMT1，最终将锰运送到机体各个部位参与机体活动[38]。当机体内锰含量过高时，机体通过细胞内膜上的tripartite RND（resistance-nodulation- cell division） 转运子 、 P-type ATPases 和 CDFs（cation diffusion facilitators）排出多余的锰[39]。此外，膜铁转运蛋白（FPN1）也可调节机体内锰的稳态 ：机体内Mn水平上升，FPN1的表达量增加，由此促进胞内Mn进入血液；FPN1表达过度时，细胞内Mn积累下降，从而降低可能由Mn引起的细胞毒性[38]。王钢[40]研究表明，肉鸡饲粮中添加锰，可显著提高十二指肠和空肠中DMT1和FPN1 mRNA的表达水平（P<0.05）。

4.2 锰与机体免疫

锰可通过提高非特异性免疫中多种酶的活性来提高机体的免疫功效。在锰离子的作用下，免疫器官生成免疫细胞，细胞免疫由此发挥[41]。此外，锰可调节机体内干扰素（interferon，IFN）的水平，干扰素可增强巨噬细胞的吞噬能力。IFN与吞噬细胞表面的受体结合后，细胞内钙离子水平缓慢增加，蛋白激酶C的活性增强，从而调节蛋白质的合成[42]。日粮中锰水平达到900或1 800 mg/kg时， 鸡胸腺、法氏囊和脾脏中多种IL mRNA的表达量显著升高，IFN mRNA的表达量也显著升高[43]。

4.3 锰与机体抗氧化

马娅娅[42]研究显示，肉仔鸡饲粮中添加锰源，肝脏中Mn-SOD活性显著升高，血浆中GSH-Px活性显著升高， 且有机锰源的效果优于无机锰 ；肉鸡感染球虫后再额外饲喂含有90 mg/kg的锰源肝脏中Mn-SOD活性显著升高， 血浆中GSH-Px活性显著升高，但有机锰源与无机锰源的效果差异不显著。邹田浩[44]研究不同锰源对肉仔鸡血清抗氧化指标的影响，结果表明，肉仔鸡饲粮中额外添加锰源40 mg/kg可显著提高血清中CuZn-SOD酶活性，降低MDA含量。但郝洋洋等[45]研究显示，蛋种母鸡饲粮中额外添加锰源，对血液总超氧化物歧化酶（T-SOD）、Mn- SOD和Cu/Zn-SOD活性均无显著影响。

5 展望

微量元素在动物内含量虽然极微小，但具有强大的生物学作用，作为酶的组成成分或激活剂，参与机体内各种物质的代谢过程，影响机体免疫性能与抗氧化性能。因此，对微量元素在动物体机体内各种活动的基因表达与调控的研究具有十分重要的意义。