活性氧（Reactive oxygen species，ROS）是有机体代谢的中间产物，正常生理条件下组织细胞利用ROS实现DNA复制、信息传导、细胞分化与增殖，多余部分被降解，始终维持产出与消耗的动态平衡。

ROS的产生受内、外两个方面因素的影响，内因与畜禽遗传种质改良有关，遗传潜能的改善加强了能量、蛋白质、脂肪、酶、内分泌和其他一些活性物质的代谢，因此需要精准营养应对提升的物质和能量代谢效率，降低ROS的产量。外因，如病菌侵扰、环境污染、γ射线、臭氧和饲养环境的变化都影响ROS产出。受内、外因素的影响，过量的ROS引发核酸、蛋白质、免疫细胞受损，炎症、亚健康和病变发生。作为抗氧化应激酶的辅基、辅因和活化剂的成分，铁（Fe）、铜（Cu）、锌（Zn）、锰（Mn）、硒（Se）等微量元素是抗氧化应激的物质基础。

因为无机微量元素添加剂结构在消化道的不稳定性和利用率的局限性，已经不能完全满足动物营养和抗氧化应激的需要。有机微量元素添加剂特别是微量元素螯合物结构明确，受螯合效应的影响，在消化道稳定、不易解离，以分子态吸收，能有效地被机体利用，实现精准营养、发挥抗氧化应激功能，弥补了无机微量元素的不足，改善动物健康、提高生产率。

一、氧化应激（Oxidative stress）

细胞外液被称为内环境，含水分、矿物元素和有机化合物，是信息传导、物质交换的场所。因为矿物元素与抗氧化应激密切相关，保障内环境矿物元素的稳态是维护健康和实现有效生产的关键。

（一）氧化应激诱因

氧化应激指机体受内、外因素的影响，ROS产量过剩发生的生理异常现象。动物遗传种质改良，生产力提高，代谢加强，提高了能量代谢率和ROS的产量，这是内在因素。环境污染、γ射线、病原微生物侵扰、矿物元素营养失衡是导致ROS超标的外部因素。内、外因素导致ROS产出过剩，氧化与抗氧化反应平衡失调，以致ROS无选择性地氧化生物膜大分子物质，引发代谢问题和炎症。

1、ROS的类别

ROS是能独立存在并含一个或数个不配对电子的任何原子、原子团或分子，其中氧分子衍生的自由基和氧分子的非自由基衍生物被统称为ROS，如超氧阴离子（·O₂⁻）、羟基自由基（·OH）、脂质自由基（LO·）、脂质过氧自由基（LOO·）、过氧化氢（H₂O₂）等。

2、ROS产生机制

生物体ROS来源被归纳为两类，外源性和内源性ROS诱因，这些因素加速了氧化进程，导致线粒体中产生大量的还原型烟酰胺腺嘌呤二核苷酸（NADH）或黄素腺嘌呤二核苷酸（FADH₂），NADPH/FADH₂作为电子供体进入线粒体电子传递链。当电子转移受阻时，部分电子提前逃逸，在膜间隙和基质中产生过量ROS，有机体清除ROS的能力有限，打破了氧化与抗氧化反应平衡，引发氧化应激反应。

（二）氧化应激与动物健康

ROS对蛋白质氨基、巯基和细胞膜多不饱和脂肪酸具有极强的亲和力，大量蓄积会引发链式反应，损伤核酸、蛋白质、脂质等生物大分子物质，导致细胞结构异常、代谢紊乱、功能受损，引发炎症反应及疾病发生。

1、核酸

多核苷酸是ROS攻击的靶分子之一。细胞内聚积的ROS可以直接作用于DNA分子，导致磷酸二酯键的断裂和脱氧核糖的分解，引发DNA链裂变。DNA双螺旋外侧嘌呤和嘧啶对自由基也很敏感，·HO可将DNA胸腺嘧啶氧化成胸腺嘧啶核苷乙二醇，引起碱基的修饰和DNA链的氧化损伤。

2、生物膜

包裹细胞的膜叫细胞膜或质膜，分隔细胞器的膜被称为单位膜，细胞膜和单位膜被统称为生物膜。生物膜是信息和物质交换的场所，膜分子特别是免疫细胞膜中含大量多不饱和脂肪酸（PUFAs）。ROS作用于生物膜后，诱导PUFAs脂质（LH）过氧化链式反应，生成脂质过氧化物（ROS+LH → L·+副产物，L·+O₂ → LOO·，LOO·+LH → LOOH+L·）产生的ROS损伤生物膜，影响膜物质流动和信息交换，抗氧化和免疫细胞功能受损。

3、蛋白质

有机体绝大部分酶是蛋白质，ROS直接氧化氨基酸特别是赖氨酸、精氨酸、脯氨酸和苏氨酸残基，催化蛋白质分子生成羰基，改变蛋白质的三维结构。蛋白质构型变化导致其折叠异常、官能团部分或完全缺失。ROS影响免疫识别能力，引发机体炎症反应，并通过炎症细胞产生自由基，或通过信号转导网络间接诱导自由基的产生，从而加剧氧化应激反应。

二、微量元素与抗氧化应激

氧化应激和抗氧化应激是众多生物酶交互作用的结果，酶蛋白识别反应底物并与其结合，酶的辅基、辅因和活化剂决定酶促反应的类型和方向，其中矿物元素和B族维生素是决定因素。

（一）铁（Fe）

Fe有-2到+6的多种价态，通过价态变化传递电子，介导氧化还原反应。

1、铁是超氧化物歧化酶（Fe-SOD）的辅酶：Fe-SOD以同源二聚体或四聚体存在，多见于部分植物叶绿体及原核生物胞质，催化超氧化物歧化反应，产生H₂O₂。

2、作为过氧化氢酶（CAT）的辅酶，Fe参与H₂O₂分解代谢。CAT分子由四个相同多肽链亚基组成，每个亚基均含一个铁卟啉活性位点，参与H₂O₂的分解反应，对细胞生物氧化有重要作用。缺铁影响CAT的功效，导致细胞内ROS水平上升，氧化应激增强。

无机铁在动物消化道遇水解离，释放出Fe²⁺，Fe²⁺易被氧化成Fe³⁺，Fe²⁺和Fe³⁺引起芬顿反应（Fenton chemistry），分别产生HO·和氢过氧自由基（HOO·），

Fe²⁺ + H₂O₂→Fe³⁺ + OH⁻+ ·HO

Fe³⁺ + H₂O₂ → Fe²⁺ + HOO· + H⁺

芬顿反应产生活性极强的羟自由基和氢过氧自由基，无差别地攻击细胞内蛋白质、核酸、脂质等生物大分子。HO·易与线粒体单位膜PUFAs发生脂质过氧化反应，导致线粒体功能异常，妨碍三羧酸循环和氧化磷酸化进程，ATP合成受限。有机铁吸收率和利用率高，可有效地减少游离铁离子介导的氧化应激，防止组织缺铁风险。

（二）锌（Zn）

锌在代谢中以二价阳离子（Zn²⁺）的形式稳定存在，不直接参与氧化还原反应，但通过调节促/抗氧化酶活性直接调控ROS的生成。

1、锌是细胞质铜/锌超氧化物歧化酶（Cu/Zn-SOD）的辅基：生物体氧化脱氢反应涉及多种类型的酶，即需氧脱氢酶(Aerobic dehydrogenase)、不需氧脱氢酶(Anaerobic dehydrogenase)和氧化酶（Oxidase），其中需氧脱氢酶是产生ROS的主体酶类。作为Cu/Zn-SOD的辅因，日粮锌添加剂类型和合理添加量影响Cu/Zn-SOD活性以及细胞质抗氧化能力。

2、调控还原型烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸（NADPH）活性：Zn维持NADPH酶活性平衡具有双刃剑作用。当机体处于氧化应激特别是病原菌感染条件下，锌把休眠态的NADPH酶转变为活化态，产生活性氧，协助固有免疫细胞中的中性粒细胞、自然杀伤细胞和巨噬细胞杀菌。另一方面，为了防止活性氧产量过剩对有机体产生伤害，Zn通过抑制N-甲基-D-天冬氨酸受体的活化，降低细胞内钙离子浓度，抑制NADPH酶活性，减少自由基的产量。

3、锌与胸腺激素相互作用，介导T淋巴细胞分化：T淋巴细胞是细胞免疫应答的核心效应细胞，分化产生二种亚型，杀伤性毒性T淋巴细胞（CD8）和辅助性T淋巴细胞（CD4）。其中，CD4分化为Th1和Th2两种亚型。Th1细胞分泌的干扰素（IFN-γ）与巨噬细胞表面受体结合，增强蛋白激酶C活性，调控氨基酸磷酸化和蛋白质合成，强化细胞免疫功能和提升机体免疫力。Th2分泌白细胞介素IL-4、IL-5等，在抗原刺激下辅助B淋巴细胞分化，产生免疫球蛋白（Ig）浆细胞。

胸腺激素是胸腺上皮细胞分泌的激素，介导未成熟T细胞的分化，胸腺激素必须与Zn²⁺互作才能发挥调节作用，缺锌导致胸腺萎缩、胸腺激素分泌量减少，影响T细胞成熟，引起外周组织活性T细胞数量下降。如前所述，氧化应激产生的大量ROS损伤免疫细胞结构与功能，T细胞数量不足或功能异常加速炎症反应，导致亚健康和疾病发生。

（三）锰（Mn）

线粒体是氧化磷酸化的主要场所，线粒体消耗的氧约占总体氧耗量的90%，线粒体超氧化物歧化酶（Mn-SOD）在抗氧化反应中发挥重要作用。作为线粒体Mn-SOD的成分，Mn催化歧化反应，把O₂⁻转化成毒副作用小的H₂O₂和O₂，并通过CAT和GSH-px把H₂O₂降解成O₂和水，防止ROS对组织细胞损伤。由于Mn-SOD所处的位置，以及其四聚体结构的稳定性，Mn能有效地发挥抗氧化功能。

（四）铜（Cu）

Cu是Cu/Zn-SOD的辅基和铜蓝蛋白（CP）的重要成分，通过Cu/Zn-SOD和CP发挥抗氧化作用。

1、细胞质Cu/Zn-SOD的辅基：经过Cu氧化还原反应（Cu⁺/Cu²⁺），把O₂⁻转化成H₂O₂，最终由CAT和GSH-PX转化为O₂和水。

2、铜蓝蛋白的重要成分：不同组织的CP异构体都是α2糖蛋白，催化铁（Fe²⁺/Fe³⁺）氧化反应，促进转铁蛋白结合和转运，防止芬顿反应。

（五）硒（Se）

硒是谷胱甘肽过氧化物酶（GSH-px）、硫氧还蛋白酶(Thioredoxin reductase, TrxR)和脱碘酶(Iodothyronine deiodinase, DIO)的成分，发挥抗氧化应激作用。

1、GSH-px和TrxR：Se通过含硒蛋白发挥作用，GSH-px催化H₂O₂降解，产生H₂O(2GSH+H₂O₂→GSSG+2H₂O)。研究表明，CAT和GSH-px作用的底物相同，但CAT与H₂O₂的亲和力远不如GSH-px(GSH-px Km=1 μΜ，CAT Km=1 mM)。

TrxR的每个单体都含一个FAD基团、一个NADPH结合部位和一个氧化还原活性的二硫键位点。反应过程中TrxR作为核心组分，通过单电子转移机制将氧化型TrxR转化为还原型硫氧还蛋白（TrxSH₂），维持其还原活性。

2、脱碘酶的辅基：DIO催化甲状腺素原体（T4）转变为活性三碘甲状腺原氨酸（T3）。当体内T3产能过剩时，脱碘酶把T3转化成没有甲状腺素活性的反式T3（rT3）和T2，维持甲状腺激素内稳态，而且rT3和T2具有抗氧化应激和杀菌功效。

三、结论

氧化应激是动物有机体为了适应内、外部环境的应激反应，由此产生的过剩ROS危及动物健康，影响遗传潜能的充分发挥和营养物质利用率。Fe、Zn、Cu、Mn和Se等微量元素是构建有机体抗氧化体系的重要元素，选择合适剂型与添加剂量有助于提高机体抗氧化能力，清除体内多余的ROS，保护DNA、脂质和蛋白质等大分子完整性和功能，防止机体出现炎症和病变，改善生产效率。