熱浪來襲,熱應激破壞力驚人
熱氧化應激是動物在高溫環(huán)境下,因熱量蓄積引發(fā)氧化還原失衡,導致活性氧(ROS)過量累積、細胞損傷及多器官功能障礙的病理過程。
環(huán)境高溫→核心體溫升高→ROS爆發(fā)→抗氧化系統(tǒng)崩潰→生物大分子損傷→凋亡通路激活→多器官功能障礙(腸道、免疫、生殖)。
1.熱應激的啟動與熱量失衡:當環(huán)境溫度超過動物熱中性區(qū)時,機體散熱效率低于產熱(如代謝產熱、運動產熱),導致核心體溫升高。
2.氧化應激的觸發(fā):熱應激通過ROS爆發(fā)與抗氧化系統(tǒng)崩潰打破氧化/抗氧化平衡。首先,關鍵抗氧化酶(如SOD、CAT、GSH-Px)活性受抑,還原型谷胱甘肽(GSH)耗竭。其次,核因子E2相關因子2(Nrf2)通路激活不足,下游抗氧化基因(如HO-1、SOD1)表達降低,無法有效清除ROS。
3.細胞損傷與凋亡:過量ROS通過脂質過氧化、蛋白質變性等手段直接攻擊生物大分子,并通過線粒體途徑、脂質代謝介導途徑、內質網(wǎng)應激等信號通路誘導程序性死亡。
4.系統(tǒng)級病理效應:熱氧化應激通過多器官互作引發(fā)全身性損傷,如代謝紊亂(糖脂代謝異常、酸中毒)、腸道屏障破壞、免疫紊亂、生殖功能損傷、熱炎癥放大、采食量下跌、生產性能下降(生長停滯、產奶量/產蛋量下跌)等。
動物機體的抗氧化防御系統(tǒng)
在生理狀態(tài)下,動物機體通過嚴密的氧化還原調控網(wǎng)絡維持動態(tài)平衡:氧化反應提供能量并支撐生理功能,而還原反應則防止過度氧化引發(fā)的應激損傷。這種平衡的維持依賴于多級防御體系。
氧化損傷標志物:脂質過氧化和細胞損傷的程度能夠通過丙二醛MDA含量來反映;MDA是脂質過氧化物分解產生的穩(wěn)定醛類化合物,具有強細胞毒性,可與蛋白質、DNA交聯(lián),加劇損傷。MDA含量上升=細胞膜系統(tǒng)遭受攻擊+氧化損傷進入惡性循環(huán)。
抗氧化酶的協(xié)同防御:機體通過酶促級聯(lián)反應清除活性氧(ROS)。超氧化物歧化酶(SOD)催化超氧陰離子(·O2-)歧化為過氧化氫(H2O2)。谷胱甘肽過氧化物酶(GSH-Px)利用還原型谷胱甘肽(GSH)將H2O2還原為水。谷胱甘肽(GSH)結構中含有一個活潑的-SH基團直接清除自由基,保護細胞內含巰基蛋白免受氧化損傷??偪寡趸芰-AOC是評估體內所有抗氧化物(包括酶和非酶) 抗氧化能力的關鍵標志物。但熱應激狀態(tài)下動物肝臟中SOD活性與GSH含量均會不同程度受到抑制,這與機體適應熱環(huán)境和對抗熱應激造成的氧化應激有關。
Nrf2信號通路:在保護機體免受氧化應激損傷過程中,轉錄因子 Nrf2 介導的信號通路發(fā)揮著重要作用。大量研究證實,激活 Nrf2信號通路可顯著改善動物熱應激損傷。在一般情況下,Nrf2 主要存在于細胞胞漿內,與其伴侶分子Keap1相結合形成無活性的蛋白復合物,滯留于胞漿呈失活態(tài)。熱應激等刺激處罰Keap1-Nrf2復合物解耦聯(lián),Nrf2發(fā)生核移位,識別并結合到抗氧化反應元件ARE上,啟動下游基因表達(如HO-1、NQO1、SOD、GSH合成酶), 增強解毒與抗氧化能力。激活Nrf2通路可顯著緩解熱應激損傷,是營養(yǎng)調控的關鍵靶點。
圖1.膽汁酸通過Nrf2通路緩解緩解熱氧化應激
熱應激的“破局者”:膽汁酸的神奇力量
(王守開,2019)研究發(fā)現(xiàn),100mg/kg鵝去氧膽酸CDCA能顯著提高熱應激小鼠肝臟SOD 活性和GSH含量,在一定程度上提高了小鼠肝臟的抗氧化能力,對于緩解因熱應激造成的小鼠肝臟氧化應激損傷有一定的保護作用;同時,鵝去氧膽酸CDCA可極顯著增加Nrf2、HO-1和 NQO1蛋白表達而發(fā)揮抗熱應激的作用,說明CDCA在抗熱應激方面具有較強的應用前景。
(龍文豪,2025)研究發(fā)現(xiàn),補充膽汁酸可顯著提高絲尾鳠體內GSH含量、 T-AOC活性 ,MDA含量顯著降低 ,CAT、SOD活性有上升趨勢。
(Su C,2022)研究發(fā)現(xiàn),補充膽汁酸可顯著提高南美白對蝦肝胰腺GSH含量、T-AOC和SOD活性。
(LEI W,2023)研究發(fā)現(xiàn),膽汁酸在黃鱔的抗氧化基因水平上正調控了核因子E2相關因子2(Nrf2)-kelch-Keap1通路。
首先,面對高溫引發(fā)的活性氧(ROS)風暴,膽汁酸強力激活Nrf2通路,促使SOD、谷胱甘肽等抗氧化酶產量激增,降低氧化損傷標志物MDA的含量,細胞膜脂質過氧化損傷被有效阻斷。
其次,應激狀態(tài)下,肝臟超負荷解毒,膽汁酸通過激活FXR受體,顯著提升肝臟解毒酶活性,將毒素代謝效率提升,讓肝臟從“過載報警”回歸“高效運轉”。
最后,膽汁酸通過促進脂肪乳化吸收,讓動物在食欲低下時仍能高效獲取能量,避免生產性能滑坡。