热浪来袭,热应激破坏力惊人
热氧化应激是动物在高温环境下,因热量蓄积引发氧化还原失衡,导致活性氧(ROS)过量累积、细胞损伤及多器官功能障碍的病理过程。
环境高温→核心体温升高→ROS爆发→抗氧化系统崩溃→生物大分子损伤→凋亡通路激活→多器官功能障碍(肠道、免疫、生殖)。
1.热应激的启动与热量失衡:当环境温度超过动物热中性区时,机体散热效率低于产热(如代谢产热、运动产热),导致核心体温升高。
2.氧化应激的触发:热应激通过ROS爆发与抗氧化系统崩溃打破氧化/抗氧化平衡。首先,关键抗氧化酶(如SOD、CAT、GSH-Px)活性受抑,还原型谷胱甘肽(GSH)耗竭。其次,核因子E2相关因子2(Nrf2)通路激活不足,下游抗氧化基因(如HO-1、SOD1)表达降低,无法有效清除ROS。
3.细胞损伤与凋亡:过量ROS通过脂质过氧化、蛋白质变性等手段直接攻击生物大分子,并通过线粒体途径、脂质代谢介导途径、内质网应激等信号通路诱导程序性死亡。
4.系统级病理效应:热氧化应激通过多器官互作引发全身性损伤,如代谢紊乱(糖脂代谢异常、酸中毒)、肠道屏障破坏、免疫紊乱、生殖功能损伤、热炎症放大、采食量下跌、生产性能下降(生长停滞、产奶量/产蛋量下跌)等。
动物机体的抗氧化防御系统
在生理状态下,动物机体通过严密的氧化还原调控网络维持动态平衡:氧化反应提供能量并支撑生理功能,而还原反应则防止过度氧化引发的应激损伤。这种平衡的维持依赖于多级防御体系。
氧化损伤标志物:脂质过氧化和细胞损伤的程度能够通过丙二醛MDA含量来反映;MDA是脂质过氧化物分解产生的稳定醛类化合物,具有强细胞毒性,可与蛋白质、DNA交联,加剧损伤。MDA含量上升=细胞膜系统遭受攻击+氧化损伤进入恶性循环。
抗氧化酶的协同防御:机体通过酶促级联反应清除活性氧(ROS)。超氧化物歧化酶(SOD)催化超氧阴离子(·O2-)歧化为过氧化氢(H2O2)。谷胱甘肽过氧化物酶(GSH-Px)利用还原型谷胱甘肽(GSH)将H2O2还原为水。谷胱甘肽(GSH)结构中含有一个活泼的-SH基团直接清除自由基,保护细胞内含巯基蛋白免受氧化损伤。总抗氧化能力T-AOC是评估体内所有抗氧化物(包括酶和非酶) 抗氧化能力的关键标志物。但热应激状态下动物肝脏中SOD活性与GSH含量均会不同程度受到抑制,这与机体适应热环境和对抗热应激造成的氧化应激有关。
Nrf2信号通路:在保护机体免受氧化应激损伤过程中,转录因子 Nrf2 介导的信号通路发挥着重要作用。大量研究证实,激活 Nrf2信号通路可显著改善动物热应激损伤。在一般情况下,Nrf2 主要存在于细胞胞浆内,与其伴侣分子Keap1相结合形成无活性的蛋白复合物,滞留于胞浆呈失活态。热应激等刺激处罚Keap1-Nrf2复合物解耦联,Nrf2发生核移位,识别并结合到抗氧化反应元件ARE上,启动下游基因表达(如HO-1、NQO1、SOD、GSH合成酶), 增强解毒与抗氧化能力。激活Nrf2通路可显著缓解热应激损伤,是营养调控的关键靶点。
图1.胆汁酸通过Nrf2通路缓解缓解热氧化应激
热应激的“破局者”:胆汁酸的神奇力量
(王守开,2019)研究发现,100mg/kg鹅去氧胆酸CDCA能显著提高热应激小鼠肝脏SOD 活性和GSH含量,在一定程度上提高了小鼠肝脏的抗氧化能力,对于缓解因热应激造成的小鼠肝脏氧化应激损伤有一定的保护作用;同时,鹅去氧胆酸CDCA可极显著增加Nrf2、HO-1和 NQO1蛋白表达而发挥抗热应激的作用,说明CDCA在抗热应激方面具有较强的应用前景。
(龙文豪,2025)研究发现,补充胆汁酸可显著提高丝尾鳠体内GSH含量、 T-AOC活性 ,MDA含量显著降低 ,CAT、SOD活性有上升趋势。
(Su C,2022)研究发现,补充胆汁酸可显著提高南美白对虾肝胰腺GSH含量、T-AOC和SOD活性。
(LEI W,2023)研究发现,胆汁酸在黄鳝的抗氧化基因水平上正调控了核因子E2相关因子2(Nrf2)-kelch-Keap1通路。
首先,面对高温引发的活性氧(ROS)风暴,胆汁酸强力激活Nrf2通路,促使SOD、谷胱甘肽等抗氧化酶产量激增,降低氧化损伤标志物MDA的含量,细胞膜脂质过氧化损伤被有效阻断。
其次,应激状态下,肝脏超负荷解毒,胆汁酸通过激活FXR受体,显著提升肝脏解毒酶活性,将毒素代谢效率提升,让肝脏从“过载报警”回归“高效运转”。
最后,胆汁酸通过促进脂肪乳化吸收,让动物在食欲低下时仍能高效获取能量,避免生产性能滑坡。