氧化锌的营养与生理作用研究进展

蒋竹英， 屈蓓蓓， 洪丽平， 郭秋平 ， 段叶辉

（1.永州市农业农村局，湖南 永州 425000；2．中国科学院亚热带农业生态研究所，中国科学院亚热带农业生态过程重点实验室，湖南 长沙 410125 ）

锌是动物的必需微量元素之一， 在体内含量少，具有维持动物生理功能、促进机体新陈代谢、保障动物健康生长等作用（Han 等，2014）。氧化锌能改善畜禽机体肠道黏膜形态、缓解腹泻、增强免疫力；能提高抗氧化酶的活性及表达，还与体内部分营养物质的代谢调控密切相关， 因此氧化锌对动物的生长发育具有重要的影响 （Mishra 等，2014；Sahoo 等，2014）。 目前氧化锌在饲料中主要以普通氧化锌、纳米氧化锌、包被氧化锌和多孔氧化锌等形式添加。纳米氧化锌具有颗粒小、比表面积大、能被高效吸收等特性（Swain 等，2015）；包被氧化锌具有生产成本低、容易储存、便于运输等优点（毛俊舟，2018）；多孔氧化锌具有流动性好、比表面积更大和系酸力低等特点 （Martin 等，2013）。本文将对日粮氧化锌的营养与生理作用进行综述， 包括氧化锌对动物糖、 脂质和蛋白质代谢，免疫和抗氧化应激，腹泻和肠黏膜屏障功能的影响及氧化锌的毒性等， 以期为氧化锌在动物饲料中合理应用提供参考。

1 氧化锌对动物物质代谢的影响

1.1 氧化锌与动物糖代谢 锌是调节糖代谢最主要的微量元素，具有调节贮存、维持糖耐量的作用。 锌对胰岛素的贮存、合成、活性以及分泌等可产生直接的影响；还可对糖氧化产生直接影响。胰岛素是调节糖脂代谢的重要激素之一， 具有降低血糖水平的作用（Holst 等，2021）。 类胰岛素生长因子-I（IGF-I）与瘦素蛋白表达关联密切，可抑制糖原，促使脂肪沉积（Wang 等，2020）。饲粮添加纳米氧化锌后，育肥牛血清葡萄糖、胰岛素和IGF-I含量升高（钟奇祺等，2022）；甘杰姆羊的血清葡萄糖、胰岛素和IGF-I 含量也升高（Sethy 等，2018）。

1.2 氧化锌与动物脂质代谢 脂质代谢与机体健康关系密切，其能为动物机体提供能量。氧化锌对动物脂质代谢具有显著的调控作用。 纳米氧化锌能够提高仔猪血清高密度脂蛋白 （HDL） 含量（王彬等，2016）， 显著降低仔猪肝脏中总胆固醇（TC）和低密度脂蛋白胆固醇（LDL-C）含量（仲召鑫等，2019）， 可使仔猪血液TC 和甘油三酯（TG）含量降低，HDL 含量增加， 从而促进胰腺发育和脂代谢，提高断奶仔猪生长性能（毛俊舟，2018）。在反刍动物试验中， 纳米氧化锌能有效增加育肥牛血清TG、TC、HDL、LDL-C 水平，加快胆固醇等类脂物质转化， 对于育肥牛脂质代谢具有积极影响 （钟奇祺等，2022）。 饲粮添加20 mg/kg 和40 mg/kg 纳米氧化锌，肉鸡血清TC、HDL 含量和TG含量都呈上升趋势（Klvak 等，2001）。 目前试验结果表明， 氧化锌对动物脂类代谢调控具有积极的作用，但是作用的机制还不是很清楚。

1.3 氧化锌与动物蛋白质代谢 血清含量降低表明氮（UN）储留量增加，蛋白质的降解率降低；其含量升高表明蛋白质分解代谢增加， 氮储留量减少。 饲粮添加纳米氧化锌和钝化氧化锌都能有效提高断奶仔猪养分表观消化率 （刘汉锁等，2022）， 这可能与脂肪酸结合蛋白和阿朴脂蛋白A-I 有关（朱宇旌等，2015）。 碱性磷酸酶（AKP）的活性受体内锌含量的影响。 纳米氧化锌可以有效提高断奶仔猪血清AKP 活性，使血清UN 含量显著降低，提高蛋白质的利用率，从而促进动物的蛋白质代谢（王彬等，2016）。

2 氧化锌对免疫功能和抗氧化应激的影响

病原微生物、细菌、病毒等都可引起动物机体免疫应激反应。 锌对动物机体有显著的免疫调节作用， 特别是与免疫因子活性和非特异性免疫细胞功能关系密切。 免疫因子包括补体（C）、细胞因子（CK）、酶类物质等，非特异性免疫细胞包括吞噬细胞、杀伤细胞和突状细胞等，它们对抵挡病原体，提高机体免疫力等方面发挥着重要的作用。通常， 畜禽免疫力与IgA、IgM 和IgG 的含量成正相关。 IgG 在体液免疫中占主导地位，其在血液中含量最高；IgA 能调节吞噬作用；C3 和C4 具有补助和增强吞噬细胞免疫活性及抗体的作用。 研究表明氧化锌能促进猪巨噬细胞吞噬能力（Kloubert等，2018）。 包被氧化锌能显著提高仔猪血IgG、IgM 含量（李方方等，2015）。纳米氧化锌能显著提高断奶仔猪血清IgA 含量， 但对IgM 具有降低作用（王彬等，2016），其具体原因还不清楚，可能与实验动物自身的免疫状态、 选择的指标等因素有关。 锌可以提高犊牛脾脏、胸腺等免疫器官重量，使血清IgG 水平升高， 能有效增强牛机体的免疫力（郝丽媛等，2020；Chang 等，2020）。 以上结果表明，氧化锌可以增强畜禽免疫功能，提高机体抗病能力。目前，关于氧化锌对动物炎症因子的影响也有部分报道。 凹土纳米氧化锌能使肝脏促炎因子TNF-α 水平显著降低，抗炎因子IL-4 含量升高，从而增强仔猪肝脏免疫功能（仲召鑫等，2019）。另有研究表明， 一定浓度的锌能使小鼠血清中的TNF-α 含量呈剂量依赖关系升高；反之锌剂量过高可导致免疫功能紊乱（荔霞等，2007）。

应激会降低畜禽采食量、影响生长发育、造成免疫力低下甚至出现死亡等情况， 给养殖业造成损失。锌是抗氧化酶的重要结构组成成分，可维持机体抗氧化酶的释放，提高抗氧化性能。饲粮添加300 mg/kg 纳米氧化锌能有效降低断奶仔猪肝脏过氧化氢含量，提高过氧化氢酶（CAT）和超氧化物歧化酶（SOD）活性，缓解仔猪断奶应激（方洛云等，2005）。 纳米氧化锌能增强断奶仔猪血清CAT和T-AOC 活性， 降低血清丙二醛 （MDA） 含量（Sun 等，2019；李治学，2015）。 锌与机体抗氧化能力呈现剂量依赖关系，氧化锌含量增加，犊牛血清SOD 含量线性升高，MDA 活性线性下降（Wei 等，2020）。 在肉鸡饲粮添加纳米氧化锌， 肌肉MDA含量下降，血清中皮质醇含量下降，改善了热应激同时肉品质也得到改善（Ramiah 等，2019）。 锌能够与其他微量元素如硒等互作改善GSH-Px 活性，从而改善机体抗氧化功能（李大刚等，2008）。饲料中添加不同形式和不同水平的氧化锌， 可以通过提高CAT、SOD 和GSH-Px 含量， 降低MDA活性及基因表达量， 维持机体氧化还原代谢的平衡，对动物氧化应激有较好的缓解作用。

3 氧化锌对腹泻和肠黏膜屏障功能的影响

肠道上皮细胞发育成熟的必需微量元素锌，可以改善肠道形态， 提高蛋白质合成和肠道细胞增殖。 在断奶仔猪中，添加纳米氧化锌效果良好，能有效降低腹泻频率 （Dunshea 等，2001；Spreeuwenberg 等，2001）。 此外，氧化锌能提高仔猪回肠黏膜中金属硫蛋白-1 的表达和总抗氧化能力，并降低黏膜中TNF-α 的含量（Bergeron 等，2017）。在有大肠杆菌腹泻历史的仔猪饲粮中添加高锌（3100 mg/kg），其腹泻能得到控制，可能原因是大肠杆菌的呼吸链被锌离子抑制， 从而降低其有害作用（Yousef 等，2012）。锌对犊牛腹泻也具有缓解作用， 通过补锌可以有效促进新生犊牛的免疫应答，进而缓解犊牛腹泻（金宇航等，2021）。

氧化锌对肠黏膜屏障功能也具有显著改善的作用，这方面研究报道比较多，已经取得了较好的应用效果。 药理剂量氧化锌能提高断奶仔猪小肠黏膜中IGF-I 与其受体mRNA 与蛋白的含量，促进肠上皮细胞增殖， 小肠绒毛高度增加 （Li 等，2006）。 添加2425 mg/kg 氧化锌可以提高仔猪结肠中的杯状细胞数量， 分泌中性和酸性黏蛋白MUC，促进肠道黏液层的形成，抑制有害微生物接近肠道上皮细胞（Liu 等，2014）。ZO-1、Occludin和Claudin 是保护肠道健康的重要蛋白分子，参与维持肠道屏障功能（蒋义，2012）。 研究表明，添加氧化锌可提高Occludin 和ZO-1 基因表达量，减少仔猪肠道损伤， 维持上皮屏障功能及防止病原微生物入侵机体（Dokladny 等，2016），这与刘汉锁等（2022）试验结果一致。 3000 mg/kg 氧化锌可增强仔猪肠道细胞氧化还原状态， 降低氧化应激对断奶仔猪肠道的损害， 阻止肠道上皮细胞的凋亡，保护肠道上皮的完整性，避免断奶应激造成肠道功能紊乱（Wang 等，2009）。此外，补锌能使烫伤大鼠空肠黏膜的DNA 含量提高，加速肠上皮细胞增生， 促进受损肠黏膜的再生与修复 （Li 等，2003）。 综上所述，锌主要通过提高肠黏膜中金属硫蛋白-1 的表达、IGF-I 与其受体mRNA 与蛋白的表达、DNA 含量、紧密连接蛋白表达、增加肠中分泌中性和MUC 杯状细胞数量、 抑制肠道上皮细胞的凋亡来保护肠道屏障功能。

4 添加氧化锌毒性

尽管氧化锌能够降低幼龄动物腹泻率、 缓解早期断奶应激、提高生产性能，但在饲料中添加氧化锌时应多方位综合考虑， 防止出现拮抗作用及动物粪便影响环境等问题 （Swain 等，2016；Barton，2000）。 《饲料添加剂安全使用规范》（2017 年修订） 中规定仔猪断奶后氧化锌添加量不超过1600 mg/kg（以锌元素计），犊牛代乳料中锌添加量不超过180 mg/kg。总结相关报道添加高剂量氧化锌的毒性负作用主要有：（1）利用率低，影响环境。长期使用高剂量氧化锌会出现动物被毛粗乱、皮肤暗淡以及生长发育受损等现象 （王彬等，2016）。 高剂量氧化锌很难被吸收，大部分随粪便排出，既浪费锌源又影响环境（周维仁等，2011；王希春等，2009；Carlson 等，2007）。 （2）与其他微量元素的拮抗作用。 当动物采食高锌饲粮， 肠道中金属硫蛋白含量增加且与铜结合， 因此机体对铜的吸收降低（Mccaughey 等，2005）。 添加多孔氧化锌750、1500 mg/kg 及普通氧化锌3000 mg/kg 对断奶仔猪粪便中铜、 铁含量均没影响 （彭鹏等，2018；王超，2013）。 （3）长期或过量使用对器官或机体有损害。 高锌饲粮中锌吸收过量会抑制机体重要反应酶的活性， 从而造成断奶仔猪器官或机体损伤（Wang 等，2008）。 长期使用高剂量纳米氧化锌会影响小鼠器官生长发育， 导致器官发育受损（Harmaza 等，2014）。

5 小结

近年研究表明， 氧化锌在动物生产中发挥非常重要的作用， 不仅能促进动物生长， 提高免疫力，增强抗氧化性能等，其有效缓解应激、降低腹泻率、提高其生产性能效果更加明显。尽管高剂量氧化锌具毒性负作用， 但在一定范围和按要求使用氧化锌的危害鲜见报道。 随着人们环保和资源节约意识的不断加强， 研究开发更加安全高效的新型锌源产品是非常必要的。 使用新型氧化锌产品比饲料级氧化锌更具应用前景， 研究清楚其具体的作用机理和替代效应是未来关注点之一。