钒对鸡健康的影响及其作用机理

黄选洋 王建萍丁雪梅 张克英 曾秋凤 白世平 罗玉衡（四川农业大学动物营养研究所，动物抗病营养教育部重点实验室，成都611130）



钒对鸡健康的影响及其作用机理

黄选洋 王建萍∗丁雪梅 张克英 曾秋凤 白世平 罗玉衡
（四川农业大学动物营养研究所，动物抗病营养教育部重点实验室，成都611130）

摘 要：钒是动物必需的微量元素之一，它参与和调节动物体内各种重要的生理过程。动物可以通过空气和饲料原料来获取钒，适量的钒有利于动物的生长，但是过量就会对机体产生毒性作用。钒主要是通过产生氧化损伤、免疫功能障碍及损害肠道等毒性作用，从而影响动物的生产性能。相比于其他动物，鸡体内的钒含量较高，对其毒性也更敏感。本文综述了钒对鸡的生产性能、氧化作用、免疫功能及肠道健康的影响，并简要分析了这些影响产生的潜在机制，旨在为今后生产中更安全、有效地利用钒奠定理论基础。

关键词：钒；鸡；氧化作用；免疫功能；肠道健康

钒是自然界分布极广的元素，是动物营养中的必需微量元素之一［1］。钒参与蛋白质、核酸、糖及脂类等物质的代谢，在维持机体的生长发育、刺激骨髓造血功能、抑制胆固醇合成、降低血液葡萄糖含量、降低心房收缩力、影响肾脏机能以及增强机体免疫力等方面具有重要的调节作用［2］。钒主要通过口腔、呼吸道、表皮吸收及胃肠外给药的途径进入动物体内，但摄入过量时，具有一定的毒性［3］。

钒是鸡生长发育的必需微量元素，通过表1可以发现，鸡体内各组织器官钒的含量相对要高于其他动物［4－5］。且鸡蛋黄中钒含量为0．002～0．021 mg／kg，蛋清中含量低于0．002 mg／kg［4］。相对于其他动物而言，鸡对钒的毒性相当敏感，超过一定剂量能影响雏鸡生长，影响蛋鸡生产性能和蛋品质。饲料原料中，特别是磷酸氢钙中钒的含量较高，为10～100 mg／kg［6］，这容易造成鸡（特别是蛋鸡，其饲粮中磷酸盐的添加水平为1．5%左右）饲粮中钒的水平过高。研究钒对鸡健康的影响，可为鸡肉和鸡蛋等食品安全特别是重金属钒的安全剂量和控制提供理论依据，对养鸡行业的发展有重要意义。

表1　鸡与其他动物各组织器官钒含量比较Table 1　Comparison of vanadium content in some tissues and organs between chickens and other animals［4－5］mg／kg

1　钒对鸡生产性能的影响

鸡的生产性能包括采食量、日增重、料重比、成活率、产蛋性能等，是衡量鸡生产上的重要经济效益指标。而饲粮中钒的水平对鸡生产性能的影响巨大，主要体现在对鸡的采食量、日增重及蛋品质上。

1．1 对采食量和日增重的双重作用

有研究表明，适量的钒可使鸡的生产性能提高。刘斌等［7］发现饲粮中钒的水平为20 mg／kg时，可以显著提高闽中麻鸡的平均日采食量和日增重，并且死亡率降低。Hill［8］也发现10 mg／kg的钒能显著缓解饲粮中缺磷所造成的高死亡率，但不会阻碍鸡的生长。但是饲粮中钒水平过高，也会阻碍肉鸡的生长。刘斌等［7］报道40 mg／kg及以上的钒会显著降低闽中麻鸡的采食量和日增重，且死亡率会增加12．5%以上。靳卫民等［9］也报道了肉鸡饲粮中添加20 mg／kg的钒，日增重比对照组下降了12．5%，但是料重比差异不显著，说明降低了平均日采食量。而蛋鸡对钒过量产生的影响也很敏感，饲粮中添加30 mg／kg及以上的钒会使产蛋率、采食量、体重均显著下降［10－11］。可见，适量的钒有助于提高鸡的采食量和日增重，但是一旦过量就会阻碍鸡的生长，影响生产性能。这可能是由于过量的钒能够抑制胆碱酯酶的活性，阻碍了乙酰胆碱的代谢，引起胆碱缺乏，从而导致生长受阻［12］。另外，钒可以通过影响机体的抗氧化平衡，导致氧化应激，从而引起器官和功能的病变，引起机体的功能紊乱，降低生产性能［13－14］。

1．2 对蛋品质的影响

Sell等［15］发现6 mg／kg的钒不会影响蛋产量和蛋重，但是会降低鸡蛋的哈夫单位，影响蛋品质。而10 mg／kg及以上的钒则会显著降低蛋白高度和孵化率，但是蛋重没有受到影响［16－18］。棉籽粕可以缓解钒对蛋品质产生的下降，可能是由于棉籽粕可以减少钒在机体特定组织的含量，但确切的机制仍不清楚。Odabasi等［19］研究了在饲粮中添加不同水平的钒对蛋壳色素沉积的影响，结果表明，2 d后蛋壳色泽变浅。而添加100 mg／kg的维生素C可以克服钒对蛋壳颜色的负作用。此外，Ousterhout等［10］报道40 mg／kg及以上的钒使蛋重及蛋壳的质量显著下降。Hafez等［20］发现添加100 mg／kg的钒会使蛋壳厚度显著增加，表明在此添加水平下钒与钙有相互作用。而蛋壳比重增加的同时，总蛋白的含量在减少，从而使蛋重没有明显变化［17］，但Benabdeljelil等［18］发现100 mg／kg的钒不会对蛋壳强度及厚度产生显著作用，造成这一相反结果可能是钒的化合价不同引起。以上所述都表明钒对于鸡蛋的内在和外在品质影响都非常大。

钒易残留在输卵管各个部位，对鸡蛋品质的影响很大，特别是蛋清和蛋壳。蛋鸡输卵管膨大部和子宫分别是分泌蛋白和形成蛋壳的部位。钒可能会影响膨大部皱褶高度或表面上皮细胞，从而影响浓蛋白的比例，造成哈夫单位的下降；也可能影响子宫假复层柱状上皮功能，抑制腺体细胞内的分解合成酶作用，使色素的合成受到影响，蛋壳颜色变浅。但是具体的机制还需进一步研究。钒在卵巢中也有沉积，但是钒对蛋黄的作用，除了1976年Hafez等［20］报道蛋黄中胆固醇的含量不会受到钒影响外，并没有见到其他的报道。由于蛋黄中含有丰富的卵磷脂，钒和磷存在相互关系，那么饲粮中过量的钒对卵磷脂的代谢有何影响及其机制，还需进一步探索。

2　钒对鸡产生的氧化作用及作用机理

机体在有氧代谢过程中产生活性氧（ROS），正常生理情况下机体内ROS的产生和清除系统处于动态平衡状态。当某些因素（如外来毒物）作用于细胞，使各种抗氧化酶的活性下降，包括超氧化物歧化酶（SOD）、谷胱甘肽过氧化物酶（GSH⁃Px）和过氧化氢酶（CAT）等，这就会造成ROS的相对蓄积，引起氧化应激。ROS可使细胞膜的多不饱和脂肪酸发生脂质过氧化，生成脂质过氧化物（LPO），机体组织脂质过氧化水平升高，引起多种生物大分子结构（如蛋白质、脂质、DNA）和功能的改变，对机体造成损伤。钒可以引起自由基的蓄积，可能通过2个途径：1）钒盐可以在线粒体呼吸链中抑制复合物Ⅰ［烟酰胺腺嘌呤二核苷酸（NADH）脱氢酶］和复合物Ⅱ（琥珀酸脱氢酶）活性，使电子在传递转移到复合物Ⅲ（细胞色素C还原酶）过程中丢失，从而直接催化羟自由基、过氧化氢自由基和次级派生的自由基的产生；而羟自由基是导致氧化应激反应的主要氧自由基之一［21－23］，进而引发ROS的蓄积，导致氧化应激；2）钒通过Nrf2⁃ARE通路，降低核因子E2相关因子2 （Nrf2）的活性和其核转位，从而降低Ⅱ相解毒酶的产生，造成自由基清除障碍，从而导致氧化应激［24］。

在人和鼠上进行的体内和体外的大量试验证实了钒可诱导肺脏、肝脏、肾脏、小肠上皮细胞氧化应激和氧化损伤［25－26］。Hosseini等［27］认为10 mg／kg及以上的钒就会对小鼠肝脏细胞线粒体呼吸链膜蛋白复合体产生破坏作用，致使细胞内ROS蓄积、ATP的耗竭，从而使肝脏产生氧化损伤，细胞坏死。S′cibiora等［28］也报道，添加10 mg／kg的钒会使小鼠的肝脏和肾脏中丙二醛（MDA）的含量显著升高，而5 mg／kg及以上的钒就会使大鼠血清中的SOD、GSH⁃Px活性有显著下降［29］。

与钒对小鼠产生的氧化损伤类似，在鸡的饲粮中添加高剂量钒时，添加初期抗氧化酶的活性会代偿性升高，若长期摄入高剂量的钒，就会对机体造成氧化损伤。崔胜先等［14］报道添加16．642 mg／kg的钒可使肉鸡血液氧自由基正常代谢发生紊乱，吞噬细胞功能下降，损伤其抗氧化功能。研究发现，饲粮中钒的水平在30 mg／kg及以上时，通过降低抗氧化物含量及抗氧化酶活性脂质过氧化水平升高，导致对雏鸡的肝脏、肾脏、十二指肠、空肠、回肠和盲肠扁桃体产生氧化损伤，引起雏鸡肝脏、肾脏细胞凋亡，肠道功能受损［29－30］。王珏等［31］发现闽中麻鸡在40 mg／kg钒的饲粮下消化腺平均质量增大，消化器官指数升高，肝脏和胰腺出现不同程度的肿胀、变性、坏死等。而钒对蛋品质，特别是对蛋清的影响可能是钒通过对蛋白形成主要部位输卵管膨大部，产生氧化应激，从而降低鸡蛋蛋清品质。

以上数据都说明饲粮中过量的钒，会损伤机体的抗氧化功能，造成组织病变。同时，在正常生理情况下，一些信号通路的表达可以有效避免氧化应激所带来的不利影响，特别是Nrf2／ARE信号通路所介导的细胞防御反应。机体在氧化应激下可以通过蛋白激酶C（PKC）和分裂原活化蛋白激酶（MAPKs）等途径使Nrf2磷酸化，从而使得Nrf2和胞浆蛋白Kelch样环氧氯丙烷相关蛋白－1 （Keap1）解离。Nrf2核转位进入细胞核形成Nrf2⁃ARE，启动和调控与氧化应激相关的解毒酶［24］。于是，钒作为功能性酶（各种磷酸激酶）的抑制剂，可能降低PKC、MAPKs等激酶基因的表达和酶的活性，从而阻碍Nrf2核转位，降低Ⅱ相解毒酶的表达和分泌，进而引发自由基的蓄积，引起氧化应激。对此信号通路的进一步研究，将有助于解释钒对机体产生氧化损伤的机制。

3　钒对鸡免疫能力的影响及作用机理

胸腺和法氏囊是鸡的中枢免疫器官，脾脏为外周免疫器官。鸡的免疫状况可以部分根据胸腺、法氏囊和脾脏的重量来评定。一般认为，在非病理情况下，免疫器官指数增高表明免疫力增强，免疫器官指数下降则为免疫力减弱的表现。有报道指出，饲粮中钒低于30 mg／kg时，会促进法氏囊的生长，达到30 mg／kg时，会对法氏囊的生长产生一定的抑制作用；达到45 mg／kg及以上时，就会显著抑制法氏囊的生长，造成其病变，且血清中免疫球蛋白（Ig）G、IgM、IgA等的含量也会下降，体液免疫功能受损［32］。原因可能是适量的钒刺激了淋巴细胞增殖，有助于免疫器官的发育，增强了机体的免疫功能，一旦过高就会对细胞DNA产生氧化损伤，影响其合成及有丝分裂，阻碍免疫器官细胞的增殖。但这一结果与其他相关报道不一致，王珏等［33］发现饲粮中添加30 mg／kg的钒使雏鸡的胸腺、法氏囊和脾脏等免疫器官的质量和器官指数显著升高，促进了组织结构发育。分析原因，可能是饲养管理条件的差异，引起鸡采食量的不同，造成这一相反的结果。但是30 mg／kg的钒对鸡免疫器官的影响及其机制还需进一步探究。钒对免疫器官造成的损伤可能是因为钒化合物引起机体氧化应激，通过MAPKs信号传导通路的激活胞外调节蛋白激酶（ERK）和核因子κB （NF⁃κB），导致细胞凋亡，促使其免疫功能下降［34－35］。

其次，钒对非特异性免疫的影响。Qureshi等［36］发现饲粮中缺乏磷会导致鸡的巨噬细胞减少，而添加15 mg／kg的钒则会使巨噬细胞数目增多，活性增强。主要是由于钒增加了白细胞介素（IL）⁃6的活性，IL⁃6能激活巨噬细胞和增加某些细胞因子的释放。而钒和磷在鸡免疫系统中的交互作用机制还不清楚，从巨噬细胞的溶菌产物对于抗酪蛋白磷酸酶的条带，可以推测钒可能通过介导增高酪蛋白磷酸酶活性，造成巨噬细胞溶解产物中酪氨酸磷酸水平升高，引起巨噬细胞活性变化，从而来增强鸡的免疫反应。

对于特异性免疫的影响，在正常磷水平饲粮中钒超过30 mg／kg时雏鸡法氏囊结构受损，胸腺激素合成受阻，造成B淋巴细胞和T淋巴细胞生成受阻，活性降低，导致转移到其他组织的淋巴细胞减少，获得的IgA＋浆细胞数目和T辅助细胞／T抑制细胞（CD4／CD8）的比例减少［32，37］，IgA＋的减少削弱了体液免疫能力，CD4＋作为细胞免疫T淋巴细胞的重要受体，其减少降低了抗体水平并且削弱了巨噬细胞的功能，所以过量的钒会造成机体特异性免疫能力下降。

4　钒对鸡肠道健康的影响及作用机理

肠道具有消化吸收营养物质的功能，是保护机体内环境稳定的先天性屏障。适量的钒可以促进肉鸡消化管和肠腺及小肠绒毛的发育，从而使小肠等消化吸收器官的完整性增加，功能性增强。过量的钒也会引起肠道菌群失调，对肠道产生氧化损伤，由于肠道长期处于氧化应激的条件下，会产生过量的自由基，可能会引起蛋白结构的损伤，破坏细胞结构和功能，从而损害肠道黏膜屏障。Wang等［38－40］发现当饲粮中钒的水平高于30 mg／kg时，肠道中的大肠杆菌的数量会显著增加，而双歧杆菌和乳酸菌等有益菌的数量在大部分肠段会下降。3种菌在肠道的定植也发生了改变，从而改变肉鸡肠道菌群的数量和多样性，破坏了肠道菌群的结构和平衡。同样，也会造成回肠黏膜中的T淋巴细胞的数量和T细胞亚群（CD3＋、CD3＋CD4＋、CD3＋CD8＋）的百分比下降，IL⁃2、IL⁃6以及γ干扰素（IFN⁃γ）的含量下降。并且盲肠扁桃体中的IgA＋细胞数量和IL⁃6和IL⁃10，肿瘤坏死因子α（TNFα）和IFN⁃γ的含量也在减少，从而阻碍了分泌性IgA（SIgA）的生成，而SIgA可在肠黏膜表面形成一层保护膜，防止肠黏膜结构和功能受损，这可能最终影响肉鸡回肠黏膜和盲肠扁桃体黏膜的免疫功能。而当饲粮中钒的达到45～60 mg／kg时，肉鸡小肠的绒毛高度、隐窝深度、绒毛高度与隐窝深度比值下降，微绒毛明显稀疏且短，溶酶体数量增加（可能是由于变性蛋白及受损的细胞增加）［41］。这都说明饲粮中过量的钒，会损伤肠道屏障，降低其免疫功能，并且引起肠道菌群失调，阻碍小肠发育，影响小肠上皮细胞的吸收能力，从而引发各种疾病，降低鸡的生产性能。对于肠道上皮形态损伤，可能是钒对机体造成氧化损伤引起。另一方面，饲粮中过量的钒会减少肉鸡肠道中短链脂肪酸（SCFA）的生成，而SCFA能够促进肠道发育，调节肠道内微生物菌群结构，也可以改善肠道内部环境，增强肉鸡免疫功能［42－43］。所以过量的钒可能通过影响SCFA的生成，从而影响其肠道健康。

肠道微生物屏障是肠道屏障的重要组成部分，一旦被破坏，致病菌就会就会定植在肠道中，对机体产生危害。鼠伤寒沙门氏菌、小肠结肠炎耶尔森菌、肠道病原性大肠杆菌等致病菌侵袭肠道微生态系统的过程都依靠酪氨酸信号转导通路［44］，钒作为酪氨酸蛋白磷酸化抑制剂，可利用钒等信号传导和微丝蛋白抑制剂来揭示这些细菌对鸡的致病机制。

5　小 结

钒作为鸡生长的一种必需微量元素，有助于提高鸡的生产性能。但是过量就会诱导机体产生氧化应激，损伤免疫器官，造成免疫功能的下降，并且使肠道菌群失调，小肠上皮细胞形态受损，影响肠道健康。最终使机体产生一系列病变，造成鸡的生产性能下降，甚至死亡。

由于钒具有类胰岛素和促进免疫等作用，目前在人及鼠上的研究较多，但在鸡上的研究相对较少。钒在蛋鸡方面的研究报道也大部分集中在生产性能和蛋品质方面，对其机制的研究鲜有报道，尚需对其进一步探究。目前，有关动物钒中毒的机理、毒理、安全范围等问题尚未完全揭示，且《饲料卫生标准》（GB 13078—2001）中并没有关于饲料原料磷酸盐中钒的限制标准，因而需加快对其全面、深入地研究，尽快应用于畜牧业和饲料工业。

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Effects of Vanadium on Health of Chickens and Its Mechanism

HUANG Xuanyang WANG Jianping

∗

DING Xuemei ZHANG Keying ZENG Qiufeng BAI Shiping LUO Yuheng

（责任编辑 陈 燕）

（Key Laboratory for Animal Disease⁃Resistance Nutrition of China Ministry of Education，Institute of Animal Nutrition，Sichuan Agricultural University，Chengdu 611130，China）

∗Corresponding author，associate professor，E⁃mail：wangjianping1983＠hotmail．com

Abstract：Vanadium is an essential trace element for animals，and participates in the regulation of various physiological process in the body．Animals ingest vanadium from air and feed resources，while the moderate level of vanadium is in favor of the growth of animals，but excessive dosage could have toxic effects on the health of animals．The toxicity of vanadium mainly induces oxidative damage，immunity dysfunction and intes⁃tinal impairment，thus led to some negative effect on production performance．Compared to the mammals，va⁃nadium content is higher in the body of chicken and it is more vulnerable to the toxicity of vanadium．This re⁃view focused on the effects of vanadium mainly on animal health such as oxidation，immunity and intestinal health，meanwhile briefly analysed the potential mechanism of these exerted influences，with the aiming at pro⁃viding a theoretical basis for using vanadium more safely and effectively in animal industry．［Chinese Journal of Animal Nutrition，2015，27（8）：2335⁃2441］

Key words：vanadium；chickens；oxidation；immunity；intestinal health

通信作者：∗王建萍，副研究员，硕士生导师，E⁃mail：wangjianping1983＠hotmail．com

作者简介：黄选洋（1991—），男，四川广汉人，硕士研究生，研究方向为禽的营养。E⁃mail：hxy1819＠sina．com

基金项目：国家自然科学基金（青年项目31402031）；四川省教育厅（青年基金13ZB0290）；科技部科技支撑计划（2014BAD13B04）；四川省科技厅（2014NZ0043，2014NZ0002，2013NZ0054）

收稿日期：2015－03－18

doi：10．3969／j．issn．1006⁃267x．2015．08．004

文章编号：1006⁃267X（2015）08⁃2335⁃07

文献标识码：A

中图分类号：S816．72；S831