过氧化氢酶（CAT）是一类主要起催化底物氧化还原反应的酶[1]。CAT能有效地清除各种活性氧基团，从而防止细胞膜系统的损坏。CAT具有抑制炎症、提高免疫力、促进机体健康等方面的药理学功能[1]。CAT已经在食品工业、造纸、制药业等行业广泛应用[2]。文章旨在综述CAT的来源、分类、分离提取方法及其主要生物学功能与作用机制，阐述其在动物生产中的应用，以便为CAT作为畜禽饲料添加剂使用提供参考。1CAT的分类、来源根据CAT的序列水平和结构的不同可以将其分为3大类[2-3]：单功能过氧化氢酶、过氧化氢-过氧化物酶和锰过氧化氢酶。过氧化氢酶和过氧化氢酶-过氧化物酶含有血红素结构，锰过氧化氢酶不含血红素结构[2,4]。1.1单功能过氧化氢酶单功能过氧化氢酶是CAT类别中研究最多的类群[3]。无论是原核生物、单核生物或其他需要呼吸的组织当中都存在这种酶型。其相对分子量大约在200~340 kDa之间，是由4个亚基组成的四级结构寡聚蛋白[3-5]。在每个亚基的活性位点都含有一个血红素辅基（以铁卟啉的形式存在），每个辅基的分子中含有4个铁原子，血红素作为它的作用基团[6]。1.2过氧化氢-过氧化物酶过氧化氢-过氧化物酶具有单功能的过氧化氢酶的催化活性外，还具有过氧化物活性。此类过氧化氢酶是单功能过氧化氢酶的衍生物，只在真菌当中被发现[7]。分子量在120~340 kDa之间，通常以二聚体或四聚体的形式活跃存在[3,7]。1.3锰过氧化氢酶锰过氧化氢酶起源于细菌，植物乳杆菌、嗜热菌和嗜热菌中都有它的存在[4]。锰过氧化氢酶是由大约30 kDa单体组成的同六聚体的结构，与其他2种类型的过氧化氢酶不同[8]，其活性位点含有一个富含锰的反应中心结构，而不是一个血红素基团。锰过氧化氢酶由于缺乏血红素最初被称为“假过氧化氢酶”。2CAT的分离纯化蛋白质分离纯化尽可能地去除杂质，从而使目标蛋白质的产量和纯度达到最大值[9]。CAT在一些研究中也利用一些动物、植物的组织等进行分离提纯，其常用方法有硫酸铵分级分离方法、离子交换法、凝胶层析法、亲和层析法等。方玲等[10]利用磷酸缓冲液抽提、硫酸铵分级沉淀、DEAE-Sepharose离子交换层析从大豆中获得电泳纯CAT。Kandukuri等[11]采用硫酸铵分级法沉淀、Seph 4B IDA-Zn（Ⅱ）Non层析法，从发芽的黑绿豆中获得电泳纯的黑绿豆CAT。刘婷婷等[12]利用镍离子亲和层析法，从仿刺参的肠道组织中得到纯度达97.6%的CAT蛋白。3CAT的主要生物学功能3.1抗氧化当机体的氧化与抗氧化系统之间的平衡状态被打破时，会产生超氧阴离子、羟基自由基、H2O2等自由基，可能造成多种疾病的发生。在生物体内，自由基能作用于脂质导致过氧化反应的发生产生丙二醛（MDA），MDA会引起蛋白质、核酸等生命大分子产生交联聚合作用，具有细胞毒性[13]。CAT是组成抗氧化系统组成的一部分，具有强烈的抗氧化特性，可以缓解动物由于氧化应激所造成的机体或功能损伤。CAT能够增强机体对羟基自由基及超氧阴离子的抑制能力，并且可以显著减少MDA的含量[14-15]。ROS作为细胞内的第二信使，可以激活多种转录因子，调控致炎细胞因子等的过度表达，加重对组织功能的损坏[13]。过氧化氢酶作为ROS的清除剂可以使H2O2分解为H2O和O，减少肠黏膜内ROS的数量，表明CAT可以通过减弱ROS的第二信使作用，从而起到对肠道的保护作用[16]。洪亮[17]研究表明，CAT可清除由超氧化物歧化酶歧化超氧阴离子自由基产生的H2O2，极显著提高机体的GSH、GSH-Px活性。王慧[18]研究也表明，外源性CAT的添加能够显著提高大鼠肠道组织中中总抗氧化能力（T-AOC），提升机体的抗氧化能力。3.2抗炎CAT在抑制炎症、抑制细菌方面具有明显的作用。CAT可提高机体抗过敏（炎症）功能，改善机体健康状态[19]。CAT还可以有效抑制炎性因子的表达[20]。核转录因子-κB（nuclear factor kappa B，NF-κB）信号通路是调节炎症作用的重要通路。而肿瘤坏死因子（tumor necrosis factor，TNF）、白细胞介素1（IL-1）、白细胞介素-8（IL-8）和化学因子环氧化酶-2（COX-2）是激活NF-κB通路的重要介质，当此类炎性介质过多时，NF-κB进入细胞核并导致炎性介质基因大量表达，加重炎症反应[21-22]。施志慧[15]研究发现，CAT可以减弱NF-κB的活化程度，使与免疫相关的细胞因子的表达下调，进而减少炎性细胞因子的表达，达到减轻炎症反应的目的。细胞外调节蛋白激酶（ERK）也参与上述因子的调控[23]。王群英[16]研究表明，CAT可以通过降低致炎因子IL-1β、IL-8、TNF-α和COX-2的信使RNA及蛋白的表达。这表明CAT主要通过减少ERK的核易位、磷酸化及NF-κB的激活，从而达到抑制NF-κB和ERK的信号转导通路的作用。Odajima等[24]研究发现，CAT能够抑制促炎细胞因子的表达，如中性粒细胞趋化因子、噬细胞炎症蛋白2（MIP-2）等的长时间上调，表明CAT在炎症中起着保护作用。髓过氧化物酶（MPO）能参与调节炎症反应的许多过程，MPO缺陷的中性粒细胞如果过量地注入炎症部位会导致该部位发生氧化反应，形成大量的超氧化物和氧化物，造成炎症部位发生组织细胞损伤[25-26]。武金宝等[27]研究发现，CAT能够明显地抑制MDA的形成，恢复CAT、GSH-Px及SOD等抗氧化酶的活性水平，且能减少MPO的形成。CAT的抗炎活性可能归因于3个方面：CAT介导炎症通路，减少与通路相关因子的表达，如IL-8、TNF-α，减少ERK的核易位、磷酸化，从而抑制其介导的NF-κB、ERK信号通路的过度激活；CAT能够抑制炎性介质的表达，如IL-1β、MPO、中性粒细胞趋化因子；CAT通过提高机体的抗氧化能力，降低氧化应激，实现抑制炎症的作用。3.3免疫CAT能够激活免疫途径，诱导机体产生免疫应答；CAT对动物免疫器官的发育有促进作用。Th1细胞为CD4阳性细胞，可以分泌IL-2（白细胞介素2）、IFN-γ（γ干扰素）和TNF-β（β肿瘤坏死因子）等细胞因子，参与调节细胞免疫，引起炎症反应。施志慧[15]研究发现，CAT的能够使致炎因子IL-2、IFN-γ的表达下降，从而降低因过度免疫所引起的病理损伤。在细菌感染中，CAT能使机体发生特异性反应，产生保护作用[28]。廖文俊等[29]研究表明，CAT在预防幽门螺旋杆菌的试验中，能够作为一种重要的保护性抗原与抗谷胱甘肽-s-转移酶（GST）发生特异性反应，诱导出保护性免疫反应。机体的免疫系统包括中枢免疫器官和外周免疫器官。免疫器官的发育程度，是评价机体免疫力高低的指标之一[30]。吴金原等[31]研究发现，CAT能够极显著提高机体IgG、IgM的含量。王洪军[32]研究发现，CAT能够显著提高肉鸡的脾脏指数和法氏囊指数，显著增加肉鸡血清总蛋白的含量，显著降低肉鸡血清尿素氮，增加肉鸡血清中IgM、IgA、IgG及肉鸡血清新城疫抗体的含量。但是，对CAT在免疫细胞上的受体和细胞内的信号传导途径等表达机制有待进一步研究。3.4抗癌与正常组织相比，癌症患者肿瘤组织中的CAT活性及基因表达都会降低[33-36]。Rungtabnapa等[37]发现，CAT在抑制非小细胞肺癌细胞失巢凋亡中有一定作用，CAT可通过降低H2O2表达，促进小窝蛋白-1（Caveolin-1）降解及肺癌细胞失巢凋亡。Lüpertz等[38]认为，乳腺癌细胞MCF-7中CAT的过表达，也会产生对癌症发生的抑制效果，一方面CAT能短暂性的引起NF-κB转位，导致NF-κB介导的报告基因表达下调；另一方面降低细胞内超氧阴离子水平，抑制NF-κB活化，促进乳腺癌细胞凋亡。Hyoudou等[39]研究表明，CAT的持续性释放可以抑制特发性的肺转移。在过氧化氢酶水凝胶进行腹腔注射的应用中，CAT的持续性释放能够有效地抑制手术所致的肿瘤腹膜种植及种植后的肿瘤细胞的生长[40-41]。佟鹏等[42]研究发现，CAT过表达抑制α粒子致肺癌细胞增殖、转移，其可能是通过清除细胞内过多的ROS，降低DNA氧化损伤水平，从而减少核DNA突变，促进基因组稳定性。抑制癌变细胞系BERP35T1细胞的增殖、迁移和锚着独立性等恶性表型来实现对肺癌发展的抑制。魏志权等[43]认为，由于CAT能够清除超氧阴离子，促进血管收缩，从而减少血流量达到减缓转移性肿瘤生长的目的。Kobayashi等[44]研究表明，CAT还可通过下调金属蛋白酶（MMPs）和NF-κB的表达，有效抑制肿瘤细胞对上皮细胞的黏附、减少肿瘤细胞的数目、抑制肿瘤的生长及转移。也有研究发现，CAT能够通过降低上皮生长因子受体的表达，达到抑制转移灶生长的目的[45]。4CAT在动物生产中的应用4.1促进营养物质吸收、提高生长性能饲粮中添加CAT可以改善畜禽生长性能。申童等[46]研究表明，在日粮中添加CAT能够极显著提高日增重和日采食量，显著降低料肉比和腹泻率。战晓燕等[47]研究表明，CAT可以极显著提高日增重和日采食量，降低料重比。CAT还能缓解仔猪因断奶所导致的氧化应激反应，并且对肠道的绒毛长度和隐窝深度有一定的积极作用，有助于上皮细胞的增殖分化，进而促进断奶仔猪对营养物质的吸收及利用。CAT与外源酶协同作用时，能够增强营养物质的消化及吸收。研究表明，在1日龄肉鸡饲粮中添加复合酶150 g/t（葡萄糖氧化酶2 000 U/g、过氧化氢酶10 000 U/g）能够显著提高CP和CF表观消化率，使机体能够更好地吸收营养成分，从而改善肉鸡生长性能，达到促生长的目的。4.2提高繁殖性能CAT还可以促进母猪繁殖能力。吴金原等[31]研究发现，CAT能防治母猪群外源性繁殖力低下综合征，清除母猪群毒素干扰状态，其通过促进精氨酸的内源合成使胚胎存活率提高14.28%，进而提高母猪的窝产仔数和仔猪初生重。CAT可以使母猪群持续保持每头母猪每年所能提供的断奶仔猪头数（PSY）水平，解除母猪的氧化应激状态，保持后续高水平的每头母猪每年出栏肥猪数（MSY）。妊娠后期饲粮添加100 U/kg CAT与传统玉米豆粕型饲粮相比，总产仔头数提高11.36%，活仔数、健仔数、初生窝重分别提高9.71%、10.35%、9.52%[48]。4.3提高抗氧化性能、保护肠道健康在促进肠道健康及提高抗氧化性能方面，CAT具有一定积极作用。王慧[18]研究表明，在高脂膳食中添加0.9 g/kg或1.2g/kg CAT能够显著提高猪的肠道抗氧化能力，减轻炎症反应，从而避免因高脂膳食对机体产生的不利影响，且可以促进埃希氏杆菌属、志贺氏菌属、乳酸杆菌属和乳酸球菌属等有益菌属的生长，抑制肠球菌属和双歧杆菌属的生长，通过调整肠道微生物菌群结构达到保护肠道健康的作用。方锐等[31]研究表明，饲粮中添加1 500 mg/kg CAT可以显著提高断奶仔猪抗氧化性能，降低血清MDA含量，可以在一定程度上达到ZnO的效果。陈嘉铭等[49]研究表明，母猪饲粮中添加CAT能提高妊娠104 d及哺乳14 d母猪血清及初乳中的T-AOC、抗氧化酶的含量，缓解由哺乳所造成的氧化应激损伤作用及哺乳母猪的拒乳现象。在母猪日粮中添加CAT也可提高仔猪的抗氧化能力，降低仔猪腹泻率，表明CAT在母子一体化营养中也有一定的积极作用。在基础日粮中添加0.20%过氧化氢酶也可以显著提高猪群抗过敏（炎症）功能，改善猪群健康状态[19]。5结论CAT具有抗氧化损伤、抑菌抗炎、免疫保护、抗癌等多种生理功能，且在保护动物肠道、提高机体抗氧化能力、提高机体免疫能力，促进动物生产性能等方面具有应用潜力。一定剂量的CAT可代替氧化锌在饲料中的使用。CAT能消除生物体在新陈代谢过程中产生的有害物质、减少细胞损伤、抑制体内炎症因子的生长且具有强抗氧化能力，可有效保护动物健康，在饲料及畜牧行业中的应用潜力巨大。