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摘 要：辅酶Q10，是生物体内广泛存在的脂溶性醌类化合物，参与生物氧化呼吸链中的电子传递，促进产生ATP，维持机体代谢与能量供应。同时，它也是重要的抗氧化剂和非特异性免疫增强剂。本文主要从自由基、动脉粥样硬化、协同物质三方面探讨辅酶Q10的抗氧化作用及其抗氧化机理，为辅酶Q10在畜禽生产中的应用提供一定参考。
关键字：辅酶Q10；抗氧化功能；自由基；动脉粥样硬化
中图分类号：Q552 文献标识码：A 文章编号：1673-1085（2016）11-0014-05
辅酶Q10（英文名：Coenzyme Q10 或CoQ10），为脂溶性醌类化合物，分子式为C59H90O4，分子量为862，结构式如图1所示。它呈黄色或淡黄色结晶，无臭、无味，易溶于氯仿、苯、四氯化碳，溶于丙酮、石油醚及乙醚，微溶于乙醇，不溶于水和甲醇，遇光易分解成微红色物质，对温度和湿度较稳定，熔点为49℃[1]。在动植物体内，辅酶Q10与线粒体内膜结合，参与呼吸链中质子移位、电子传递、ATP合成，主要通过提取分离法、化学合成法、生物合成法等方法合成。目前，对于研究辅酶Q10的抗氧化作用成为热点，本文将对辅酶Q10抗氧化作用及其机理做简要介绍。
1 辅酶Q10对抗氧化作用的调节
动物机体具有酶促与非酶促2个抗氧化体系。酶促系统包括超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化氢酶（CAT）、谷胱甘肽过氧化物酶（GSH-Px），非酶促系统主要包括维生素、氨基酸、金属蛋白质等[2]。
动物体内辅酶Q10存在于线粒体内膜上，与细胞产能过程密切相关，在细胞呼吸和ATP产能过程中起到传递电子和转运蛋白的作用，有醌式（氧化态，CoQ10）和酚式（还原态，CoQ10H2）两种存在状态，大多数以氧化态形式存在，CoQ10H2不稳定，易被氧化。相关研究表明，CoQ10H2主要发挥抗氧化作用，它可以抑制自由基介导的膜脂蛋白氧化损伤，在自由基攻击线粒体膜时清除游离自由基、抑制氧化应激反应。彭亮等（2011）借助人体试验表明，辅酶Q10能够显著提高超氧化物歧化酶和谷胱甘肽过氧化物酶活性，对人体具有抗氧化作用。目前，在医学上，辅酶Q10在多种疾病的辅助治疗中显示，辅酶Q10可通过产生超氧化物阴离子自由基来清除游离自由基、抑制氧化应激反应，表现出抗氧化作用[3]。同时，辅酶Q10与动脉粥样硬化也具有一定关系，低密度脂蛋白（LDL）是动脉粥样硬化的关键因素，CoQ10H2可提高LDL游离氧化基的抗性，改善动脉粥样硬化，部分研究也表明，辅酶Q10可与维生素E、抗坏血酸等抗氧化剂协同调节抗氧化作用。
2 辅酶Q10发挥抗氧化作用的机理
2.1 清除自由基
2.1.1 减少氧化应激 自由基指具有未配对价电子的原子、原子团、分子和离子等，是人体组织中许多生化反应的中间代谢产物。正常情况下，机体内自由基的生成与代谢处于动态平衡之中，如果机体受到体外或者体内的有害刺激，机体内自由基数目会增多，抗氧化能力下降，在分子、细胞以及器官水平上产生毒害作用，损伤细胞成分、破坏细胞结构，给机体造成损伤，这个过程即为氧化应激。
辅酶Q10主要集中于线粒体上，是一种氧化还原酶，作为线粒体中不同作用物氧化呼吸鏈的汇合点，参与氧化磷酸化，并产生ATP，为线粒体提供能量，是一种天然的抗氧化剂和自由基清除剂[4]。若线粒体内辅酶Q10含量不足，则会造成线粒体内某些抗氧化酶的活性降低，清除自由基能力下降。彭亮等（2012）研究辅酶Q10对自然衰老大鼠的抗氧化作用表明机体摄入外源性辅酶Q10，可以起到体内抗氧化、延缓衰老的功效，辅酶Q10能有效降低动物机体内脂质过氧化产物（MDA）和脂褐质（Lip）的含量，并提高超氧化物歧化酶（SOD）和谷胱甘肽过氧化物酶（GSH-Px）的活性；Dongwook Lee等（2014）研究辅酶Q10清除活性氧自由基对神经退行性疾病中的神经元细胞对氧化应激的保护作用，表明辅酶Q10可以通过调节Bax/Bad介导线粒体凋亡途径以及防止线粒体改变保护视网膜缺血及蛋白表达来保护受氧化应激的网膜神经节细胞，减轻视网膜缺血性损伤，由此可以看出，辅酶Q10在清除自由基和改善线粒体功能上具有重要作用。
2.1.2 稳定细胞膜结构 生物膜作为细胞的重要组成成分，能够参与物质运输、信息传递、能量转换、细胞识别等生理活动。自由基主要通过攻击生物膜磷脂中的多不饱和脂肪酸，引起膜脂质过氧化反应，对生物膜质膜、线粒体膜、高尔基体膜和内质网膜等造成损伤，降低或消除膜上许多酶的活性，导致膜通透性增大，从而使生物膜系统的液体镶嵌状态发生改变，引起疾病发生，因此，清除自由基能够稳定细胞膜的构型与结构。辅酶Q10作为自身氧化剂，能够起到激活剂、产生ATP、清除自由基、影响酶活性、维持钙离子通道完整等作用，进而直接保护和恢复生物膜结构。
2.1.3 抑制细胞凋亡 辅酶Q10可增加ATP生产效率，抑制线粒体渗透性转换通道的开放及线粒体的去极化，并可直接清除自由基，保护线粒体 DNA，从而阻止线粒体损伤和自由基的产生，起到抑制细胞凋亡的作用[5]。有研究表明，辅酶Q10阻止细胞凋亡的机制可能是通过阻止线粒体膜转运孔实现的，相对分子质量超过1500的大分子通过开启线粒体转运孔进入，导致线粒体功能崩溃，而辅酶Q10通过阻止此转运孔打开从而防止细胞凋亡的诱发[6]。Rosario等（2002）证明辅酶Q10可显著降低经准分子激光诱导的兔角膜细胞凋亡率；Menke等（2003）则报道说辅酶Q10能够通过保持线粒体的膜电势从而减少鱼藤酮对神经元培养物的毒性，他们认为辅酶Q10可以通过提高细胞对凋亡步骤促发的抗性，即降低线粒体膜电势来调控和产生细胞保护作用。后经进一步证实，辅酶Q10对其它细胞，如多巴胺神经元细胞[7]和角膜成纤维细胞[8]等，均有减少凋亡的作用。
2.2 辅酶Q10与动脉粥样硬化 动脉粥样硬化（AS）是由于脂肪堆积引起的发生于血管壁上的一种慢性炎症性疾病[9]，流行病学研究已经证实，血浆低密度脂蛋白的水平是心血管疾病发展的重要危险因素之一[10]。氧化低密度脂蛋白（ox-LDL）是一种存在于单核细胞中的趋化因子，能够分化为巨噬细胞，导致充满脂质的泡沫细胞的形成和脂肪纹的发展，是在动脉粥样硬化斑块形成中的初期物质。同时，低密度脂蛋白对血管内皮细胞的细胞毒作用，增加血小板活化，刺激平滑肌细胞迁移和增殖，从而启动了动脉粥样硬化的过程[11]。
辅酶Q10可以降低或延缓LDL的氧化作用，其作用机理可总结为：辅酶Q10具有位点特异性抗氧化作用，可以保护LDL中的脂质成分和蛋白质成分免于氧化损伤，而CoQ10H2抗氧化能力强，能够高效终止自由基链式反应并能抑制多种氧化诱导剂的作用，在不同氧化应激条件（强烈或比较温和的）下抑制LDL脂质过氧化，从而抑制动脉粥样硬化的形成和发展[12]。从免疫学角度来说，ox-LDL是动脉粥样硬化患者自身抗原，能够刺激机体产生相应抗体，发生抗原抗体反应，参与动脉粥样硬化的形成。孙姬等（2015）报道中提到辅酶Q10可增加动脉粥样硬化大鼠血清高密度脂蛋白（HDL）量及改善其功能，降低大鼠体内的氧化应激水平和影响主动脉炎症因子的表达，从而可能发挥抑制AS 形成及减少斑块破裂的作用。
2.3 辅酶Q10与其他物质的协同抗氧化作用 在动物机体内，清除自由基的抗氧化物质并不是单独存在的，往往是与其他抗氧化物质协同发挥抗氧化作用。目前，辅酶Q10常见与维生素E、抗坏血酸、L-肉碱发挥协同抗氧化作用。
2.3.1 辅酶Q10与维生素E 辅酶Q10是存在于细胞膜及细胞器膜上的脂溶性物质，维生素E作为脂溶性维生素，能够在机体内协同发挥抗氧化作用，是一种重要的阻断自由基链式反应的抗氧化剂[13]。维生素E能够阻断自由基链式反应，CoQ10H2能够抑制脂质过氧化的起始和终止自由基链式反应的发展，并且CoQ10H2可还原维生素E在清除自由基时产生的α-生育酚酰基自由基，再生与节约维生素E而起抗氧化作用。若遇到氧化应激，维生素E在辅酶Q10协同作用下，可转换为稳定状态，加快脂质过氧化速度。白宁宁等（2007）研究水溶性辅酶Q10与维生素E协同对老龄小鼠和D-半乳糖衰老模型小鼠的抗氧化研究表明，水溶性辅酶Q10与维生素E具有协同抗氧化作用，可预防和延缓衰老。
2.3.2 辅酶Q10与抗坏血酸 抗坏血酸，也称为维生素C，是一类已知的抗氧化剂化合物的最著名的成员之一，它包含一个γ抗坏血酸-内酯环[14]，捐一个或两个电子后还原性与抗氧化性增强，其上羟基自由基主要负责其抗氧化性能。它能够清除自由基，能还原α-生育酚酰基自由基和阻止α-生育酚羟基自由基介导的链式反应的启动，因此认为维生素E与抗坏血酸可以协同抑制脂质过氧化，进而猜测辅酶Q10与抗坏血酸也具有一定协同作用。
2.3.3 辅酶Q10与L-肉碱 L-肉碱又称为左旋肉碱，又叫维生素BT，它与动物体内脂肪酸代谢相关，主要功能是作为载体将长链脂肪酸从线粒体膜外运送到膜内以促进脂肪酸的β-氧化，促进脂肪代谢转变为能量[15]，是动物机体内重要的抗氧化剂。辅酶Q10作为抗氧化剂可以与L-肉碱共同作用，加强抗氧化池，使细胞抗氧化力增强。耿爱莲等（2005）证明在日粮中同时添加L-肉碱与辅酶Q10能够起到改善腹水症肉鸡肝脏部分脂质代谢和降低抗氧化作用。
3 辅酶Q10的其他生理功能
3.1 增强免疫功能 辅酶Q10是存在于机体中的一种非特异性免疫增强剂，它能提高动物机体内免疫细胞杀死病原菌的活力，增加机体内白细胞数量、免疫球蛋白与特异性抗体含量，进而提高机体免疫机能。在动物机体内，辅酶Q10能提高刀豆蛋白A（ConA）诱导的脾淋巴细胞的增殖能力，增强迟发型变态反应，激活单核-巨噬细胞吞噬系统的吞噬效率，提高自然杀伤细胞（NK）细胞活性，我们可以认为辅酶Q10对小鼠免疫功能的调节作用可能主要是通过激活NK细胞活性，进而发挥T细胞的功能，使巨噬細胞活化成为抗原提呈细胞，参与识别、吞噬和处理抗原、传递免疫信息等免疫反应过程来实现的。
徐彩菊等（2007）人针对于小鼠做辅酶Q10的免疫调节实验，证明辅酶Q10具有增强小鼠特异性与非特异性免疫的作用，其作用机制可能与辅酶Q10能激活NK细胞、T细胞、巨噬细胞功能及清除氧自由基、稳定膜电位等有关。
3.2 辅酶Q10其他功能 心脏病、高血压等心脑血管疾病患者，经检测，他们组织以及血浆中辅酶Q10较少，因此，可以通过补充外源性辅酶Q10，弥补血浆内辅酶Q10的不足，提高线粒体的呼吸效率和ATP的产生能力，可作为心肌代谢复活剂来使用；辅酶Q10能有效消除他汀类药物导致的横纹肌溶解等不良反应，辅助他汀类药物发挥降血脂作用；临床实验表明，天生缺少辅酶Q10的病人容易患有脑肌病，对他们进行少量的辅酶Q10补充，能有效地提高治疗效果[16]；辅酶Q10还参与细胞信息传递、基因表达等生命活动，还具有改善微循环障碍，促进学习记忆[17]等功能。
4 辅酶Q10在畜禽生产中的应用研究
近几年，针对辅酶Q10抗氧化作用的研究主要集中于动物疾病的模型上。耿爱莲等（2005）采用低温处理诱发肉鸡腹水症，研究了日粮中单独和同时添加L-肉碱和辅酶Q10对肉鸡生产性能以及腹水症发生敏感性的影响，表明添加辅酶Q10对肉鸡生产性能影响不显著，但可降低肉鸡腹水症的死亡率；杨景等（2011）在大豆异黄酮和辅酶Q10联合添加对高能饲料引起的肉鸡腹水和猝死的影响实验表明，单独添加辅酶Q10能够减少因高能引起的肉鸡死亡、猝死、腹水和心包积液的发生，使肉鸡死亡数由25/100降到2/100，猝死数由25/100降到1/100；顾莹（2011）在禽痛风机体临床病理学研究中提到，日粮中添加辅酶Q10能够显著降低血清中尿酸（UA）、肌醉（Cr）、尿素氮（BUN）的含量，添加辅酶Q10的两组鸡肾小管和肾小球的病变程度明显轻于日粮中未添加辅酶Q10的一组鸡，表现为肾小管上皮细胞水肿减轻、炎性细胞减少，肾小管、肾小球结构变清晰。
曲潤波（2012）在高胆固醇血症对兔心肌能量代谢的影响以及阿托伐他汀和辅酶Q10的干预作用中显示，阿托伐他汀联合辅酶Q10组与阿托伐他汀组相比，兔心肌线粒体中ATP与辅酶Q10含量显著增加，表明外源性补充辅酶Q10可增加心肌线粒体辅酶Q10数量，减轻心肌线粒体能量代谢障碍；高修歌等（2015）在研究辅酶Q10对猪肉品质的影响中表明日粮中添加辅酶Q10能显著改善肉质并能减缓褪色的速度，起到稳定肉色的作用，综合生产成本等指标确定辅酶Q10适宜添加量为10mg·kg-1；于琼等（2015）用环磷酰胺（CTX）快速诱导大鼠骨质疏松模型，观察辅酶Q10对CTX大鼠股骨松质骨微观结构和生物力学性能的影响，并与阿仑膦酸钠（ALD）的效果进行对比，结果显示辅酶Q10组大鼠股骨的微观参数骨体积分数和骨小梁厚度两个参数得到明显修复，骨生物力学参数除断裂应变外均得到了明显修复，表明辅酶Q10具有一定修复CTX大鼠股骨微观结构的能力，并且其修复骨质量、降低股骨骨折风险的能力优于ALD，对抗骨质疏松具有很好作用。
5 小结
综上所述，辅酶Q10是各种类型细胞发挥正常生理功能不可或缺的前提，它主要通过清除自由基、动脉粥样硬化、与其他抗氧化物质协同来发挥抗氧化作用。同时，它还能够增强免疫活性，在动物机体心脏、肝脏等实质性器官的改善、眼部疾病的治疗等方面也具有重要作用。因此，研究辅酶Q10抗氧化作用的调节及其机理等内容对提高动物生产性能、保障动物健康具有重要意义。
参考文献：
[1] 金鹿，闫素梅，史彬林，等.维生素A抗氧化功能的机制[J].动物营养学报，2015，27（12）：3671-3676.
[2] 姜义宝，黄宏波.辅酶Q10生物学功能及其在肉鸡腹水中的应用进展[J].畜牧兽医科技信息，2008（11）：5-6.
[3] 李丽，辛清武，朱志明，等.天然抗氧化剂在肉制品中的应用研究[J].中国畜牧兽医文摘， 2015，31（10）：215-216.
[4] 刘春青，张勇. 辅酶Q10对鸡代谢调控作用及其机理[J].中国饲料，2011，23（010）：28-30.
[5] 王虹玲，武婷茹，战秀梅.辅酶Q10抗氧化性及应用研究进展[J].食品研究与开发，2015，36（19）：188-190.
[6] 向忠权，蒲国荣，韦志明，等.左旋肉碱的合成与应用[J].化工技术与开发，2013，42（2）：15-21.
[7] Artuch R，Brea-Calvo G，Briones P，et al. Cerebellar ataxia with coenzyme Q10 deficiency： diagnosis and follow-up after coenzyme Q10 supplementation[J].Journal of the Neurological Sciences ，2006，246（1-2）：153-158.
[8] CRANE F L， LESTER R L. Isolation of coenzyme Q from beef heart mitochondria[J].Biochimica et Biophysica Acta， 1959，32（1）：73-78.
[9] Chen C C，Liou S W，Chen C C，et a1.Coenzyme Q10 reduces ethanol induced apoptosis in corneal fibroblasts[J].PLOS One，2011，（4）：1-12.
[10] Gurpreet Singh，B.P.Mohanty，G.S.S.Saini.Structure， spectra and antioxidant action of ascorbic acid studied by density functional theory，Raman spectroscopic and nuclear magnetic resonance techniques[J].Spectrochimica Acta Part A：Molecular and Biomolecular Spectroscopy，2016，155（15）：61-74.
[11] Kooncumchoo P，Sharma S，Porter J，et al.Coenzyme Q10 provides neuroprotection in iron-induced apoptosis in dopaminergic neurons[J].Journal of Molecular Neuroscience， 2006， 28（2）：125-141.
[12] Lee D，Kim KY，Shim MS，et al.Coenzyme Q10 ameliorates oxidative stress and prevents mitochondrial alteration in ischemic retinal injury[J]. Apoptosis， 2014，19（4）：603-614.
[13] Mizuno Y，Jacob R F，Mason R P.Inflammation and the development of atherosclerosis[J].Journal of Atherosclerosis and Thrombosis，2011，18（5）：351-358.
[14] Papucci L，Schiavone N，Witort E，et a1.Coenzyme Q10 prevent apoptosis by inhibiting mitochondrial depolarization independently of its free radical scavenging property[J].Journal of Biological Chemistry，2003，278（30）：28220-28228.
[15] Paolla F.C. Ferreiraa，Vanessa H.S.Zagoa，Fabio L. D"Alexandria，et al.Oxidized low-density lipoproteins and their antibodies：Relationships with the reverse cholesterol transport and carotid atherosclerosis in adults without cardiovascular diseases[J].Clinica Chimica Acta， 2012，413 （19-20）： 1472-1478.
[16] Vincenzo G，Maria T V，oncetta S， et a1.Epigenetic Reprogramming in Atherosclerosis[J].Current Atherosclerosis Reports， 2015， 17 （2）：1-12.
The research progress of coenzyme Q10 antioxidant effect
GUO Wen-hui，SONG Zhi-gang
（Shandong Agricultural University College of Animal Science and Technology，
Shandong Taian 271018，China）
Abstract：Coenzyme Q10，a lipid soluble compounds，which widely exists in living organisms. It takes part in the electron transport in the respiratory chain，promotes the production of ATP to maintain the body metabolism and supply energy.Meanwhile it is also the important antioxidant and nonspecific immunity boosters.In this paper，we will study the antioxidant activity and antioxidant mechanism of coenzyme Q10 from the free radicals，atherosclerosis，and synergistic substances， which provides a reference for the further application of the antioxidant function of coenzyme Q10 in livestock production.
Key words：coenzyme Q10；antioxidant function；free radical；atherosclerosis