在奶牛规模化养殖的生产过程中，如何将奶牛的产奶量达到最高，如何使奶牛的泌乳性能更好地提升，如何将奶牛的抗氧化水平达到最佳，一直是畜牧工作者研究的重点。饲粮添加适量的添加剂或动物生长促进剂可以起到调控作用，但其在畜产品中的药物残留物会对人体健康产生危害。开发利用能够促进动物生长的天然活性物质逐渐受到人们的关注。大豆异黄酮(soybean isoflavones，SI)是一种天然的添加剂，是由大豆衍生而来的一类次级代谢产物，属于植物雌激素家族，具有多种生理功能^[1]。大豆异黄酮具有弱雌激素活性，因此可以作为抗氧化剂以及调节机体内源性激素水平的生理调节剂^[2]。它具有促进动物乳腺发育、提高奶牛泌乳量以及增强机体免疫力等作用^[3]。此外，大豆异黄酮还具有绿色、安全、有效以及副作用小等优点^[4]。本文结合国内外近年来的研究成果，对大豆异黄酮在奶牛生产中的应用进行综述，为开发利用大豆异黄酮等天然饲料添加剂提供理论依据。

1 大豆异黄酮的结构及功能

大豆异黄酮是一种存在于豆科植物中的黄酮类化合物^[1]。大豆是日常饮食生活中很重要的一种食物，也是植物雌激素的来源^[5]。大豆异黄酮主要分布于大豆的种皮、胚轴和子叶中^[6]，其中含量最高的是大豆的子叶，占总含量的80%~90%；胚轴中的总含量相对较低，但是含有的大豆异黄酮的种类较多^[7]。由于大豆异黄酮的化学结构类似于哺乳动物雌激素的化学结构，因此大豆异黄酮在内分泌调节中具有双重作用^[8]，是选择性雌激素受体调节剂^[9]，既能作为雌激素与受体进行结合，又能作为抗雌激素阻碍其与受体结合^[10]。大豆异黄酮在不同水平下都具有生物活性，对具有高雌激素水平的受体产生抗雌激素作用，对具有低雌激素水平的受体产生雌激素作用^{[3, 7]}。近年来研究发现，大豆异黄酮在人类疾病治疗中起到了抗肿瘤^[11]、抗氧化应激、抗炎^[12]以及增强组织细胞增殖能力等作用^[13]。对于非反刍动物来说，大豆异黄酮能提高蛋白质合成效率、促进家畜生长、改善繁殖性能^[14-15]。而对于反刍动物而言，大豆异黄酮能够促进奶牛泌乳性能、改善常规乳成分等作用^{[3, 10, 16-17]}。

2 大豆异黄酮中的主要成分

据报道，大豆异黄酮共有12种，其中最主要的2种为染料木黄酮和大豆苷元^[13]，存在形式主要以2种形式存在，一是游离的苷元型异黄酮，二是糖苷型异黄酮，游离的苷元型异黄酮的含量较少，糖苷型异黄酮的含量较多，占总异黄酮含量的97%~98%^[7]。由于苷类成分在肠道内难以吸收代谢，所以糖苷型异黄酮必须经过肠道微生物发酵转化或直接水解成苷元型异黄酮才能被机体吸收利用^[7]。反刍动物在口服摄入后，糖苷被细菌葡糖苷酶水解成糖苷配基，被瘤胃微生物高度代谢^[18]，将大豆苷元转化为雌马酚^[19]。染料木黄酮代谢为对乙基苯酚^[20]，尽管对乙基苯酚是一种无活性的代谢产物，但雌马酚是大豆苷元在奶牛体内通过生物转化产生的具有较稳定化学结构的最终代谢产物，与受体结合具有更高的亲和力，相对于其母体大豆苷元具有更高的生物活性^[20]，因此可作为一种更有效的抗氧化剂，能够更好地促进动物乳腺发育，提高产奶量、机体免疫力和抗氧化能力^[13]。

3 大豆异黄酮对奶牛生产性能的影响及作用机制 3.1 对瘤胃发酵的影响及作用机制

瘤胃是一个高度多样化的生态系统，包括3个微生物分类群：细菌、原生动物和真菌^[20]。奶牛瘤胃微生物组在动物健康和生产力方面发挥着重要作用，是一个非常动态的系统，随着年龄的增长^[21]或饮食^[22]而变化。瘤胃中的大多数细菌是对氧气敏感的专性厌氧菌，细菌种群可受各种因素的影响，如饲粮、物种和寄主年龄、饲料、饲料添加剂、季节和地理区域等^[23]。此外，瘤胃厌氧细菌的代谢活动受pH和氧化还原电位值变化的影响^[20]。大豆异黄酮对瘤胃环境的影响的研究很少且不一致。Kasparovska等^[20]研究发现，饲粮中添加大豆异黄酮的试验组和未添加大豆异黄酮的对照组相比，pH和氨含量没有显著差异；但是与试验组相比，对照组的总挥发性脂肪酸(TVFA)含量较高；2组中丙酸在TVFA含量中的比例相似。据报道，大豆异黄酮及其代谢物在吸收后存在于循环血液中^[20]。除了瘤胃内异黄酮的初始直接作用外，血液中的这些循环异黄酮及其代谢物也会影响瘤胃微生物，如通过唾液或通过瘤胃上皮进入瘤胃的血液中睾酮水平的波动可能影响挥发性脂肪酸(VFA)含量和瘤胃细菌蛋白^[24-25]，需要进一步的研究来澄清这些观察结果。然而，关注异黄酮对瘤胃微生物种群组成的影响的研究很少。朱河水等^[26]和李琮等^[27]报道，大豆黄酮可以通过血液循环影响瘤胃的代谢以及提高微生物蛋白的含量。刘春龙等^[28]试验结果表明，添加染料木黄酮可以增加饲粮中乙酸和TVFA的产量，但是对于丙酸产量、乙酸和丙酸的比值并未产生影响。

3.2 对泌乳性能的影响及作用机制

奶牛乳腺的发育状况会影响奶牛的泌乳性能，通过神经内分泌系统可以对奶牛乳腺的发育状况及泌乳过程进行调控^[10]。据报道，大豆异黄酮可影响神经内分泌系统的生长轴，并且可与下丘脑、垂体等处的受体进行结合，促进垂体分泌生长激素(GH)和催乳素(PRL)^[10]。催乳素可以增加细胞核内的RNA，使蛋白激酶受到环化腺苷酸(cAMP)的激活，促使糖元和脂肪进行分解^[29]，增加乳汁的分泌，从而提高奶牛产奶量^[29]。

将大豆异黄酮这种天然的植物雌激素添加到奶牛饲粮中进行饲喂，在奶牛采食后，大豆异黄酮被消化吸收进入到奶牛的血液中，使血液中的胰岛素样生长因子-Ⅰ(IGF-Ⅰ)含量得到提升^[10]。一方面，IGF-Ⅰ同时作用于哺乳动物雷帕霉素靶蛋白(mTOR)和Janus激酶-信号转导与转录激活子(JAK-STAT)2条信号通路，调节乳蛋白相关基因表达从而促进乳蛋白合成，提高乳产量^[30]；另一方面，IGF-Ⅰ作用于下丘脑和垂体，可促进垂体生长激素和催乳素的分泌，使催乳素与受体结合^[31]，进而提高核蛋白体RNA^[32]，使酪蛋白mRNA翻译转录的速度变快^[26]，从而使乳汁的分泌得到增加，提高奶牛的产奶量^[31]。刘续航等^[33]在大豆异黄酮对奶牛泌乳性能及乳腺主要免疫功能影响的研究表明，在混合饲粮的基础上添加大豆异黄酮可以显著提高奶牛的产奶量，但是对乳蛋白的含量和乳脂率无显著影响。杨建英等^[34]在饲粮中添加大豆异黄酮可显著提高奶牛的产奶量以及乳中乳糖、乳蛋白含量和乳脂率。朱河水等^[35]研究发现，大豆异黄酮不但能阻止奶牛泌乳后期产奶量下降，而且在一定程度上能提高泌乳量。有研究发现，乳腺上皮细胞的增殖是决定泌乳持续性和乳产量的重要因素之一^[36]。刘春龙等^[37]在大豆黄酮和染料木素对体外培养奶牛乳腺上皮细胞增殖及抗氧化水平的影响研究中表明，在奶牛乳腺上皮细胞中添加不同浓度梯度的大豆异黄酮，在一定浓度范围内可以显著增强奶牛乳腺上皮细胞的增殖。穆莹等^[38]研究发现，在饲粮中添加大豆异黄酮时，可以显著提高β-酪蛋白、乳糖和甘油三酯的含量，促进细胞的增殖，提高奶牛的产奶量。欧阳五庆等^[39]在研究大豆异黄酮对视网膜微血管内皮细胞(RMEC)增殖的影响时表明，大豆异黄酮能提高大鼠乳腺上皮细胞的细胞增殖，并且大豆异黄酮的添加剂量呈现一定的依赖性。卢志勇等^[16]在进行不同浓度大豆异黄酮和奶牛乳腺上皮细胞共培养试验的结果中表明，当大豆异黄酮的添加剂量在一定范围时，可以显著提高奶牛乳腺上皮细胞分泌β-酪蛋白、乳糖和甘油三酯的能力；并指出，大豆异黄酮可提高细胞活力，促进合成代谢与分泌β-酪蛋白、乳糖和甘油三酯的能力，加速细胞对营养物质的转化效率，从而增强乳腺上皮细胞的泌乳能力。

3.3 对抗氧化能力的影响及作用机制

一般体内产生的自由基处于动态平衡状态，当体内产生的自由基过多或清除不足时，会导致机体产生氧化应激^[2]。大豆异黄酮是有效的自由基清除剂，在体内和体外均具有高抗氧化能力，其分子结构的主链上，取代羟基的数目和位置是决定大豆异黄酮抗氧化能力的主要因素^[40]。据报道，影响大豆异黄酮抗氧化活性最主要的羟基位C-4’位羟基，其次是C-5位羟基，而C-7位羟基对抗氧化活性的影响可以忽略^[2]。由于染料木黄酮在C-4’位、C-5位、C-7位共有3个羟基，大豆苷元在C-4’位、C-7位共有2个羟基，所以染料木黄酮和大豆苷元均是有效的抗氧化剂，且染料木黄酮的抗氧化活性强于大豆苷元。但是，大豆异黄酮的抗氧化能力并不仅仅由它们固有的自由基清除特性介导。许多研究表明，大豆异黄酮是天然强大的抗氧化剂，可以提升奶牛机体的抗氧化能力^{[3, 16]}。通过促进抗氧化基因的表达，提高抗氧化酶的活性，如过氧化氢酶(CAT)、超氧化物岐化酶(SOD)和谷胱甘肽过氧化物酶(GSH-Px)的活性，降低丙二醇(MDA)的含量，使细胞不受由活性氧(ROS)的释放产生自由基而引起的氧化损伤的破坏^[40]。据报道，大豆异黄酮可阻止在细胞代谢过程中DNA中鸟嘌呤被某些活性氧破坏产生8-羟基-2’-脱氧鸟苷，进而阻断自由基的链式反应，从而抑制脂质的过氧化生成^[27]。因此，大豆异黄酮具有很好的抗氧化性，能够通过2种途径来发挥其抗氧化作用：一是清除体内产生的过多的自由基，使机体自由基处于平衡状态；二是增强抗氧化酶的活性，降低MDA的含量，使机体免受氧化损伤的破坏。

大豆异黄酮抗氧化能力非常强，可以保护机体，使机体不受射线诱导的氧化损伤^[41]。方洛云等^[3]在大豆异黄酮对奶牛抗氧化指标影响的研究中表明，奶牛饲喂大豆异黄酮后，奶牛血清中的SOD和GSH-Px活性均有显著提高。刘德义等^[42]在饲粮中添加了不同浓度的大豆异黄酮后，对具有过氧化物活性的酶进行测定，发现奶牛血清中的GSH-Px、CAT和SOD的活性显著上升。刘续航等^[33]在饲喂大豆异黄酮35 d后的奶牛血清中发现GSH-Px和SOD的活性均有显著上升，CAT的活性也有一定的提高。卢志勇等^[16]在大豆异黄酮等对奶牛乳腺上皮细胞泌乳性能及抗氧化能力影响的研究中表明，大豆异黄酮能显著提高血清CAT、SOD和GSH-Px的活性，降低血清MDA和一氧化氮(NO)的含量，并呈一定的剂量依赖性。

4 小结

大豆异黄酮是一种天然的饲料添加剂，其在奶牛生产中的应用目前主要集中在产奶量、泌乳性能以及抗氧化能力等方面，对于大豆异黄酮的成分分析以及作用机理等方面的研究较少。本文结合国内外应用大豆异黄酮对奶牛机体的影响进行了深入的分析，可为日后更好的应用大豆异黄酮这类植物雌激素提供依据。