2. 湖南农业大学动物科学技术学院, 长沙 410128;
3. 湖南家禽安全生产工程技术研究中心, 长沙 410128;
4. 湖南加农正和生物技术有限公司, 长沙 410128
2. College of Animal Science and Technology, Hunan Agricultural University, Changsha 410128, China;
3. Hunan Poultry Safety Production Engineering Technology Research Center, Changsha 410128, China;
4. Hunan Canong Zhenghe Biotechnology Co., Ltd., Changsha 410128, China
刺五加(Acanthopanax senticosus)俗称西伯利亚人参,在中、韩、日、俄等国均有分布,主要药用部位为其干燥的根及茎[1-2]。刺五加具有益气健脾、补肾等功能,还可用于治疗慢性支气管炎、神经衰弱、高血压及缺血性心脏病等疾病,从刺五加中检测出的主要成分有刺五加苷、刺五加多糖、刺五加酸等[3-4],因其含有的这些活性物质具有抗炎、抗氧化、降血脂、抑菌、抗病毒及免疫调节等功能而被广泛应用[5-11]。刺五加提取物在畜禽生产上的应用发现,通过在饲粮中添加刺五加提取物能显著提高畜禽生产性能,并起到免疫调节等作用。本文就刺五加提取物的代谢途径、生物学功能及畜禽生产中的应用进行综述。
1 刺五加提取物在体内的代谢刺五加的主要活性成分为刺五加苷和刺五加多糖。魏文峰等[12]通过对大鼠进行腹腔注射刺五加叶提取物,从血清中推测出刺五加叶提取液的11种代谢产物;Zhang等[13]试验表明,给大鼠饲喂刺五加后,从心脏组织中鉴定出含有21种与刺五加有关的调节代谢物,肝脏中20种,脾脏中14种,肺脏中17种,肾脏中16种,血清中12种。刺五加苷的主要活性成分为刺五加苷B和刺五加苷E(图 1),刺五加苷B也被称为紫丁香苷,主要用于免疫调节、抗炎和抗高血糖,刺五加苷E具有显著的抗炎作用。研究表明刺五加苷B和刺五加苷E经口服后前0.5 h被迅速吸收,之后其吸收速度开始下降,并于5~6 h后完成其吸收代谢,这与静脉注射后小鼠血浆中代谢规律相似[14],由此可以推测,刺五加苷B与刺五加苷E主要在前肠吸收代谢,随后分布到各个组织器官中。Lu等[15]的研究得出,刺五加苷B的主要代谢过程包括去甲基化、乙酰化、氧化和去糖基化后的葡萄糖醛酸化。刺五加多糖是一类生物高分子质量化合物,平均分子质量为10 ku,主要单糖组成为阿拉伯糖、木糖、葡萄糖、甘露糖,其大致比例为7.1 : 22.3 : 7.6 :1.0[9]。刺五加多糖的代谢机制尚不清楚,仍有待进一步研究。此外,Han等[3]在饲喂添加刺五加饲粮的大鼠体内检测出绿原酸、儿茶酸、咖啡酸等活性成分。
刺五加中发挥抗炎作用的主要活性成分为刺五加多糖、刺五加苷及刺五加酸。其中刺五加多糖可以通过保护动物机体肠道的完整性来达到抗炎的目的。在畜禽生产中,环境因素、高蛋白质饲粮及动物应激等会造成动物机体肠道损伤并引发肠炎,影响动物对营养物质的吸收速率,进而导致其生长性能下降,营养不良,甚至死亡[16]。Han等[17]研究证明,刺五加多糖可以改善脂多糖(LPS)诱导的小鼠肠损伤条件下肠道的完整性,其机制与抑制Toll样受体4(TLR4)/核转录因子-κB(NF-κB)信号通路有关。Han等[18]还表明,刺五加多糖可以预防LPS所致炎症条件下小鼠的肠黏膜屏障损伤,其机制可能与上调表皮生长因子及其受体基因信使核糖核酸(mRNA)表达有关。刺五加苷和刺五加酸则主要是通过直接作用于炎症因子而发挥其抗炎作用。其中,刺五加中得到的提取物对小鼠肺炎有一定的抑制作用,特别是刺五加苷D能够显著减轻肺组织病变,减缓LPS处理引起的炎症细胞浸润和肺泡壁厚度增加[5]。另外,刺五加苷有保护小鼠急性肝损伤的作用,其保护作用可能归因于NF-κB和核因子E2相关因子2(Nrf2)/血红素加氧酶-1(HO-1)信号通路中的炎症抑制功能[19]。Zou等[20]试验结果表明,刺五加苷的抗炎活性可能与下调了小鼠单核巨噬细胞白血病细胞RAW264.7中的肿瘤坏死因子-α(TNF-α)和白细胞介素-1β(IL-1β)含量以及晚期促炎细胞因子高迁移率族蛋白1(HMGB1)的表达量有关;Kang等[21]研究了刺五加苷C3对LPS刺激的RAW264.7细胞的抗炎作用机制,并发现这些作用可能是通过先抑制TLR4信号通路后再抑制丝裂原活化蛋白激酶(MAPKs)和NF-κB磷酸化来实现的。Li等[22]研究了刺五加酸对LPS诱导的人脐静脉内皮细胞炎症反应的影响,结果表明刺五加酸可抑制TNF-α诱导的白细胞介素-6(IL-6)和白细胞介素-8(IL-8)的产生和LPS诱导的NF-κB活化,并上调肝X受体α(LXRα)的表达。此外,通过用刺五加树皮提取物以经济环保的方式合成金纳米颗粒也具有抗炎活性[23]。高剂量的刺五加乙醇提取物也被报道可能通过加速脂质氧化、酒精代谢以及抑制炎症反应(包括TLR途径)的方式来保护酒精性和高脂饮食性肝损伤[24]。Chien等[25]使用刺五加提取物进行了大鼠体内外试验研究,结果显示刺五加提取物阻断了LPS诱导的RAW264.7细胞及LPS导致的肺损伤中的诱导型一氧化氮合酶、环氧化酶-2、核因子-kappa-B抑制剂α(IκB-α)蛋白的磷酸化和MAPKs的表达。由此可以看出,刺五加提取物具有较强的抗炎活性。
2.2 抗氧化功能自由基是许多代谢途径的正常产物,但自由基在体内蓄积可能导致蛋白质功能障碍、脱氧核糖核酸(DNA)损伤、脂质过氧化甚至可以导致细胞死亡[26]。刺五加提取物主要通过清除自由基活性发挥其抗氧化作用。Hao等[6]试验结果表明,采用水提取法得到的新型刺五加水溶性多糖具有较强的1, 1-二苯基-2-三硝基苯肼(DPPH)清除活性。除刺五加多糖外,刺五加苷也具有较强的抗DPPH活性,推测刺五加苷E1的抗氧化机制可能是基于DPPH分子与其芳基的络合作用[27]。Kang等[28]使用斑马鱼模型对从刺五加中分离纯化的多糖进行抗氧化作用的研究,结果表明纯化后的多糖能显著提高清除过氧化氢的能力,减少过氧化氢诱导的Vero细胞和斑马鱼细胞死亡。此外,刺五加苷预处理可明显改善LPS/D-氨基半乳糖(D-GalN)所致小鼠肝脏组织中过氧化氢酶(CAT)、超氧化物歧化酶(SOD)活性及谷胱甘肽(GSH)含量的下降和丙二醛(MDA)含量的升高,表明刺五加苷可抑制LPS/D-GalN诱导急性肝损伤所致的氧化应激,其抗氧化作用与Nrf2信号通路的调节有关[19]。与刺五加其他部位提取物相比,刺五加叶提取物具有最强的清除DPPH活性。由于提取物的抗氧化活性与总酚和原花青素含量有关,从各部位的主要酚类含量来看,刺五加叶提取物中绿原酸和咖啡酸的含量均高于其他部位,且刺五加发酵后可以提高其抗氧化活性[29-30]。基于上述对抗氧化能力的研究,刺五加提取物尤其是刺五加叶部位的提取物有希望作为良好的新型饲料添加剂或抗氧化剂使用。
2.3 调节糖脂代谢功能腹部脂肪通常被认为是一种饲粮能量的损失,在畜禽生产中腹脂率过高会造成瘦肉率和产蛋率的下降[31]。Han等[32]从刺五加叶中分离得到的糖苷ST-C1和糖苷ST-E2可以通过AMPK-过氧化物酶体增殖物激活受体-γ(PPARγ)-CCAAT增强子结合蛋白α(C/EBPα)机制抑制脂肪生成。Nishida等[7]研究发现,对给予高脂饲粮的BALB/c小鼠补喂刺五加可显著降低其血浆中的甘油三酯(TG)含量,使治疗组小鼠肝脏中的谷丙转氨酶(CPT)活性显著增强,其机制可能是刺五加可增加线粒体的脂肪酸氧化及CPT的激活。与肥胖相关的胰岛素抵抗是大多数代谢性疾病的主要危险因素,尤其是血脂异常和Ⅱ型糖尿病。Ahn等[33]选用5周龄的db/db小鼠饲喂添加刺五加提取物或刺五加皂苷的饲粮5周,发现两者均能有效改善血脂水平,显著降低血糖和胰岛素水平。刺五加的果实也被发现可以通过调节AMPK活性和脂质代谢相关基因表达来改善肥胖相关的胰岛素抵抗和肝脏脂质积聚[34]。Li等[35-36]研究发现,刺五加提取物能对蛋白酪氨酸磷酸酶1B(PTP1B)、二酰甘油酰基转移酶1(DGAT1)、二酰甘油酰基转移酶2(DGAT2)均表现出选择性抑制活性,通过对刺五加提取物的研究和优化,使得新的PTP1B抑制剂的发现成为可能,并且此研究为Ⅱ型糖尿病和肥胖症的治疗提供了新的理论依据。
2.4 提高抗病力功能疾病对畜禽生产危害严重,特别是传染性疾病,一旦爆发,就会造成重大的经济损失。通过增加畜禽的免疫力,可以有效提高畜禽的抗病力。刺五加被证明能显著增加免疫器官的重量,促进淋巴T细胞的增殖,调节淋巴B细胞的功能,降低自然杀伤细胞的能力[3]。Li等[37]研究发现,刺五加多糖增加了小鼠巨噬细胞吞噬功能,及IL-6和TNF-α含量,确定TLR4是刺五加多糖结合的主要受体。另外,刺五加多糖能够有效改善试验小鼠的免疫器官指数,调节相关免疫细胞因子水平[38]。孙守坤等[39]为探讨刺五加多糖中发挥作用的成分,研究了刺五加酸性多糖的免疫作用,发现刺五加酸性多糖可以增加免疫低下小鼠的器官指数及TNF-α和γ-干扰素(IFN-γ)含量,增强小鼠巨噬细胞吞噬功能等。刺五加中发挥免疫调节作用的主要为刺五加多糖,因此刺五加多糖具有成为一种新型免疫增强剂的潜力。此外,刺五加具有抑菌性及抗病毒性,可提高动物机体的抗病力。Zhou等[10]试验表明,从刺五加叶中得到的提取物对金黄色葡萄球菌感染有显著的抑制作用,揭示了刺五加叶提取物是一种有效的天然抗生素。Yan等[11]发现,刺五加苷B1可能影响N-聚糖的生物合成、化学因子信号途径、细胞因子-细胞因子受体相互作用,特别是可能以RNA聚合酶Ⅱ亚基A(POLR2A)为靶点抑制流感病毒基因的产生。
3 刺五加提取物在畜禽生产中的应用刺五加提取物因具有较好的抗炎、抗氧化等生物活性而被报道,但刺五加提取物在畜禽生产上的应用较少,且研究主要集中在国内。目前,刺五加提取物在畜禽生产应用表现出较好的功效,展现出良好的应用前景。
3.1 刺五加提取物在猪生产中的应用在仔猪饲粮中添加刺五加提取物对仔猪腹泻有很好的防治效果,并可以达到提高生产性能、提升免疫力以及调节仔猪肠道微生物的作用[40-41]。Bekenev等[42]试验证明,每天给断奶仔猪饲喂含3 mL刺五加提取物的添加剂混合物,可以提高仔猪的存活率和平均日增重,使断奶后仔猪平均日增重提高4.8%~24.6%,成活率提高5.0%~5.1%。Han等[43]研究发现,在仔猪饲粮中添加800 mg/kg刺五加多糖可以通过调节促炎细胞因子的释放,减轻仔猪对LPS的过度免疫反应,表明降低免疫系统的过度激活可能是利用刺五加多糖作为天然衍生免疫调节剂来提高断奶仔猪生长速度和采食量的机制。Fan等[44]也发现添加800 mg/kg刺五加多糖能改善LPS诱导的仔猪肠道形态的恶化,逆转了LPS引起的仔猪平均日采食量下降、腹泻发生率和腹泻指数的上升及炎症的扩增。此外,添加刺五加多糖能够提高断奶仔猪的免疫器官指数及平均日增重,降低料重比及腹泻率,同时也能起到调节粪便微生物菌群数及胃肠道pH的作用[45-47]。梁兴龙等[48]在仔猪饲粮中添加刺五加多糖也达到了相似的效果,但该试验表明刺五加多糖的最佳添加量为900 mg/kg。范越蠡等[49]研究证明,在饲粮中添加0.1 mg/mL刺五加苷E,可以改变肠道上皮细胞间紧密连接蛋白和细胞因子基因的表达,促进仔猪肠道屏障功能的完整性。因此,刺五加提取物在仔猪上的应用具有较好的效果,主要表现在改善断奶仔猪的腹泻和肠道健康方面,其中刺五加多糖更具有应用前景,且最适添加量约为800 mg/kg。
3.2 刺五加提取物在鸡生产中的应用刺五加提取物在鸡生产中也具有积极的影响,并且效果显著。才絮等[50]试验证明,在饲粮中添加一定比例的刺五加可以提高贵妃鸡的生长性能,并且得出最佳添加量为1%。杜杰等[51]发现添加0.75%刺五加显著提高了乌鸡的全净膛率和腿肌率,且胸腺指数、脾脏指数与对照组相比也存在显著差异。马月军等[52]试验证明,添加1 500 mg/kg刺五加多糖,蛋雏鸡每日采食量可以提高9.4%。赵国先等[53]证明添加0.10%刺五加多糖能显著提高蛋雏鸡的体重、56日龄蛋鸡血清中免疫球蛋白A(IgA)、免疫球蛋白G(IgG)、免疫球蛋白M(IgM)的含量及料重比。综上所述,刺五加在鸡生产中的作用主要表现在对免疫功能的调节方面,能够有效提高其免疫力。
3.3 刺五加提取物在牛生产中的应用近年来,关于刺五加在牛生产中的应用也有报道,主要集中在提高其胃肠道发育。王长文等[54]试验表明,在牛饲粮中添加1 g/kg的刺五加超微粉消化道壁明显变薄,1 g/kg的刺五加微粉和1 g/kg的刺五加超微粉提高了犊牛瘤胃、十二指肠、空肠、回肠绒毛高度及绒毛数量,进而提高了犊牛的生长性能。Kong等[55]设计了不添加刺五加组(对照组)、添加1.0 g/L刺五加微粉组、添加1.0 g/L刺五加超细粉组和添加1.0 g/L刺五加粗粉组,研究结果显示,与对照组相比,添加1.0 g/L刺五加微粉组小牛瘤胃壁厚和乳头直径均显著降低,隐窝深度显著增大,在小牛十二指肠中,添加刺五加组绒毛直径显著降低,表明幼仔在吸吮期补充刺五加微粉能促进胃肠发育。
3.4 刺五加较其他植物提取物在畜禽生产中应用的潜力刺五加在植物学分类上与人参同属五加科,刺五加含有与人参等相似的多种皂苷、多糖,它的部分生物学功能与人参极为相似[56],且刺五加较人参价格低廉,更适于在畜禽生产中应用。黄芪与刺五加均具有较强的免疫调节功能,黄芪的主要活性成分之一为黄芪多糖,刺五加提取物中总多糖及总皂苷含量均显著高于黄芪提取物(表 1)。近年来植物多糖及植物皂苷在畜禽生产中展现出较大的应用潜力,刺五加因其价优、主要活性成分含量高、效果好等因素,较适于在畜禽生产中应用。
综上所述,刺五加提取物具有抗炎、抗氧化、调节糖脂代谢等多种生物学功能,在畜禽生产中有着广阔的应用前景。但是,刺五加提取物在畜禽生产中的应用并不广泛,如何将其合理应用于畜禽生产中还需要更加深入的研究。此外,刺五加提取物在抑菌及抗病毒能力方面有着巨大潜力,但其机制仍需详细研究。因此,本文为刺五加提取物在畜禽生产中到达高效精准的饲用效果,且作为一种新型健康的饲料添加剂在畜禽生产中的应用提供了重要参考。
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