当前,随着我国饲料替抗、养殖减抗工作的推进,研究和开发新型绿色抗生素替代品正成为畜牧养殖业的一大热点。药食同源天然植物及其提取物具有源自天然、低毒副、无有害残留等优势,且其多功能效应对动物的健康和生产具有重要意义,因而近年来被大量研究和报道。
葛根为豆科植物葛的干燥根,是一种药食同源植物,已经被列入118种可饲用天然植物原料目录。作为传统中药,葛根具有生津止渴、通经活络等作用,临床上常用于治疗心绞痛、高血压、偏头痛等;此外,葛根的淀粉含量较高,膳食纤维、氨基酸、微量元素等成分丰富,可用做牛、羊等反刍动物的饲料来源。葛根异黄酮是葛根的主要活性成分,占葛根总量的5%~10%,具有解热、降糖、降血压的作用,并可清除自由基,扩张血管,改善血液微循环,调节脂类代谢[1]。葛根异黄酮可作为一种潜在的提高动物免疫力和抗氧化能力的绿色饲料添加剂,在畜禽饲料添加剂中具有非常大的应用前景。
1 葛根素(puerarin)的来源和性质
葛根为豆科植物野葛(Pueraria lobata Willd.)及粉葛(Pueraria thomsonii Benth.)的干燥根,野葛在我国资源丰富,主要分布于辽宁、河南、河北、山东等地;粉葛主要分布于广西和广东等地,以栽培为主;野葛的总黄酮和葛根素含量均显著高于粉葛。葛根中含有异黄酮、三萜皂苷、生物碱等多种活性成分,其中葛根异黄酮含量最高。葛根异黄酮包括大豆苷元(daidzein)、葛根素、大豆苷(daidzin)等成分,这些成分的结构相似(图1),理化性质和生物学功能也大致相同[2]。目前,临床上对葛根素的研究较多,《中国药典》规定,以葛根素作为评价葛根药材及葛根总黄酮质量的指标成分[3]。葛根素相对分子质量为416.38,结构式为8-β-D-葡萄吡喃糖-4',7-二羟基异黄酮,水溶液为无色或淡黄色;具有抗炎、抗氧化、调节糖和脂代谢、舒张血管、降低骨质疏松的发生、改善肠道屏障功能、抗心律失常、保护神经等作用,不良反应较少,无有害残留物质,被誉为“植物雌激素”。
2 葛根异黄酮的生物学功能
2.1 抗炎作用
炎症反应是机体在受到感染、病原微生物、创伤等刺激下,产生的一种重要的防御性反应,一般而言,这种反应对机体是有利的。但是,如果炎症因子持续存在,过度的炎症反应就会逐渐发展成慢性炎症,严重的可能危及生命。大量研究表明,葛根素、大豆苷元、大豆苷等葛根异黄酮具有一定的抗炎作用[4]。Hu等[5]研究发现,葛根素可抑制核转录因子-κB(nuclear factor-kappa B,NF-κB)的表达,减少促炎因子白细胞介素-1(interleukin-1,IL-1)、白细胞介素-2(interleukin-2,IL-2)和白细胞介素-4(interleukin-4,IL-4)的分泌,促进抗炎因子白细胞介素-10(interleukin-10,IL-10)的分泌,进而缓解炎症反应。Noh等[6]研究发现,葛根素可以减弱脂肪组织的炎症。Yang等[7]研究表明,葛根素可通过抑制NF-κB信号通路的激活来间接阻止C反应蛋白(C-reactive protein,CRP)的产生和释放,减轻炎症反应。Zeng等[8]研究表明,葛根素可以在RAW264.7细胞中起抗炎作用。Jeon等[9]研究证实,葛根素可以通过抑制NF-κB信号通路的激活来减少白细胞介素-1β(interleukin-1β,IL-1β)、肿瘤坏死因子-α(tumor necrosis factor-α,TNF-α)和白细胞介素-6(interleukin-6,IL-6)等促炎因子的释放。这些研究均表明葛根异黄酮在对抗炎症中发挥着抗炎作用,并且具有显著效果。
2.2 抗氧化作用
葛根素已被证明是一种自由基清除剂。Zeng等[10]研究表明,葛根素可减少血肿周围活性氧自由基(reactive oxygen species,ROS)产生。Li等[11]研究表明,葛根素可通过NF-κB去乙酰化来减少糖尿病肾脏中主要产生活性氧的尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸氧化酶4(nicotinamide adenine dinucleotide phosphate oxidase 4,NOX4)的活性,减弱氧化应激。Zhou等[12]研究表明,葛根素增加了大鼠血清和肝脏中抗氧化标志物的水平,减缓了高脂肪和高果糖饮食大鼠的氧化应激反应。Huang等[13]研究表明,葛根素可以改善大鼠蛛网膜下腔出血(subarachnoid hemorrhage,SAH)后神经行为障碍,并减轻氧化应激诱导的脑铁细胞增多症。Jeon等[9]研究报道,葛根素减少了丙二醛(malondialdehyde,MDA)的产量,抑制了因葡聚糖硫酸钠诱导的结肠炎小鼠模型的炎症和氧化应激。Zhou等[14]研究表明,大豆苷元与葛根素具有非常相似的抗氧化活性。
2.3 调节糖和脂代谢
糖和脂代谢是生命活动的基础,其紊乱可能会引发机体出现代谢疾病。胰岛素抵抗是糖和脂代谢的主要病理之一,与Ⅱ型糖尿病关系密切。有研究显示,葛根在治疗Ⅱ型糖尿病胰岛素抵抗方剂中出现频次排在第5位[15]。Xu等[16]研究表明,葛根素显著改善了高脂肪和高果糖饲粮喂养大鼠的肥胖特征,减少了脂质积累与导致脂质积累基因的mRNA表达,并证实葛根素可通过调节腺苷酸激活蛋白激酶(adenosine 5'-monophosphate activated protein kinase,AMPK)信号通路提高肝胰岛素敏感性,抑制脂原基因的表达,改善肝脂肪变性。Liu等[17]研究发现,葛根素可以抑制肝脏糖异生的发生,其作用是通过激活磷脂酰肌醇3-激酶(phosphatidylinositol 3-kinase,PI3K)/蛋白激酶B(protein kinase B,Akt)/信号通路来实现。Shen等[18]研究提示,膳食补充剂葛根素可以通过靶向磷酸化Akt1的PH结构域来抑制Akt1的跨膜作用并激活Akt1,改善糖和脂代谢功能障碍。王裕红[19]研究发现,葛根素可以改善糖和脂代谢处于紊乱状态下大鼠的糖和脂代谢相关代谢指标。Zheng等[20]研究报道,葛根素可降低高脂饲粮小鼠的脂肪沉积,改善其脂肪代谢。
2.4 类雌激素样作用
2.5 其他功能
葛根异黄酮还具有保护神经、促进心血管舒张、降压、抗凋亡等生物学功能。Zhou等[24]研究发现,葛根素在小鼠肠系膜动脉中诱导内皮依赖性血管舒张,并减轻高盐诱导的高血压小鼠的血压。Zheng等[25]研究表明,从葛根中提取得到的大豆苷元可通过调节Akt/哺乳动物雷帕霉素靶蛋白(mammalian target of rapamycin,mTOR)/脑源性神经营养因子(brain-derived neuro-trophic factor,BDNF)通道来保护动物免受缺血性损伤。Li等[26]研究发现,葛根素可以通过增加杯状细胞的密度与黏蛋白的数量,起到改善肠道屏障功能障碍。Zhang等[27]研究表明,葛根素能够在SAH后抑制脑水肿改善脑损伤与神经功能,并减少SAH细胞模型中的神经元损失,具有保护神经的作用。杨琳等[28]研究表明,给D-半乳糖致亚急性衰老小鼠灌胃150 mg/kg葛根异黄酮可以促进其衰老T细胞的活化增殖能力,对衰老T细胞活化后的IL-2分泌具有明显促进作用,并且能够明显降低衰老T细胞活化后的凋亡水平。He等[29]研究报道,葛根素可以用于治疗酒精性肝损伤。
3 葛根异黄酮在畜禽生产中的应用
3.1 葛根异黄酮在家禽生产中的应用
大量研究表明,葛根异黄酮可提高肉鸡的生长性能、改善肉品质。王建[30]研究表明,饲粮中添加50~100 g/kg葛根粉可以提高林地蛋鸡产蛋率和饲料效率,改善蛋品质。刘雁等[31]研究报道,饲粮中添加300 mg/kg葛根提取物(含葛根素45%)能够提高42日龄肉鸡的生长性能,还能增强免疫功能,提高抗氧化能力。汪纪仓等[32]在肉鸡饲粮中分别添加0、0.4、0.8、1.6 g/kg葛根素,结果发现添加0.8 g/kg葛根素提高了42日龄肉鸡抗氧化能力,改善了肉品质。施璇等[33]研究表明,饲粮中添加750 mg/kg葛根素56 d可缓解饲喂氧化大豆油条件下黄羽肉鸡免疫器官抗氧化能力的降低。Waqas等[34]研究发现,葛根素以120 mg/kg饲粮的剂量饲喂10 d可减轻因福美双(thiram)毒性导致的肉鸡跛行,增强血管生成和生长性能以及血清抗氧化酶活性,并可以减少细胞凋亡,减轻与福美双相关的毒性作用。Zeng等[35]研究发现,大豆苷元、染木黄酮、葛根素等异黄酮均可延缓蛋清溶菌酶的纤维化过程,有效抑制母鸡蛋清溶菌酶的纤维化作用,改善蛋品质。Zhang等[36]研究发现,在产蛋鸡饲粮中添加葛根来源的大豆苷元30 d后,对产蛋高峰后蛋鸡的产蛋性能改善最大,并可降低产后母鸡的饲料消耗量。
3.2 葛根异黄酮在猪生产中的应用
葛根异黄酮属类雌激素样物质,可提高猪的生长性能与繁殖性能,改善机体的免疫功能和生理健康。王芳芳等[37]研究发现,饲粮中添加0.25%葛根异黄酮(纯度40%)21 d,可促进长白母猪与泌乳相关激素的分泌,增强母猪的泌乳性能。Luo等[38]研究发现,饲喂含4%的发酵葛根残留物的饲粮114 d可改善母猪的繁殖性能,提高仔猪产仔数。Wu等[39]研究发现,葛根素(以0.5 mg/kg仔猪体重给药5 d)可在感染猪流行性腹泻病毒(porcine epidemic diarrhea virus,PEDV)的仔猪中发挥抗病毒和抗炎作用,并提出葛根素可能成为有效的抗病毒饲料添加剂。吕香州等[40]研究发现,葛根素可通过抑制AMPK通路调节松辽黑猪前体脂肪细胞的脂肪分化。Li等[41]研究表明,饲粮中添加100 mg/kg葛根素14 d后,减轻了仔猪肠道损伤、氧化应激和核因子E2相关因子2(nuclear factor E2-related factor 2,Nrf2)途径的氧化损伤。
3.3 葛根异黄酮在反刍动物生产中的应用
葛根素是葛根异黄酮的主要成分,可缓解牛羊热应激反应,调节机体脂类代谢,改善肌肉品质。尚含乐等[42]研究发现,在饲粮中添加0.1%葛根素60 d后可缓解肉牛的热应激反应,提高了肉牛对有机物的表观消化率。Li等[43]研究发现,在肉牛精补料中添加400 mg/kg葛根素可改善热应激条件下肉牛的生长性能和肌肉抗氧化能力,减少肌球蛋白重链-Ⅱb(myosin heavy chain-Ⅱb,MyHC-Ⅱb)肌肉纤维的成分,并可能提高牛肉品质。Chen等[44]研究报道,添加400 mg/kg葛根素于锦江公牛基础饲粮中60 d,可以调节肉牛脂质代谢,促进热应激肉牛肌内脂肪沉积,改善牛肉风味。Peng等[45]研究发现,添加400和800 mg/kg葛根素有助于缓解肉牛氧化应激。Yun等[46]研究发现,葛根素对黄牛前脂肪细胞的脂肪生成有明显的促进作用,并分析可能是葛根素通过激活Akt信号通路的丝氨酸473(serine 473,Ser473)磷酸化来促进脂肪的生成。高靖等[47]研究发现,在泌乳荷斯坦奶牛饲喂的基础饲粮中添加12.5、125、250 mg/kg的葛根提取物60 d,可提高奶牛平均日产奶量,并提高乳脂率和乳密度。
4 小结与展望
葛根在我国南北方大部分地区均有种植,植物资源丰富、产量高。葛根异黄酮作为葛根的主要活性成分,药理活性广、临床疗效确切、作用温和,具有较高的药用价值。特别是近年来国内外学者发现葛根异黄酮在预防动物热应激、提高免疫功能、改善畜禽生长性能及肉品质等方面表现出突出的效果。在当前饲料全面禁抗的大环境下,葛根异黄酮作为一种优质无抗饲料添加剂,有望替代抗生素促进动物生长,解决畜牧生产中药物残留、环境污染、畜产品安全等问题,促进畜牧生产的健康可持续发展。但目前有关葛根异黄酮的研究仍存在一些问题,其作用靶点与调控机制还有待深入研究,尤其是葛根异黄酮对畜禽脂肪代谢及肉品质的应用价值也值得进一步发掘。
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