Chinese Journal of Animal Nutrition >

2024 , Vol. 36 >Issue 5: 2830 - 2844

DOI: https://doi.org/10.12418/CJAN2024.244

REVIEW

Advances in Biological Functions of Astragalus Polysaccharide and Its Application in Livestock and Poultry Production

  • WANG Yicui , 1 ,
  • WEI Bingqi 2 ,
  • CHEN Liu 2 ,
  • LIU Yanxin , 3, *
Expand
  • 1 School of Pharmacy, Henan University of Traditional Chinese Medicine, Zhengzhou 450046, China
  • 2 School of Traditional Chinese Medicine, Henan University of Traditional Chinese Medicine, Zhengzhou 450046, China
  • 3 School of Medicine, Henan University of Traditional Chinese Medicine, Zhengzhou 450046, China
* associate professor, E-mail:

Received date: 2023-11-13

  Online published: 2024-05-15

Fold

Abstract

With the development of healthy breeding, natural plant extracts as raw materials for new feed additives have become a consensus. Astragalus polysaccharide is one of the most important biological active substances in Astragalus, and it is mainly composed of glucose (Glc), mannose (Man), arabinose (Ara), galactose (Gal), fructose (Fru), rhamnose (Rha), glucuronic acid (GlcA) and galacturonic acid (GalA). Astragalus polysaccharide has many biological functions, such as anti-oxidative, anti-inflammatory, protecting liver, anti-tumor, regulating immunity, regulating flora, protecting kidney, anti-osteoporosis, anti-virus and improving insulin resistance. At present, Astragalus polysaccharide has broad application prospects in the production of pigs, cattle, sheep, rabbits, chickens, ducks, and other livestock and poultry. This review summarized the types and composition of Astragalus, the extraction and preparation, biological functions of Astragalus polysaccharide, and prospected the application of Astragalus polysaccharide in livestock and poultry production, in order to provide a feasibility reference for the research and application of new feed additives for livestock and poultry.

Key words： Astragalus polysaccharide; biological activity; animal production

Cite this article

WANG Yicui , WEI Bingqi , CHEN Liu , LIU Yanxin . Advances in Biological Functions of Astragalus Polysaccharide and Its Application in Livestock and Poultry Production[J]. Chinese Journal of Animal Nutrition, 2024 , 36(5) : 2830 -2844 . DOI: 10.12418/CJAN2024.244

随着养殖行业对无公害饲料关注的增加,发展健康养殖,研究新型的绿色饲料添加剂成为热点课题。黄芪多糖作为黄芪的主要活性成分之一,具有抗氧化、抗炎、保肝护肝、抗肿瘤、免疫调节、菌群调节、保肾护肾、抗骨质疏松、抗病毒、改善胰岛素抵抗等多种生物学功能(如图1所示),因此可利用黄芪多糖所具有的多种功能开发新型绿色饲料添加剂。本文从黄芪种类和多糖组成以及黄芪多糖的制备工艺、生物学功能及其在畜禽生产中的应用等方面进行综述,以期将黄芪多糖更好地应用于畜禽生产中,提升畜禽的产品品质,为黄芪多糖饲料添加剂的进一步开发利用提供科学依据。
图1 黄芪多糖的生物学功能(由Figdraw绘制)

ROS:活性氧 reactive oxygen species;MDA:丙二醛 malondialdehyde;SOD:超氧化物歧化酶 superoxide dismutase;CAT:过氧化氢酶 catalase;GSH-Px:谷胱甘肽过氧化物酶 glutathione peroxidase;TLR4:Toll样受体4 Toll-like receptor 4;NF-κB:核因子-κB nuclear factor-κB;IL-6:白细胞介素-6 interleukin-6;IL-8:白细胞介素-8 interleukin-8;IL-1β:白细胞介素-1β interleukin-1β;TNF-α:肿瘤坏死因子-α tumor necrosis factor-α;Nrf-2:核因子E2相关因子-2 nuclear factor E2 related factor-2;ARE:抗氧化反应元件 antioxidant response element;ALT:谷丙转氨酶 alanine transaminase;AST:谷草转氨酶 aspartate aminotransferase;TG:甘油三酯 triglycerides;LDL:低密度脂蛋白 low density lipoprotein;TCHO:总胆固醇 total cholesterol;PI3K:磷脂酰肌醇-3-激酶 phosphatidylinositol-3-kinase;AKT:蛋白激酶B protein kinase B;mTOR:哺乳动物雷帕霉素靶蛋白 mammalian target of rapamycin;IL-4:白细胞介素-4 interleukin-4;IL-10:白细胞介素-10 interleukin-10;IL-2:白细胞介素-2 interleukin-2;IgA:免疫球蛋白A immunoglobulin A;lncRNA:长链非编码RNA long non-coding RNA; BMP-2:骨形态发生蛋白-2 bone morphogenetic protein-2;Bax:B淋巴细胞瘤-2相关X蛋白 B-cell lymphoma-2 associated X protein;Caspase-3:半胱天冬蛋白酶-3 cysteine aspastic acid-specific protease-3;Intelectin:凝集素。

Fig.1 Biological functions of Astragalus polysaccharide (drawn by Figdraw)

1 黄芪种类及多糖组成

黄芪为一种多年生豆科植物,在我国种植地区分布广泛,但主要分布于内陆西北干旱区,如甘肃、内蒙古、黑龙江、山西等,距今已有超过2 000年的药用历史[1-2]。其味甘,性微温,归肺、脾经,常用于补气升阳,含有黄酮类、皂苷类、多糖类、氨基酸类、微量元素等,这些化学成分具有多种生物活性[2⇓⇓⇓-6]。我国约有240余黄芪品种,根据根皮颜色不同可分为红皮芪(根皮为红棕色)、白皮芪(根皮为黄色)、黑皮芪(根皮为棕褐色)3个品种;根据加工方式,又可分为生黄芪和炙黄芪,其中炙黄芪包括酒黄芪、盐黄芪、炒黄芪、蜜黄芪等[3]。炮制加工方式的不同会导致黄芪中多糖的含量存在一定的差异,例如,对生黄芪、酒黄芪、盐黄芪、炒黄芪等进行多糖含量测定,结果显示多糖含量分别为30.14、46.20、41.02、36.98 mg/g,具有显著差异[4]。黄芪的采挖以秋季为主。在黄芪产量上,以甘肃省兰州市的部分区县为例,黄芪的种植面积可达50 343.1亩(1亩≈667 m2),年产量为8 217.4 t[5-6]。
黄芪多糖是黄芪的主要活性成分之一,其功效活性与结构具有密切联系。多糖具有一级、二级、三级和四级结构,相较于蛋白质和DNA,多糖的结构更复杂,这种复杂性给多糖的结构分析带来了一定的困难[7]。目前,对黄芪多糖结构的研究多集中于分子质量、单糖组成、多糖链骨架和分支连锁位点等一级结构的研究。如表1所示,不同种类黄芪多糖的分子质量存在差异,但单糖组成多以葡萄糖(Glc)、阿拉伯糖(Ara)、半乳糖(Gal)等为主[8⇓⇓-11]。多糖的分子质量会影响多糖的溶解度、黏度等理化性质,进而对多糖在机体内的吸收产生影响,如低分子质量的多糖具有更优的自由基清除活性,更强的抗氧化活性;而在单糖组成上,单糖组成复杂的多糖可能具有更优的生物活性[12]。综上所述,提示未来可针对低分子质量且单糖组成复杂的黄芪多糖开展深入研究,以便更好地发挥黄芪多糖所具有的生物学功能。如表2所示,针对黄芪多糖的骨架研究发现,其主链多以α-(1→4)-Glc为主,缺少分支度等结构研究[8,13];多糖的链骨架和分支连锁位点能通过对分子质量、构象等产生影响,进而改善多糖的生理功能[12]。因此,未来可进一步加强黄芪多糖的高级结构研究,为黄芪多糖新的生理功能的开发利用打下基础,有利于开发出新型、高效、稳定的多糖产品。
表1 不同研究提取的黄芪多糖的分子质量、单糖组成及摩尔比例

Table 1 Molecular weight, monosaccharide composition and molar ratio of Astragalus polysaccharide extracted from different studies

编号
No.		 分子质量
Molecular weight/Da		 单糖组成及摩尔比例
Monosaccharide composition and molar ratio		 参考文献
Reference
1 4.9×106 Glc∶Ara∶Gal=75.24∶19.35∶17.27 [8]
2 2.1×103 Glc∶Man∶Ara∶Gal=3.01∶1.52∶1.00∶0.98 [9]
3 1.7×106 Glc∶Man∶Ara∶Rha∶GlcA∶Xyl=28.34∶0.06∶0.24∶0.21∶0.33∶0.58 [10]
4 3.6×104 Glc∶Man∶Ara∶Gal∶Rha∶GalA=8.09∶0.06∶0.48∶0.60∶0.10∶0.67 [11]

Glc:葡萄糖 glucose;Ara:阿拉伯糖 arabinose;Gal:半乳糖 galactose;Man:甘露糖 mannose;Rha:鼠李糖 rhamnose;GlcA:葡萄糖醛酸 glucuronic acid;Xyl:木糖 xylose;GalA:半乳糖醛酸 galacturonic acid。

表2 不同研究提取的黄芪多糖的多糖链骨架和分支连锁位点

Table 2 Backbone of polysaccharide chain and branch linkage site of Astragalus polysaccharide extracted from different studies

名称
Names		 多糖链骨架和分支连锁位点
Backbone of polysaccharide chain and branch linkage site		 参考文献
Reference
APS-A1 主链:α-(1→4)-Glc [8]
APS-B1 主链:α-(1→4)-Glc、1,4,6-α-D-Glcp、1,5-α-L-Araf;
侧链:1,6-α-D-Galp、T-α/β-Glcp
APS-G1 主链:α-(1→4)-Glc
[13]
APS-G2 主链:α-(1→4)-Glc

Glc:葡萄糖 glucose;Glcp:吡喃葡萄糖基 glucopyranosyl;Araf:阿拉伯呋喃糖 arabinofuranose; Galp:吡喃半乳糖 galactopyranose。

2 黄芪多糖的制备工艺

目前,黄芪多糖的提取方法主要有水提醇沉法、常温渗滤法、醇碱提取法、超声提取法、辐照预处理提取法、微波辅助提取法、纤维素酶解法、超高压法、超微粉碎法和闪式提取法等[14⇓⇓⇓⇓⇓⇓⇓⇓⇓⇓⇓⇓-27],各种方法各有优劣。如表3所示,黄芪多糖提取率最高的为超高压法(24.28%),是常规的水提醇沉法(4.97%)的4.89倍。但对品质较优的黄芪进行成分测定发现,黄芪中多糖含量多为60%~75%[28],这提示仍有较多的黄芪多糖在提取流程中被破坏或丢失,而未来可细化并进一步规范提取流程,以便获取更高的多糖提取率。此外,有研究显示,超声提取法所得黄芪多糖提取率为9.08%,比采用Design Expert 8.0软件预测分析得出的6.07%高3.01%[29]。目前,还缺乏对各提取方法的响应面优化研究,未来可增加相关研究,准确预测计算出最佳提取条件,提高黄芪多糖的提取率。
表3 黄芪多糖提取方法的对比分析

Table 3 Comparative analysis of Astragalus polysaccharide extraction methods

提取方法
Extraction
methods		 提取率计算方法
Extraction rate
calculation method		 多糖含量
Polysaccharide
content/%		 提取率
Extraction
rate/%		 优点
Advantage		 参考文献
Reference
水提醇沉法
Water extraction and alcohol
precipitation method		 苯酚-硫酸法 4.97 操作便捷,
对设备要求低		 [14]
常温渗滤法
Room temperature
filtration method		 萘酚-硫酸法 82.43 15.92 常温下可有效提取
黄芪多糖,且提取率及
多糖含量较高		 [15]
醇碱提取法
Ethanol-alkali extraction
method		 蒽酮-硫酸法 66.29 19.15 残渣中多糖成分的
残留量低,提取
效果较好		 [16]
40.2 19.20 [17]
超声提取法
Ultrasonic extraction method		 苯酚-硫酸法 9.08 提取时间短,
提取效率高		 [18]
循环超声提取法
Circulating ultrasonic
extraction method		 11.44 省时、高效,
提取率较高		 [19]
超声波耦合酶解强化提取法
Ultrasound and enzymatic
hydrolysis extraction method		 苯酚-硫酸法 6.49 降低连续逆流提取
过程中的传质阻力		 [20]
超声-微波提取法
Ultrasonic-microwave
extraction method		 苯酚-硫酸法 68.43 4.16 省时、高效,所得
多糖纯度较高		 [21]
辐照预处理提取法
Irradiation pretreatment extraction method		 苯酚-硫酸法 6.97 提高多糖提取率和
纯度的同时,实现了多
糖的生物活性改性		 [22]
微波辅助提取法
Microwave-assisted
extraction method		 苯酚-硫酸法 88.1 14.6 省时、高效、节能,可
提高黄芪多糖产率和
有效缩短提取时间		 [23]
酶解-微波提取法
Enzymatic-microwave
extraction method		 苯酚-硫酸法 88.4 16.07 耗时短,节约能源,
提取率高,
产物纯度较好		 [24]
超高压提取法
Ultra-high pressure
extraction method		 苯酚-硫酸法 24.28 提取率高,提取
液杂质少,容易分离
纯化,提取时间
短,耗能低		 [25]
超微粉碎提取法
Ultramicro-pulverization
extraction method		 苯酚-硫酸法 95.9 8.84 消除了有效成分析出的
细胞壁屏障,从而提高
中药材的活性、药效,
能明显提高黄芪粗多
糖的析出总量及纯
度,即能提高黄芪
多糖的溶出率		 [26]
闪式提取法
Flash extraction method		 苯酚-硫酸法 3.728 提取时间短、
提取效率高,
高效节能		 [27]
除提取率之外,各提取方法在工艺上均存在一定的弊端。采用水提醇沉法提取多糖时,存在提取时间长、提取物杂质含量高、多糖提取率低等弊端;采用醇碱提取法提取多糖时,由于该提取方法的工艺流程中需使用含碱物质,如若废水处理不当,则会导致环境碱液污染;采用超声波提取法、辐照预处理提取法或微波辅助提取法提取多糖时,由于辐射和波形会对多糖的结构造成一定程度的破坏,不利于多糖结构的稳定性。研究显示,给予黄芪粉0~100 kGy梯度剂量的辐照处理,结果发现,随着辐照强度的增加,黄芪多糖的纤维结构破坏加剧;多糖提取率呈现先增加后降低的趋势,但在75 kGy的辐照剂量下达到峰值,提取率为10.72%,纯度为80%[22];而采用红外光谱技术对循环超声处理后提取的黄芪多糖进行测定,对比标准品的红外图谱,结果发现相似度低于0.90,提示结构发生改变,这可能与化学键的断裂和重新排列有关[19]。因此,辐照和超声处理虽在一定范围内提高了多糖的提取率,但也会对其结构产生一定的破坏,不利于多糖的稳定性。利用相关酶解法来进行提取时,与微波辅助提取法一样,也具有提取出的多糖结构易被破坏等弊端。此外,超高压提取法、超微粉碎提取法、闪式提取法等方法,其生产设备昂贵、提取工艺复杂,不利于控制生产成本。因此,未来针对黄芪多糖的提取上,一方面可从新型提取方法入手,开发高效、安全可靠、绿色、对结构损伤性小的多糖提取工艺,另一方面可考虑整合现有技术,充分利用不同提取工艺的优缺点,联合应用,发挥各工艺提取优势的同时,减少因提取工艺缺陷造成的损失。

3 黄芪多糖的生物学功能

3.1 抗氧化、抗衰老

当机体内自由基的动态平衡受到破坏时,动物机体内会产生大量的自由基,不仅会对动物造成不同程度的氧化损害,还会诱发动物机体衰老。黄芪多糖可通过提高抗氧化酶的活性,清除机体内的过量自由基,进而发挥抗氧化及抗衰老的生理功能。在小鼠上的研究显示,对腹水瘤小鼠给予40或60 mg/mL黄芪多糖腹腔注射100 mL处理,结果发现黄芪多糖能提高小鼠血清中超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)、谷胱甘肽过氧化物酶(GSH-Px)活性,降低丙二醛(MDA)含量,具有抗氧化活性[30]。在果蝇上的研究显示,将含有1.0 μg/mL黄芪多糖的培养基喂食果蝇后,果蝇体内SOD活性和总抗氧化能力(T-ACO)分别提高56.52%和55.73%[31]。此外,还有研究表明黄芪多糖对D-半乳糖诱导的衰老模型大鼠也具有改善作用,衰老模型大鼠经300 mg/kg BW黄芪多糖灌胃处理后,血清中MDA含量显著降低,SOD、单胺氧化酶活性提高,因此可以推测黄芪多糖抗衰老功效的发挥可能与黄芪多糖所具有的抗氧化活性有关[32]。

3.2 抗炎

黄芪多糖通过调控白细胞介素-6(IL-6)、白细胞介素-1β(IL-1β)、肿瘤坏死因子-α(TNF-α)等炎症因子,进而达到缓解炎症反应的功效[33]。崔海燕等[34]研究发现,100 mg/L的黄芪多糖处理脂多糖(LPS)诱导的炎症细胞模型,黄芪多糖对细胞上清液中IL-6、白细胞介素-8(IL-8)及TNF-α具有下调作用,对白细胞介素-10(IL-10)具有上调作用。何佳等[35]对溃疡性结肠炎大鼠进行研究后发现,给予0.3、0.6或1.2 g/(kg BW·d)黄芪多糖干预后,能显著降低血清中TNF-α、IL-1β含量,且与其调节Toll样受体4(TLR4)/核因子-κB(NF-κB)信号通路有关。宋艳等[36]的研究进一步证明,黄芪多糖具有调节溃疡性结肠炎的功效,其给予溃疡性结肠炎小鼠100、200或400 mg/kg BW黄芪多糖灌胃处理后,小鼠血清中TNF-α、IL-6含量显著下降,表现出抗炎活性。以上研究结果为将黄芪多糖替代抗生素应用于禽畜饲粮中提供了可行性参考依据。

3.3 保肝护肝

黄芪多糖具有保护肝脏的作用[37],其机制可能是通过调节核因子E2相关因子-2(Nrf-2)-抗氧化反应元件(ARE)信号通路减轻肝脏损害,进而发挥保肝护肝功效。研究显示,给予非酒精性脂肪肝病大鼠200 mg/kg BW黄芪多糖灌胃处理,大鼠血清中谷丙转氨酶(ALT)、谷草转氨酶(AST)的活性以及肝脏组织病理学评分显著下降,甘油三酯(TG)、总胆固醇(TCHO)和低密度脂蛋白(LDL)的含量也显著下降,作用机制可能是通过调节Nrf-2-ARE信号通路以保护肝脏[38];给予结直肠癌移植瘤裸鼠250 mg/kg BW黄芪多糖腹腔注射处理后,肝尾状叶并未出现明显的肝细胞损害,而模型组可见肝尾状叶组织结构紊乱,肝小叶结构破坏[39],对比可知黄芪多糖具有一定的保肝护肝作用。但是,目前缺乏黄芪多糖保肝护肝的机制探究,未来可进一步加强此方面的研究。

3.4 抗肿瘤

研究表明,黄芪多糖具有抗肿瘤活性,并且对肠癌、子宫癌、肺癌、胃癌、乳腺癌等多种疾病均具有治疗功效,抗肿瘤范围广,其抗肿瘤活性的发挥与调节细胞程序性死亡中的细胞凋亡有着密切联系[40⇓-42]。给予人结直肠癌HCT-116细胞0.5、0.75或1.0 g/L的黄芪多糖干预,结果发现,HCT-116细胞的增殖活性下降,机制可能与黄芪多糖调控磷脂酰肌醇-3-激酶(PI3K)/蛋白激酶B(AKT)/哺乳动物雷帕霉素靶蛋白(mTOR)信号通路有关[43]。对黄芪多糖干预子宫肌瘤模型大鼠进行研究,结果发现,黄芪多糖灌胃量由20 mg/kg BW升至100 mg/kg BW时,肿瘤细胞凋亡率由20.53%升至50.24%,提示黄芪多糖的抗子宫肌瘤活性可能与促进肿瘤细胞凋亡有关[44]。黄芪多糖干预肺癌模型小鼠的研究发现,给予小鼠400、200或100 mg/kg BW黄芪多糖溶液灌胃处理,对肺癌的抑制率可分别达到45.00%、38.64%和30.00%,且可使肿瘤组织坏死,增加脾脏组织中白细胞介素-2(IL-2)、γ-干扰素(INF-γ)含量,降低白细胞介素-4(IL-4)、IL-10含量,此外,黄芪多糖可通过免疫调节而发挥抗肿瘤的功能活性[45]。研究表明,黄芪多糖可以促进表面分子CD80和CD86的表达,促进树突状细胞的成熟,激活细胞毒性T细胞,进而发挥抗肿瘤作用[46]。

3.5 免疫调节

黄芪多糖对巨噬细胞、T淋巴细胞、B淋巴细胞等多种细胞的活性具有促进作用,能诱导多种细胞因子和趋化因子的表达,调节免疫细胞表面的抗程序性细胞死亡蛋白表达,具有免疫调节活性[47-48]。例如,黄芪多糖能不同程度地抑制LPS诱导的巨噬细胞对TNF-α、一氧化氮(NO)与白细胞介素-1(IL-1)的分泌[49]。又如,给予免疫抑制模型小鼠100或200 mg/kg BW黄芪多糖灌胃处理,结果发现,小鼠小肠黏膜组织中分泌型免疫球蛋白A(sIgA)含量升高,对免疫功能具有改善功效[50]。以上研究结果提示,将黄芪多糖应用到畜禽饲粮中可在一定程度上提高畜禽的免疫功能,改善免疫应激反应,增强免疫力和抗病能力[51]。

3.6 菌群调节

黄芪多糖不仅具有提升机体抗氧化、抗炎以及增强机体免疫等功能,还具有调节肠道菌群的作用,其可通过对菌群的抑制或促进调节菌群丰度,改善机体环境。例如,饲喂小鼠高脂饲粮并给予2 g/dL黄芪多糖溶液干预后,小鼠肠道内拟杆菌门、双歧杆菌相对丰度以及拟杆菌门与厚壁菌门比值增加,厚壁菌门相对丰度降低[52],表明黄芪多糖具有菌群调节的作用,且具有增强小鼠免疫力的功能。与单纯的黄芪多糖相比,炙黄芪多糖对于肠道菌群的调节作用更优,研究发现,给予大鼠400 mg/kg BW的炙黄芪多糖或黄芪多糖后,大鼠肠道厚壁菌门、变形菌门相对丰度上调,而拟杆菌门相对丰度下调,对比属水平,炙黄芪多糖对乳杆菌属(Lactobacillus)、瘤胃球菌科未鉴定属(unidentified_Ruminococcaceae)及罗斯氏菌属(Rothia)3种有益菌具有显著上调作用,而黄芪多糖则仅对乳杆菌属和拟杆菌属(Bacteroides)具有显著上调作用,因此可知炙黄芪多糖在肠道菌群丰富度和多样性的调节上具有一定的优势[53]。综上可知,黄芪多糖具有调节肠道菌群的功效,未来可选取黄芪多糖作为肠道菌群调节剂,促进畜禽的生长发育,但目前缺乏关于作用机制的探究,后续可从机制入手,明确机理,以便制备安全可控的肠道菌群调节剂。

3.7 保肾护肾

黄芪多糖在具有菌群调节作用的同时,还具有保护肾脏的功效。杨洁珂等[54]的研究发现,给予慢性肾功能衰竭小鼠100 mg/kg BE黄芪多糖灌胃处理,除了对小鼠肠道内菌群具有调节作用之外,黄芪多糖还能显著降低血清中肌酐、尿素氮含量和尿液中24 h尿蛋白含量,其可能是通过NF-κB/长链非编码RNA(lncRNA)/Arid2-IR信号轴来发挥其功效。邢喜平等[55]给予镉染毒肾损伤大鼠模型20 mg/(kg BW·d)黄芪多糖处理后发现,厚壁菌门相对丰度下降,纤维杆菌门相对丰度上调,肾脏组织炎性细胞数量减少,坏死减轻,对于肾脏组织的损伤具有改善作用。以上研究结果表明,黄芪多糖保护肾脏功能可能与其对肠道菌群的调节有关,即与“肾-肠”轴有关。黄芪多糖还可通过调控肾上腺皮质醇来发挥保护肾脏的功效。给予大鼠100或200 mg/(kg·d)黄芪多糖处理,结果发现,大鼠血清中皮质醇、维生素D含量和肾上腺皮质中维生素D受体、类固醇急性调节蛋白、21α-羟化酶、17α-羟化酶mRNA表达水平上升,肾上腺组织皮质区病变程度具有明显的改善,说明黄芪多糖对肾脏具有保护的作用[56]。综上可知,黄芪多糖可通过多种途径发挥保肾护肾的功能,但其作用机制仍需进一步探究。

3.8 抗骨质疏松

黄芪多糖能够促进成骨细胞增殖和分化、抑制破骨细胞活性,进而影响骨骼重塑过程,具有抗骨质疏松的功效。对骨质疏松模型大鼠的成骨细胞进行培养,给予5、10或15 μmol/L黄芪多糖的含药血清,结果发现成骨细胞增殖分化能力增强,其作用机制可能与黄芪多糖对PI3K/AKT/mTOR信号通路的激活有关[57]。张小钰等[58]采用去卵巢手术制备骨质疏松大鼠模型,然后给予骨质疏松大鼠模型400 mg/kg BW黄芪多糖灌胃处理,结果显示,大鼠股骨中骨形态发生蛋白-2(BMP-2)、磷酸化的Smad同源物1(p-Smad1)和磷酸化的Smad同源物5(p-Smad5)表达上调,并且股骨的骨密度、骨小梁厚度及数目显著增高,骨小梁间隙降低,黄芪多糖的抗骨质疏松功能与激活BMP-2/Smads有关。对地塞米松诱导的继发性骨质疏松进行研究后发现,黄芪多糖抗骨质疏松机制还与抑制B淋巴细胞瘤-2相关X蛋白(Bax)和半胱天冬蛋白酶-3(Caspase-3)蛋白的表达有关[59]。综上可知,黄芪多糖可通过多种机制对不同因素诱导的骨质疏松进行改善,这提示未来可将黄芪多糖应用于老龄禽畜饲粮中,以便减少老龄禽畜因骨质疏松而导致的相关疾病。

3.9 抗病毒

黄芪多糖还对大口黑鲈弹状病毒、呼吸道合胞病毒等多种病毒具有抵抗作用。杭小英等[60]进行了体外抗大口黑鲈弹状病毒试验,结果发现,黄芪多糖对病毒的抑制率为63.68%。吴振波等[61]构建了呼吸道合胞病毒幼鼠模型,并对其进行100、200或300 mg/kg BW黄芪多糖灌胃处理,结果发现,黄芪多糖除了对外周血免疫细胞比例失调具有调控作用外,还能降低CD4+ T细胞百分比及CD4+/CD8+比值,上调CD8+ T细胞百分比,而且对病毒载量也具有抑制作用。由此可知,黄芪多糖可通过免疫调节作用抑制病毒复制,可以用于健康养殖中病毒相关疾病的预防和治疗。

3.10 改善胰岛素抵抗

研究发现,给予糖尿病大鼠连续6周灌胃5 mL/(kg·d)黄芪多糖(100 μg/mL)及皮下注射胰岛素2 U处理后,与单纯注射胰岛素相比,胰岛素抵抗指数显著降低,这提示黄芪多糖具有改善胰岛素抵抗的功效[62];此外,通过对大鼠TNF-α基因表达水平进行测定,发现黄芪多糖与胰岛素联合应用与单独使用胰岛素相比,TNF-α基因表达水平显著降低[63]。以上结果提示黄芪多糖改善胰岛素抵抗的机制可能与TNF-α基因表达有关,但仍需进一步深入研究。

4 黄芪多糖在畜禽生产中的应用

黄芪多糖在家畜上的应用多集中于猪、牛、羊、兔等,在家禽上则以鸡、鸭为主。目前,黄芪多糖在畜禽生产中的应用多基于黄芪多糖所具有的抗氧化、免疫调节活性,通过改善畜禽消化和肠道功能提高生产性能。

4.1 在猪生产中的应用

黄芪多糖对猪生产性能的影响,主要是通过改善免疫功能、提高抗氧化活性、降低腹泻率,进而改善猪的生长性能和肉品质。研究显示,在仔猪基础饲粮中添加0.1%黄芪多糖后进行饲养,发现仔猪的腹泻率显著降低,平均日采食量显著提高,并且黄芪多糖还对仔猪的免疫功能具有提高功效,有利于猪的生长和肉品质的改善[64];在育肥猪的基础饲粮中添加0.15%的黄芪多糖,结果表明,添加黄芪多糖可改善育肥猪的生长性能及抗氧化性能,并可显著提升屠宰率、熟肉率等[65]。相关研究还表明黄芪多糖对猪肉风味具有改善作用,黄芪多糖可通过增加猪肉中醇类、醛类、酮类、碳氢、酯类和酰类等化合物的含量,进而改善猪肉品质和风味,并且在饲粮中添加0.15%的黄芪多糖时可对猪肉的挥发性风味物质和氨基酸含量进行改善,添加0.10%黄芪多糖时则对猪肉中的脂肪酸含量具有改善功效[66]。

4.2 在牛生产中的应用

黄芪多糖能提高奶牛的免疫功能、抗氧化能力、脂代谢,并且对牛奶品质具有改善功效,进而提高奶牛的生产性能。王义翠等[67]研究分析,在受到运输应激奶公犊牛的基础饲粮中每天补充10 g/头黄芪多糖,可显著提高血清中免疫球蛋白G(IgG)含量,降低腹泻指数和腹泻率,说明黄芪多糖可通过提高奶公犊牛的免疫力、改善肠道健康、降低腹泻及其他疾病的发生,进而达到促进奶公犊牛生长发育的目的。徐丽云等[68⇓-70]对荷斯坦奶牛进行多次研究发现,给奶牛灌服200 mL含有55 g黄芪多糖的溶液,奶牛血清中IL-2含量、T-AOC可极显著提高,IL-6含量、GSH-Px活性也显著增加;同时,黄芪多糖可通过提高奶牛血清中总挥发性脂肪酸、微生物蛋白含量等,改善奶牛的脂代谢;所产的牛乳中醇类、酸类等物质含量增高,有利于牛奶风味改善。这提示,未来在奶牛饲养的过程中可适当地饲喂添加含有黄芪多糖的饲粮,不仅有利于奶牛生产性能的提升,而且有利于其牛奶风味的提升。

4.3 在羊生产中的应用

黄芪多糖可增强羊的免疫功能,提高产奶性能,改善生长性能,还可应用于山羊精液保存,有利于羊的生长发育。魏彤等[71]在奶山羊基础饲粮中添加100 mg/kg黄芪多糖,结果发现,黄芪多糖能极显著提高血清中免疫球蛋白A(IgA)含量,提高免疫球蛋白M(IgM)和IL-2含量,增强机体免疫力,对于产奶性能也具有提升的功效。而针对断奶羔羊,在其饲粮中添加0.2 g/kg黄芪多糖有利于增强机体的免疫力,降低血清胆固醇含量,提高生长性能[72]。徐晓静等[73]在乌珠穆沁羊饲粮中分别添加400、1 200、2 000 g/t的黄芪多糖粉,即1倍、3倍、5倍临床用药剂量,对黄芪多糖剂量安全性进行分析,结果发现,血清生化指标和血液常规指标并无明显改变,黄芪多糖作为绵羊饲料添加剂的安全性得以验证。未来可针对其他畜禽加强黄芪多糖作为饲料添加剂的安全性探究,以便形成安全可靠的生产链。在畜牧生产实践中,还可利用黄芪多糖来提高奶山羊精液的保存效果。研究显示,与未添加组相比,添加0.2 g/L黄芪多糖的奶山羊精液冷冻稀释液的精子活力显著提高[74]。这为奶山羊精液冷冻保存和其在人工授精方面的应用提供了科学理论参考。

4.4 在兔生产中的应用

黄芪多糖在兔上的应用多以提高免疫功能、消化和肠道功能以及改善生长性能和肉品质为主。夏明明等[75]在断奶仔兔基础饲粮中添加200 mg/kg黄芪多糖,结果发现,其能显著提高血清中IgA、IgG含量,对免疫功能具有提高作用,同时还能提高酸性洗涤纤维、总能、干物质、有机物表观消化率,改善兔对营养物质的消化代谢,提高其生长性能。庞青松等[76]在断奶幼兔基础饲粮中分别添加400、800 mg/kg黄芪多糖,与未添加黄芪多糖的对照组相比,显著降低了断奶幼兔的腹泻率和死亡率,黄芪多糖可能是通过改善肠道功能、降低腹泻率最终达到提高断奶仔兔存活率的效果。王梦迪等[77]在獭兔饲粮中添加400 mg/kg黄芪多糖,发现其能极显著降低背最长肌的滴水损失,增加背最长肌的干物质含量,并在改善獭兔肌肉脂肪酸组成的同时提升兔肉品质、营养价值和口味。未来针对黄芪多糖应用于家兔生长生产的研究,可以提高抗病力、改善肉品质为切入点,多个角度开展深入探究。

4.5 鸡生产中的应用

黄芪多糖对鸡生产性能的影响主要体现在免疫调节和肠道菌群调节方面。研究显示,将4 mg/mL黄芪多糖溶液注射入鸡的种蛋中,黄芪多糖具有调节胚胎免疫的功效,利于雏鸡胚胎发育以及提升雏鸡的破壳率、生存率[78];将0.4%黄芪多糖添加到肉鸡饲粮中,发现肉鸡血清中IgA、IgM含量以及脾脏指数、法氏囊指数均显著提高,肉鸡的免疫功能有所提升,且肉鸡的平均日增重、屠体重、腿肌重等也显著提升[79]。上述研究结果提示,在饲粮中添加适量的黄芪多糖,不仅有利于提高鸡的免疫性能,还可提高鸡的生产性能。除了将黄芪多糖应用于提升鸡的免疫功能、改善鸡的生产性能外,黄芪多糖还可发挥其对肠道菌群的调节作用,用于改善鸡肉或鸡蛋的品质。在蛋鸡饲粮中添加200 g/t黄芪多糖,能显著提高盲肠中乳酸杆菌、双歧杆菌数量,降低大肠杆菌、沙门氏菌数量,并提升平均日采食量、产蛋率、蛋壳重量、蛋白重量,降低料蛋比、破蛋率[80]。以上研究结果表明,黄芪多糖对蛋鸡生产性能与蛋品质具有提升功效,而功效的发挥可能与黄芪多糖对肠道菌群的调节有关。目前针对鸡生产性能提升的黄芪多糖产品研发上多为饲料添加剂,未来可针对产品剂型多样性上进行深入研究,以便更好地发挥黄芪多糖的生物活性。

4.6 在鸭生产中的应用

目前,黄芪多糖在鸭生长性能提升上的应用研究仅见于樱桃谷鸭。研究发现,在饲粮中添加250 mg/kg黄芪多糖,樱桃谷鸭的血清IL-1β、IL-2含量显著降低,IL-4含量显著提高[81];在饲粮中添加250 mg/kg黄芪多糖,樱桃谷鸭的十二指肠绒毛高度及绒隐比显著提高,有利于樱桃谷鸭肠道健康,更有利于樱桃谷鸭对营养物质的消化和吸收,进而改善生长性能[82]。未来可开展针对其他品种鸭的黄芪多糖产品开展应用研究工作。

5 小结

在健康养殖背景下,安全、绿色的多糖类饲料添加剂逐渐应用于畜禽生产中,黄芪多糖作为一种天然的活性物质,具有抗氧化、抗炎、保肝护肝、抗肿瘤、免疫调节、菌群调节、保肾护肾、抗骨质疏松、抗病毒、改善胰岛素抵抗等多种生物学功能,在畜禽生产中表现出提高生长性能、增强免疫功能、改善肠道健康、优化产品品质等作用,具有广阔的开发应用前景。因此,有必要开发黄芪多糖饲料添加剂,高效充分利用黄芪多糖所具有的生物学功能,提升畜禽的生产效率和产品品质。但是,目前针对黄芪多糖的研究存在提取工艺缺乏标准化、提取物纯度不高、品质参差不齐的问题,不利于黄芪多糖在畜禽生产中的推广应用,未来可在其提取工艺、流程上进一步探究,为黄芪多糖的规范化生产及广泛应用奠定基础。此外,黄芪多糖在畜禽上的应用研究多集中于效果研究,缺少深层次如分子机制的研究,并且针对同一动物不同阶段、不同性别的添加剂量缺少规范性应用指南,未来有必要开展大样本的多中心研究,采用循证方法,探明机理,明确剂量,以便形成安全、稳定、可靠的产业链。

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