α-倒捻子素(α-mangostin),化学名称1,3,6-三羟基-7-甲氧基-2,8-双(3-甲基-2-丁烯基)-9H-氧杂蒽-9-酮,属于氧杂蒽酮类化合物。氧杂蒽酮类又被译为呫吨酮类或𠮿酮类,其母核结构是二苯并-γ-吡喃酮,主要存在于藤黄科、石竹科和龙胆科植物中[1]。藤黄科植物山竹(Garcinia mangostana)的果皮中富含α-倒捻子素,据报道,α-倒捻子素在新鲜山竹果皮中的含量为1.20%~3.74%[2-4],在干燥果皮中的含量为2.5%~7.0%[5]。α-倒捻子素易溶于乙醇和乙酸乙酯,所以通常使用乙醇提取和乙酸乙酯重结晶纯化来获得[5-6]。研究表明,α-倒捻子素具有多种生物学功能,能起到抗氧化、免疫调节、抗炎和抑菌作用。本文综述了近年来国内外对α-倒捻子素生物学功能、作用机制及其在肉鸡生产中应用的研究进展,为α-倒捻子素作为新饲料添加剂应用提供参考。
1 α-倒捻子素的生物学功能
1.1 抗氧化作用
赵璐[9]研究了不同极性溶剂的山竹果皮提取物,以抗氧化能力、还原力、DPPH自由基清除能力等指标评价,发现95%乙醇提取物的抗氧化能力最强,并从95%乙醇提取物中纯化得到单体化合物α-倒捻子素。Moongkarndi等[10]从山竹果皮乙醇提取物中纯化出α-倒捻子素,并测定了其对DPPH自由基的半数抑制浓度(IC50)为183.95 μg/mL。张余等[11]测定的纯α-倒捻子素对DPPH自由基的IC50为171.13 μg/mL,与Moongkarndi等[10]的结果接近。Das等[12]由山竹果皮制备纯化α-倒捻子素,并比较了其与维生素C(VC)的DPPH自由基清除能力,结果显示,α-倒捻子素的DPPH自由基清除能力可达到VC的73%。
综上所述,α-倒捻子素在体外、体内均有抗氧化效果。
1.2 免疫调节作用
维持动物免疫系统的正常功能具有重要意义。Kasemwattanaroj等[17]研究了α-倒捻子素对人外周血液单核细胞的淋巴细胞亚群和细胞因子含量的影响,结果发现,虽然1~4 μg/mL的α-倒捻子素对外周血液中的T细胞、B细胞和自然杀伤(NK)细胞没有显著影响,但对细胞因子而言,当外周血液受到刀豆蛋白A(ConA)的刺激时,1~4 μg/mL的α-倒捻子素能显著抑制炎性因子白细胞介素-2(IL-2)的生成,进而起到免疫调节作用。秦艳萍等[18]在免疫抑制模型小鼠上研究了α-倒捻子素对免疫功能的调节作用,认为对环磷酰胺免疫抑制小鼠,每天灌胃100 mg/kg体重的α-倒捻子素能提高小鼠的免疫水平,表现为胸腺和脾脏指数、半数溶血素值、外周血白细胞计数、脾淋巴细胞增殖率、NK细胞活性迟发性变态反应程度的提高。这说明α-倒捻子素对免疫抑制动物的免疫器官发育、补体水平和细胞免疫都具有正向调节作用。此外,在家禽上的报道发现,斗鸡饮用含α-倒捻子素的商品山竹果汁12周,能显著提高新城疫抗体滴度[19]。
1.3 抗炎作用
炎症是健康的最大威胁,尤其是慢性炎症,通常与环境因素、代谢异常、组织无菌损伤等有关,表现为持续、低强度的附带性伤害,可以通过氧化应激等造成组织和器官的损伤,导致严重的后果。刺激炎症的分子信号通常是病原相关分子模式(PAMPs)和危险相关分子模式(DAMPs)。α-倒捻子素对由这2类分子信号如脂多糖(LPS)和腺苷三磷酸(ATP)引发的炎症都有明显的抑制作用。
Chen等[20]研究发现,在LPS诱导的RAW 264.7小鼠巨噬细胞炎症模型中,从山竹果皮中纯化出α-倒捻子素显著抑制了一氧化氮(NO)和前列腺素E2(PGE2)的产生,同时动物试验显示,口服α-倒捻子素还显著抑制了卡拉胶诱导的小鼠足肿,表现出了明显的抗炎作用。Tewtrakul等[21]进一步证实,上述α-倒捻子素的作用机理是通过抑制诱导型一氧化氮合成酶(iNOS)和环氧化酶-2(COX-2)的基因转录实现的。更进一步的研究认为,α-倒捻子素能够剂量依赖性抑制核因子-κB抑制因子激酶(IKK)活性,阻断IKK/核因子-κB(NF-κB)信号通路,降低COX-2、iNOS、肿瘤坏死因子-α(TNF-α)、白细胞介素-1β(IL-1β)和白细胞介素-6(IL-6)等炎性因子表达[22]。其他研究还发现,α-倒捻子素还作用于NF-κB信号通路上游调节因子,如抑制Toll样受体4(TLR4)的表达[23]和转化生长因子激酶1(TAK1)的活性,以阻断激活NF-κB信号通路[24]。综上所述,α-倒捻子素通过抑制TLR4表达和IKK活性,以及抑制COX-2表达,阻断NF-κB信号通路和减少PGE2生成,从而调节促炎细胞因子的生成(图2)。
1.4 抑菌作用
从表1可见,α-倒捻子素对多个金黄色葡萄球菌菌株的MIC在0.5~1.6 μg/mL,抑菌效果与万古霉素、罗红霉素、多西环素、硫酸庆大霉素等相当[32-33];同时,多株临床分离的MRSA对α-倒捻子素同样敏感。究其机理,Koh等[34]通过荧光探针、钙黄绿素-单分子囊泡和扫描电镜技术对细菌膜电位和渗透性等的研究揭示,α-倒捻子素能通过分子中的疏水性苯环插入细胞膜双层脂质结构,迅速破坏其完整性,导致膜通透性增加和胞内物质外流,起到杀菌作用。这意味着在应对细菌耐药性上,α-倒捻子素作为以细胞膜为作用靶点的天然化合物,具有潜在的开发价值。可喜的是,α-倒捻子素抑杀MRSA的作用在动物模型上也得到了初步验证。在Tatiya-Aphiradee等[35]的研究中,利用胶带剥离术制造小鼠皮肤损伤模型,比较研究α-倒捻子素和红霉素对伤口的MRSA菌落数的影响,结果显示,α-倒捻子素和红霉素在用法用量相同的情况下效果相当,都在使用后第3天将伤口的MRSA菌落数降低至与无感染组一致。司晓慧等[36]用MRSA滴鼻感染制造小鼠肺炎模型,按100 mg/kg BW的剂量连续注射给药α-倒捻子素7 d,结果显著降低了小鼠的肺脏载菌量,以及减轻了小鼠肺脏组织的病理损伤和炎症反应。此外,还有研究显示,α-倒捻子素对结核分枝杆菌具有很强的抑菌活性,对结核分枝杆菌H37Rv和H37Ra的MIC为6.25 μg/mL[37-38]。另有报道,α-倒捻子素能降低坏死性肠炎模型肉鸡盲肠产气荚膜梭菌的载菌量和调节肠道菌群[39]。
表1 α-倒捻子素对金黄色葡萄球菌和临床分离的MRSA的抑菌效果Table 1 Antibacterial effects of α-mangostin on S. aureus and clinically isolated MRSA |
| 项目 Items | 菌株或来源 Bacterial strain or source | 最小抑菌浓度 MIC/(μg/mL) | 参考文献 References |
|---|---|---|---|
| 金黄色葡萄球菌 S. aureus | NIHJ 209p | 1.57 | Iinuma等[32] |
| ATCC 29213 | 1.56 | 邹汉勋[40] | |
| ATCC 6538 | 0.78~1.56 | 李干龙[30] | |
| ATCC 29213 | 1 | 马天放[41] | |
| 1株,来自中国农业大学动物医学院 | 1.6 | 傅业全等[42] | |
| ATCC 25923 | 0.5 | 官莹莹等[33] | |
| 耐甲氧西林金黄色葡萄球菌 MRSA | 3株,来自名古屋大学附属医院 | 1.57~12.50 | Iinuma等[32] |
| 3株,来自大阪癌症和心血管病医疗中心 3株,来自大阪国立医院 3株,来自北野医院 | 6.25~12.50 | Sakagami等[29] | |
| 2株,来自新加坡中央医院 | 1.56 | 邹汉勋[40] | |
| 10株,来自郑州大学第一附属医院 | 1 | 马天放[41] | |
| 1株,来自中山大学附属第二医院 | 0.5 | 官莹莹等[33] |
2 α-倒捻子素在肉鸡上的应用效果
研究显示,α-倒捻子素具有提高肉鸡生长速度和屠宰率,降低胸肌滴水损失,提高胸肌、血液抗氧化能力和肠绒毛高度,维护肠道完整性,降低机体炎症状态的作用。范秋丽等[43]研究表明,肉鸡饲粮中添加30 mg/kg的山竹提取物(α-倒捻子素含量50%)显著提高了1~40日龄的平均日增重(ADG),显著提高了血浆中总蛋白、三碘甲腺原氨酸(T3)、甲状腺素(T4)含量和总抗氧化能力,且显著降低了尿酸和丙二醛(MDA)含量;显著降低了空肠黏膜TNF-α和IL-6含量,但显著提高了白细胞介素-10(IL-10)含量;显著降低了胸肌肉滴水损失。另一个在黄羽肉鸡上的研究表明,饲粮中添加α-倒捻子素显著提高了肉鸡的体重和平均日增重,且体重和平均日增重与α-倒捻子素添加水平呈现线性或二次曲线关系;通过二次曲线回归模型预测α-倒捻子素对体重和平均日增重的适宜添加水平分别为188和156 mg/kg;研究还发现,随α-倒捻子素添加水平的升高,血浆促炎因子IL-1β和IL-6含量均呈线性或二次曲线降低,而抗炎因子IL-10含量呈线性或二次曲线升高;α-倒捻子素显著降低了血浆和肝脏MDA含量,以及提高了肝脏总超氧化物歧化酶(T-SOD)活性,剂量效应呈现显著的线性或二次曲线关系;肝脏谷胱甘肽-S转移酶(GSH-ST)活性随着饲粮α-倒捻子素添加水平的升高呈线性升高[44]。
岳圆等[45]研究表明,饲粮中添加α-倒捻子素改善了LPS攻毒肉鸡1~21日龄的体增重。100 mg/kg α-倒捻子素试验组的肉鸡体增重显著高于阳性对照组,并与空白对照组无显著差异;150 mg/kg α-倒捻子素试验组的肉鸡21日龄回肠黏膜分泌型免疫球蛋白A(sIgA)含量和回肠固有层中CD4+CD8-T细胞比例显著高于阳性对照组;200 mg/kg α-倒捻子素试验组的肉鸡21日龄血清免疫球蛋白G(IgG)含量显著高于阳性对照组;150、200和250 mg/kg α-倒捻子素试验组的肉鸡21日龄血清溶菌酶活性显著高于阳性对照组。由此可见,饲粮中添加100 mg/kg的α-倒捻子素可以缓解LPS攻毒造成的肉鸡生长性能下降;添加150~250 mg/kg的α-倒捻子素可以提高肉鸡的免疫力。
3 小结
近年来,植物来源的天然活性成分已成为无抗养殖研究和应用的热点。山竹果皮在东南亚一直作为传统药物用于治疗腹痛、腹泻、痢疾、感染性创伤、化脓、慢性溃疡等疾病,其主要成分α-倒捻子素具有抗氧化、免疫调节、抗炎和抑菌等功能。因此,在无抗养殖大环境下,开发α-倒捻子素作为饲料添加剂,在提高动物生长性能、改善产品品质、提高健康等方面有着广泛的应用前景。目前α-倒捻子素在肉鸡上已有部分研究结果,未来还有待在其他养殖动物上开展应用以及作用机理的研究。