桑树(Morus alba L.)为桑科桑属多年生落叶小乔木植物, 我国约有10多个种和变种桑树, 广泛分布于全国各个地区, 而栽桑养蚕作为我国传统农业的重要组成部分之一, 已有4 000多年的历史^[1]。桑叶作为桑树的主要产物, 中医上俗称"铁扇子", 约占地上部产量的64%, 桑叶全年可摘3~6次, 抗逆性较强。作为最早被国家卫生部认定并列为"药食同源"的植物资源之一, 桑叶不但含有丰富的氨基酸、脂肪、碳水化合物、维生素和钙、铁、锰、锌等矿物质, 且富含多酚类、黄酮类、生物碱类、氨基酸、多糖和甾类化合物等有益于动物机体健康的天然活性成分^[2], 具有降血糖、降血脂、抗氧化、抗病毒等多项生理功能。

黄酮类化合物作为桑叶中的天然活性成分之一, 占桑叶干重的1%~3%, 在所有植物茎叶中含量较高^[3]。Kim等^[4]从桑叶中分离出紫云苷、槲皮素等9种黄酮类单体。Doi等^[5]在桑叶的丁醇提取物中发现芸香苷含量较高, 每100 g干品中含有470~2 670 mg芸香苷。Ju等^[6]挑选了12个来自韩国的桑叶品种, 发现其黄酮类物质的含量保持在7.485~12.979 mg/g; 在分离而来的17种黄酮类化合物中, 异槲皮素和芦丁的含量占主体地位。

近年来, 随着对桑叶的报道逐渐增多, 其多项生理功能正逐渐被人们所认识。其中, 有关桑叶黄酮(flavonoids from mulberry leaves)降血糖和降血脂等功效发挥机制的研究更是学者们关注的热点之一。本文介绍了桑叶黄酮的具体成分及提取方法, 总结了近年来对桑叶黄酮降糖、降脂功能的研究成果, 阐述了桑叶黄酮在动物生产中的应用, 为深化桑叶黄酮生物学功能研究, 并将其作为一种功能性饲料添加剂加以利用提供理论依据。

1 桑叶黄酮的具体成分

桑叶黄酮是对自桑属植物中分离而来的多种黄酮、黄酮苷及黄酮衍生物的统称^[3]。由于母体结构存在差异, 可分为黄酮、黄酮醇、二氢黄酮、二氢黄酮醇、异黄酮、二氢异黄酮、查耳酮、橙酮、花色素、黄烷等10类^[7]。许佳明等^[8]首次采用高效逆流色谱技术, 从50 g桑叶乙酸乙酯提取物中分离得到了高纯度的异槲皮苷和紫云英苷, 作为桑叶中的重要药效成分, 这2类黄酮化合物的含量分别达1.042、0.654 mg/g。张贵会等^[9]以浓度为80%的乙醇作为提取溶剂, 首次从药桑叶的正丁醇部位中提取纯化得到了10种黄酮类化合物, 分别为槲皮素、淫羊藿次苷Ⅱ、德钦红景天苷、草质素-7-O-(3″-β-D-葡萄糖基)-α-L-鼠李糖苷、槲皮素-3-O-β-(2″-O-乙酰基)吡喃半乳糖苷-7-O-α-吡喃阿拉伯糖苷、红景天苷、山柰酚-3-O-β-(2″-O-α-L-吡喃鼠李糖基)-葡萄醛酸苷、槲皮素-3-O-α-吡喃鼠李糖基(1→2)-β-吡喃葡萄醛酸苷、鼠李素-3-O-半乳糖苷、槲皮素-3'-O-β-D-葡萄糖苷。

2 桑叶黄酮的提取方法

桑叶黄酮的提取方法主要有醇提法、超临界二氧化碳萃取法、微波提取法^[10]等, 在生产中常用大孔树脂吸附法对桑叶黄酮进行提纯。表 1汇总了桑叶黄酮常见的几种提取与纯化方法及最佳工艺, 并简要分析了其优缺点。

3 桑叶黄酮的降糖降脂功能及机制 3.1 降糖作用及机制

桑叶提取物中黄酮类、生物碱类、萜类、多糖类等天然活性成分都能抑制糖苷酶的活性, 进而起到不同程度的降血糖作用^[21-23], 而桑叶黄酮又是这些化合物中较为突出的降糖物质之一^[24], 目前对其降血糖作用发生机制的研究已日益成为学者们关注的重点。陈玲玲等^[25]给糖尿病模型小鼠灌胃给药桑叶黄酮, 持续饲喂6周后发现, 与正常对照组相比, 低剂量组[0.25 g/(kg·d)]糖尿病小鼠的糖化血清蛋白含量极显著降低; 中剂量[0.50 g/(kg·d)]、高剂量组[1.00 g/(kg·d)]糖尿病小鼠的肝糖原含量显著升高; 随着治疗剂量的增加, 糖尿病模型小鼠的肝脏己糖激酶、超氧化物歧化酶(superoxide dismutase, SOD)活性逐渐增强, 而丙二醛(malondialdehyde, MDA)含量则逐渐降低。这表明桑叶黄酮可改善患病小鼠的抗氧化机能, 促进胰岛素的分泌, 进而实现对动物糖代谢的调控。

黄链莎等^[26]研究发现, 桑叶黄酮可使糖尿病大鼠空腹血糖、血清胰岛素水平, 胰岛素抵抗(insulin resistance, IR)指数, 体质量, 血清总胆固醇(total cholesterol, TC)、甘油三酯(triglyceride, TG)、游离脂肪酸(free fatty acids, FFA)含量极显著降低, 极显著增强肝脏蛋白激酶(protein kinasec, PKC)mRNA和蛋白的表达, 抑制腺苷酸激酶2(adenylate kinase2, AK2)、过氧化物酶增殖物激活受体γ辅助激活因子1α(peroxisome proliferator activated receptor gamma coactivator 1-alpha, PGC1α)mRNA的表达。这揭示了桑叶黄酮发挥降血糖作用的机制:通过降低血清FFA含量, 抑制FFA诱导的PKC途径并改善基于AK2、PGC1α表达的能量稳态, 进而起到抗糖尿病的效果。

过氧化物酶体增殖体激活受体(peroxisome proliferators-activated receptors, PPARs)作为脂肪细胞因子的调控因子之一, 对改善IR、维持脂肪细胞因子正常分泌功能及降低血脂具有非常重要的作用。薛城敬等^[27]探究了桑叶黄酮对Ⅱ型糖尿病单纯性脂肪肝大鼠肝组织中PPARγ的影响, 结果表明, 桑叶黄酮组大鼠体内的胰岛素敏感指数较对照组显著提高, PPARγ的表达效应亦显著增强。而体内PPARγ含量的上升可能进一步改善了机体的IR, 增强了胰岛素的信息传导功能, 最终起到降低血糖、治疗Ⅱ型糖尿病单纯性脂肪肝的效果^[28]。

桑叶黄酮还可与其他活性组分协同作用, 抑制α-葡萄糖苷酶的活性, 进而发挥降血糖功效。寇秀颖等^[29]研究发现, 桑叶黄酮与多糖的混合物对蔗糖酶、麦芽糖酶这2种α-葡萄糖苷酶的抑制率分别高达62.3%、75.2%, 而对猪胰液α-淀粉酶的抑制率可达62.5%, 其结果与这2种活性成分单独作用时的抑制率相比差异显著。王德萍等^[30]研究发现, 桑叶黄酮、多糖、1-脱氧野尻霉素(1-deoxynojirimycin, DNJ)作为3种具备降血糖效应的组分, 在混合饲喂给糖尿病小鼠4周后, 体重较模型组显著升高, 血糖水平显著降低; 糖尿病小鼠对胰岛素的敏感度增强, 胰岛素含量及IR指数也逐渐降至正常水平; 给药组小鼠胰岛形状与模型组相比, 饱满程度更高, 细胞数量更为丰富, 胞浆内空泡数目更少。这说明桑叶黄酮、多糖、生物碱类物质具有协同降低血糖水平、修复已受损胰岛细胞的作用, 为综合利用桑叶中的多种活性成分提供了试验依据。

3.2 降脂作用及机制

据文献报道, 桑叶黄酮可降低高脂血症模型大鼠血清中TG、TC、低密度脂蛋白胆固醇(low density lipoprotein cholesterol, LDL-C)含量, 增加高密度脂蛋白胆固醇(high density lipoprotein cholesterol, HDL-C)含量, 改善高脂血症模型大鼠SOD的活性, 抑制MDA的生成^[31]。江正菊等^[32]对患高血脂症大鼠进行灌胃给药200 mg/(kg·d)桑叶黄酮后发现, 大鼠体质量极显著降低, 其血清中TC、TG、LDL-C含量以及TC/HDL-C显著降低, 而HDL-C含量则显著升高; 同时, 高血脂症大鼠血糖水平的升高趋势也得到了有效的遏制。这充分说明桑叶黄酮具有调节血脂、稳定血糖的作用, 而其机制可能与桑叶黄酮通过提高机体抗氧化能力, 进而抑制脂质的过氧化反应, 防止脂质代谢紊乱有关。接着江正菊等^[33]又设计了低、中、高[50、100、200 mg/(kg·d)]剂量桑叶黄酮饲喂给患高血脂症大鼠, 发现患病大鼠的动脉粥样硬化指数显著降低, 说明桑叶黄酮对动脉粥样硬化(atherosclerosis, AS)具有抵抗作用, 这在一定程度上降低了心血管疾病发生的概率。

李向荣等^[34]利用四丁酚醇与高脂饲料分别诱导建立了急性高脂血症小鼠和高脂血症大鼠模型, 发现患急性高脂血症的小鼠在经过7.5、15.0、30.0 mg/(kg·d)的桑叶黄酮灌胃治疗后, 血清中TG、TC、LDL-C含量的升高受到抑制; 而患高脂血症大鼠在分别灌胃给药5、10、20 mg/(kg·d)的桑叶黄酮28 d后, 血清中TG、TC、LDL-C含量均有不同程度地下降, 其中10、20 mg/(kg·d)等剂量组表现为显著降低。该结果证明了桑叶黄酮具有良好的降血脂功效, 且具有剂量依赖性。Chen等^[35]研究发现, 经30 mg/(kg·d)的桑叶黄酮灌胃给药高血脂症大鼠后, 其血清中HDL-C/TC和HDL-C/LDL-C分别增加至0.42与0.57, 较对照组有所升高, 这揭示出桑叶黄酮可能具有加速胆固醇转运和代谢的作用, 有利于促进HDL-C等有利脂质在血清中的富集, 进而降低血脂。

陈菁菁^[36]进一步总结了桑叶黄酮发挥降脂效应的几种可能机制:一是通过抑制动物体内3-羟基-3-甲基戊二酸单酰辅酶A还原酶的活性, 减少内源性胆固醇的合成, 从根源上降脂; 二是通过促进血清中HDL-C含量的增加, 提高卵磷脂胆固醇酰基转移酶(lecithin cholesterol acyltransferase, LCAT)的活性, 进而催化血清中的游离胆固醇与脂肪酸结合并转化为胆固醇酯, 促进胆固醇在肝脏中的转运与代谢这一过程; 三是桑叶黄酮作为一种抗氧化活性物质, 可以抑制LDL-C在血液中的堆积和氧化修饰作用, 提升LDL-C的抗氧化能力, 进而起到对抗动脉粥样硬化、防止高血脂症的作用。

4 桑叶黄酮在动物生产中的应用 4.1 犊牛

杨春涛等^[37]研究发现, 向断奶前的犊牛饲粮中添加桑叶黄酮后, 犊牛采食量总体呈上升趋势; 与饲喂正常饲粮的对照组相比, 添加热带假丝酵母菌(candida tropicalis, CT)、桑叶黄酮及两者结合使用均能显著提高断奶后犊牛的总能代谢率, 并显著改善氮的生物学价值及利用率, 且两者结合使用的效果优于单独饲喂; 断奶后80日龄的桑叶黄酮组内犊牛的瘤胃微生物蛋白质(rumen microbial protein, MCP)的含量可达2.43 mg/mL, 显著高于对照组。这说明在CT和桑叶黄酮的共同作用下, 犊牛的瘤胃发酵、消化代谢情况及氮的利用效率得以改善, 有利于提高犊牛的生产性能, 并实现对环境的有力保护。Wang等^[38]给荷斯坦牛断奶前犊牛的饲粮中添加桑叶黄酮, 并以大肠杆菌刺激其胃肠道, 结果表明, 添加桑叶黄酮可显著提高空肠内乳糖脱氢酶的活性, 并显著降低犊牛血液中谷胱甘肽过氧化物酶的活性。这说明桑叶黄酮可改善断奶前犊牛的体内抗氧化性能, 降低断奶应激程度, 进而有利于实现对犊牛的高效化饲养。

4.2 肉羊

陈丹丹等^[39]经研究发现, 向"杜泊绵羊×小尾寒羊"杂交F₁代肉羊饲粮中添加桑叶黄酮, 可使其甲烷、二氧化碳排放量呈现出降低的趋势; 当桑叶黄酮的添加水平稳定在2 g/(kg·d)时, 肉羊每采食1 kg干物质, 甲烷排放量则减少2.77 L, 抑制效果最强; 这将有助于改善肉羊瘤胃内的气体代谢作用, 最大程度地减少发酵中的能量损失。Ma等^[40]向"杜泊绵羊×小尾寒羊"杂交母羊饲粮中添加2 g/(kg·d)的桑叶黄酮后发现, 氮和中性洗涤纤维的表观消化率显著提高; 同时, 桑叶黄酮可通过减少瘤胃内原生动物种群, 尤其是抑制产甲烷菌的形成, 极显著降低甲烷产量; 而桑叶黄酮对瘤胃内微生物区系的改善作用, 在一定程度上改变了瘤胃发酵的类型, 促进了挥发性脂肪酸(volatile fatty acids, VFA)含量的增加。

4.3 吉富罗非鱼

陈冰等^[41]研究发现, 向吉富罗非鱼的饲料中添加100、300 mg/kg的桑叶黄酮可显著提高肌肉中SOD活性, 添加500 mg/kg的桑叶黄酮可显著提高肌肉中总抗氧化力和胶原蛋白含量; 添加300、500 mg/kg的桑叶黄酮可以提高吉富罗非鱼肌肉抗氧化性能, 丰富其中的胶原蛋白含量, 对改善其肌肉中部分氨基酸的组成及含量极为有利。

5 小结与展望

以上研究表明, 通过向基础饲粮中添加一定剂量的桑叶黄酮, 试验动物的器官、组织都发生了不同程度的变化, 提高了犊牛、肉羊及吉富罗非鱼的生产性能。同时, 桑叶黄酮优越的抗氧化性能在犊牛、吉富罗非鱼中得到了良好的体现, 亦有助于应对环境应激、改善肉质。总而言之, 桑叶黄酮作为一类天然活性成分, 在动物生产领域的应用前景十分广阔。

目前对桑叶在动物生产中的应用研究主要集中于桑叶提取物对动物生长性能的探索, 而对桑叶黄酮调控动物糖脂代谢的作用及其机理研究甚少。因此, 在畜禽生产实践中, 可通过向动物饲粮添加桑叶黄酮, 探究其对动物糖脂代谢的影响, 总结桑叶黄酮对动物机体糖代谢或脂质代谢相关指标的作用规律, 为进一步揭示桑叶黄酮在动物生产中开发和应用潜力, 并实现对桑叶的合理化、高效化、资源化利用提供科学依据。