α-茄堿的生理功能及其在畜禽生產(chǎn)中的應(yīng)用前景

譚繼君， 伍小松

（湖南農(nóng)業(yè)大學動物科學技術(shù)學院，湖南長沙 410128）

糖苷生物堿是一種植物次級代謝產(chǎn)物，主要分布于茄科和百合科植物中，是具有特殊甾體結(jié)構(gòu)的一類生物堿，因此也稱甾體糖苷生物堿。在植物中，糖苷生物堿能夠防御微生物、昆蟲等天敵侵襲，起到自我保護的作用，因其能結(jié)合昆蟲生物膜，與膜上的甾醇類成分連接導致生物膜形成膜孔，或?qū)㈢薮冀Y(jié)合物從膜上拉出形成其他復合物，改變生物膜結(jié)構(gòu)，引起膜破裂（Bokov等，2004)。α-茄堿是馬鈴薯糖苷生物堿的主要成分，在成熟、新鮮的馬鈴薯塊莖中含量較低，但在新生的芽、花、莖、葉以及在儲存不當而發(fā)青、發(fā)芽、發(fā)霉馬鈴薯塊莖中含量較高。近年來，α-茄堿的藥理學作用引起很多研究者的關(guān)注，特別是α-茄堿的抗腫瘤作用，讓其有望成為新型抗癌藥物的合成原料。我國作為世界上最大的馬鈴薯種植國，馬鈴薯種植面積約占全世界的1/4，其地上莖部分因含有較高的龍葵素及水分等因素，通常被用于漚肥、焚燒或直接被丟棄。但馬鈴薯地上莖同時也具有較高的營養(yǎng)價值，尤其是粗蛋白質(zhì)含量較高，具體見表1。

此外，馬鈴薯地上莖還含有茄堿、茄尼醇、精油等有效成分，這些有效成分具有多種生理功能，可應(yīng)用于不同領(lǐng)域，具體見表2。

表1 馬鈴薯莖葉營養(yǎng)價值（DM基礎(chǔ)）

表2 馬鈴薯地上莖有效成分及其用途

雖然馬鈴薯地上莖具有較高的營養(yǎng)價值并含有多種功能性成分，但調(diào)查研究表明，我國在塊莖收獲的同時伴隨著相當量地上莖的浪費。統(tǒng)計局數(shù)據(jù)顯示，2014年全國馬鈴薯產(chǎn)量為1910.30萬t，相應(yīng)產(chǎn)生的馬鈴薯地上莖葉達637.10萬t，如果有效利用50%，就可收集相當量的α-茄堿，同時可減少馬鈴薯地上莖廢棄物對環(huán)境的污染，具有可觀的經(jīng)濟和生態(tài)效益。由此可見，我國馬鈴薯地上莖資源存在非常大的回收利用潛力價值。

1 α-茄堿的理化性質(zhì)和生理功能

1.1 理化性質(zhì) 茄堿由葡萄糖殘基和糖苷配基（茄啶)組成，主要包含 6 種生物堿：α-茄堿、β-茄堿、γ-茄堿以及 α-卡茄堿、β-卡茄堿和 γ-卡茄堿，其中α-卡茄堿和α-茄堿最為常見，占茄堿總量的95%以上。α-茄堿由一分子D-半乳糖，一分子D-葡萄糖和一分子L-鼠李糖構(gòu)成，α-卡茄堿則由一分子D-葡萄糖和兩分子L-鼠李糖構(gòu)成。α-茄堿和α-卡茄堿引起中毒的主要致病機理是其能抑制膽堿酯酶的活性，使乙酰膽堿分解受阻從而引起過度累積，引發(fā)一系列中毒反應(yīng)，而當α-卡茄堿和α-茄堿發(fā)生水解時，會逐個脫除糖分子，毒性也隨之降低。因此，采取一定的處理方法使α-卡茄堿和α-茄堿能從糖苷配基裂解或脫去糖分子，就能降低α-卡茄堿和α-茄堿的毒性，發(fā)揮其良好的生理作用。

1.2 生理功能 近年來，α-茄堿的生理功能受到研究者的持續(xù)關(guān)注，其在抗炎、抗菌、抗癌等方面的報道越來越多，具體見表3。

表3 α-茄堿的生理功能

1.2.1 抗炎生理功能 炎癥是機體對外界刺激的免疫應(yīng)答，在抵御病原微生物和病毒感染等方面發(fā)揮著重要作用，然而持續(xù)性的炎癥反應(yīng)可引發(fā)多種炎性和代謝性疾病，如支氣管炎、腸炎、類風濕性關(guān)節(jié)炎以及內(nèi)臟代謝疾病等（Shin等，2016)。因此，控制過度和持續(xù)性炎癥對保護動物機體免受應(yīng)激和損傷、改善動物健康水平、促進動物生長等有著至關(guān)重要的作用。茄堿又名龍葵素，而龍葵是我國傳統(tǒng)的中草藥，具有抗炎消腫的功效（Adamski等，2014)，已有動物試驗表明龍葵提取物有抗炎作用（Morrissey和 Osbourn，1999)。 Kang等（2011)發(fā)現(xiàn)，龍葵提取物能通過抑制p38、JNK和ERK1/2通路抑制小鼠腹腔巨噬細胞NO和TNF-a的產(chǎn)生，從而緩解脂多糖誘導的炎癥。Kenny等（2013)指出，馬鈴薯糖苷生物堿的抗炎生理功能是由糖苷配基（茄啶）決定的，但其分子機制目前尚不明確。最近研究表明，α-茄堿能提高LPS和多病原微生物誘導的膿毒癥小鼠的存活率，其潛在機制可能與α-茄堿能負調(diào)節(jié)NF-κB信號通路并降低促炎細胞因子的產(chǎn)生有關(guān)（Shin等，2016）。該研究還指出，α-茄堿的抗炎機制不同于α-卡茄堿，α-卡茄堿主要是抑制AP-1的信號通路，造成這種差異的原因在于二者的葡萄糖殘基不同（Shin 等，2016）。

1.2.2 抗菌生理功能 生物堿具有很好的抗菌活性，α-茄堿和α-卡茄堿對多種病菌具有抗菌活性 （趙驥民，2006；Fewell和 Roddick，1997）。 Kumar等（2009）研究發(fā)現(xiàn)，從茄科茄屬植物歐白英未成熟的果實、花和根中提取的茄堿、澳洲茄次堿、β-苦茄堿對產(chǎn)氣腸桿菌、大腸桿菌、金黃色釀膿葡萄球菌具有抑制作用，且其抗菌活性比鏈霉素還高。孫培珍（2014）通過平板涂布法發(fā)現(xiàn)α-茄堿對灰葡萄孢菌具有顯著抑制作用，其最小抑菌濃度為12.5μmol/L，最小殺菌濃度為18.75μmol/L，且濃度為18.75μmol/L時，抑菌率達到93.24%；體外試驗中，以濃度為50μmol/L，pH為7時α-茄堿對灰葡萄孢菌抑制效果最好，80℃以上的熱處理會降低抑制效果（α-茄堿發(fā)生水解），而金屬鹽在一定濃度范圍內(nèi)能加強抑制效果。張瑋琴（2015)研究發(fā)現(xiàn)，茄堿和卡茄堿對白菜白斑菌和蔥紫斑菌均有抑制作用，且兩種生物堿具有協(xié)同抑菌效果，二者的混合物對病原菌的抑制率大約是各自單獨抑制率之和。

α-茄堿的抑菌機制目前尚不明確，已有研究表明其對菌體胞膜的破壞作用是主要的潛在作用機制。孫培珍（2014)通過對外滲率進行測定發(fā)現(xiàn)α-茄堿能顯著影響灰葡萄孢菌絲細胞的外滲率，進而影響細胞膜的完整性和通透性。Blankemeyer等（1992)研究表明，糖苷生物堿（α-茄堿，α-卡茄堿）能引起磷脂細胞膜電位變化，改變細胞膜的離子通道和離子活性，破壞細胞膜的完整性。Sanchez-Maldonado等（2016）探討了馬鈴薯的次級代謝物α-茄堿、α-卡茄堿、茄啶和咖啡酸對真菌細胞膜流動性的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)四種代謝物均能降低真菌膜極化值，且咖啡酸與α-卡茄堿共同存在時，能顯著降低黑曲霉和禾谷鐮刀菌這兩種耐性最強的菌株的膜極化值。Sanchez-Maldonado等（2016)指出，真菌的這種抗性與其分類地位和甾醇在膜上的形態(tài)有關(guān)。

1.2.3 抗癌生理功能 α-茄堿的抗癌生理功能近年來持續(xù)得到關(guān)注，報道指出其對胰腺癌、肺癌、前列腺癌、胃腸癌、乳腺癌等多種癌癥具有抑制作用（李蘭香等，2016），這與α-茄堿能誘導癌細胞中活性氧自由基（ROS）的生成進而誘導其凋亡有關(guān)。Meng等（2016）研究表明，α-茄堿能誘導人體肝細胞癌HepG2細胞中ROS的產(chǎn)生，并顯著增加癌細胞凋亡率 （P＜0.0001）。Meng等（2016）進一步探討了相關(guān)分子機制，發(fā)現(xiàn)α-茄堿能提高HepG2細胞中ASK1和TBP-2蛋白的表達，進而激活下游信號激酶如JNK和p38，同時α-茄堿還能抑制HepG2細胞促增殖蛋白HDAC1，最終導致HepG2細胞發(fā)生凋亡。Nie等（2017）研究發(fā)現(xiàn)，α-茄堿能降低肺動脈的血管重塑和血管再生，對治療肺動脈高壓癥有積極作用，α-茄堿能增加軸抑制蛋白2（AXN2）的分泌，降低β-連環(huán)蛋白的活性，正調(diào)節(jié)骨骼形態(tài)學蛋白受體2型信號因子，降低Ca2+含量，負調(diào)節(jié)IL-6和 IL-8，抑制肺動脈平滑肌細胞的增殖擴散和抗凋亡能力，抑制Akt信號通路來抑制肺動脈內(nèi)皮細胞的增殖擴散和管腔形成。Cheng等（2017)指出α-茄堿能提高半胱天冬酶-3的活性，從而加速肺動脈平滑肌細胞的凋亡，抑制骨骼形態(tài)學蛋白受體2型信號因子的表達，抑制白介素-6和白介素-8的產(chǎn)生，從而抑制肺動脈平滑肌細胞的增殖擴散，正調(diào)節(jié)軸抑制蛋白2（AXN2），負調(diào)節(jié)β-連環(huán)蛋白，共同抑制肺動脈平滑肌細胞的增殖擴散，減少管腔形成和傷口愈合，進而減少肺血管生成，減少肺動脈重塑，使肺血管耐受力降低，血壓降低。

此外，α-茄堿還能增強癌細胞對放射線等誘導因素的敏感性，從而在誘導癌細胞凋亡中發(fā)揮協(xié)同作用。Wang等（2016)研究發(fā)現(xiàn)，α-茄堿能增強食管癌細胞的放射敏感性，提高食管癌患者放射性治療的效果，其潛在機制可能與α-茄堿能削弱癌細胞的DNA修復能力有關(guān)。因此，α-茄堿還有望成為一種治療癌癥的放射增敏劑。

2 α-茄堿在畜禽生產(chǎn)中的潛在應(yīng)用價值

α-茄堿這一糖苷生物堿多以有毒物質(zhì)在各種報道中被人所了解，但隨著科學研究的深入，其有效的生理價值不斷被挖掘，有望成為一種新型的代替飼用抗生素飼料添加劑。龍葵等中草藥有優(yōu)良的抗菌特性，能增強動物體自身免疫力，對環(huán)境無污染等優(yōu)點，在人類保健和動物生產(chǎn)上都有很好的應(yīng)用，而α-茄堿作為龍葵中的有效成分，不僅在人類抗腫瘤研究上有很大突破，其在抗菌，抗蟲方面也有良好的生理功效。α-茄堿在畜禽養(yǎng)殖生產(chǎn)上的應(yīng)用缺少實例，其主要問題在于α-茄堿對單胃動物機體的毒副作用以及在反芻動物瘤胃中的具體發(fā)酵機制尚不明確，但在我國不少散養(yǎng)農(nóng)戶都有用馬鈴薯地上莖葉飼喂家豬的習慣，并無中毒死畜現(xiàn)象發(fā)生，這可能與馬鈴薯地上莖葉的收割時間和飼喂量有關(guān)，可見，馬鈴薯地上莖葉適時割喂是可以用于畜禽養(yǎng)殖的。Parfitt等（1982）通過消化試驗對比了青貯的赤褐色伯班克馬鈴薯藤 （先用螺旋壓機將馬鈴薯中的水分從90%降至50%，再青貯）和青貯的苜蓿飼料對山羊的影響。結(jié)果發(fā)現(xiàn)山羊在飼用了馬鈴薯藤后并無不良反應(yīng)，由此可見青貯過程或動物瘤胃內(nèi)酸性環(huán)境可降低糖苷生物堿的毒性，說明α-卡茄堿和α-茄堿在酸性發(fā)酵過程中可被降解或去糖基化，讓反芻動物在飼用了馬鈴薯藤后不發(fā)生中毒反應(yīng)。

3 小結(jié)

α-茄堿在畜禽生產(chǎn)中具有潛在的應(yīng)用價值，而馬鈴薯地上莖作為α-茄堿的主要來源之一，具有成本低、來源廣泛、易于加工等特點，因此如何有效地利用馬鈴薯地上莖葉對畜禽生產(chǎn)具有很好的應(yīng)用前景與現(xiàn)實意義。