大豆異黃酮在豬禽養殖中應用的研究進展

劉 帥 熊云霞 孫鋁輝 王 麗*

(1.廣東省農業科學院動物科學研究所，農業農村部華南動物營養與飼料重點實驗室，畜禽育種國家重點實驗室，廣東省畜禽育種與營養研究重點實驗室，廣州；2.華中農業大學，武漢 2430070)

近年來，抗生素濫用造成的環境問題和動物健康問題引起人們越來越多的重視，尋找合理的替抗方案顯得尤為迫切。農業農村部公布自2020年1月1日起，退出除中藥外的所有促生長類藥物飼料添加劑品種，自2020年7月1日起，飼料生產企業停止生產含有促生長類藥物飼料添加劑(中藥類除外)的商品飼料。中草藥、植物提取物等作為一種被認為“安全、可靠、環保”的替抗產品越來越受到重視。大豆異黃酮(ISO)是來源于豆科植物的一類多酚化合物，具有強抗氧化性和弱雌激素活性。在畜禽飼料中添加適量大豆異黃酮有提高畜禽生產性能、增強動物機體的抗氧化能力、改善腸道健康、調控激素分泌、增強機體免疫力的功能。鑒于大豆異黃酮的諸多功能，且同時具有來源廣泛、安全無污染、副作用小等優點，因此在后抗生素時代大豆異黃酮作為替代抗生素使用的新型飼料添加劑可能會有巨大的市場潛力。本文將近年來國內外對大豆異黃酮在豬禽生產中的研究進展和本課題組前期對大豆異黃酮的研究結果進行綜述，以期為后續更加合理地應用大豆異黃酮資源提供依據。

1 大豆異黃酮的結構和功能

1.1 大豆異黃酮的來源及結構

大豆異黃酮是來源于豆科植物的12種天然異黃酮的統稱，主要存在于豆科植物種子和幼苗中[1]，其主要結構形式是3-苯并吡喃酮為母核的化合物群，由于其化學結構與雌激素類似，又被稱為植物雌激素。大豆異黃酮可分為大豆苷類、染料木苷類和黃豆黃素苷類，每類又分為游離型、葡萄糖苷型、乙酰基葡萄糖苷型和丙二酰葡萄糖苷型4種存在形式，化學結構式如圖1所示。在通常情況下，大豆異黃酮類化合物是固體，常溫下性質穩定，不溶于水，但溶于氯仿等有機溶劑[2]。由于大豆品種、種植及加工方法的差異導致其組成及含量存在差異，最新的研究顯示大豆異黃酮中游離型苷元占16.2%～29.0%，結合型糖苷占71.0%～83.0%[3]。

圖1 大豆異黃酮化學結構式

1.2 大豆異黃酮的功能

大豆異黃酮的主要活性成分為游離型苷元，研究指出大豆異黃酮中游離苷元比結合型糖苷更容易被動物機體吸收，生物利用度更高[4-7]。大豆異黃酮的糖苷經過腸道被β-葡萄糖苷酶水解為苷元，才能進入血液循環[8-9]，沒有被水解的大豆異黃酮會經過腸肝循環進入結腸，在結腸微生物的作用下轉化為具有更高生物活性的雌馬酚從而參與動物機體的代謝活動[10-13]。在畜禽生產中，大豆異黃酮可以增強機體抗氧化活性，改善腸道健康，提高畜禽生產性能。且作為天然的植物雌激素，具有許多重要的生理生化功能[14]，參與機體的生長繁殖過程[7]。

2 大豆異黃酮在豬禽生產上的應用

2.1 大豆異黃酮對豬禽生產性能的影響

大豆異黃酮作為飼料添加劑，可提高母豬泌乳性能，改善乳成分，提高乳蛋白和乳脂的含量，提高哺乳仔豬平均日增重[15-17]。在斷奶仔豬和肥育豬上的應用，程忠剛等[18]在仔豬飼糧中添加大豆黃酮，結果表明大豆黃酮可以提升仔豬生長性能，在肥育豬中應用的結果[19-20]趨于一致。降低飼糧中豆粕的含量使肥育豬生長性能顯著降低[21]，其原因可能不僅僅是飼糧中蛋白質含量的減少，還可能與大豆異黃酮攝入量的降低有關。Thomas等[22]在低豆粕建模的低蛋白質飼糧飼養試驗中發現，添加0.05%大豆異黃酮可撫平低蛋白質飼糧對肥育豬生長性能的影響。

大豆異黃酮在肉雞、蛋雞生產中也多有應用，添加適量大豆異黃酮可以提高肉雞的飼料轉化率[23]，提高蛋雞種蛋孵化率[24-25]，提高蛋雞產蛋率及蛋品質。Shiralinezhad等[26]研究表明，添加100 mg/kg的大豆異黃酮可提高雛雞1～14日齡的飼料轉化率，但是更低劑量的大豆異黃酮對其生長性能無顯著影響。在雞養殖中應用最多的大豆異黃酮為大豆苷元，雞對大豆苷元有較好的耐受性，添加劑量達到200 mg/kg對雞無顯著毒性[24]。大豆苷元的劑量與蛋雞生產性能呈二次曲線回歸[27]。高劑量的大豆苷元可以促進鈣磷代謝，提高蛋雞蛋品質[28]。大豆苷元還常常被報道和中草藥聯合使用，提高蛋雞產蛋率[29]。

2.2 大豆異黃酮對豬禽抗氧化功能的影響

大豆異黃酮具有良好的抗氧化能力，這與其結構密不可分，大豆異黃酮結構中的多個酚羥基可以成為自由基的供氫體，并與有害金屬離子螯合，增強其與自由基結合的能力，從而清除自由基。此外，大豆異黃酮的代謝產物雌馬酚，也可作為氫或電子的受體，能與自由基結合后隨機體排出體外，起到抗氧化作用[30-32]。體外試驗研究表明，用量不超過100 μmol/L時，大豆異黃酮對雞骨骼肌細胞的增殖和抗氧化活性具有積極的作用，并抑制細胞脂質過氧化[33-35]。這在豬脂肪細胞和乳腺細胞試驗中也得到了驗證[36-38]。大豆異黃酮的抗氧化作用是通過作用于β-雌激素受體來實現的。染料木素與雌激素受體(ER)結合后可以激活大鼠肉瘤蛋白(Ras)-快速纖維肉瘤蛋白(RAF)-絲裂原活化蛋白激酶激酶(MEK)進而促進細胞外調節蛋白激酶1/2(ERK1/2)的磷酸化，而磷酸化后的ERK1/2可以使核轉錄因子-κB(NF-κB)抑制蛋白(IκB)的2個亞基磷酸化，進而激活NF-κB，從而上調錳超氧化物歧化酶(MnSOD)基因的表達，起到抗氧化作用(圖2)。Jiang等[39]研究表明，在含有氧化魚油的飼糧中添加20 mg/kg的大豆異黃酮，可以改善雞的抗氧化狀態。大豆異黃酮可以降低機體血清、腸道黏膜、骨骼肌等組織中丙二醛(MDA)的含量[40-41]。飼喂添加適宜劑量的大豆異黃酮飼糧可以改善肌肉的抗氧化能力，從而改善肉質，延長肉類商品貨柜期[42-45]。大豆異黃酮提高肌肉抗氧化性能、改善肉質的原因可能是大豆異黃酮可以改善骨骼肌細胞膜的流動性，提高骨骼肌細胞抵抗氧化損傷的能力[46]。但是也有研究指出，高劑量的大豆異黃酮會在特定的組織和細胞中起到促氧化作用。Jiang等[40]使用80 μmol/L的大豆異黃酮培養豬骨骼肌細胞，結果表明該濃度下的大豆異黃酮對骨骼肌細胞有促氧化的作用。Chen等[47-48]使用200和400 μmol/L的染料木素培養豬原代肌肉細胞，結果顯示細胞內脂質過氧化指標MDA含量顯著增加，這表明此劑量下的染料木素有顯著的促氧化作用，而在肥育豬上使用640 mg/kg的大豆苷試驗結果也證實了高劑量大豆異黃酮的促氧化作用。大豆異黃酮通過促進5-脂氧合酶(5-LOX)表達進而提高了細胞活性氧(ROS)的產生，從而起到促氧化效果[48]。因此，盡管動物對大豆異黃酮有很高的耐受劑量，但是高劑量的大豆異黃酮在動物養殖中可能效果不理想。

Isoflavone：大豆異黃酮；Estrogen receptor：雌激素受體；MEK：絲裂原活化蛋白激酶激酶mitogen-activated protein kinase kinase；MAPK：絲裂原活化蛋白激酶 mitogen-activated protein kinase；Lower oxidative stress：降低氧化應激。

2.3 大豆異黃酮對豬禽腸道健康的影響

動物腸道是動物機體與外界環境進行物質交換的重要場所，也是隔離外界刺激的重要免疫屏障。大豆異黃酮提高畜禽生產性能可能還與其改善腸道健康有關。一方面大豆異黃酮通過上調過氧化氫酶、谷胱甘肽還原酶和超氧化物歧化酶等抗氧化酶的活性，減少腸道上皮細胞氧化應激的作用；另一方面大豆異黃酮可以通過抑制腸道炎癥反應關鍵信號通路，Janus激酶(JAK)/信號傳導及轉錄激活蛋白(STAT)和Toll樣受體4(TLR4)/NF-κB中的特定過程，減輕腸道炎癥反應[49-50]。在飼喂氧化魚油的新生仔豬的飼糧中添加大豆異黃酮可有效減輕氧化應激造成的腸道損傷，提高腸道的免疫功能[43]。染料木素是大豆異黃酮中生理活性最高的異黃酮，研究表明染料木素可以改善細胞的活力和細胞通透性，通過抑制TLR4/NF-κB信號通路減少腸道炎性反應[51-52]。在無抗情況下，大豆異黃酮能抑制脂多糖引起的仔豬空腸黏膜中p38蛋白和TLR4通路的激活，降低炎癥反應，維持仔豬腸道健康[53]。此外，大豆異黃酮還可以促進畜禽腸道發育，并參與腸道菌群調控[54]。Shiralinezhad等[26]研究表明，100 mg/kg的大豆異黃酮可以促進雞空腸絨毛的生長，降低腸隱窩深度。且有研究發現，大豆異黃酮可提高仔豬腸道菌群豐度，這些菌群可能對維持腸道屏障的功能和完整性具有重要意義[55]。

2.4 大豆異黃酮對豬禽激素分泌的影響

大豆異黃酮與17β-雌二醇(17β-E2)有著相似的化學結構，因此可以與ER結合，有雌激素和抗雌激素活性[7，56-58]。研究表明，染料木素可以通過促進雞卵泡顆粒細胞類固醇激素合成，急性調節蛋白(StAR)、細胞色素P450膽固醇側鏈裂解酶(P450scc)和3β-羥基類固醇脫氫酶(3β-HSD)等基因的表達，提高孕酮的分泌[59]。研究發現，添加50 mg/kg大豆苷元可以顯著提高雞卵巢組織細胞中的卵泡刺激素受體(FSHR)的表達，對ER和黃體生成素受體(LHR)的表達也有促進趨勢，但是在劑量高達100 mg/kg時3種激素受體的表達都受到了不同程度的抑制[23，60-62]。大豆異黃酮可通過調控激素分泌影響卵巢卵泡發育，進而影響蛋雞的產蛋性能。添加15～60 mg/kg的大豆異黃酮可顯著提高蛋雞雌二醇、β-內啡肽和卵黃蛋白原的分泌，顯著提高卵泡的發育程度，提高產蛋后期蛋雞生產性能和蛋品質[25，63-64]。有研究指出，染料木素會抑制豬卵泡顆粒細胞孕酮的生成，促進雌二醇的分泌[65-66]。張琦琦等[67]研究表明，200 mg/kg的大豆苷元可以提高母豬的繁殖性能，顯著提高了妊娠母豬的血清孕酮和胰島素樣生長因子-1(IGF-1)含量，顯著提高了血清雌激素和瘦素的含量。體外研究也表明，大豆苷元通過直接調節FSH而上調瘦素的釋放[68]。此外，本課題組在仔豬研究上發現大豆黃酮可以上調血清中生長激素(三碘甲腺原氨酸、甲狀腺素)和性激素(雌二醇、睪酮)的含量[18]；在肥育豬上，大豆黃酮有上調血清生長激素(三碘甲腺原氨酸、甲狀腺素)的趨勢[19-20]。因此，大豆異黃酮影響畜禽的生產性能，調控激素分泌是非常重要的一個環節，不同的物種適宜劑量不同，過高的劑量可能會起到負面作用。

2.5 大豆異黃酮對豬禽免疫力及抗病能力的影響

大豆異黃酮的應用可降低養殖動物病死率。大豆異黃酮對病原體有直接抑制作用[69]，同時大豆異黃酮可提高機體免疫力。研究表明，添加大豆異黃酮可使機體抗體分泌升高[70]。王志龍等[71]發現，大豆異黃酮與黃芪多糖復配使用可以提高哺乳母豬血清免疫球蛋白G(IgG)和白細胞介素-2(IL-2)的含量。豬繁殖與呼吸綜合征病毒(PRRSV)感染會嚴重影響豬只的生長發育和繁殖性能，甚至導致死亡[72]。Smith等[73]在飼糧中添加1 600 mg/kg大豆異黃酮，斷奶公豬接種PRRSV后，發現大豆異黃酮可以顯著降低PRRSV感染后的仔豬死亡率。而此前，Rochell等[74]研究表明，與飼喂含17.5%豆粕飼糧的保育豬相比，飼喂含29.0%的豆粕飼糧的保育豬感染PRRSV后免疫應激反應有所緩解，豬的生長性能有改善的趨勢。但在Bryan等[75-76]的研究中，飼糧添加高于1 500 mg/kg大豆異黃酮對改善生長豬PRRSV免疫反應無顯著影響。以上3個有關PRRSV的試驗結果不太一致，可能原因是大豆異黃酮的使用劑量及試驗周期不同。與Smith等[73]和Rochell等[74]的試驗相比，Bryan等[75-76]的試驗周期更長(21～166 d)，大豆異黃酮可能只是在PRRSV感染的早期急性免疫階段起到了作用，而對之后病情影響不大。綜上所述，大豆異黃酮提高動物生產性能與其抗氧化、維持腸道健康、促進激素分泌和提高抗病力的功效密不可分。

3 大豆異黃酮作為替抗飼料添加劑的潛力與存在的問題

飼糧中添加抗生素的主要目的有以下幾點：1)預防和治療某些疾病；2)促進動物生長；3)提高飼料報酬；4)提高動物機體抗病能力。但抗生素的長期濫用會造成藥殘、耐藥等問題。自農業部公告停止生產或使用除中藥外的含有促生長類藥物飼料添加劑后，中藥等植物提取物則又引起了研究熱潮。大豆異黃酮作為天然綠色安全飼料添加劑，可以被動物機體吸收代謝，不存在藥殘、耐藥問題。且有研究顯示，大豆異黃酮對機體生長性能、肉品質和抗氧化能力等的提高效果甚至優于抗生素[77]。

目前為止，大豆異黃酮作為飼料添加劑在畜禽生產中應用的報道多為正面，但也不能忽略在實際生產過程中可能存在負面影響。早在20世紀90年代就有學者指出，長期使用植物雌激素可能會對家畜的生殖機能造成損害[78-79]。而近年來也有一些關于大豆異黃酮的使用造成動物機體內分泌紊亂，生殖機能受到影響的報道。這也暗示著大豆異黃酮所具有的潛在風險，盡管這些報道多見于反芻動物，但在豬禽上是否會存在潛在的影響也值得我們思考。另外，過量的大豆異黃酮的使用也會加重骨骼肌衛星細胞、原代肌肉細胞、肝臟和脂肪組織的氧化損傷，這也提示我們在實際生產過程中使用大豆異黃酮需要控制劑量[39-41]。合理、經濟的添加量、適宜的使用階段及使用時長值得我們繼續探索。

目前，對于大豆異黃酮的研究更多的集中在染料木素和大豆苷元，除此之外是大豆異黃酮混合物。大豆異黃酮作為混合物的運用效果可能好于單一提取物，而也有學者指出大豆異黃酮與維生素、微量元素、蛋白質、抗雌激素藥物、抗氧化劑等多種物質存在正向相互作用[80]。綜上所述，建議在使用單一大豆異黃酮時，添加劑量宜保持在中等水平，并縮短飼喂期；與其他物質復配使用時，選擇具有正向相互作用的物質進行復配。

4 小 結

綜上所述，大豆異黃酮能夠提高動物的生產性能，改善動物腸道健康，提高動物機體的免疫力，有著替代抗生素的巨大潛力。大豆異黃酮來源廣泛、成本低廉，這也使得大豆異黃酮作為替代抗生素的飼料添加劑推廣成為可能。但目前為止，不同物種、不同生長階段，適宜添加劑量需要我們進一步探究，此外，面對多元化的替抗方案，大豆異黃酮與其他替抗產品的復配作用效果，也值得我們繼續研究。因此，后續研究需要重點關注以下幾個方面：1)大豆異黃酮在豬禽生長的不同階段使用合理劑量和最優劑量；2)大豆異黃酮與其他替抗產品或功能性產品的復配作用；3)系統研究大豆異黃酮改善豬禽機體免疫力、抗氧化、內分泌等方面功能的機制研究，為合理利用大豆異黃酮資源提供理論依據，為促進畜禽生產的發展提供新的思路。