α-茄堿、α-卡茄堿在動物生產中的抗營養作用及毒性研究進展

何玉華，張立峰，孫學釗

（吉林農業科技學院，吉林省反芻動物精準營養與智慧生態養殖跨區域合作科技創新中心，吉林左家132109）

世界上80%以上的國家種植馬鈴薯，但目前馬鈴薯的副產品還沒有進行很好的開發和利用，而且馬鈴薯中的糖苷生物堿也是影響其利用的主要因素。馬鈴薯含有不同程度的糖苷生物堿，其含量取決于品種、貯存條件、加工處理方法、光照等。馬鈴薯中糖苷生物堿在天然水平上具有潛在的毒性。α-茄堿（α-solanine）、α-卡茄堿（α-chaconine）是馬鈴薯糖苷生物堿的主要組成成分，占糖苷生物堿總量的95%左右（董曉茹，2013），α-茄堿和α-卡茄堿的比例為1：2～1：7（Jarmila Skarkova等，2008），其可決定馬鈴薯中糖苷生物堿毒性的程度和性質，因為這兩種生物堿的毒性是協同作用的（Langkilde等，2009）。α-茄堿和α-卡茄堿的抗營養作用及毒性一直備受動物營養等領域研究學者的關注。近年來，關于α-茄堿、α-卡茄堿對動物的影響已經成為動物營養、疾病和繁殖等方面的一個新的研究方向。本文對α-茄堿、α-卡茄堿在動物生產中的應用情況進行了綜述。

1 α-茄堿、α-卡茄堿在馬鈴薯及其副產品中的含量

在正常成熟、沒有受到光照的情況下，馬鈴薯中糖苷生物堿的含量一般為10～100 mg/kg（Knuthsen等，2009）。有關資料報道馬鈴薯淀粉渣中α-茄堿含量為0.0474 mg/100 g（何玉華，2017；何玉華，2016），用混菌固態發酵馬鈴薯淀粉渣，觀測發酵過程中龍葵堿含量的變化。結果表明，隨著發酵時間的增加，α-茄堿含量逐漸降低；發酵前的含量為0.0474 mg/100 g，發酵后為0（江成英，2010）。

在馬鈴薯莖葉中添加甲酸進行發酵，發酵后馬鈴薯莖葉中α-茄堿的含量降到0.02%（占干物質），和發酵之前相比降低很多。研究表明，α-茄堿的含量和pH有很大的關系，酸性條件能夠導致α-茄堿的分解（張敏，2014）。

2 α-茄堿、α-卡茄堿對動物生產的影響

2.1 α-茄堿、α-卡茄堿對動物采食量的影響α-茄堿和α-卡茄堿有苦澀的味道，會影響動物的采食。α-茄堿和α-卡茄堿對蝸牛的采食具有協同抑制作用，但單獨作用時α-卡茄堿比α-茄堿的抑制作用更明顯（Smith等，2001）。由此可見α-茄堿和α-卡茄堿具有降低動物采食量的作用。α-卡茄堿和α-茄堿作用于卡普拉甲蟲的試驗中使用面粉圓盤生物測定法進行的營養研究顯示，卡普拉甲蟲生長率（RGR）和食物消耗率（RCR）顯著降低，當食物中濃度為20～30 mg/g時，其食物利用率（ECI）達到82.4%。當二者混合時，糖苷生物堿的毒性和拒食性增強（Nenaah等，2011），表明α-卡茄堿和α-茄堿之間存在協同作用，也說明這類化合物有可能用于保護儲藏的谷物避免昆蟲的侵擾。

2.2 α-茄堿、α-卡茄堿對動物生長性能的影響α-卡茄堿和α-茄堿對動物生長性能也會產生抑制作用。季宇彬（2009）的試驗結果表明，通過給小鼠灌胃α-茄堿，低劑量組（177、236 mg/kg）未發生致死情況，隨著劑量的逐漸增加（315、420、560 mg/kg），小鼠死亡數量也隨之增加，當劑量增加到747 mg/kg時，三天之內全部死亡，整個試驗期間未死亡的小鼠出現輕度的胃腸炎癥狀，食欲也逐漸下降，出現便秘、嘔吐、流涎等現象。死亡小鼠呈現頭部腫脹、體溫升高、腹瀉、便血的癥狀。在一定程度上說明α-茄堿和α-卡茄堿對小鼠生長發育有一定的抑制作用（何玉華，2017；陳艷，2006）。α-卡茄堿在蠟蛾日糧中添加量為1.5 mg/100 g時，蠟蛾的存活率、繁殖力和生育能力顯著下降（Ender Büyükgüzel等，2013）。

2.3 α-茄堿、α-卡茄堿對動物消化系統的影響

α-茄堿、α-卡茄堿進入動物機體之后，在消化系統上會有一系列的癥狀，主要表現為：不同程度的口腔干燥，口腔、咽喉處有疼痛感，咽喉發緊，并且出現惡心、嘔吐、腹痛、腹瀉的癥狀。嚴重的嘔吐和腹瀉可導致電解質失衡、脫水、血壓下降等，引起腸源性的青紫病（何玉華，2017）。α-茄堿、α-卡茄堿以1：3.7和1：70的比例給敘利亞金倉鼠灌服28 d，每天灌服總糖生物堿量的最高劑量為33.3 mg/kg體重的時候導致小腸和胃擴張充滿液體；以1：3.7的比例喂養倉鼠，其上皮刮片中觀察到更多的差異基因表達，表明脂質代謝和能量代謝途徑主要受1：3.7的影響（Langkilde等，2009）。

2.4 α-茄堿、α-卡茄堿對腸道機械屏障功能的影響 馬鈴薯中天然存在的α-卡茄堿、α-茄堿使結腸中促炎細胞因子IFN-c、TNF-a和IL-17水平升高，結腸通透性增強，從而加重了兩種腸道炎癥模型小鼠的腸道炎癥（Iablokov等，2010）。α-卡茄堿、α-茄堿在體外存在抗炎作用，亞細胞毒性濃度的α-卡茄堿、α-茄堿對Jurkat和Raw 264.7小鼠巨噬細胞具有抗炎作用，通過進一步的研究表明其可能有助于預防消炎性疾病（Kenny等，2013）。上皮屏障完整性的破壞在炎癥性腸病（IBD）的發生和病因中起著重要作用（李璐，2019）。α-卡茄堿、α-茄堿可與細胞膜上的膽固醇結合而破壞細胞膜的結構，導致腸道機械屏障功能的破壞（Bijal Patel等，2002）。α-卡茄堿、α-茄堿使細胞內的Ca2+濃度呈劑量依賴性升高，在馬鈴薯糖苷生物堿中α-卡茄堿比α-茄堿的作用更明顯，Ca2+內流是由細胞膜不穩定引起的（Toyoda等，1991）。

2.5 α-茄堿、α-卡茄堿對動物其他組織器官的影響

2.5.1 心臟 李永華（2003）研究結果表明，人誤食發芽的馬鈴薯，在6 h之后表現出了四肢麻痹及咽喉癢痛，同時出現呼吸急促的情況，在24 h之后出現精神倦怠、恍惚的癥狀，心電圖結果顯示，中毒者的心肌已經被損傷，出現心跳加速、心律失常的現象，導致心肌酶的圖譜升高。余暉等（2004）的報道也出現了上述癥狀。80μg/mL濃度的α-卡茄堿可以使心臟細胞在幾分鐘內停止跳動；濃度降低一半的時候可使心肌細胞的收縮頻率增加，至少持續2 h（Bergers等，1980）。

2.5.2 肝臟 可以用減輕的肝臟重量來評估α-卡茄堿對小鼠的潛在毒性。在成年雌性瑞士韋氏大鼠的日糧中添加2.4 mmol/kg劑量的α-卡茄堿，飼喂7 d后肝臟的相對重量比對照組降低8%（Friedman等，1996）。

2.5.3 其他 除了對心臟、肝臟的影響外，α-卡茄堿還可以導致倉鼠顱面畸形（Tafadzwa Mandimika等，2008）。

2.6 α-茄堿、α-卡茄堿對動物抗氧化機能的影響 當日糧中α-卡茄堿含量為0.015、0.15、1.5 mg/100 g時，均可導致蠟蛾中腸和脂肪中的丙二醛和蛋白質羰基含量呈劑量依賴性增加；可提高中腸谷胱甘肽S-轉移酶活性，降低脂肪體谷胱甘肽S-轉移酶活性（Ender Büyükgüzel等，2013）。可見α-卡茄堿能夠使腸道和脂肪組織的抗氧化能力降低。α-茄堿還可以導致動物生殖系統的氧化損傷，α-茄堿能夠使小鼠睪丸生殖細胞的琥珀酸脫氫酶（SDH）、丙二醛（MDA）、超氧化物歧化酶（SOD）、谷胱甘肽（GSH）活性消失，使活性氧自由基數量上升，呼吸鏈和氧化磷酸化脫偶聯，三羧酸循環出現中斷，線粒體基質滲透壓升高，內膜腫脹，導致線粒體的功能出現障礙，線粒體氧化損傷（季宇彬，2005）。

2.7 α-茄堿、α-卡茄堿對細胞膜的影響 馬鈴薯糖苷生物堿最為普遍的毒性作用機理之一，破壞膜的完整性（Roddick等，1988），α-卡茄堿可以使細胞膜的結構發生改變，破壞細胞膜的離子通道，這是由于糖生物堿的親脂部分和膜中的膽固醇之間形成不穩定的復合物引起的（Tafadzwa等，2008）。α-卡茄堿、α-茄堿的混合物在溶解兔紅細胞中起協同作用（James等，2002）。據推測可能是碳水化合物側鏈的性質影響了細胞分裂過程，細胞分裂似乎和糖生物堿與膜甾體的結合沒有直接關系。

研究表明，α-卡茄堿對白化蛙胚胎膜電位的改變是α-茄堿的4倍左右，EC50值接近公布的胎兒畸形（青蛙胚胎致畸性）值（James等，2002）。α-卡茄堿、α-茄堿的混合物濃度為1：1時（均為20μM），對C6大鼠膠質瘤細胞的細胞毒性作用最強，并且在30 min后保持恒定（Yamashoji等，2013），可能是對細胞的損傷導致了致命的代謝紊亂。α-卡茄堿是馬鈴薯中一種有毒的糖苷生物堿，其能與各種組織的細胞勻漿結合，但是和分離的DNA或RNA不結合（Sharma等，1983）。

2.8 α-茄堿、α-卡茄堿對細胞增殖凋亡的影響α-卡茄堿和α-茄堿對癌細胞有抑制作用，但需要和其他多種活性成分聯合作用。

α-卡茄堿、α-茄堿可通過減少Akt（Ser473）和ERα（Ser167）的表達來抑制RL95-2子宮內膜癌細胞增殖（Karabog∨a等，2018）。α-卡茄堿通過Caspase-3激活和抑制erk1/2磷酸化誘導HT-29人結腸癌細胞凋亡（Seun-Ah Yang等，2005）。通過觸發自噬/凋亡和促進表觀遺傳修飾來影響豬卵母細胞的發育成熟和質量，抑制隨后的胚胎發育，降低胚胎質量（Tao等，2018）。α-茄堿通過降低基質金屬蛋白酶-2/9活性而抑制人黑色素瘤細胞的遷移和侵襲（Lu等，2010）。α-茄堿通過降低細胞膜電位，打開HepG2細胞膜內的PT通道，使Ca2+向下轉運濃度梯度，進而導致細胞內Ca2+濃度升高，開啟細胞凋亡機制（梁可道，2008；Gao等，2007）。α-茄堿誘導HepG2細胞凋亡似乎是通過抑制Bcl-2蛋白的表達而介導的（Ji等，2008）。α-茄堿通過誘導微小RNA-138的表達來提高食管癌細胞化療的敏感性 （Wu等，2018）。α-茄堿可通過調節GAS5/miR-18a通路抑制PCa細胞增殖，促進放射敏感性（Yang等，2019）。

3 小結

隨著馬鈴薯及其副產品在動物生產中的應用越來越多和對其研究的不斷深入，α-茄堿和α-卡茄堿引起的安全問題越來越備受關注，因此合理的利用馬鈴薯及其副產品將是今后動物生產領域研究的熱點問題。