槲皮素在畜牧生產(chǎn)中的應(yīng)用研究進展

朱秋鳳 邵彩梅 張永靜 張學芳

（1．中國農(nóng)業(yè)大學動物科技學院，北京 100193；2．禾豐食品股份有限公司，遼寧 沈陽 110164）

在飼料禁抗、集約化養(yǎng)殖條件下，動物健康面臨重大挑戰(zhàn)，如應(yīng)激綜合征引起的高腹瀉率、生產(chǎn)性能下降和死淘率增加等一系列生產(chǎn)問題，給養(yǎng)殖業(yè)帶來巨大的經(jīng)濟損失。尋找可替代抗生素的綠色新型飼料添加劑愈發(fā)受到關(guān)注。槲皮素是植物界廣泛存在的一類黃酮小分子化合物，具有來源廣泛、安全性高、不良反應(yīng)少等優(yōu)點，并具有抗炎、抗氧化、抗癌和提高機體免疫力等生理作用。目前，槲皮素作為食品添加劑和醫(yī)藥主功效成分，在食品健康和醫(yī)療等領(lǐng)域發(fā)揮重要作用，但在畜牧飼料添加劑領(lǐng)域的應(yīng)用研究較少。研究表明，槲皮素可以提高肉雞抗氧化能力和生產(chǎn)性能[1]，降低斷奶仔豬腹瀉率，改善生長性能[2]。槲皮素在畜牧生產(chǎn)中具有良好的應(yīng)用前景和經(jīng)濟效益，具體機理還有待深入研究。本文通過對槲皮素的性質(zhì)、來源、生物活性及在畜牧生產(chǎn)中的應(yīng)用進行總結(jié)，以期為推動槲皮素作為新型飼料添加劑的開發(fā)與合理應(yīng)用提供參考。

1 槲皮素概述

1.1 槲皮素性質(zhì)

槲皮素自1857 年被命名以來，被歸類為黃酮醇，是類黃酮化合物的6個亞類之一，化學名稱3,3',4',5,7-五羥基黃酮（C15H10O7）[3]，表示在位置3、5、7、3'和4'各連接一個OH基團，完全不溶于冷水，難溶于熱水，溶于甲醇、冰醋酸、丙酮和堿等。槲皮素具有多種生物學活性，如抗癌、抗炎、抗病毒、抗氧化、抑制血小板聚集，并刺激線粒體生物發(fā)生[4]。槲皮素化學結(jié)構(gòu)見圖1。

圖1 槲皮素化學結(jié)構(gòu)

1.2 槲皮素來源

槲皮素廣泛存在于許多植物的莖、皮、花、葉、芽、種子、果實中，多以糖苷的形式存在，如蘆丁、槲皮苷等，經(jīng)酸水解可得到槲皮素。槲皮素存在于多種食物中，如洋蔥、細蔥、蘆筍、卷心菜、芥菜、青椒、菊苣、葡萄柚、萵苣、蘋果、紅葡萄、西蘭花、櫻桃、茶、紅酒中[5-6]。此外，約100 多種藥用植物（如槐米、側(cè)柏葉、高良姜、款冬花、桑寄生、三七、銀杏、接骨木等）中也含有槲皮素。

2 槲皮素的生物活性功能

2.1 抗炎及調(diào)節(jié)免疫

大量研究表明，槲皮素在機體抗炎方面發(fā)揮重要作用[7-10]。槲皮素對鼠炎癥和免疫功能的影響見表1。有研究發(fā)現(xiàn)，槲皮素可改善高脂飲食引起的炎癥反應(yīng)，減少內(nèi)臟脂肪組織腫瘤壞死因子-α （TNF-α）和一氧化氮產(chǎn)生，降低一氧化氮合酶在肥胖大鼠組織中的表達[11]。槲皮素阻斷TNF-α 介導的炎癥作用機制見圖2[12]。槲皮素在體外抗炎和提高免疫功能的作用機制可能是其通過直接激活細胞外信號調(diào)節(jié)激酶ERK、c-Jun 氨基端激酶（JNK） 和核轉(zhuǎn)錄因子（NF-κB）的活性而阻斷TNF-α。此外，槲皮素可通過增加過氧化物酶體增殖物活化受體γ（PPARγ）活性間接緩解炎癥，從而拮抗炎癥基因NF-κB 或激活蛋白-1（AP-1）的轉(zhuǎn)錄。

表1 槲皮素對鼠炎癥和免疫功能的影響

圖2 槲皮素阻斷TNF-α介導的炎癥作用機制

2.2 抗氧化

2.2.1 槲皮素對相關(guān)抗氧化酶活性的影響

槲皮素由于其酚類化學結(jié)構(gòu)表現(xiàn)出強大的自由基清除能力，從而發(fā)揮抗氧化功能。槲皮素可誘導谷胱甘肽合成，提高機體抗氧化能力[13-14]。研究發(fā)現(xiàn)，槲皮素治療腎缺血/再灌注（I/R）可提高谷胱甘肽水平，增強了大鼠抗氧化能力[15]。進一步研究發(fā)現(xiàn)，槲皮素可減輕錳誘導的抗氧化酶活性下降，從而有效預(yù)防錳中毒的功效[16]。還有研究報道，槲皮素預(yù)處理顯著提高了缺血性損傷動物海馬體CA1 錐體神經(jīng)元內(nèi)源性抗氧化酶，如銅鋅超氧化物歧化酶（SOD）、過氧化氫酶（CAT）和谷胱甘肽過氧化物酶（GSH-Px）表達水平[17]。楊波等[18]研究發(fā)現(xiàn)，疲勞大鼠飼喂槲皮素可提高其血清抗氧化酶活性，減少脂質(zhì)過氧化反應(yīng)。因而提示槲皮素可能通過影響谷胱甘肽水平、相關(guān)抗氧化酶活性及抗氧化酶基因表達發(fā)揮抗氧化作用。

2.2.2 槲皮素對抗氧化信號傳導通路的影響

槲皮素可改善機體的抗氧化狀態(tài)和修復(fù)損傷，如脊髓損傷、鉛或鎘中毒等。槲皮素調(diào)節(jié)機體抗氧化信號途徑見圖3。環(huán)境因素會誘導機體產(chǎn)生更多的活性氧（ROS）。線粒體電子生物傳遞鏈是細胞內(nèi)ROS 產(chǎn)生的另一個強大來源。槲皮素可調(diào)節(jié)酶介導的抗氧化防御系統(tǒng)和非酶依賴的抗氧化防御系統(tǒng)，還可以調(diào)節(jié)ROS 介導的AMP 依賴的蛋白激酶（AMPK）和絲裂原活化蛋白激酶（MAPK）等信號通路，提升抗氧化劑防御系統(tǒng)和維持氧化平衡。ROS 能夠促進脫嘌呤/脫嘧啶核酸內(nèi)切酶1/氧還因子-1（APE1/Ref1）、MAPK 途徑、核因子相關(guān)因子2（NRF2）介導的相關(guān)抗氧化反應(yīng)元件（ARE）以及NF-κB基因激活[19]。

圖3 槲皮素調(diào)節(jié)機體抗氧化信號途徑

2.3 抑菌

關(guān)于槲皮素的抑菌功能受到越來越多的關(guān)注。秦曉蓉等[20]以大腸桿菌、金黃色葡萄球菌等為試驗菌株，發(fā)現(xiàn)槲皮素具有廣譜抗菌的特征，但對革蘭氏陰性菌效果更好。通過體外抑菌試驗發(fā)現(xiàn)，槲皮素對革蘭氏陽性菌的抑菌性更強[21]。

關(guān)于槲皮素的抑菌機制目前認為主要包括：損傷細菌細胞壁，改變細胞的通透性；阻礙細菌內(nèi)蛋白質(zhì)和核酸的合成，干擾細菌復(fù)制；作為抗代謝物，抑制菌體內(nèi)酶的作用，抑制菌體生長[22]。

2.4 其他功能

槲皮素可誘導腫瘤細胞凋亡，但對正常組織細胞的影響很小，在誘導癌細胞凋亡同時，通過對抗致癌和促癌因子抑制癌細胞生長增殖[23]。槲皮素對多種癌癥，如乳腺癌、宮頸癌等均具有良好的抑制作用。槲皮素具有促進細胞自我更新和分化特性，能夠減輕人骨髓間充質(zhì)干細胞衰老，還可恢復(fù)人骨髓間充質(zhì)干細胞（HMSC）中異染色質(zhì)結(jié)構(gòu)。因此，槲皮素被認為是一種抗早衰藥物[24]。此外，槲皮素還具有保護心腦血管、保護肝臟、調(diào)節(jié)脂肪代謝和抗病毒等作用[25-26]。

3 槲皮素在畜牧生產(chǎn)中的應(yīng)用

3.1 槲皮素在家禽生產(chǎn)中的應(yīng)用

槲皮素對家禽生長性能、肌肉品質(zhì)、蛋品質(zhì)、抗氧化力和調(diào)節(jié)腸道菌群等方面的影響研究較多。Liu等[27]在蛋雞日糧中添加0、0.02%、0.04%和0.06%槲皮素，發(fā)現(xiàn)槲皮素適宜添加量為0.04%，與未添加槲皮素組相比，產(chǎn)蛋率提高8.14%，飼料利用率提高10.28%，蛋重提高2.27%，軟蛋破蛋率降低58.79%，表明槲皮素有利于提高蛋雞生產(chǎn)性能和蛋品質(zhì)。但Iskender等[28]研究表明，添加槲皮素不影響蛋雞的產(chǎn)蛋性能和蛋殼質(zhì)量。張琳[29]研究表明，槲皮素適宜添加量也為0.04%，同時通過調(diào)節(jié)蛋雞激素水平可提高蛋雞生產(chǎn)性能和蛋黃中卵磷脂含量，此結(jié)果與孫丹彤等[30]推薦的槲皮素添加量一致。也有研究發(fā)現(xiàn)，當?shù)半u日糧添加0、0.02%、0.04%和0.06%槲皮素時，飼料轉(zhuǎn)化率隨著槲皮素添加水平的增加而降低，添加量為0.02%時蛋雞產(chǎn)蛋率最高，槲皮素不同添加水平對蛋品質(zhì)無影響[31]。在蛋雞日糧中添加0.5%桑葉槲皮素可提高蛋雞抗氧化力[32]。槲皮素在肉雞生產(chǎn)中的部分研究結(jié)果見表2。

表2 槲皮素在肉雞生產(chǎn)中的部分研究結(jié)果

3.2 槲皮素在豬生產(chǎn)中的應(yīng)用

母豬是一個豬場核心的群體，其良好的生產(chǎn)性能是豬場經(jīng)濟效益的基礎(chǔ)和保證。Santini 等[40]研究發(fā)現(xiàn)，槲皮素可抑制母豬體內(nèi)黃體酮和雌二醇的產(chǎn)生，對卵巢功能造成負面影響，但其對體內(nèi)生殖功能的影響需進一步研究。有研究在母豬產(chǎn)前1周開始飼喂含0.03%槲皮素的日糧，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，與對照組相比，母豬血液中游離脂肪酸濃度提高29.14%，增加了乳脂合成，免疫球蛋白G 含量提高4.20%，顯著提高仔豬斷奶重和哺乳期日增重[41]。母豬產(chǎn)程過長可能會導致仔豬死胎率增加、初生仔豬活力降低、母豬易感染疾病等不良后果。研究發(fā)現(xiàn)，槲皮素可使妊娠母豬子宮肌松弛，提示槲皮素可能具有助產(chǎn)作用[42]。

目前集約化養(yǎng)殖環(huán)境使豬群極易受到各種應(yīng)激因素影響，包括仔豬斷奶、豬群密度大、畜舍消毒頻次高、豬舍溫差大、運輸調(diào)運等，進而導致腸道屏障功能受損。姚佳穎[43]探討了槲皮素對豬腸上皮細胞利用蛋白質(zhì)的作用機制，結(jié)果表明，培養(yǎng)液添加1.6 mg/L 槲皮素可促進細胞增殖，提高胞內(nèi)蛋白質(zhì)含量，作用途徑可能是通過促進氨基酸和小肽轉(zhuǎn)運載體表達以及激活m TOR信號通路。汪曼麗等[44]給幼齡仔豬灌服10 mg/kg體重槲皮素+豬流行性腹瀉病毒（PEDV），與感染PEDV 豬相比，灌服槲皮素組仔豬平均日增重提高44.65%，血液中肌酐和尿素氮含量顯著降低，增加了空腸villin、claudin-1和iFABPA基因相對表達量，減輕了腸道損傷。梅華迪等[45]研究表明，0.04%槲皮素對斷奶仔豬腸道乃至整個機體健康具有益生作用，從而提高了仔豬生長性能。張衛(wèi)輝等[2]在斷奶仔豬日糧中分別添加0.02%和0.04%槲皮素，與對照組相比，添加槲皮素后斷奶仔豬腹瀉率分別降低27.41% 和44.90%，平均日增重分別提高9.57% 和18.38%，顯著增強仔豬腸道黏膜中GSH-Px、SOD 和CAT活性，顯著降低丙二醛（MDA）含量，增強腸道抗氧化功能，促進抗炎因子分泌，并抑制促炎因子分泌，顯著上調(diào)腸道緊密連接蛋白相關(guān)基因表達。日糧中添加一定量的槲皮素可顯著降低育肥豬肌肉的滴水損失，提高肌肉SOD 和GSH-Px 活性，緩解運輸途中氧化應(yīng)激[46-47]。

3.3 槲皮素在反芻動物生產(chǎn)中的應(yīng)用

牛奶中乳脂率、乳蛋白、體細胞數(shù)等是影響牛奶品質(zhì)和經(jīng)濟效益的重要因素。袁天翔[48]研究發(fā)現(xiàn)，添加0.02%槲皮素可提高牛奶中總固形物含量，粗脂肪和酸性洗滌纖維消化率明顯提高，奶牛免疫功能提高。有研究給哺乳后期奶牛灌服36 mg/kg 體重槲皮素，與未灌服時相比，灌服槲皮素第4 周牛奶中乳蛋白含量提高5.04%，但乳脂和乳糖含量無影響[49]。奶牛日糧中添加槲皮素能夠有效控制牛乳中體細胞數(shù)，對奶品質(zhì)具有積極影響[50]。陳靜[51]使用12.5、25.0、50.0、100.0、200.0 μmol/L 槲皮素飼喂奶牛，發(fā)現(xiàn)當槲皮素濃度為50.0 μmol/L 時，SOD活性比未添加組提高9.97%；MDA 含量比未添加組降低36.73%，表明槲皮素對乳腺上皮細胞能夠發(fā)揮預(yù)防氧化應(yīng)激作用。有研究發(fā)現(xiàn)，通過十二指腸瘺管以36 mg/kg體重槲皮素28 d，對奶牛SOD、GSH-Px 和CAT 活性均無顯著影響。槲皮素在提高幼畜健康度方面也具有積極作用。Maciej 等[52]給犢?？诜纹ぬ擒栈蛱J丁，檢測犢牛出生第2、29 d 的槲皮素代謝物濃度，發(fā)現(xiàn)第2 d 血漿中槲皮素濃度高于第29 d，且槲皮糖苷形式組高于蘆丁組；第2、29 d時，蘆丁組總黃酮醇相對生物利用率分別為72.5%和49.6%，槲皮糖苷組黃酮醇相對生物利用率則為100.0%。

槲皮素在羊生產(chǎn)中也可發(fā)揮較好的抗氧化和抗炎功能。楊璐愷等[53]冷凍羊卵巢組織并在冷凍保護劑中分別添加1、5、10 μmol/L槲皮素，結(jié)果表明，低濃度槲皮素可提高冷凍復(fù)蘇卵巢組織內(nèi)SOD和CAT活性，減輕卵巢組織氧化損傷，保存卵泡活性，但過高濃度槲皮素對卵泡活性有害。占今舜等[54]研究發(fā)現(xiàn)，山羊瘤胃上皮細胞在1 mg/L 脂多糖刺激下，添加80 mg/L 槲皮素可提高上皮細胞的總抗氧化力（T-AOC） 以及CAT、SOD、GSH-Px活性，同時可促進細胞增殖。

4 結(jié)論

槲皮素具有抗炎、抗氧化、抗癌、提高免疫力等生理作用。槲皮素在動物體內(nèi)代謝較快、水溶性較差、半衰期短，導致生物利用效率低。因此需研究槲皮素在不同動物不同階段中的最適添加量、抗氧化和免疫功能調(diào)節(jié)作用機制，并克服生產(chǎn)工藝完善、提升產(chǎn)品性價比等難題。隨著未來研究深入化、產(chǎn)品系列化、質(zhì)量標準化、高效多能化和經(jīng)濟環(huán)?；?，槲皮素產(chǎn)品具有更廣闊的應(yīng)用前景。