王淑楠,董 麗,喻禮懷
(揚(yáng)州大學(xué)動(dòng)物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院,江蘇 揚(yáng)州 225009)
苜蓿黃酮在動(dòng)物生產(chǎn)中的應(yīng)用及其作用機(jī)制
王淑楠,董麗,喻禮懷*
(揚(yáng)州大學(xué)動(dòng)物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院,江蘇 揚(yáng)州225009)
苜蓿作為畜禽青綠飼料,在動(dòng)物生產(chǎn)中具有十分重要的價(jià)值和地位。苜蓿生長(zhǎng)中形成的一類次生代謝產(chǎn)物苜蓿黃酮,具有抗氧化、抗腫瘤、提高免疫力、類雌激素等生物學(xué)功能,且在飼料生產(chǎn)中具有較好的開(kāi)發(fā)和利用價(jià)值。文章就苜蓿黃酮在畜禽生產(chǎn)中的應(yīng)用、主要生物學(xué)功能及其作用機(jī)制作以綜述。
苜蓿黃酮;動(dòng)物生產(chǎn);生物學(xué)功能;作用機(jī)制
苜蓿是苜蓿屬植物的通稱,多年生開(kāi)花草本,其中最著名的是作為畜禽飼料與牧草的紫花苜蓿。紫花苜蓿莖葉柔嫩鮮美、品質(zhì)優(yōu)良、營(yíng)養(yǎng)豐富且易于家畜消化;其生產(chǎn)潛力大,商品性好,在世界各國(guó)廣泛種植,具有十分重要的價(jià)值和地位,有“牧草之王”的美譽(yù)[1]。黃酮是苜蓿中主要的生物活性物質(zhì)之一,苜蓿黃酮具有抗氧化、抗腫瘤、提高機(jī)體免疫力、類雌激素樣作用等生物學(xué)功能,可促進(jìn)畜禽生長(zhǎng)、改善繁殖性能和提高生產(chǎn)性能,因此,苜蓿黃酮在畜禽生產(chǎn)中具有很好的應(yīng)用前景[2-3]。
苜蓿黃酮主要存在于苜蓿的莖葉中,是苜蓿生長(zhǎng)中形成的一類次生代謝產(chǎn)物。苜蓿黃酮是一類多酚類化合物,含兩個(gè)酚羥基的苯環(huán)與中間的吡喃相互連接而成。苜蓿黃酮類成分主要結(jié)構(gòu)類型有:黃酮醇及其苷類、異黃酮類、異黃烷類、二氫黃酮、二氫異黃酮、查耳酮和紫檀烷類[4]。其主要成分為苜蓿素、芹菜素、木樨草素、金圣草黃素、楊梅黃素、美迪紫檀素、槲皮素、蘆丁和刺芒柄花黃素等。其中苜蓿素是最具代表性且最有特色的[5]。
飼料中添加適宜劑量的苜蓿黃酮對(duì)小鼠、家禽、單胃動(dòng)物和反芻動(dòng)物的生產(chǎn)性能均有顯著影響,在動(dòng)物生產(chǎn)中主要體現(xiàn)在促進(jìn)動(dòng)物生長(zhǎng)發(fā)育、增強(qiáng)機(jī)體免疫力、提高生產(chǎn)性能和改善繁殖性能等方面。
朱宇旌等研究表明,灌胃異黃酮40 mg·kg-1BW·d-1,對(duì)雄性小鼠有極顯著的生長(zhǎng)促進(jìn)作用(P<0.01);苜蓿異黃酮120 mg·kg-1BW·d-1處理可顯著增加小鼠重要免疫器官(胸腺、脾臟)系數(shù),巨噬細(xì)胞、血清溶血素等免疫指標(biāo)均顯著上調(diào),表明一定劑量的苜蓿異黃酮對(duì)小鼠有提高生長(zhǎng)性能、改善免疫功能的作用[6]。有研究表明,崇仁麻雞母雛日糧中添加苜蓿黃酮提取物為150~450 mg·kg-1,可以降低料重比、提高雞只的日增重;促進(jìn)體脂降解、減少脂肪沉積、改善胴體品質(zhì);促進(jìn)免疫器官脾臟、法氏囊的發(fā)育、提高機(jī)體抗病能力,其最適添加量為300 mg·kg-1[7]。
綿羊日糧中添加苜蓿黃酮具有潛在的促生長(zhǎng)功能,可調(diào)節(jié)脂質(zhì)代謝,增強(qiáng)機(jī)體蛋白質(zhì)的利用,提高氮的利用率,維持體內(nèi)Ca、P平衡,且對(duì)機(jī)體能量代謝及肝臟功能等無(wú)不良影響。綿羊基礎(chǔ)日糧中添加苜蓿黃酮0.2%效益最佳[8]。過(guò)氧化氫酶(CAT)與谷胱甘肽過(guò)氧化物酶(GSH-Px)都是機(jī)體內(nèi)防御酶系統(tǒng)重要的抗氧化酶類,研究表明添加一定量異黃酮,可顯著提高奶牛乳腺上皮細(xì)胞內(nèi)超氧化物岐化酶(SOD)、GSH-Px和CAT活性(P<0.05),奶牛乳腺上皮細(xì)胞的抗氧化能力提高[9]。苜蓿黃酮對(duì)奶牛乳腺上皮細(xì)胞的增殖具有一定雌激素作用,其活性成分作用于雌激素的受體,促進(jìn)乳腺管的增生,引起奶牛乳腺上皮細(xì)胞的增殖,對(duì)奶牛的泌乳性能有積極的影響[10]。荷斯坦奶牛泌乳期日糧中添加黃酮,血清中生長(zhǎng)激素、催乳素、雌二醇和甲狀腺素(T4)的含量增多;乳脂率和乳蛋白率顯著提高,可改善乳品質(zhì),產(chǎn)奶量有增加趨勢(shì);泌乳奶牛基礎(chǔ)日糧中黃酮的適宜添加量為20~30 mg·kg-1[11]。蘇效雙等RT-PCR試驗(yàn)結(jié)果表明,苜蓿黃酮通過(guò)下調(diào)Caspase-3、SOCS3、p53、STAT1基因表達(dá),發(fā)揮減輕炎癥反應(yīng)、抑制細(xì)胞凋亡、阻止細(xì)胞癌變等作用[12]。
彭寶安等在母豬妊娠期飼糧中用20%~30%苜蓿鮮草替代精料,血清中總膽固醇降低,母豬血清脂類代謝改善,初乳和仔豬血清中免疫球蛋白的含量均有所提高,且初生窩產(chǎn)活仔總數(shù)增加,母豬的生產(chǎn)性能提高[13]。在斷奶仔豬飼糧中添加大豆異黃酮5 mg·kg-1可緩解腹瀉,且去勢(shì)公仔豬增重顯著,其體內(nèi)睪酮含量顯著提高。在育肥豬中添加異黃酮可改善肉質(zhì)、提高胴體瘦肉率、降低胴體脂肪率和背膘厚度。異黃酮用于母豬飼料中,可使其泌乳量增加,初乳中乳蛋白質(zhì)含量提高,提高血清和初乳中特異性抗體水平[14]。
國(guó)內(nèi)外關(guān)于苜蓿黃酮在動(dòng)物生產(chǎn)中的應(yīng)用以及其相關(guān)生理活性的研究表明,苜蓿黃酮主要具有抗氧化、抗腫瘤、提高機(jī)體免疫力、類雌激素作用的生物學(xué)功能。
3.1抗氧化作用及其機(jī)制
黃酮類化合物可抑制自由基對(duì)機(jī)體的氧化損傷,發(fā)揮抗氧化作用。苜蓿黃酮抗氧化機(jī)制主要有以下幾個(gè)方面:抑制自由基的產(chǎn)生,通過(guò)抑制產(chǎn)自由基酶的活性,絡(luò)合可催化自由基形成的過(guò)渡金屬離子,抑制脂自由基或脂氧自由基等脂質(zhì)鏈?zhǔn)窖趸^(guò)程中的中間產(chǎn)物作用,終止鏈反應(yīng),從而抑制脂質(zhì)氧化[15];直接清除自由基,其分子中的多個(gè)羥基與自由基反應(yīng),生成穩(wěn)定的半醌式物質(zhì)而終止自由基的鏈?zhǔn)椒磻?yīng),對(duì)機(jī)體已產(chǎn)生的自由基具有較強(qiáng)的直接清除作用[16];激活機(jī)體抗氧化體系,通過(guò)增強(qiáng)抗氧化酶的活性、增加抗氧化因子,激活體內(nèi)固有的抗氧化系統(tǒng),發(fā)揮抗氧化作用[17]。
張縱圓對(duì)苜蓿不同溶劑提取物抗氧化性進(jìn)行比較,結(jié)果表明,紫花苜蓿提取物可清除羥自由基(·OH),其抗氧化能力來(lái)源于苜蓿黃酮[18]。施偉梅等研究表明,紫花苜??傸S酮對(duì)二苯基苦酰肼基自由基(DPPH)和·OH具有較好的清除效果,其半數(shù)清除濃度(IC50)分別為14.31和28.23 μg·mL-1[19]。苜蓿黃酮中含有的多種酚類物質(zhì),可捕獲過(guò)氧化自由基,阻斷過(guò)氧化鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的進(jìn)行,從而抑制油脂氧化。試驗(yàn)研究表明,苜蓿黃酮粗提物與維生素C、維生素E具有明顯的協(xié)同抗氧化作用[20]。
3.2提高免疫力作用及其機(jī)制
黃酮類化合物通過(guò)調(diào)節(jié)機(jī)體體液免疫和增強(qiáng)非特異性免疫,改善細(xì)胞免疫功能,提高T細(xì)胞、NK細(xì)胞和K細(xì)胞的免疫機(jī)能,進(jìn)而提高動(dòng)物機(jī)體免疫力。其作用機(jī)制主要有3個(gè)方面:直接作用于胸腺、脾臟等免疫器官或各種免疫細(xì)胞上的雌激素受體;調(diào)節(jié)垂體生長(zhǎng)激素的分泌;降低體內(nèi)生長(zhǎng)抑素對(duì)免疫細(xì)胞的抑制作用[21]。
灌胃中劑量苜蓿異黃酮,小鼠脾臟指數(shù)、巨噬細(xì)胞吞噬指數(shù)均有提高,高劑量苜蓿異黃酮可提高胸腺系數(shù)和血清溶血素值;表明苜蓿黃酮對(duì)提高機(jī)體的免疫水平具有重要的促進(jìn)作用。董曉芳等研究表明,不同劑量的苜草素對(duì)肉仔雞免疫的影響,添加苜草素500 mg·kg-1可顯著提高新城疫血凝抑制抗體效價(jià)、血清甲狀腺素水平、血清球蛋白量和T、B淋巴細(xì)胞轉(zhuǎn)化率[22]。黃酮在適量范圍內(nèi),可促進(jìn)小鼠脾細(xì)胞DNA和蛋白質(zhì)的合成,進(jìn)而促進(jìn)細(xì)胞的增殖,可促進(jìn)小鼠脾細(xì)胞IFN-γ mRNA的表達(dá)和IFN-γ的產(chǎn)生與分泌,IFN-γ可激活NK細(xì)胞,促進(jìn)T、B細(xì)胞分化,刺激B細(xì)胞分泌抗體,從而增強(qiáng)免疫調(diào)節(jié)作用[23]。
3.3抗腫瘤作用及其機(jī)制
苜蓿黃酮是一種多酚化合物,被認(rèn)為是潛在的抗癌物質(zhì);研究表明,植物中提取的黃酮類化合物可抑制腫瘤細(xì)胞的生長(zhǎng),但對(duì)正常細(xì)胞沒(méi)有影響[24]。其抗腫瘤作用機(jī)制主要有:通過(guò)負(fù)調(diào)節(jié)細(xì)胞周期依賴的激酶活性,抑制癌細(xì)胞株拓?fù)洚悩?gòu)酶活性,誘導(dǎo)細(xì)胞周期停止,抑制癌細(xì)胞增殖,促進(jìn)腫瘤細(xì)胞凋亡[25];抑制細(xì)胞信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)過(guò)程中的酪氨酸蛋白激酶、蛋白激酶C、磷脂酰肌醇3-激酶活性,促進(jìn)抑癌基因表達(dá)而抑制癌基因的表達(dá)[26]。
研究表明,苜蓿黃酮的母核芹菜素,可通過(guò)抑制黑色素瘤細(xì)胞周期蛋白依賴性激酶(CDK1)的表達(dá),使細(xì)胞分裂增殖于G2/M期,從而達(dá)到抑制腫瘤細(xì)胞生長(zhǎng)的作用[27]。張羽男等通過(guò)MTT法、細(xì)胞活力測(cè)定法及雙熒光染色法,研究苜??傸S酮的體外抗腫瘤活性,結(jié)果表明,苜??傸S酮對(duì)人肝癌細(xì)胞SMMC7721有抑制作用,可使癌細(xì)胞數(shù)量減少,誘導(dǎo)癌細(xì)胞凋亡,其體外抗腫瘤活性效果顯著[28]。腫瘤細(xì)胞可通過(guò)釋放血管生成因子激活血管內(nèi)皮細(xì)胞,促進(jìn)內(nèi)皮細(xì)胞增殖和遷移,導(dǎo)致腫瘤血管形成。研究表明,黃酮類化合物能夠調(diào)控血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子和基質(zhì)金屬蛋白酶表達(dá),抑制NF-κB、PI3-K/Akt和ERK 1/2信號(hào)通路,達(dá)到抑制腫瘤血管生成的作用[29]。
3.4類雌激素作用及其機(jī)制
研究表明,苜蓿黃酮的主要成分染料木素、香豆雌酚、芒柄花素等均具有與雌二醇(E2)相似的結(jié)構(gòu),具有微弱雌激素活性[30]。黃酮類化合物可結(jié)合到雌二醇激素受體上,與機(jī)體內(nèi)源雌二醇競(jìng)爭(zhēng),通過(guò)神經(jīng)內(nèi)分泌系統(tǒng)的下丘腦-垂體-性腺軸,調(diào)控生殖、泌乳和產(chǎn)蛋等機(jī)能,并在甲狀腺軸、生長(zhǎng)軸等參與下,使相關(guān)代謝激素參與營(yíng)養(yǎng)過(guò)程,調(diào)節(jié)生長(zhǎng)激素、胰島素樣生長(zhǎng)因子,促進(jìn)肌肉、組織等的生長(zhǎng)。還能夠調(diào)節(jié)垂體睪酮、促黃體素和促卵泡素的合成與分泌,改善動(dòng)物的繁殖性能[31]。
苜蓿黃酮的雌激素作用主要體現(xiàn)在促進(jìn)動(dòng)物生長(zhǎng)和生殖方面。朱宇旌等研究表明,低劑量紫花苜蓿異黃酮,可提高雄性小鼠平均日增質(zhì)量和胃質(zhì)量百分率[6]。在雞的日糧中添加苜蓿黃酮提取物300 mg·kg-1,能夠提高雞的生產(chǎn)性能,降低腹脂率,改善免疫功能[32]。此外,紫花苜蓿黃酮可以提高大鼠產(chǎn)仔數(shù),對(duì)初生窩重有提高的趨勢(shì)。在一定程度上影響性成熟和未性成熟雌鼠的激素分泌和生殖器官的發(fā)育[33]。對(duì)成年和未達(dá)性成熟期大鼠灌胃苜蓿黃酮后,大鼠體內(nèi)均產(chǎn)生了雌激素效應(yīng),通過(guò)下丘腦-垂體-卵巢性腺軸產(chǎn)生負(fù)反饋調(diào)節(jié),顯著抑制GnRH的表達(dá),從而影響雌鼠性腺軸上其他相關(guān)基因的表達(dá)[34]。
苜蓿產(chǎn)量高且適口性好、營(yíng)養(yǎng)豐富、易于家畜消化;其中含有的黃酮類化合物具有提高動(dòng)物繁殖性能,改善生長(zhǎng)和生產(chǎn)性能,提高機(jī)體免疫功能等作用。因此,苜蓿黃酮具有成為一種新型飼料添加劑的潛力。但在開(kāi)發(fā)苜蓿黃酮類活性成分的過(guò)程中仍存在一些問(wèn)題,包括:隨著刈割期、處理方法和存儲(chǔ)條件的不同,苜蓿中的黃酮類成分的產(chǎn)量和質(zhì)量表現(xiàn)出較大的差異;雖然涉及黃酮類化合物提取的方法很多,但大部分仍局限于實(shí)驗(yàn)室階段,對(duì)苜蓿黃酮的提取遠(yuǎn)未實(shí)現(xiàn)大批量的商業(yè)化生產(chǎn)水平;對(duì)苜蓿黃酮作用機(jī)制的研究,目前僅有大量的體外實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),對(duì)其在動(dòng)物機(jī)體內(nèi)的消化吸收、轉(zhuǎn)運(yùn)代謝等機(jī)制方面的研究不多,限制了其在飼料工業(yè)中的開(kāi)發(fā)應(yīng)用。目前,我國(guó)對(duì)苜蓿的應(yīng)用主要以干草或草粉的形式作為畜禽飼料,少部分經(jīng)加工后作為飼料添加劑應(yīng)用,但隨著研究的不斷深入,生產(chǎn)技術(shù)的不斷成熟,苜蓿黃酮將會(huì)作為新型綠色飼料添加劑廣泛應(yīng)用于動(dòng)物生產(chǎn)中。
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Application and Mechanism of Alfalfa Flavonoids in Animal Production
WANG Shunan,Dong Li,YU Lihuai
(College of Animal Science and Technology,Yangzhou University,Yangzhou 225009,Jiangsu China)
Alfalfa,as livestock feed and forage grass,has important value and status in animal production. With the functions of antioxidant,anti-tumor,improving immunity,the role of estrogen and other effects.Alfalfa fla?vonoid has broad application prospects in livestock production,and has good development value in feed production. This paper reviewed the application of alfalfa flavonoids in livestock production and its mechanism of main biologi?cal functions.
alfalfa flavonoids;animal production;the main role;mechanism
S816.5+1;S814
A
1001-0084(2016)07-0014-04
2016-06-01
揚(yáng)州市國(guó)內(nèi)產(chǎn)學(xué)研協(xié)同創(chuàng)新項(xiàng)目(2014-21);安徽省國(guó)際科技合作計(jì)劃項(xiàng)目(1403062026)
王淑楠(1992-),女,河南南陽(yáng)人,碩士研究生,研究方向?yàn)閯?dòng)物營(yíng)養(yǎng)調(diào)控與飼料資源開(kāi)發(fā)。
*
副教授,碩士生導(dǎo)師,E-mail:lhyu@yzu.edu.cn。