青蒿素及其衍生物在畜禽生產(chǎn)中的應(yīng)用研究進(jìn)展

■張文飛 管武太* 陳 芳 張世海 鄧躍林 史合群 許國煥

（1.華南農(nóng)業(yè)大學(xué)動(dòng)物科學(xué)學(xué)院，廣東廣州510642；2.廣州市科虎生物技術(shù)研究開發(fā)中心，廣東廣州510620；3.廣東省微生物研究所，廣東廣州510070）

青蒿（Artemisia annua L）又名黃花蒿，屬菊科蒿屬草本植物，是一種在我國分布廣泛的天然中草藥植物，其化學(xué)成分主要包括倍半萜類、揮發(fā)油類、多糖類、黃酮類和香豆素類等多種活性成分。青蒿素是從青蒿的葉片中分離出來的一種具有過氧基團(tuán)的新型倍半萜內(nèi)酯類化合物，其不僅具有解熱、抗瘧等功效，現(xiàn)代藥理學(xué)研究結(jié)果還表明其具有很好的抗炎、殺菌、抑菌、抗球蟲及提高免疫力等功效[1-2]。

前人研究結(jié)果表明，青蒿素及其衍生物在促進(jìn)畜禽健康生產(chǎn)方面表現(xiàn)出良好的應(yīng)用潛力。在飼糧中添加青蒿素及其衍生物可減緩熱應(yīng)激[3]，提高雞的生產(chǎn)性能[4]、免疫功能及腸黏膜中消化酶活性[5]，改善肉品質(zhì)[6]，有效降低仔豬腹瀉[7]和提高仔豬免疫力[8]，增強(qiáng)抗氧化能力等[9]，是一種具有廣闊應(yīng)用前景的安全、綠色、高效的抗生素替代品。

1 青蒿素的提取

青蒿素主要是從中草藥黃花蒿成年植株中提取得到，其提取工藝流程一般為：烘干→粉碎、過篩→浸泡、萃取→濃縮→結(jié)晶→精品。

青蒿素的使用效果與其提取工藝有密切的關(guān)系。目前，主要通過有機(jī)溶劑萃取法[10-11]、超臨界CO2法[12]和智能連續(xù)逆流提取法[13]等方法制得，為了提高提取效率，還采用了超聲波輔助法[14]或微波輔助法[15]等對(duì)原料進(jìn)行前期處理。有機(jī)溶劑萃取法是目前普遍使用的提取方法，該方法常用的溶劑有：甲醇、乙醇、氯仿、石油醚、環(huán)己烷、乙醚等。超臨界CO2萃取法是一種近年來才使用的新方法，該方法的原理是基于CO2流體在超臨界狀態(tài)下能夠顯著提高所萃取成分的溶解能力。超聲波（微波）能夠使細(xì)胞內(nèi)液態(tài)水吸收微波能量，產(chǎn)生的高壓穿破細(xì)胞壁和細(xì)胞膜從而形成許多微小的孔洞，持續(xù)加熱后，細(xì)胞膜表面出現(xiàn)大量裂紋，使細(xì)胞外溶劑順著裂紋進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)溶解并釋放出細(xì)胞內(nèi)容物。

梁忠生[16]研究結(jié)果顯示，微波預(yù)處理可使青蒿素的產(chǎn)率提高15%左右，提取率可達(dá)88%以上。張馨瑩[17]比較了不同的提取方法（加熱攪拌法、索氏提取法、超聲波提取法）和不同的提取溶劑（乙醇、正己烷、石油醚、甲醇）對(duì)青蒿素提取率的影響，研究結(jié)果顯示采用以石油醚為提取溶劑的加熱攪拌方法提取的效率最高。胡淼等[18]研究得出超臨界CO2法提取青蒿素的最佳工藝條件為：溫度50 ℃，時(shí)間4 h，壓力20 MPa，每千克原料CO2質(zhì)量流量1 kg/h，萃取率高達(dá)95%以上，并且可以獲得純度為15%以上的萃取物，該方法的效果優(yōu)于傳統(tǒng)的溶劑提取法。

2 青蒿素的理化特性

青蒿素(Artemisinin，ART)是黃花蒿的主要有效藥用成分之一，由我國科學(xué)家屠呦呦在上世紀(jì)70 年代首次從黃花蒿中分離出來的含過氧橋的新型倍半萜內(nèi)酯，又名黃花蒿素、黃蒿素或黃花素。青蒿素的分子式為C15H22O5（如圖1 所示），相對(duì)分子質(zhì)量為282.33，溶點(diǎn)為156～157 ℃，通常狀態(tài)下為無色針狀晶體，難溶于水，易溶于氯仿、苯、醋酸乙酯、冰醋酸及丙酮等，可溶于乙醇、甲醇、乙醚和石油醚等。由于青蒿素含有特殊的過氧基團(tuán)結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致其對(duì)熱很不穩(wěn)定，易受潮濕和還原性物質(zhì)的影響而迅速分解[19]。青蒿素的過氧基團(tuán)結(jié)構(gòu)及特殊的分子結(jié)構(gòu)使其具有抗瘧、解熱、抗菌、增強(qiáng)免疫力等藥理活性，對(duì)治療某些動(dòng)物疾?。ㄈ珉u球蟲病）具有顯著療效[20]。

圖1 青蒿素的化學(xué)結(jié)構(gòu)

青蒿素及其衍生物蒿甲醚、雙氫青蒿素、蒿乙醚、青蒿琥酯結(jié)構(gòu)式中都具有過氧橋基團(tuán)，均屬于倍半萜類，該特殊結(jié)構(gòu)是目前研究者普遍認(rèn)為青蒿素及其衍生物具有抗瘧、抗菌等活性的重要原因[21]。青蒿素類藥物因具有高效、低毒、安全、強(qiáng)抗瘧性特點(diǎn)，是繼伯喹、氯喹、乙氨嘧啶之后最有效的抗瘧特效藥，經(jīng)世界衛(wèi)生組織批準(zhǔn)，被確定為目前治療全球腦型瘧疾和惡性瘧疾的首選藥物。作為青蒿素的重大發(fā)現(xiàn)者，我國科學(xué)家屠呦呦于2015年10月5日獲得了諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)。

3 青蒿素及其衍生物的生物學(xué)功能

3.1 抗寄生蟲

青蒿素類注射液對(duì)豬的多種血液寄生蟲病都具有良好的防治效果，特別是對(duì)豬附紅細(xì)胞體、豬弓形體、豬巴通氏體、豬錐蟲病等都有較好的治療作用[22]，同時(shí)對(duì)雞的球蟲病等也有很好的療效[23-24]。青蒿素及其衍生物可阻斷蟲體早期階段的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的消化吸收代謝，造成氨基酸缺乏，最終導(dǎo)致蟲體的細(xì)胞膜受損而死亡[25]。進(jìn)一步的研究發(fā)現(xiàn)，青蒿素及其衍生物能有效抑制球蟲裂殖子微線基因相關(guān)mRNA 的轉(zhuǎn)錄和表達(dá)，從而達(dá)到減少球蟲數(shù)量的目的[26]。此外，青蒿素類還能有效促進(jìn)機(jī)體內(nèi)淋巴細(xì)胞的轉(zhuǎn)化，顯著增加血液中紅細(xì)胞、白細(xì)胞和血紅蛋白數(shù)量。Sen 等[27]研究結(jié)果顯示，青蒿素可改變線粒體的膜電位，使其在細(xì)胞周期的G0/G1期停滯，最終導(dǎo)致杜氏利什曼原蟲前鞭毛體細(xì)胞死亡。

3.2 抗瘧疾

青蒿素類藥物通過改變紅內(nèi)期的瘧原蟲的超微結(jié)構(gòu)而使其死亡。青蒿素的作用位點(diǎn)處于瘧原蟲的膜結(jié)構(gòu)中，它會(huì)使瘧原蟲的線粒體出現(xiàn)皺縮、腫脹、內(nèi)外膜分離，同時(shí)還會(huì)破壞細(xì)胞膜、質(zhì)膜、核膜，阻斷宿主紅細(xì)胞為其提供的營(yíng)養(yǎng)供給，同時(shí)也會(huì)對(duì)細(xì)胞核內(nèi)染色物質(zhì)產(chǎn)生影響，從而達(dá)到抗瘧的效果。青蒿素類藥物對(duì)瘧原蟲配子體也具有殺滅作用，能夠抑制不同階段的配子體發(fā)育，快速殺死瘧原蟲的初期配子體，同時(shí)截?cái)辔闯墒炫渥芋w的發(fā)育[28]。

此外，還有一些研究表明，青蒿素是通過影響瘧原蟲的PfATP6 酶而發(fā)揮抗瘧作用的，該酶能夠消耗胞內(nèi)ATP 來調(diào)節(jié)胞漿內(nèi)的Ca2+平衡[29]。青蒿素及其衍生物通過抑制蟲體內(nèi)PfATP6 的酶活性來打破胞內(nèi)Ca2+平衡，導(dǎo)致瘧原蟲胞漿內(nèi)Ca2+濃度升高而最終死亡[30-31]。針對(duì)近年來青蒿素在全球部分地區(qū)出現(xiàn)的“抗藥性”難題，最近屠呦呦及其團(tuán)隊(duì)在“抗瘧機(jī)理研究”、“抗藥性成因”、“調(diào)整治療手段”等方面取得新突破，于近期提出了新的應(yīng)對(duì)“青蒿素抗藥性”難題的切實(shí)可行治療方案。

3.3 抗腫瘤

細(xì)胞凋亡有兩條途徑：①由線粒體介導(dǎo)的內(nèi)部途徑；②死亡配體介導(dǎo)的外部途徑。許多研究結(jié)果表明，青蒿素及其衍生物不僅能抑制腫瘤細(xì)胞的增殖，促使其凋亡或直接殺死細(xì)胞，而且還能抑制腫瘤組織周圍血管的營(yíng)養(yǎng)供給，從而達(dá)到殺滅腫瘤細(xì)胞的目的。青蒿素及其衍生物主要通過影響線粒體跨膜電位，促進(jìn)caspase 激活及快速釋放胞內(nèi)凋亡物質(zhì)從而使腫瘤細(xì)胞致死。目前普遍認(rèn)為青蒿素類化合物能夠發(fā)揮抗腫瘤作用主要因?yàn)椋孩僖种菩律苌?；②誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡；③阻滯細(xì)胞周期；④Fe2+介導(dǎo)的細(xì)胞毒作用；⑤與致癌基因和抑癌基因相關(guān)；⑥作用于特殊靶蛋白；⑦對(duì)抗多藥耐藥。

Reungpatthanaphong 等[32]研究表明，青蒿素及其衍生物（青蒿琥酯、雙氫青蒿素等）能降低細(xì)胞內(nèi)線粒體跨膜電位，使線粒體中的Ca2+流入細(xì)胞質(zhì)，從而導(dǎo)致腫瘤細(xì)胞死亡。Handrick 等[33]研究結(jié)果表明，經(jīng)雙氫青蒿素處理后的淋巴瘤Jurkat 細(xì)胞不僅可以誘導(dǎo)凋亡蛋白NOXA，而且能激活Bak從而促進(jìn)細(xì)胞凋亡，但在Bax 和Bak 兩者都缺失的情況下，雙氫青蒿素則不會(huì)對(duì)細(xì)胞的凋亡產(chǎn)生影響。黃俊玲等[34]研究發(fā)現(xiàn)，80 μmol/l 的青蒿素對(duì)肝癌細(xì)胞株HepG2 的細(xì)胞增殖產(chǎn)生顯著的抑制作用，抑制率呈劑量、時(shí)間依賴效應(yīng)，且HepG2 細(xì)胞在G0/S 期生長(zhǎng)停滯，并最終誘導(dǎo)細(xì)胞死亡。Singh 等[35]研究表明，人白血病Mol-t4 細(xì)胞用Fe2+青蒿素處理，其不僅不會(huì)對(duì)正常細(xì)胞的生長(zhǎng)發(fā)育造成影響，而且還能高效殺滅腫瘤細(xì)胞，顯示青蒿素對(duì)腫瘤細(xì)胞的作用具有一定的靶向性。董海鷹等[36]研究發(fā)現(xiàn)，青蒿素能明顯抑制體外培養(yǎng)的HeLa 細(xì)胞的增殖并誘導(dǎo)其凋亡。Disbrow等[37]研究結(jié)果表明，青蒿琥酯和雙氫青蒿素對(duì)HeLa細(xì)胞具有很強(qiáng)的抑制作用，其機(jī)理主要是通過激活線粒體Caspase 通路從而導(dǎo)致細(xì)胞自身的凋亡。

3.4 抗菌消炎和提高免疫力

青蒿素可抑制T 淋巴細(xì)胞分化成為促進(jìn)炎癥反應(yīng)的Th17細(xì)胞，從而達(dá)到抗炎和殺菌的目的[38]。青蒿素及青蒿琥酯還可通過阻止IL-1、LPS、INF-7、TNFα混合因子誘導(dǎo)的I-kB 的降解[39]、NF-kB 的核轉(zhuǎn)錄[40]從而抑制NF-kB 的活性，進(jìn)而又使受NF-kB 調(diào)控的炎癥因子IL-1、IL-6、TNF-α的轉(zhuǎn)錄表達(dá)受到影響[41]。

陳蒲丹[42]研究結(jié)果顯示，復(fù)方青蒿制劑具有很好的抑菌效果，其對(duì)大腸桿菌的MIC為1.25 mg/ml，金黃色葡萄球菌的MIC為0.312 5 mg/ml。此外，復(fù)方青蒿制劑不僅對(duì)二甲苯導(dǎo)致的小鼠耳廓腫脹有顯著的抑制作用，而且還能夠顯著提高小鼠腹腔內(nèi)巨噬細(xì)胞的吞噬活性。Yang等[43]研究結(jié)果表明，青蒿素及其衍生物不僅能夠直接作用于T淋巴細(xì)胞，而且能顯著抑制T 淋巴細(xì)胞絲裂原ConA 誘導(dǎo)的小鼠脾臟淋巴細(xì)胞的增殖。青蒿素的衍生物青蒿琥酯可通過降低大鼠腦水腫指數(shù)和血腦屏障通透性，阻礙內(nèi)皮細(xì)胞緊密連接蛋白Occludin 和ZO-1 蛋白表達(dá)的下調(diào)，同時(shí)減輕蛛網(wǎng)膜下出血后模型大鼠早期腦組織損傷，提高神經(jīng)功能[44]。最近屠呦呦及其團(tuán)隊(duì)在“青蒿素抗藥性”研究獲新突破的同時(shí)還發(fā)現(xiàn)，雙氫青蒿素對(duì)治療具有高變異性的紅斑狼瘡效果獨(dú)特，對(duì)盤狀紅斑狼瘡、系統(tǒng)性紅斑狼瘡的治療效率分別超90%、80%。

3.5 緩解熱應(yīng)激

青蒿及其衍生物對(duì)緩解熱應(yīng)激也有積極效果。Song 等[45]研究結(jié)果顯示，與處于熱應(yīng)激環(huán)境中相比，當(dāng)飼糧中添加酶解青蒿后可以顯著提高肉雞對(duì)飼料中粗脂肪、粗蛋白和有機(jī)物的表觀利用率，使腸道中酶活性增加，對(duì)緩解雞熱應(yīng)激有積極的效果。Wan等[6，9，46-47]研究結(jié)果還表明，在肉雞飼糧中添加酶解青蒿可以緩解熱應(yīng)激引起的血液pH 值升高、生產(chǎn)性能下降及血清中皮質(zhì)酮、谷丙轉(zhuǎn)氨酶、谷草轉(zhuǎn)氨酶升高，并且可以通過提高血清和肝臟抗氧化酶活性及調(diào)節(jié)相關(guān)mRNA 表達(dá)水平發(fā)揮增強(qiáng)抗氧化能力及緩解熱應(yīng)激的作用。

4 青蒿素及衍生物在畜禽生產(chǎn)中的應(yīng)用

青蒿素及其衍生物在畜禽生產(chǎn)中的應(yīng)用還比較少，且使用時(shí)一般以直接添加青蒿粉、葉或青蒿提取物及其藥物制劑等方式為主。

4.1 在養(yǎng)雞生產(chǎn)中的應(yīng)用

雞的球蟲病是一種以雞腸道病變?yōu)橹饕卣鞯募纳栽x病，主要由艾美耳屬的多種球蟲引起。該病主要感染2周～6周齡的雛雞，造成消化道黏膜的破壞損傷，生產(chǎn)中發(fā)病率和死亡率都非常高，對(duì)雞的生長(zhǎng)發(fā)育造成嚴(yán)重的危害[48]。

目前，國內(nèi)外大量研究表明，青蒿素及其衍生物對(duì)雞的球蟲病的預(yù)防和治療具有良好的效果。黃鑫[49]在對(duì)治療雞球蟲病的研究中發(fā)現(xiàn)，青蒿粉能有效減輕艾美耳球蟲感染雞盲腸所致的組織病變，減少糞便中卵囊排出數(shù)量，有較好的抗球蟲效果，但具有劑量依賴性，與牛彪等[50]和Th?fner 等[51]研究結(jié)論一致。馬飛[52]以10日齡魯茌喜雞為研究對(duì)象研究發(fā)現(xiàn)，青蒿復(fù)方中草藥制劑能顯著提高平均日增重及免疫力，同時(shí)能有效提高血液中紅細(xì)胞數(shù)量。戴必勝等[53]用含有青蒿的中草藥飼喂肉仔雞，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，肉仔雞飼糧中添加含有青蒿的中草藥后，不僅可以顯著提高肉仔雞的平均日增重和盲腸內(nèi)雙歧桿菌及乳酸菌桿菌濃度，增加回腸微絨毛高度，顯著降低料重比和盲腸內(nèi)容物中的大腸桿菌數(shù)量，而且還能顯著增加胸腺、法氏囊、脾臟等免疫器官的相對(duì)重量。陳浦丹[42]在防治雞球蟲病的研究中發(fā)現(xiàn)，青蒿及其提取物可通過促進(jìn)機(jī)體外周T 淋巴細(xì)胞IL-2 的基因表達(dá)，提高機(jī)體免疫力，抑制雞柔嫩艾美爾球蟲蟲卵囊孢子化，具有較好的抗炎、殺菌作用，能有效預(yù)防和治療雞柔嫩艾美爾球蟲對(duì)雞的損傷。

Brisibe 等[4]將青蒿葉添加到蛋雞飼糧中，發(fā)現(xiàn)蛋雞的采食量、產(chǎn)蛋量、蛋重和蛋黃顏色均有明顯改善，且具有抗球蟲的效果。Del 等[54]在飼糧中分別添加10、17 mg/kg青蒿素，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，可以顯著降低雞糞便中球蟲卵囊的排泄數(shù)量，降低發(fā)病率，而且還會(huì)抑制肌漿內(nèi)質(zhì)網(wǎng)ATP 酶的表達(dá)。郭紅斌等[55]在肉雞飲水中添加黃花蒿水提液或在飼糧中添加青蒿素，研究結(jié)果顯示，該兩種方法均能降低肉雞血清中NO 含量和一氧化氮合成酶的活性，對(duì)柔嫩艾美耳球蟲均有明顯的療效[56]。

青蒿及其衍生物還被用來緩解雞的熱應(yīng)激。Song等[3]研究發(fā)現(xiàn)，在熱應(yīng)激環(huán)境條件下，當(dāng)飼糧中添加酶解青蒿后可以顯著提高肉雞對(duì)粗脂肪、粗蛋白和有機(jī)物的表觀利用率，提高空腸中麥芽糖酶和蔗糖酶活性，能有效緩解雞的熱應(yīng)激。Wan等[46]研究結(jié)果表明，在肉雞飼糧中分別添加0.75、1.00、1.25 g/kg 的酶解青蒿，可以有效緩解熱應(yīng)激引起的生產(chǎn)性能下降、血液pH值升高及血清中皮質(zhì)酮、谷草轉(zhuǎn)氨酶、谷丙轉(zhuǎn)氨酶的升高，并且能夠通過提高血清和肝臟中抗氧化酶活性及調(diào)節(jié)相關(guān)mRNA 表達(dá)水平來增強(qiáng)抗氧化能力，從而有效緩解熱應(yīng)激。

4.2 在養(yǎng)豬生產(chǎn)中的應(yīng)用

青蒿素在養(yǎng)豬生產(chǎn)中的應(yīng)用研究較少。劉櫻等[57]研究結(jié)果顯示，青蒿及其提取物具有良好的抗豬繁殖與呼吸綜合征病毒（PRRSV）的作用，顯著抑制PRRSV 對(duì)Marc-145 細(xì)胞的損害，且在較高濃度時(shí)還會(huì)促進(jìn)該細(xì)胞的生長(zhǎng)，對(duì)母豬健康具有改善效果。葉立云等[7]研究表明，青蒿葉提取物能有效治療由結(jié)腸小袋纖毛蟲引起的仔豬腹瀉，治愈率高達(dá)100%。

豬的附紅細(xì)胞體病是一種由豬附紅細(xì)胞體引起的傳染病，導(dǎo)致豬出現(xiàn)發(fā)熱、腹瀉、紅細(xì)胞壓積降低、白細(xì)胞增多、血紅蛋白濃度降低等癥狀，該病明顯降低豬的生產(chǎn)性能，嚴(yán)重時(shí)會(huì)引起豬的死亡，給我國養(yǎng)豬業(yè)帶來重大經(jīng)濟(jì)損失。宋霜等[58]在建立豬的附紅細(xì)胞體病小鼠模型的基礎(chǔ)上，研究了青蒿素對(duì)豬的附紅細(xì)胞體病的治療效果，發(fā)現(xiàn)40 mg/kg的青蒿素具有良好治療效果。程富勝等[59]以感染了豬附紅細(xì)胞體的斷奶仔豬為試驗(yàn)動(dòng)物，研究發(fā)現(xiàn)青蒿素對(duì)治療豬的附紅細(xì)胞體病有明顯效果，治愈率達(dá)82%?？导t軍等[8]研究表明，在斷奶仔豬飼糧中添加0.25%的青蒿提取物能顯著提高仔豬ADG，降低F/G，同時(shí)還能夠促進(jìn)仔豬T3、T4的分泌，降低血清中尿素氮的含量，提高仔豬的免疫力，降低仔豬的腹瀉率和發(fā)病次數(shù)。劉仕碧等[60]研究了在飼糧中添加青蒿對(duì)夏季公豬精液品質(zhì)的影響，結(jié)果顯示，每頭種公豬每天添加20 g 可增加精子成活率，提高采精量，其原因可能是因?yàn)槠淝鍩峤舛竟πЭ墒狗N公豬在高溫條件下的應(yīng)激得到緩解，從而改善了精液品質(zhì)。

5 總結(jié)與展望

綜上所述，青蒿素及其衍生物具有抗蟲、抗炎、殺菌和提高免疫力的效果，是一種具有應(yīng)用潛力的抗生素替代品之一。雖然其在治療雞的球蟲病和緩解動(dòng)物熱應(yīng)激中顯示出良好的效果，但仍需進(jìn)一步研究以確定其有效成分在不同畜禽種類、生理階段的最佳使用劑量和效果，使其產(chǎn)品和應(yīng)用實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化，科學(xué)合理地應(yīng)用于我國畜禽養(yǎng)殖生產(chǎn)中。