白藜蘆醇的生物活性與其在畜牧生產(chǎn)中的應(yīng)用進(jìn)展

符清瑤,曹 婷,施力光,馬中華,姜宏正,荀文娟,*

(1. 海南大學(xué) 動(dòng)物科技學(xué)院，海南 ?？?570228；2，中國(guó)熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)院 熱帶作物品種資源研究所，海南 儋州 571737)

白藜蘆醇(Resveratrol,Res)是一種植物多酚，又名芪三酚，最初由Takaoka[1]在1940年時(shí)從毛葉藜蘆中提取得到。近年來(lái)，由于廣泛的生物活性而備受關(guān)注，截至目前已有大量的研究證實(shí)白藜蘆醇具有抗氧化應(yīng)激[2]、抗炎[3]、抗菌[4]、保護(hù)心血管系統(tǒng)[5]、調(diào)控脂肪沉積[6]等功能。此外，Bhullar等[7]發(fā)現(xiàn)白藜蘆醇還具有延長(zhǎng)多種生物壽命能力的小分子，在畜牧生產(chǎn)中也能保護(hù)動(dòng)物機(jī)體的腸道健康。自20世紀(jì)90年代中期以來(lái)，基于大量的體外和體內(nèi)動(dòng)物研究[8]，人們陸續(xù)發(fā)現(xiàn)白藜蘆醇能夠?qū)】诞a(chǎn)生積極影響。隨著禁抗生素時(shí)代的到來(lái)，開(kāi)發(fā)新型、綠色、環(huán)保的功能性飼料添加劑刻不容緩，白藜蘆醇作為綠色飼料添加劑已開(kāi)展了廣泛的研究，本文就其生物學(xué)特性及應(yīng)用進(jìn)行論述為其進(jìn)一步應(yīng)用提供科學(xué)依據(jù)。

1 白藜蘆醇概述

白藜蘆醇分子量為228.25 g/mol，是一種白色固體粉末，對(duì)pH存在敏感性且水溶性低。Res在自然界中存在著兩種化學(xué)結(jié)構(gòu)：正式異構(gòu)體與反式異構(gòu)體，由于反式異構(gòu)體中存在芳香環(huán)、酚羥基和雙鍵等功能團(tuán)[9]，因此反式異構(gòu)體穩(wěn)定性優(yōu)于順勢(shì)異構(gòu)體，且具有比順式異構(gòu)體更廣泛的生物活性[10]。因?yàn)镽es在天然產(chǎn)物中含量不高且提取困難，國(guó)內(nèi)外的學(xué)者們便對(duì)其提取工藝[11]進(jìn)行了優(yōu)化，目前較常用的提取方法有溶劑提取法、酶解法、微波提取法、超臨界CO2萃取和超聲波輔助酶法[12]等。隨著白藜蘆醇的應(yīng)用范圍不斷涉及到植物學(xué)、醫(yī)學(xué)和畜牧學(xué)等多個(gè)領(lǐng)域，其需求也不斷增加，部分化學(xué)合成的方法相繼出現(xiàn)，如Perkin反應(yīng)、Heck反應(yīng)、Wittig反應(yīng)、Grignard反應(yīng)、Wittig-Horner反應(yīng)等[13]。

2 白藜蘆醇的生物活性

2.1 抗氧化作用

早在20世紀(jì)70年代，人們便已開(kāi)始熟悉并使用氧化應(yīng)激這一概念：當(dāng)機(jī)體受到外界的不良影響時(shí)會(huì)產(chǎn)生應(yīng)激的現(xiàn)象，體內(nèi)所釋放的氧化自由基超過(guò)機(jī)體本身的抗氧化水平，引發(fā)機(jī)體發(fā)生不同的生理或病理現(xiàn)象。隨后，抗氧化應(yīng)激[14]這一相關(guān)定義被提及，眾多的抗氧化劑也應(yīng)運(yùn)而生，其中白藜蘆醇因其獨(dú)特抗氧化性而備受關(guān)注。氧化應(yīng)激狀態(tài)下，機(jī)體產(chǎn)生大量的超氧自由基的同時(shí)，也可以通過(guò)正常的代謝途徑產(chǎn)生超氧化物歧化酶(SOD)[15]，白藜蘆醇便是通過(guò)清除自由基[16]和調(diào)節(jié)相關(guān)酶活性來(lái)發(fā)揮抗氧化作用。丙二醛(MDA)含量是衡量氧化應(yīng)激水平的標(biāo)志[17]，總抗氧化能力(T-AOC)則是一個(gè)評(píng)價(jià)抗氧化劑的總抗氧化能力的客觀指標(biāo)；谷胱甘肽過(guò)氧化物酶(GSH-Px)、過(guò)氧化氫酶(CAT)和總超氧化物歧化酶(T-SOD)等抗氧化酶都具有很強(qiáng)的清除自由基的能力。Chen等[18]研究發(fā)現(xiàn)，在斷奶仔豬的日糧中添加白藜蘆醇可增加血清中的GSH-Px、T-AOC和T-SOD活性，并降低肝臟中的MDA含量，證明白藜蘆醇可通過(guò)提高仔豬抗氧化能力降低由斷奶導(dǎo)致的氧化應(yīng)激。

關(guān)于氧化應(yīng)激信號(hào)調(diào)控機(jī)制，目前研究最多的為內(nèi)源性抗氧化應(yīng)激途徑——核因子E2相關(guān)因子2(Nrf2)-ARE(抗氧化順式作用元件)信號(hào)通路。Nrf2又被稱為抗氧化反應(yīng)的“主調(diào)節(jié)器”[19]，可以調(diào)節(jié)數(shù)百種基因的表達(dá)；作為氧化應(yīng)激的受體在調(diào)節(jié)細(xì)胞氧化應(yīng)激中起重要作用，同時(shí)也作為抗氧化應(yīng)激的轉(zhuǎn)錄因子發(fā)揮作用。Wang等[20]發(fā)現(xiàn)，Nrf2廣泛分布在心血管系統(tǒng)中，一旦激活就會(huì)上調(diào)內(nèi)源性抗氧化系統(tǒng)，從而減少對(duì)心肌的氧化損傷。細(xì)胞內(nèi)活性氧(ROS)是機(jī)體正常有氧代謝中的副產(chǎn)物，當(dāng)其水平升高時(shí)，可能會(huì)對(duì)機(jī)體造成危害[21]。線粒體受損是細(xì)胞ROS的主要來(lái)源，通過(guò)線粒體選擇性降解便能降低細(xì)胞的ROS水平。Sebori等[22]研究發(fā)現(xiàn),白藜蘆醇可增加自噬線粒體相關(guān)基因和自噬通量的表達(dá)，并降低mdx小鼠肌肉中的ROS水平。在治療減輕大鼠腎臟缺血再灌注損傷(IRI)的研究中，Li等[23]發(fā)現(xiàn)IRI分別下調(diào)Nrf2和上調(diào)Keap1的表達(dá)，而Res處理促進(jìn)Nrf2的表達(dá)，表明IRI可能與通過(guò)激活Res的適應(yīng)性反應(yīng)有關(guān)。除此之外，發(fā)現(xiàn)過(guò)氧化氫(H2O2)的刺激大大增加了IR組的ROS，而Res降低了H2O2刺激后的ROS水平，這表明Res可降低氧化應(yīng)激。

SIRT1是一種NAD+依賴性蛋白脫乙?；?，能夠通過(guò)降低氧化應(yīng)激、脫乙?；图せ頕orkhead Box O轉(zhuǎn)錄因子(FOXOs)以及過(guò)氧化物酶體增殖物激活受體γ輔激活物1-alpha(PGC-1α)來(lái)增加線粒體生物發(fā)生[24]，從而促進(jìn)細(xì)胞存活。在經(jīng)甲基苯丙胺(MA)誘導(dǎo)的SIRT1凋亡相關(guān)的羊肺泡氧化應(yīng)激研究中[25]，將肺泡上皮經(jīng)MA處理之前，先用SIRT1激活劑Res對(duì)細(xì)胞進(jìn)行預(yù)處理，流式細(xì)胞儀分析結(jié)果表明低濃度的Res可以有效降低ROS的含量。

綜上所述，白藜蘆醇可通過(guò)抗氧化酶清除自由基發(fā)揮作用，其分子機(jī)制是通過(guò)促進(jìn)Nrf2表達(dá)降低ROS含量，還可通過(guò)SIRT1信號(hào)通路調(diào)節(jié)線粒體生物的發(fā)生。白藜蘆醇的抗氧化特性也使得其作為飼料添加劑具有廣泛的應(yīng)用前景。

2.2 抗炎作用

白藜蘆醇的抗炎特性研究已經(jīng)涉及到了許多體內(nèi)外的動(dòng)物模型，比如在兔子的急性咽炎模型[26]中，研究發(fā)現(xiàn)Res可顯著降低血清中巨噬細(xì)胞產(chǎn)生的腫瘤壞死因子(TNF-α)和白介素因子6(IL-6)水平。在高脂血癥動(dòng)物模型中[27]，給大鼠喂食富含膽固醇的飲食與維生素D2，經(jīng)Res治療可降低血清中白介素因子1β(IL-1β)的水平。Sui等[28]證實(shí)Res可通過(guò)抑制小膠質(zhì)細(xì)胞NLRP3 /IL-1β信號(hào)通路預(yù)防敗血癥。在LPS誘導(dǎo)小鼠乳腺炎模型中，張旭[29]發(fā)現(xiàn)乳腺炎組織的髓過(guò)氧化物酶(MPO)活性降低，表明Res減輕LPS刺激小鼠乳腺炎的組織損傷程度。此外，Res通過(guò)抑制NF-κB和絲裂原激活蛋白激酶(MAPK)信號(hào)通路的激活，下調(diào)了促炎因子TNF-α和IL-1β的mRNA表達(dá)。同樣，Li等[30]研究發(fā)現(xiàn)，Res可以通過(guò)抑制關(guān)節(jié)炎小鼠模型NF-κB信號(hào)通路發(fā)揮抗炎作用。

NF-κB是一種核轉(zhuǎn)錄因子，正常生理狀態(tài)下NF-κB與抑制蛋白IκB的結(jié)合形成復(fù)合體存在于細(xì)胞質(zhì)中[31]。許多研究表明，NF-κB經(jīng)典的活化途徑是通過(guò)一些細(xì)胞因子如TNFα、細(xì)菌及其產(chǎn)物、病毒等與膜受體特異性結(jié)合后，激活 IκB 激酶(IκB kinase, IKK)，IKK可使IκBα磷酸化和降解，導(dǎo)致NF-κB被活化，從而被轉(zhuǎn)移到細(xì)胞核內(nèi)，與靶基因κB序列結(jié)合，誘導(dǎo)靶基因如TNF、IL-6、IL-8等的表達(dá)。

TLR4 / NF-κB信號(hào)通路[32]在炎癥反應(yīng)中起關(guān)鍵作用，尤其是激活肝臟和脂肪組織中的巨噬細(xì)胞。王光熙[33]研究發(fā)現(xiàn)，Res能從蛋白翻譯的水平抑制大鼠肝、肺組織內(nèi)信號(hào)從細(xì)胞質(zhì)向細(xì)胞核的轉(zhuǎn)移，使細(xì)胞質(zhì)中TLR4、P38、JNK、ERK1/2和ERKS通路的相關(guān)蛋白以及其磷酸化蛋白的表達(dá)相對(duì)增多，而使細(xì)胞核中各蛋白及其磷酸化蛋白的表達(dá)相對(duì)減少，并通過(guò)對(duì)TLR4/NF-κBp65/MAPKs通路的級(jí)聯(lián)抑制作用最終調(diào)控炎性因子的釋放與表達(dá)來(lái)發(fā)揮其抗炎作用。

Nunes等[34]研究發(fā)現(xiàn)，Res通過(guò)抑制NF-κB活化、降低環(huán)氧合酶2(COX-2)和促炎細(xì)胞因子的表達(dá)，降低前列腺素E2(PGE2)和前列腺素D2(PGD2)水平、中性粒細(xì)胞浸潤(rùn)等發(fā)揮抗炎作用;Res可通過(guò)調(diào)控MAPK信號(hào)通路，降低p-JNK和p-P38的表達(dá)水平來(lái)發(fā)揮抗炎作用。另外，劉鑫[35]研究發(fā)現(xiàn),Res能夠緩解葡聚糖硫酸鈉(DSS)誘導(dǎo)的小鼠結(jié)腸炎，這種作用與下調(diào) Wnt/β-catenin信號(hào)通路有關(guān)，對(duì)Wnt/β-catenin信號(hào)通路的下調(diào)作用與抑制mi RNA-31的表達(dá)有關(guān)。

綜上所述，白藜蘆醇可通過(guò)多種信號(hào)通路發(fā)揮抗炎作用。

2.3 降脂作用

在肥胖癥動(dòng)物模型中的研究表明，白藜蘆醇可以減輕代謝性疾病的并發(fā)癥，通過(guò)減少脂肪形成和增加細(xì)胞凋亡而達(dá)到降脂的作用[36]。例如在研究前脂肪細(xì)胞培養(yǎng)的試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)延長(zhǎng)Res治療會(huì)阻止脂肪的形成，Carpéné等[37]進(jìn)行了Res在短期內(nèi)發(fā)揮限制葡萄糖攝入的動(dòng)物實(shí)驗(yàn)研究，利用雄性小鼠進(jìn)行脂肪細(xì)胞的制備，結(jié)果發(fā)現(xiàn)Res以劑量依賴性方式抑制α-葡萄糖苷酶的催化活性；同時(shí)在最高劑量(1.5 mM)時(shí)抑制脂肪酶的活性效果最好。Res可以導(dǎo)致肥胖小鼠腸道微生物組的功能發(fā)生變化[38]，包括降低Turicibacteraceae、Lachnospiraceae和Akkermansia的相對(duì)豐度以及提高Bacteroides和Parabacteroides的相對(duì)豐度。在人和小鼠的腸道菌群中發(fā)現(xiàn)肥胖與擬桿菌門/厚壁菌門的比率降低有關(guān)，在嚙齒動(dòng)物研究中發(fā)現(xiàn)Res可增加該比率[39]。

葡萄糖進(jìn)入脂肪細(xì)胞的細(xì)胞質(zhì)時(shí)，會(huì)通過(guò)己糖激酶磷酸化途徑生成乙酰輔酶A，然后活化樹(shù)突脂形成(Fas)，進(jìn)而轉(zhuǎn)化為脂肪酸。白藜蘆醇本身并不是強(qiáng)的脂肪抑制劑，只是改善了脂肪細(xì)胞對(duì)其他脂質(zhì)動(dòng)員因子的反應(yīng)[40]，作用是通過(guò)與葡萄轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白結(jié)合，從而抑制己糖在細(xì)胞膜上的轉(zhuǎn)運(yùn)，快速限制葡萄糖在脂肪庫(kù)中的利用[41]。崔悅悅[42]研究脂聯(lián)素信號(hào)通路對(duì)豬的脂肪沉積作用機(jī)制發(fā)現(xiàn)，Res能夠通過(guò)AdiopQ-Adipo1-AMPKa-PGC-1a和AdiopQ-AdipoR2-PPARa兩條信號(hào)通路調(diào)控下游脂肪代謝基因的表達(dá)，促進(jìn)脂肪分解及抑制脂肪合成，此外這兩條信號(hào)通路還可抑制3T3-L1細(xì)胞中脂滴的形成。

2.4 保護(hù)心血管

許多研究表明Res具有保護(hù)心血管作用[43]，能夠抑制血管平滑肌細(xì)胞增殖和促進(jìn)自噬。糖尿病患者常存在自噬功能障礙，Res可以直接誘導(dǎo)自噬[44]，且長(zhǎng)期進(jìn)行Res治療可改善糖尿病小鼠的心臟功能，減輕其氧化損傷并減少細(xì)胞凋亡。在人臍靜脈內(nèi)皮細(xì)胞(HUVEC)[45]和HUVEC衍生的EA中觀察到Res可以使一氧化氮(NO)的形成增加，其原因是Res可以誘導(dǎo)內(nèi)皮一氧化氮合酶(eNOS)的表達(dá)，刺激eNOS酶活性和防止eNOS解偶聯(lián)[46]。eNOS具有抗血栓形成、降壓和抗動(dòng)脈粥樣硬化等作用，白藜蘆醇可抑制免疫細(xì)胞滲透到血管壁并減輕血管發(fā)炎，從而起到保護(hù)血管的功能[47]。

3 白藜蘆醇在畜牧生產(chǎn)上的應(yīng)用

3.1 在家禽生產(chǎn)上的應(yīng)用

家禽的肉、蛋生產(chǎn)在中國(guó)畜牧業(yè)的發(fā)展中一直起著重要作用。Najafi等[48]研究發(fā)現(xiàn)，在冷凍公雞精子時(shí)，在冷凍劑中添加Res可以增強(qiáng)精子的運(yùn)動(dòng)活性，提高精子的T-AOC和存活率。Zhang等[49]研究發(fā)現(xiàn)，在肉雞的日糧中添加Res可以改善肌肉的抗氧化狀態(tài)，提高肌肉中檸檬酸合酶(CS)的活性，從而改善肉雞的肌肉品質(zhì)。Feng等[50]研究發(fā)現(xiàn)，在60周齡蛋雞日糧中添加Res可以顯著提升5～8周時(shí)的飼料轉(zhuǎn)化率；同時(shí)顯著降低了血清總膽固醇(TC)、總甘油三酯(TG)、低密度脂蛋白膽固醇(LDL-C)、極低密度脂蛋白膽固醇(VLDL-C)和蛋黃中膽固醇的含量，以上指標(biāo)的降低表明Res對(duì)蛋雞的脂質(zhì)相關(guān)性狀起到了積極作用。

葉舒[51]和幸程鴻[52]分別在白藜蘆醇對(duì)蛋雞脂肪肝出血綜合征(FLHS)蛋雞肝臟和卵巢的氧化應(yīng)激和抗炎性能兩個(gè)方面進(jìn)行了相關(guān)研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)Res可通過(guò)減少M(fèi)DA含量及提高相關(guān)抗氧化酶活性而改善FLHS蛋雞肝臟氧化應(yīng)激水平，通過(guò)激活Nrf2-ARE信號(hào)通路以及抑制NF-κB信號(hào)通路，起到緩解肝臟氧化損傷及炎性損傷，從而發(fā)揮對(duì)肝臟的保護(hù)作用。FLHS會(huì)使卵巢組織發(fā)生過(guò)氧化的作用發(fā)生氧化應(yīng)激，誘導(dǎo)卵巢發(fā)生炎性應(yīng)答反應(yīng)，MDA含量升高，T-SOD、TNF-α與IL-1β的mRNA表達(dá)水平降低，而Res能逆轉(zhuǎn)這些指標(biāo)含量，表明其能有效緩解應(yīng)激的發(fā)生和減輕炎癥。

3.2 在豬生產(chǎn)上的應(yīng)用

近年Res對(duì)豬生產(chǎn)的研究主要涉及到細(xì)胞試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)較低的Res濃度可以通過(guò)激活Sirt1介導(dǎo)的Wnt /β-catenin信號(hào)傳導(dǎo)途徑促進(jìn)豬胰腺干細(xì)胞(PSC)的增殖和分化[53]。另有研究表明，將Res添加到體外成熟(IVM)細(xì)胞的培養(yǎng)基中時(shí)，可以特別提高玻璃化卵母細(xì)胞的發(fā)育能力[54]；而Kwak等[55]研究發(fā)現(xiàn)，添加2 μM白藜蘆醇可改善成熟后非玻璃化豬卵母細(xì)胞胚胎發(fā)育。Meng等[56]在研究白藜蘆醇與斷奶仔豬的關(guān)系時(shí)，發(fā)現(xiàn)在母體日糧中添加Res顯著提高日增重，斷奶后的仔豬絨毛受損程度明顯降低，并降低IL-6和TNF-α的mRNA表達(dá)水平，表明Res可以改善斷奶仔豬的腸道形態(tài)并且緩解腸道炎癥。同樣，Chen等[18]研究發(fā)現(xiàn)，日糧中添加300 mg/kg白藜蘆醇可以通過(guò)提高空腸黏膜中緊密連接蛋白的mRNA表達(dá)，維護(hù)斷奶仔豬腸粘膜屏障功能。

目前，關(guān)于Res在豬上相關(guān)報(bào)道，尤其在腸黏膜屏障功能方面研究較少。開(kāi)展Res對(duì)仔豬腸黏膜屏障功能及分子機(jī)制的研究，具有重要的理論意義和潛在的應(yīng)用價(jià)值。

3.3 在羊生產(chǎn)上的應(yīng)用

研究發(fā)現(xiàn)，0.5 μmol/L Res治療可以改善豬[57]和山羊[58]卵母細(xì)胞的發(fā)育能力。Zabihi等[59]發(fā)現(xiàn)羊的胚胎培養(yǎng)基中補(bǔ)充Res(0.5 mmol/L)有利于改善胚胎內(nèi)微環(huán)境，進(jìn)而刺激胚胎的發(fā)育,同時(shí)還可以增加綿羊胚胎的胚盤細(xì)胞數(shù)量。Wang等[25]利用羊的肺泡作為載體進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)Res通過(guò)下調(diào)抑制肺泡上皮細(xì)胞凋亡Bcl-2相關(guān)X蛋白(Bax)和半胱天冬酶3(caspase 3)，裂解caspase 3并上調(diào)B細(xì)胞淋巴癌/白血病-2基因(Bcl-2)，并且可以通過(guò)預(yù)防乳酸脫氫酶(LDH)流失而后增加ZO-1和E-cadherin的蛋白表達(dá)來(lái)恢復(fù)肺泡上皮的屏障功能；同時(shí)證明Res通過(guò)SIRT1/PTEN/p-Akt途徑對(duì)肺泡的完整性具有保護(hù)作用。

4 小 結(jié)

隨著人們生活水平的提高，對(duì)畜產(chǎn)品品質(zhì)的需求標(biāo)準(zhǔn)也在不斷提升，畜牧產(chǎn)品的重要性也愈加凸顯；同時(shí)人們也越來(lái)越重視公共衛(wèi)生的水平條件，健康、綠色、環(huán)保養(yǎng)殖才是符合人們未來(lái)生活需求的重要道路。所以持續(xù)開(kāi)發(fā)新型的功能性飼料添加劑對(duì)于畜牧生產(chǎn)的發(fā)展迫在眉睫，白藜蘆醇具備著多種生物活性，并且能在多種動(dòng)物上發(fā)揮不同的生理作用，但其分子機(jī)制還需深入的研究。