β-谷甾醇的生理功能及其在動(dòng)物生產(chǎn)中的應(yīng)用研究進(jìn)展

陳躍平 謝 婷 張 昊 周巖民

(南京農(nóng)業(yè)大學(xué)動(dòng)物科技學(xué)院，南京210095)

植物甾醇是一類存在于植物細(xì)胞膜、化學(xué)結(jié)構(gòu)與哺乳動(dòng)物膽固醇類似的天然活性物質(zhì)，在富含脂質(zhì)的植物源食物中含量較高，如堅(jiān)果、植物種子、豆科植物和植物油脂等[1]。目前，植物中已鑒定出250余種植物甾醇，植物甾醇主要由β-谷甾醇、菜油甾醇、豆甾醇3種4-去甲基甾醇組成，其中以β-谷甾醇含量為最高，通常占總量的60%以上[2-3]。因此，β-谷甾醇被認(rèn)為是植物甾醇的關(guān)鍵活性成分。β-谷甾醇是一種安全、天然、綠色和有效的人類營(yíng)養(yǎng)補(bǔ)充物，且不會(huì)產(chǎn)生遺傳毒性和細(xì)胞毒性[4]。臨床試驗(yàn)和模式動(dòng)物中的研究已證實(shí)，β-谷甾醇具有降膽固醇、降血糖、抗氧化、抗炎、抑菌和抗癌等多種生物活性[3-4]。此外，β-谷甾醇在畜禽和水產(chǎn)動(dòng)物中的應(yīng)用研究近期業(yè)已有報(bào)道。然而，目前已有的文獻(xiàn)綜述仍主要集中于植物甾醇的生物學(xué)功能及其在畜禽生產(chǎn)中的應(yīng)用研究進(jìn)展，鮮見(jiàn)有關(guān)β-谷甾醇單體的文獻(xiàn)綜述。為此，本文查閱了β-谷甾醇相關(guān)的最新文獻(xiàn)報(bào)道，系統(tǒng)地綜述了β-谷甾醇的來(lái)源、理化特性、吸收代謝、生理功能及其在動(dòng)物生產(chǎn)中的應(yīng)用，并初步探討了β-谷甾醇在畜牧養(yǎng)殖中的應(yīng)用前景，以期為β-谷甾醇飼料添加劑的開(kāi)發(fā)及其在動(dòng)物生產(chǎn)中的合理應(yīng)用提供科學(xué)參考依據(jù)。

1 β-谷甾醇的特性

1.1 β-谷甾醇的來(lái)源、結(jié)構(gòu)和性質(zhì)

β-谷甾醇又名24α-乙基膽固醇、α-二氫巖藻甾醇、22,23-二氫豆甾醇和5-豆甾烯-3β-醇[4-5]，以游離、甾醇酯、甾基糖苷或?；藁擒盏刃问酱嬖谟诙喾N植物的葉片、根莖和果實(shí)中，花生油、玉米油、酪梨油、小麥胚芽和米糠中β-谷甾醇含量較豐富[2,6]。植物可通過(guò)甲羥戊酸和甲基赤蘚醇磷酸2個(gè)代謝途徑合成β-谷甾醇[7]，而動(dòng)物無(wú)法合成β-谷甾醇，人由食物中攝入的植物甾醇主要是β-谷甾醇，占65%以上，其次為菜油甾醇和豆甾醇[8-9]。目前，β-谷甾醇主要從植物油加工副產(chǎn)物——脫臭餾出物中提取制得；因β-谷甾醇化學(xué)合成過(guò)程中生成的甲醚副產(chǎn)物難以消除，其化學(xué)法生產(chǎn)難度大[10]。β-谷甾醇屬于四環(huán)三萜類化合物，其化學(xué)結(jié)構(gòu)與哺乳動(dòng)物細(xì)胞甾醇(膽固醇)類似，均含有環(huán)戊烷多氫菲母核結(jié)構(gòu)，而與動(dòng)物膽固醇的不同之處是β-谷甾醇的C-24位連接了乙基基團(tuán)[5]。膽固醇和β-谷甾醇的化學(xué)結(jié)構(gòu)如圖1所示。β-谷甾醇純品的外觀通常為純白色蠟樣固體粉末，不溶于水、酸或堿溶液，在乙醇和丙酮中的溶解度亦較低，但在氯仿等有機(jī)溶劑中的溶解度相對(duì)較高[6]。β-谷甾醇的化學(xué)結(jié)構(gòu)式為C29H50O，相對(duì)分子質(zhì)量是414.7，熔點(diǎn)范圍為139～142 ℃，與其他類型植物甾醇相比，其熱穩(wěn)定性相對(duì)較差，180 ℃下加熱2 h約75%的β-谷甾醇即發(fā)生氧化，且氧化速度與膽固醇接近[11]。

圖1 膽固醇和β-谷甾醇的化學(xué)結(jié)構(gòu)

1.2 β-谷甾醇的吸收與代謝

1.2.1 β-谷甾醇的吸收

動(dòng)物吸收β-谷甾醇的關(guān)鍵步驟是腸黏膜上皮細(xì)胞的攝取和酯化反應(yīng)。腸腔中的β-谷甾醇首先被小腸黏膜刷狀緣中的固醇轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白——尼曼-匹克C1型類似蛋白1(Niemann-Pick C1-like 1 protein，NPC1L1)識(shí)別并轉(zhuǎn)運(yùn)至小腸上皮細(xì)胞內(nèi)，進(jìn)入胞內(nèi)的β-谷甾醇隨后在?；o酶A:膽固醇酰基轉(zhuǎn)移酶(acyl-coenzyme A:cholesterol acyltransferase，ACAT)的催化下發(fā)生酯化反應(yīng)，酯化后的產(chǎn)物在微粒體甘油三酯轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白的介導(dǎo)下與甘油三酯、載脂蛋白B48形成乳糜微粒并經(jīng)淋巴進(jìn)入機(jī)體血液循環(huán)，而大部分未被酯化的β-谷甾醇則被三磷酸腺苷結(jié)合盒轉(zhuǎn)運(yùn)體G5/GB(adenosine triphosphate binding cassette transporter G5/G8，ABCG5/G8)逆向轉(zhuǎn)運(yùn)至胞外進(jìn)入腸腔或膽汁中[12-13]，缺失或敲除ABCG5/G8基因則會(huì)誘發(fā)小鼠谷固醇血癥[14-15]。與膽固醇相比，人對(duì)β-谷甾醇的生物利用率較低，吸收率僅為5%，甚至更少，而膽固醇的吸收率可達(dá)45%～54%[16]。小腸ACAT對(duì)膽固醇的酯化效率至少為β-谷甾醇的60倍[17]，因而有學(xué)者認(rèn)為酯化程度不足可能是影響β-谷甾醇吸收的重要原因，但目前尚缺乏直接的試驗(yàn)數(shù)據(jù)支持這一假說(shuō)。此外，不同類型植物甾醇的吸收率也存在一定差異，而脂肪側(cè)鏈結(jié)構(gòu)的不同可能是導(dǎo)致吸收率差異的重要原因，一般C-24位連接的碳原子數(shù)目越多生物利用率越低，例如，菜油甾醇C-24位連接了甲基，吸收率可達(dá)13%，高于C-24位連接了乙基的β-谷甾醇和豆甾醇[18]。裝載有β-谷甾醇的乳糜微粒進(jìn)入肝臟后又重新作為脂蛋白的脂成分進(jìn)入血液循環(huán)并被運(yùn)送至各組織和器官中[13]。同位素示蹤試驗(yàn)結(jié)果表明，動(dòng)物攝入的β-谷甾醇可分布于肝臟、肺臟、腸上皮、腎上腺皮質(zhì)、腦、生殖器官(卵巢和睪丸)，而腸上皮、腎上腺皮質(zhì)和生殖器官中β-谷甾醇標(biāo)記物的放射性水平最高，放射性持續(xù)時(shí)間最長(zhǎng)[18]。

1.2.2 β-谷甾醇的代謝

目前，關(guān)于肝臟代謝β-谷甾醇的研究相對(duì)較多。肝臟亞細(xì)胞器代謝β-谷甾醇生成5α,6α和5β,6β-環(huán)氧化物，而大鼠肝臟線粒體代謝β-谷甾醇生成26-羥基-β-谷甾醇和29-羥基-β-谷甾醇，且2種代謝產(chǎn)物的生成比例為1∶1[19-20]。動(dòng)物吸收的β-谷甾醇中約有20%會(huì)代謝生成膽酸和鵝去氧膽酸，余下的β-谷甾醇則以游離形式通過(guò)膽汁排出體外且排出速度快于膽固醇，而大約80%未被大鼠小腸吸收的β-谷甾醇則自動(dòng)氧化后隨糞便排出體外[16,21]。大鼠腸道微生物可代謝未被吸收或經(jīng)膽汁排入腸腔的β-谷甾醇，微生物對(duì)β-谷甾醇的代謝分解途徑主要包括C-3位的氧化、C-5和C-6位的飽和以及C-17位的脂肪側(cè)鏈斷裂[22]。人的腸道中易被定性和定量檢測(cè)的β-谷甾醇微生物代謝主要產(chǎn)物是24-乙基-糞醇，另有少量的糞醇和24-乙基-糞甾烷酮[23]。

2 β-谷甾醇的生理功能

2.1 降膽固醇作用

降膽固醇作用是不同類型植物甾醇普遍具有的生物學(xué)功能。最早于1953年，Pollak[24]即發(fā)現(xiàn)一種含75%～80% β-谷甾醇的植物甾醇混合物具有降低人體血液膽固醇水平的作用。研究發(fā)現(xiàn)，添加0.4% β-谷甾醇有效緩解了高脂西式膳食飼糧誘導(dǎo)的小鼠非酒精性脂肪肝和肝臟代謝紊亂，β-谷甾醇減少了膽固醇、膽汁酸和膳食脂質(zhì)的吸收或重吸收，而脂質(zhì)組學(xué)結(jié)果顯示β-谷甾醇的這一保護(hù)作用與小鼠肝臟膽固醇、甘油三酯和多不飽和脂肪酸等水平的下降直接相關(guān)[25-26]；另外，添加0.2% β-谷甾醇可使飼喂高膽固醇飼糧倉(cāng)鼠的血漿總膽固醇水平下降約20%，且效果優(yōu)于相同添加水平的芝麻素[27]。β-谷甾醇C-3位的羥基可能是其降膽固醇作用的關(guān)鍵活性位點(diǎn)。β-谷甾醇可使飼喂高膽固醇飼糧雄性倉(cāng)鼠的血漿總膽固醇水平下降約17%，而當(dāng)C-3位的羥基甲基化或乙基化后β-谷甾醇的降膽固醇作用消失[28]。以往的研究認(rèn)為，包括β-谷甾醇在內(nèi)的植物甾醇因化學(xué)結(jié)構(gòu)與動(dòng)物膽固醇類似，可通過(guò)競(jìng)爭(zhēng)作用抑制腸腔內(nèi)膽固醇進(jìn)入混合膠束或乳糜微粒、干擾膽固醇的水解與酯化反應(yīng)等途徑降低膽固醇的吸收[29]。然而，近期的研究表明β-谷甾醇的降膽固醇作用機(jī)制還涉及膽固醇的合成、轉(zhuǎn)運(yùn)和代謝等。在腸上皮細(xì)胞Caco-2上開(kāi)展的體外試驗(yàn)中，Yuan等[30]首次報(bào)道β-谷甾醇可從以下3個(gè)方面發(fā)揮其降膽固醇作用：1)降低膽固醇生物合成關(guān)鍵調(diào)控因子3-羥基-3-甲基戊二酰輔酶A合酶基因的表達(dá)水平，進(jìn)而抑制膽固醇的生物合成；2)下調(diào)膽固醇轉(zhuǎn)運(yùn)關(guān)鍵蛋白NPC1L1的表達(dá)和上調(diào)膽固醇轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白ABCG5/G8的表達(dá)，繼而抑制膽固醇的轉(zhuǎn)運(yùn)和促進(jìn)膽固醇的代謝；3)降低膽固醇酯化反應(yīng)關(guān)鍵調(diào)控蛋白乙酰輔酶A乙?；D(zhuǎn)移酶2(acyl coenzyme A-cholesterol acyltransferase 2，ACAT2)的表達(dá)水平，從而抑制膽固醇的酯化。在動(dòng)物試驗(yàn)中，Chen等[31]證實(shí)β-谷甾醇的酯化物——β-谷甾醇月桂酸酯可通過(guò)以下2個(gè)途徑減少倉(cāng)鼠血清膽固醇水平：1)通過(guò)下調(diào)腸道NPC1L1的表達(dá)提高糞便膽固醇的排泄量；2)通過(guò)上調(diào)回腸頂端鈉離子依賴性膽汁酸轉(zhuǎn)運(yùn)體與回腸膽汁酸結(jié)合蛋白的表達(dá)抑制膽汁酸重吸收，膽汁酸重吸收減少則會(huì)上調(diào)催化膽固醇分解為膽汁酸的限速酶膽固醇7α-羥化酶和固醇27-羥化酶的表達(dá)，加速膽固醇分解為膽汁酸。

2.2 調(diào)節(jié)血糖代謝作用

β-谷甾醇具有良好的血糖調(diào)節(jié)作用，對(duì)不同誘因引起的2型糖尿病均有較好的臨床療效。從五椏果葉中提取分離的β-谷甾醇對(duì)α-淀粉酶和α-葡萄糖苷酶的活性均具有體外抑制作用，活性抑制率分別為48.8%和52.5%，而給予10 mg/kg BW的β-谷甾醇對(duì)鏈脲佐菌素聯(lián)合煙酰胺誘導(dǎo)的小鼠2型糖尿病有一定的治療作用[32]。高脂飼糧和鏈脲佐菌素聯(lián)合誘導(dǎo)的大鼠2型糖尿病模型試驗(yàn)證實(shí)，β-谷甾醇具有類胰島素的生物活性，β-谷甾醇可通過(guò)提高骨骼肌細(xì)胞中葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白4和脂肪組織中過(guò)氧化物酶體增殖物激活受體-γ的蛋白表達(dá)水平改善糖尿病大鼠血糖穩(wěn)態(tài)、降低血糖水平，且呈劑量效應(yīng)關(guān)系[33]。同時(shí)，β-谷甾醇可通過(guò)直接激活脂肪組織中胰島素受體和葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白4，改善高脂和高蔗糖飼糧誘導(dǎo)的2型糖尿病大鼠的血糖代謝[34]。研究發(fā)現(xiàn)，β-谷甾醇的這一降血糖作用與胰島素受體底物-1(insulin receptor substrate-1，IRS-1)/蛋白激酶B(protein kinase B，Akt)通路介導(dǎo)的胰島素抵抗改善有關(guān)，β-谷甾醇可通過(guò)氫鍵與IRS-1、Akt的活性氨基酸殘基結(jié)合而激活上述蛋白[35]。在嚙齒動(dòng)物模型試驗(yàn)中，給予大鼠20 mg/kg BW的β-谷甾醇30 d可治療高脂和高蔗糖飼糧誘導(dǎo)的2型糖尿病，β-谷甾醇通過(guò)調(diào)控IκB激酶β(inhibitor kappa B kinase β，IKKβ)/核轉(zhuǎn)錄因子-κB(nuclear factor-kappa B，NF-κB)和c-Jun氨基末端激酶(c-Jun N-terminal kinases，JNK)通路信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)，緩解脂肪組織炎性反應(yīng)而發(fā)揮抗胰島素抵抗和調(diào)節(jié)血糖代謝的作用，且β-谷甾醇的治療效果優(yōu)于經(jīng)典糖尿病治療藥物二甲雙胍[36]。

2.3 抗菌作用

不同來(lái)源的β-谷甾醇雖均具有一定的抗菌作用，但目前已報(bào)道的抑菌效果存在較大差異。Pierre等[37]首次從熱帶植物紅樓花的葉片中分離出β-谷甾醇，并發(fā)現(xiàn)分離的β-谷甾醇對(duì)金黃色葡萄球菌具有一定的抑制作用，最小抑菌濃度(minimum inhibitory concentration，MIC)和最小殺菌濃度(minimum bactericidal concentration，MBC)分別為1.240和2.208 mg/mL。小花錦葵根皮氯仿提取物的主要活性成分為β-谷甾醇，該來(lái)源的β-谷甾醇對(duì)金黃色葡萄球菌和大腸桿菌也具有一定的抗菌作用，且MIC均為20 mg/mL[38]。從銀杏葉中提取的β-谷甾醇對(duì)沙門氏菌和金黃色葡萄球菌均具有較好的抗菌作用，對(duì)上述2種病原菌的MIC和MBC相同，分別為31.3和125.0 μg/mL[39]。來(lái)源于巨大芽孢桿菌的β-谷甾醇對(duì)青枯雷氏菌的抑菌活性較強(qiáng)，MIC為31.3 μg/mL，但對(duì)根癌農(nóng)桿菌和歐文氏菌的抑菌活性相對(duì)較弱(MIC均大于500 μg/mL)[40]。洋蔥皮中分離的β-谷甾醇衍生物對(duì)金黃色葡萄球菌、大腸桿菌、綠膿桿菌和白色念珠菌均有抗菌活性，MIC在0.4～0.8 mg/mL[41]。然而，從矮糠葉中提取的β-谷甾醇對(duì)血鏈球菌和糞腸球菌的直接抗菌活性較弱，但β-谷甾醇可通過(guò)特異性結(jié)合作用抑制細(xì)菌UDP-N-乙酰葡萄糖胺烯醇式丙酮酸轉(zhuǎn)移酶和分選酶A的活性而阻止病原菌肽聚糖的生物合成和細(xì)胞壁的形成[42]。不同來(lái)源β-谷甾醇抑菌活性的差異，可能與病原菌種屬以及β-谷甾醇的提取方法、純度和活性基團(tuán)的修飾程度等有關(guān)。除直接抗菌作用外，β-谷甾醇還可與病原菌毒力因子直接結(jié)合，發(fā)揮抗病原菌感染作用。研究表明，β-谷甾醇對(duì)肺炎鏈球菌雖無(wú)直接的抗菌作用，但可與肺炎鏈球菌主要毒力因子溶血素的氨基酸殘基蘇氨酸459和亮氨酸460位點(diǎn)特異性結(jié)合，引起溶血素聚合，阻止該毒素與動(dòng)物細(xì)胞膜結(jié)合，從而降低該毒素的細(xì)胞毒性，緩解小鼠肺炎鏈球菌感染[43]。目前β-谷甾醇體外抑菌的具體機(jī)理尚不清楚，后續(xù)的研究工作需重點(diǎn)圍繞β-谷甾醇對(duì)細(xì)菌細(xì)胞壁生物合成、細(xì)胞內(nèi)外膜功能、細(xì)胞內(nèi)蛋白質(zhì)和核酸等生物大分子合成以及細(xì)菌代謝等方面的影響展開(kāi)。

2.4 抗氧化作用

細(xì)胞內(nèi)低水平的活性氧自由基為動(dòng)物機(jī)體各項(xiàng)生命活動(dòng)所必需，但過(guò)量的活性氧自由基則會(huì)氧化蛋白質(zhì)、核酸和脂類等生物大分子，破壞生物大分子的結(jié)構(gòu)并影響其生物學(xué)功能，繼而擾亂細(xì)胞穩(wěn)態(tài)，造成氧化應(yīng)激，危害動(dòng)物生長(zhǎng)和健康。β-谷甾醇的三萜烯結(jié)構(gòu)使其具有中等強(qiáng)度的活性氧自由基清除能力。在脂質(zhì)介質(zhì)反應(yīng)體系中，氫轉(zhuǎn)移反應(yīng)是β-谷甾醇清除中等反應(yīng)活性氧自由基的關(guān)鍵機(jī)制，而形成自由基加和物則是其清除強(qiáng)反應(yīng)活性氧自由基的機(jī)理，β-谷甾醇清除氫過(guò)氧自由基與過(guò)氧甲基自由基的反應(yīng)速率常數(shù)分別為8.76×103和1.54×102mol/(L·s)，這一數(shù)據(jù)說(shuō)明了β-谷甾醇屬于較為溫和的自由基清除劑[44]。從水蓼中分離的β-谷甾醇可有效清除1,1-二苯基-2-苦基肼(1,1-diphenyl-2-picrylhydrazide，DDPH)自由基、2,2′-聯(lián)氮-雙-(3-乙基苯并噻唑啉-6-磺酸)二銨鹽[2,2′-azinobis-(3-ethilenebenzotiazolin)-6-sulfonic acid，ABTS]自由基和過(guò)氧化氫，半抑制濃度分別為140、120和280 μg/mL[45]。由馬利筋中分離、純化的β-谷甾醇對(duì)DDPH自由基和一氧化氮自由基的清除作用呈劑量依賴關(guān)系，對(duì)上述2種活性自由基的半抑制濃度分別為389.5和448.2 μmol/L，均高于抗壞血酸[46]。β-谷甾醇的側(cè)鏈修飾可提高其抗氧化活性，最近，Chakraborty等[47]從紅茄苳樹(shù)葉中分離出4種β-谷甾醇衍生物，即4,14,23-三甲基-3β-谷甾醇、7-乙基-3β-谷甾醇、谷甾醇-3β-(33E)-戊-33-烯酸和12α-羥基-3β-谷甾醇，發(fā)現(xiàn)它們對(duì)DDPH自由基和ABTS自由基均具有很好的清除能力，自由基清除半抑制濃度均與強(qiáng)抗氧化劑α-生育酚接近甚至更低。同樣，在動(dòng)物試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，β-谷甾醇的酯化衍生物——2-萘基-β-谷甾醇酯對(duì)細(xì)菌脂多糖和D-半乳糖胺聯(lián)合誘導(dǎo)的小鼠急性肝損傷的保護(hù)效果優(yōu)于β-谷甾醇，且此衍生物可通過(guò)激活核因子-E2相關(guān)因子2(nuclear factor-erythroid 2-related factor-2，Nrf2)/血紅素氧合酶-1(hemeoxygenase-1，HO-1)信號(hào)通路提高肝臟抗氧化酶活性，抑制肝臟脂質(zhì)過(guò)氧化，從而改善攻毒小鼠肝臟氧化還原狀態(tài)[48]。β-谷甾醇可有效緩解不同因素誘導(dǎo)的細(xì)胞氧化損傷。使用β-谷甾醇預(yù)處理，可顯著降低佛波酯誘導(dǎo)的巨噬細(xì)胞RAW264.7中超氧陰離子自由基、過(guò)氧化氫和一氧化氮自由基的生成水平[49]。辣木中提取的β-谷甾醇可顯著緩解肽聚糖誘導(dǎo)的人角朊細(xì)胞氧化應(yīng)激，降低細(xì)胞內(nèi)活性氧生成水平，且其抗氧化作用與細(xì)胞HO-1的蛋白表達(dá)水平升高有關(guān)[50]。然而，使用β-谷甾醇處理正常大鼠心肌細(xì)胞H9c2提高了細(xì)胞線粒體內(nèi)活性氧生成水平，這主要是線粒體三磷酸腺苷合成能力增強(qiáng)所致，但當(dāng)細(xì)胞處于缺氧/再氧合引起的氧化應(yīng)激時(shí)，β-谷甾醇則改善了應(yīng)激細(xì)胞谷胱甘肽循環(huán)，并降低了細(xì)胞凋亡水平[51]。β-谷甾醇的體內(nèi)抗氧化作用也已有報(bào)道。Chen等[52]的研究表明，飼喂在基礎(chǔ)飼糧中添加30、60和120 mg/kg β-谷甾醇的試驗(yàn)飼糧，可不同程度地緩解酒精引起的雄性Wistar大鼠氧化應(yīng)激，β-谷甾醇可降低大鼠血漿8-羥基脫氧鳥(niǎo)苷以及肝臟與血清丙二醛水平，提高肝臟還原性谷胱甘肽水平，并提高血漿超氧化物歧化酶和谷胱甘肽過(guò)氧化物酶活性以及肝臟過(guò)氧化氫酶活性。與上述報(bào)道類似，Devaraj等[53]報(bào)道，灌喂大鼠25或50 mg/kg BW的β-谷甾醇可緩解四氯化碳引起的肝臟氧化應(yīng)激，β-谷甾醇抑制了氧化應(yīng)激大鼠肝臟脂質(zhì)過(guò)氧化，并提高了肝臟過(guò)氧化氫酶和超氧化物歧化酶活性。此外，Adebiyi等[54]發(fā)現(xiàn)，連續(xù)灌喂雄性小鼠100 μg β-谷甾醇1周，可緩解偏釩酸鈉引起的腦組織氧化損傷，β-谷甾醇降低了小鼠腦組織中的丙二醛和過(guò)氧化氫水平，提高了超氧化物歧化酶和過(guò)氧化氫酶活性以及還原性谷胱甘肽水平。

2.5 抗炎作用

目前，β-谷甾醇的抗炎作用已成為臨床醫(yī)學(xué)和藥學(xué)等領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)，開(kāi)展了較為深入的研究。Gupta等[55]于1980年首次發(fā)現(xiàn)，從香附中提取的β-谷甾醇具有與氫化可的松類似的抗炎效果，可通過(guò)下丘腦-垂體-腎上腺軸發(fā)揮抗炎功效且無(wú)副作用。然而，由于β-谷甾醇在細(xì)胞試驗(yàn)常用化學(xué)溶劑中的溶解度低，以往體外評(píng)價(jià)β-谷甾醇的抗炎作用較為復(fù)雜、繁瑣，而負(fù)載、納米分散等處理手段可使這一評(píng)價(jià)試驗(yàn)更為簡(jiǎn)便、易操作。Valerio等[56]報(bào)道，羥丙基-β-環(huán)糊精負(fù)載的β-谷甾醇抑制了細(xì)菌脂多糖誘導(dǎo)的巨噬細(xì)胞炎性反應(yīng)，而Toll樣受體4(Toll-like receptor 4，TLR4)、髓樣分化因子88(myeloid differentiation factor 88，MyD88)和白細(xì)胞介素-1受體關(guān)聯(lián)激酶1(interleukin-1 receptor associated kinase 1，IRAK1)的表達(dá)或活性下降，與β-谷甾醇的抗炎作用密切相關(guān)。Liao等[50]首次發(fā)現(xiàn)，吐溫80分散處理β-谷甾醇后可形成直徑為(50±5) nm的β-谷甾醇納米顆粒，而7.5～30.0 μmol/L的β-谷甾醇納米顆粒在二甲基亞砜中均具有較好的溶解度，該β-谷甾醇納米顆?？蓽p輕脂多糖誘導(dǎo)的巨噬細(xì)胞炎性反應(yīng)，降低巨噬細(xì)胞促炎細(xì)胞因子白細(xì)胞介素-6(interleukin-6，IL-6)和白細(xì)胞介素-1β(interleukin-1β，IL-1β)水平。β-谷甾醇抗炎功能的潛在分子機(jī)制是抑制炎癥信號(hào)關(guān)鍵分子NF-κB和核苷酸結(jié)合寡聚化結(jié)構(gòu)域樣受體蛋白3(nucleotide-binding oligomerization domain-like receptor 3，NLRP3)炎性小體的活化。預(yù)先溶于乙醇的β-谷甾醇可通過(guò)激活蛋白酪氨酸磷酸酶SHP-1抑制NF-κB和轉(zhuǎn)錄活化子因子1(signal transducers and activators of transcription 1，STAT1)的活化，緩解脂多糖誘導(dǎo)的巨噬細(xì)胞炎性反應(yīng)[57]。β-谷甾醇還可通過(guò)抑制NF-κB和細(xì)胞外信號(hào)調(diào)節(jié)激酶(extracellular signal-regulated kinases，ERK)/p38絲裂原激活蛋白激酶(p38 mitogen-activated protein kinases，p38 MAPK)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)減輕大腸桿菌脂多糖誘導(dǎo)的小鼠小膠質(zhì)細(xì)胞炎癥反應(yīng)，并可降低細(xì)胞IL-6、腫瘤壞死因子-α(TNF-α)等炎性因子的mRNA表達(dá)水平[58]。除對(duì)細(xì)胞炎癥信號(hào)通路的抑制作用外，β-谷甾醇對(duì)促炎介質(zhì)合成酶5-脂氧合酶和環(huán)氧化酶-2活性的抑制作用亦是其抗炎的重要機(jī)制[47]。此外，β-谷甾醇還可通過(guò)降低血管內(nèi)皮細(xì)胞表面的血管細(xì)胞黏附分子-1、細(xì)胞間黏附分子-1以及E-選擇素的表達(dá)水平，阻止炎性中性粒細(xì)胞的移行和浸潤(rùn)而減輕細(xì)胞炎性反應(yīng)[59-60]。引起動(dòng)物機(jī)體免疫應(yīng)激反應(yīng)的原因較多，主要有病原微生物、細(xì)菌內(nèi)毒素、病毒、飼糧以及模型化學(xué)物質(zhì)等，而β-谷甾醇對(duì)不同因素造成的動(dòng)物免疫應(yīng)激均具有較好的緩解作用。β-谷甾醇通過(guò)抑制NF-κB p65的活化和NF-κB抑制蛋白α(inhibitory protein α of NF-κB，IκBα)的磷酸化，減輕細(xì)菌內(nèi)毒素誘導(dǎo)的小鼠肺水腫、肺泡病理變化和炎癥反應(yīng)[61]。研究表明，β-谷甾醇還可緩解甲型流感病毒感染引起的小鼠肺致病性細(xì)胞毒性T淋巴細(xì)胞的募集與免疫失調(diào)，并可顯著降低感染小鼠死亡率[62]。β-谷甾醇對(duì)NF-κB信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)的抑制作用是其緩解高脂飼糧誘導(dǎo)的動(dòng)物免疫應(yīng)激反應(yīng)的重要分子機(jī)制?？诜?0 mg/kg BW的β-谷甾醇可減輕飼喂高脂飼糧引起的小鼠腸道炎癥反應(yīng)，降低小鼠血漿炎性細(xì)胞因子和內(nèi)毒素水平，并下調(diào)結(jié)腸炎性細(xì)胞因子的mRNA表達(dá)水平以及降低結(jié)腸髓過(guò)氧化物酶活性；而細(xì)胞試驗(yàn)結(jié)果則顯示，β-谷甾醇可通過(guò)阻止細(xì)菌脂多糖與腸道和腹膜巨噬細(xì)胞TLR4的結(jié)合，抑制NF-κB細(xì)胞信號(hào)通路活化、降低炎性細(xì)胞因子的基因表達(dá)水平[63]。西式高脂飼糧中添加0.4% β-谷甾醇，亦能通過(guò)抑制NF-κB活化減輕葡聚糖硫酸鈉飲水造成的小鼠結(jié)腸炎[64]。敲除β-谷甾醇逆向轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白基因ABCG5/G8的小鼠血漿谷甾醇水平顯著升高；而飼喂該ABCG5/G8基因敲除小鼠高脂飼糧后，小鼠血漿中促炎細(xì)胞因子水平以及肝臟和脂肪組織中促炎細(xì)胞因子的基因表達(dá)水平均顯著低于正常小鼠，這一研究結(jié)果從側(cè)面說(shuō)明了β-谷甾醇具有抑制肥胖相關(guān)炎癥的生物學(xué)功能[14]。在動(dòng)物模型試驗(yàn)中，Ding等[65]發(fā)現(xiàn)β-谷甾醇可緩解葡聚糖硫酸鈉誘導(dǎo)的小鼠結(jié)腸炎，β-谷甾醇提高了小鼠體重和改善了結(jié)腸形態(tài)結(jié)構(gòu)，并可劑量依賴性的降低結(jié)腸中促炎細(xì)胞因子的mRNA表達(dá)水平。馮思敏等[66]也報(bào)道，灌喂β-谷甾醇可治療葡聚糖硫酸鈉引起的小鼠結(jié)腸炎?？偟膩?lái)看，β-谷甾醇發(fā)揮抗炎作用的分子機(jī)制，主要是通過(guò)抑制TLR4/NF-κB、NLRP3、STAT和絲裂原活化蛋白激酶(mitogen-activated protein kinases，MAPK)等炎癥信號(hào)相關(guān)通路的活化而降低炎性細(xì)胞因子的分泌和表達(dá)水平。

2.6 類激素作用

β-谷甾醇屬于甾體類化合物，其化學(xué)結(jié)構(gòu)與類固醇相似，常作為前體合成類固醇激素，因而在動(dòng)物體內(nèi)亦表現(xiàn)出一定的類激素活性。在人乳腺癌細(xì)胞和海拉細(xì)胞上進(jìn)行的競(jìng)爭(zhēng)結(jié)合試驗(yàn)中，β-谷甾醇可結(jié)合雌激素受體α和β，且更易與雌激素受體β結(jié)合[67]。β-谷甾醇可與具有分泌促性腺激素釋放激素能力的神經(jīng)內(nèi)分泌細(xì)胞株的雌激素受體結(jié)合而抑制NF-κB的激活，發(fā)揮抑制TNF-α引起的促性腺激素釋放激素分泌量減少的作用[68]。2-羥丙基-β-環(huán)糊精負(fù)載的β-谷甾醇能緩解葡萄糖氧化酶誘導(dǎo)的小鼠海馬神經(jīng)元細(xì)胞氧化應(yīng)激和脂質(zhì)過(guò)氧化，此保護(hù)作用涉及雌激素受體介導(dǎo)的脂酰肌醇3-激酶(phosphatidylinositol 3-kinase，PI3K)/糖原合成酶激酶-3β(glycogen synthase kinase-3β，GSK-3β)細(xì)胞信號(hào)通路轉(zhuǎn)導(dǎo)[69]。從地中海柏木果實(shí)中提取分離的β-谷甾醇糖苷衍生物(β-谷甾醇-3-O-D-吡喃葡萄糖苷)亦具有雌激素活性，該衍生物可通過(guò)疏水作用和氫鍵配對(duì)作用與雌激素受體β結(jié)合，隨后激活PI3K/Akt信號(hào)通路，促進(jìn)葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白4易位，最終提高骨骼肌細(xì)胞利用葡萄糖的能力[70]。然而，具有類雌激素活性的β-谷甾醇也會(huì)對(duì)動(dòng)物內(nèi)分泌系統(tǒng)產(chǎn)生負(fù)面影響。近期研究發(fā)現(xiàn)，β-谷甾醇降低了虹鱒肝臟胰島素樣生長(zhǎng)因子的mRNA表達(dá)水平，且這一抑制作用呈濃度和劑量依賴性，同時(shí)β-谷甾醇對(duì)胰島素樣生長(zhǎng)因子分泌的抑制作用依賴于雌激素受體介導(dǎo)的ERK、STAT、Akt和雙面神激酶(Janus kinase，JAK)等生長(zhǎng)激素受體后信號(hào)通路[71]。

3 β-谷甾醇在動(dòng)物生產(chǎn)中的應(yīng)用現(xiàn)狀

2008年，原農(nóng)業(yè)部即已批準(zhǔn)植物甾醇(源于大豆油/菜籽油，有效成分為β-谷甾醇、菜油甾醇和豆甾醇)作為其他類飼料添加劑用于家禽和生長(zhǎng)育肥豬飼料中。目前，植物甾醇在豬、家禽(肉雞、蛋雞和肉鴨)、反芻動(dòng)物和水產(chǎn)動(dòng)物中的應(yīng)用較多。相關(guān)的研究表明，動(dòng)物飼料中添加植物甾醇可促進(jìn)生長(zhǎng)，提高消化功能，調(diào)節(jié)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)代謝，增強(qiáng)機(jī)體抗氧化能力和免疫性能，提高腸道健康水平，改善腸道微生物區(qū)系以及提高胴體品質(zhì)與肌肉品質(zhì)，并可作為抗生素替代品應(yīng)用于動(dòng)物飼料中[72-75]。相較現(xiàn)行飼料中應(yīng)用的植物甾醇產(chǎn)品而言，β-谷甾醇單體在畜禽和水產(chǎn)動(dòng)物中的應(yīng)用研究相對(duì)較少。

3.1 家禽

Cheng等[76]用添加40、60、80和100 mg/kg β-谷甾醇的試驗(yàn)飼糧飼喂愛(ài)撥益加肉雞，發(fā)現(xiàn)β-谷甾醇可一次線性提高1～42日齡肉雞飼料轉(zhuǎn)化效率，一次線性降低肉雞宰后胸肌亮度值、滴水損失和蒸煮損失以及提高肉雞宰后胸肌pH，一次線性提高胸肌超氧化物歧化酶活性和DDPH自由基清除能力以及一次線性降低胸肌丙二醛水平，且當(dāng)β-谷甾醇的添加水平為80 mg/kg時(shí)改善效果最佳。在后續(xù)的研究工作中，Cheng等[77]還發(fā)現(xiàn)，β-谷甾醇可降低肉雞血清總膽固醇水平，減少血清炎性細(xì)胞因子水平，提高血清免疫球蛋白水平，改善小腸黏膜形態(tài)結(jié)構(gòu)和氧化還原狀態(tài)以及下調(diào)空腸黏膜TLR4和上調(diào)空腸黏膜Nrf2的mRNA表達(dá)水平，β-谷甾醇對(duì)上述指標(biāo)的改善效果以添加水平為60 mg/kg時(shí)最明顯。β-谷甾醇對(duì)肉雞的生理作用是多方面的，涉及生長(zhǎng)、脂類代謝、免疫、抗氧化、小腸黏膜屏障功能和畜產(chǎn)品品質(zhì)，但其具體作用機(jī)制目前尚不清楚。在蛋雞飼糧中添加0.5%、1.0%和2.0%主要成分為β-谷甾醇的植物甾醇(β-谷甾醇含量為73%)，對(duì)生產(chǎn)性能、肝臟膽固醇水平以及機(jī)體膽固醇吸收率與生物合成均無(wú)顯著影響，但飼喂添加1.0%和2.0% β-谷甾醇的飼糧6周可顯著降低蛋黃中膽固醇水平[78]。

3.2 豬

從有限的研究報(bào)道來(lái)看，β-谷甾醇具有提高豬免疫機(jī)能和繁殖性能的作用。β-谷甾醇可促進(jìn)豬外周血單核細(xì)胞增殖和激活豬樹(shù)突狀細(xì)胞，并可有效提高豬繁殖與呼吸綜合征病毒疫苗接種生長(zhǎng)豬外周血單核細(xì)胞的增殖活性和增強(qiáng)生長(zhǎng)豬疫苗接種免疫反應(yīng)[79]。采用β-谷甾醇處理豬精子，可提高豬獲能精子率，減少豬未獲能精子率和改善豬精子的體外受精效果(提高成熟豬卵母細(xì)胞的卵裂率與囊胚率)[80]。

3.3 其他動(dòng)物

β-谷甾醇在反芻和水產(chǎn)動(dòng)物上的應(yīng)用也有相關(guān)報(bào)道。添加β-谷甾醇(0.25、0.50和1.00 g/kg)可緩解飼喂高谷物飼糧誘導(dǎo)的湖羊機(jī)體炎性反應(yīng)、降低血清炎性細(xì)胞因子和內(nèi)毒素水平，同時(shí)能調(diào)節(jié)湖羊瘤胃發(fā)酵狀態(tài)、降低瘤胃pH和短鏈脂肪酸生成水平以及改善瘤胃微生物區(qū)系組成，且β-谷甾醇的添加水平為0.50 g/kg時(shí)效果最佳[81]。飼料中添加不同水平(5和10 g/kg)的β-谷甾醇對(duì)歐洲海鱸的生長(zhǎng)性能均無(wú)顯著影響，低劑量(5 g/kg)的β-谷甾醇顯著降低了鱸魚(yú)血清總膽固醇水平，而高劑量(10 g/kg)的β-谷甾醇則會(huì)引起鱸魚(yú)腸道炎性損傷[82]。

4 小 結(jié)

目前，動(dòng)物生產(chǎn)中應(yīng)用的植物甾醇是從植物油精煉副產(chǎn)物中提取的植物甾醇混合物，取得了較好的應(yīng)用效果。然而，由于植物甾醇組成成分復(fù)雜、多變，且易受來(lái)源和提取工藝等的影響，導(dǎo)致應(yīng)用效果不穩(wěn)定，一定程度上影響了其在動(dòng)物生產(chǎn)中的廣泛應(yīng)用。β-谷甾醇是植物甾醇的關(guān)鍵活性成分，其在飼糧中的應(yīng)用研究處于起步階段。飼料中禁用抗生素后，如何保障動(dòng)物健康和生產(chǎn)水平是亟待解決的重要現(xiàn)實(shí)問(wèn)題，而β-谷甾醇的促生長(zhǎng)、抑菌、抗炎和免疫調(diào)節(jié)等生物學(xué)特性使其在無(wú)抗養(yǎng)殖中具有良好的應(yīng)用前景。關(guān)于β-谷甾醇的吸收、代謝、在不同品種動(dòng)物飼糧中的適宜添加水平、保障動(dòng)物健康和促進(jìn)動(dòng)物生長(zhǎng)的機(jī)制等尚處于探索階段，仍需進(jìn)行更為深入系統(tǒng)的研究，以期為β-谷甾醇在飼糧中的合理應(yīng)用提供理論基礎(chǔ)和科學(xué)依據(jù)。