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血根碱的生理功能及其在畜牧业中的应用进展

2016-04-05王玉诗张石蕊曾建国

饲料博览 2016年5期
关键词:生理功能应用

云 龙,林 谦,王玉诗,张石蕊,2,曾建国,贺 喜,2,*

(1.湖南农业大学动物科学技术学院动物营养研究所,长沙 410218;2.湖南畜禽安全生产协同创新中心,长沙 410218;3.湖南农业大学兽用中药资源与中兽药创制国家地方联合工程研究中心,长沙 410218)



血根碱的生理功能及其在畜牧业中的应用进展

云龙1,林谦1,王玉诗1,张石蕊1,2,曾建国3,贺喜1,2,3*

(1.湖南农业大学动物科学技术学院动物营养研究所,长沙410218;2.湖南畜禽安全生产协同创新中心,长沙410218;3.湖南农业大学兽用中药资源与中兽药创制国家地方联合工程研究中心,长沙410218)

摘要:文章综述了血根碱的生理功能,并对其在畜牧生产的应用现状进行分析,探讨其作为饲料添加剂的应用前景。

关键词:血根碱;生理功能;应用

由于抗生素的不合理使用,动物的抗药性及药物残留对食品安全及人类健康产生了巨大的威胁,并且国内外已开始严格控制其相关的种类和剂量。自2006年以来,欧盟对抗生素促生长剂的应用越来越严格,我国也开始逐步建立健全药用法律法规,禁止滥用抗生素。因此,开发纯天然、无污染、无残留、无耐药性的植物提取物具有广阔的市场前景。从植物中寻找新的抗菌、抗氧化、抗炎的有机化合物成分,不仅是替代抗生素的有效、快捷途径,也是对植物资源的合理开发与利用[1]。生物碱,又称植物碱,发现于19世纪初,是一类极具开发价值的天然含氮有机化合物,大多数存在于植物体中,个别存在于动物体内,是次级代谢产物之一。目前被发现的天然生物碱约10 000种,有一些结构式尚未确定。血根碱在1829年被首次发现,是一种苯菲啶型苄基异喹啉类生物碱,主要存在于博落回的全草、血水草的地上部分、白屈菜的全草、紫堇的块根,具有抗菌、抗炎、抗氧化、抗肿瘤、增强免疫力及杀虫等生物学作用,但长期应用高剂量的血根碱,会对机体肝脏造成一定的毒性损伤[2-3]。目前,血根碱的研究应用多在医学领域,而在畜牧养殖领域的研究应用才刚刚开始,本文就血根碱生理功能及其在畜牧生产中的应用研究现状作以综述,以期为血根碱更好地在畜牧业中的应用提供理论依据。

1 血根碱的生理作用

1.1 血根碱的理化性质

血根碱属异喹啉类生物碱,分子式[C20H14NO4]+,相对分子质量332.33,红棕色,呈粉末状,熔点为265~267℃,常温下稳定,溶于乙醇、丙酮、氯仿和醋酸乙酯等有机溶剂。血根碱的合成反应是在微线粒体内,在细胞色素P450关联的单氧合酶的作用下完成的。由其重要的中间产物原阿片碱在辅酶还原型烟酰胺腺嘌呤(NADPH)和O2分子的共同作用下羟基化生成二氢原阿片碱,脱水之后产生二氢血根碱,最终生成血根碱。

1.2 血根碱的生理作用

血根碱是芸香科、罂粟科及蓝堇科等这些科属的植物为抵抗外来物质或外来生物入侵伤害时而产生的保护性次级代谢产物之一,也有很少一部分是这些植物的自然产物。国内外许多研究表明,血根碱具有抗氧化、抗菌、抗肿瘤、抗炎、增强免疫力等多种生物学活性,主要针对其诱导细胞凋亡及抗肿瘤活性等方面的研究。

1.2.1 血根碱的抗菌作用

血根碱是一种新型的待开发的植物性生物碱,研究表明,血根碱是一种治疗大部分外来性细菌疾病有效的药物[4]。王高学等经过抑菌活性试验研究表明,血根碱对6株水产类型病原菌在不同程度上都有抑制作用,其中对噬水气单胞菌的抑制活性最高,最小杀菌浓度(MBC)和最小抑菌浓度(MIC)分别为25和12.5 μg·mL- 1;对杀鲑气单胞菌史氏亚种、哈维弧菌、鳗弧菌的活性表现最弱,其MBC 和MIC均分别为100和50 μg·mL-1[5]。孙文霞等研究表明,血根碱对白假丝酵母菌、大肠埃希氏菌和金黄色葡萄球菌抑制效果明显,对铜绿假单胞菌的抑制效果则十分明显[6]。

安彩贤等研究表明,葡萄球菌被血根碱抑制的最小浓度为1.95 μg·mL-1[7]。血根碱抗病毒、抗菌的机制可能是脱氧核糖核酸(DNA)合成剂逆转录酶的过程被抑制,最终影响到细胞膜的通透性。而血根碱被用于口腔炎症的治疗是因其具有较强的抗炎及抑制口腔细菌的效果,和博落回红碱二者5%浓度的混合物用于临床,对于治疗牙周炎十分有效[8]。赵东亮等研究发现,血根碱对杆菌和球菌、革兰氏阴性和阳性菌都有明显的抗菌活性,抗菌谱广,抗菌效力强,并且对于有些菌的活性显著强于小檗碱及青霉素等[9]。郁建平等研究表明,血根碱具有广谱的抑真菌作用,对木霉、毛霉、根霉、黄曲霉、米曲霉、黑曲霉、酵母的最低抑菌浓度均低于40 μg·mL-1[10]。因此,血根碱作为抗菌药物具有良好的开发前景。

1.2.2 血根碱的杀虫作用

目前已经报道血根碱对多种寄生虫均具有良好的杀灭作用。研究表明,血根碱浓度>0.6 μg·mL-1能彻底灭杀鱼类指环虫,且对金鱼指环虫具有一定的灭杀作用的浓度为0.4~0.6 μg·mL-1[11]。血根碱浓度为4 000 mg·L-1时,对3日龄菜青虫的幼虫有很强的触杀活性,触杀之后更正死亡率为57.14%,同时也表明血根碱有较强的抑制幼虫生长发育的作用,幼虫体经血根碱处理后重量明显减轻,并且化蛹后的蛹重也明显减轻[12]。还有研究报道,血根碱为博落回的主要生物碱,杀灭钩端螺旋体和抗疟原虫、锥虫、阿米巴原虫等作用是其总生物碱功能之一[13]。此外巩忠福等研究表明,博落回甲醇提取物对螨虫具有很强的的灭杀效果,在体外2 h内可以灭杀螨虫[14]。目前对于血根碱杀虫的相关报道有很多,但关于血根碱杀虫机理的研究报道不多,有待进一步研究。

1.2.3 血根碱的抗肿瘤作用

血根碱作为植物类生物碱,生物学功能多种多样,许多文献对血根碱的抗肿瘤功效进行了报道。Malíková等对人体前列腺癌细胞用血根碱和白屈菜红碱处理,通过溴脱氧尿苷掺入法和MTT法测试来评估活力,结果表明,测定24 h后血根碱和白屈菜红碱处理后的细胞发现癌细胞的活力降低,并且在血根碱和白屈菜红碱诱导前列腺癌细胞基础之上,通过免疫应激反应发现前列腺癌细胞的p21WAF1/CIP1和p27Kip1周期蛋白激酶抑制剂[15]。Ahmad等研究表明,血根碱通过诱导鳞状细胞癌的凋亡从而影响细胞生长,相应癌细胞对血根碱的敏感性比正常细胞效果明显[16]。血根碱可通过改变Bcl-2/ Bax和激活半胱天冬酶来诱导口腔鳞状细胞(鳞癌)和HT-29人结肠癌细胞发生凋亡反应[17-18]。

在人类的许多癌细胞中天然地存在四链DNA螺旋结构,即G-四链(G4)结构,G4结构的形成是由端粒DNA的单链突出部分构成,G4的形成可以避免端粒的端融合、丢失、重排和降解而引起细胞衰老和基因不稳定,并能够防止抑癌基因的缺失、癌基因的过表达以及其他基因的异常表达从而导致癌症的发生。血根碱通过诱导单链热体端粒DNA从而形成G4结构,来抑制端粒酶活性从而使肿瘤细胞的增殖得到抑制,这可能是博落回抗肿瘤作用的分子作用机制之一[19]。血根碱诱导G-四链结构,可为药物与四链DNA结构的相互作用提供新的观点[20]。

1.2.4 血根碱的抗炎及抗氧化功能

具有多种生物活性的血根碱,活性之中包括通过影响多种酶活性来对NF-κb通路中的关键因子活性进行调节作用,最终抑制炎症的发生。结肠粘膜髓中环氧合酶-2(COX-2)和髓过氧化物酶(MPO)的活性与葡聚糖硫酸钠盐(DSS)诱导严重的急性结肠炎密切相关,而血根碱在非特异性还原酶的作用下或被吸收转化为二氢血根碱,从而降低MPO活性和COX-2蛋白水平、减少直肠粘膜损伤[21]。Li等研究表明,通过脂多糖(LPS)诱导产生的肿瘤坏死因子-α水平、血清中一氧化氮及白细胞介素-6水平的产生,表明血根碱固体纳米粒具有明显的抗炎作用[22]。

血根碱具有抗肿瘤、抗菌消炎及抑制多种病原菌等多种生理作用,而对其抗氧化活性的研究未见系统的报道。Zhong等研究表明,随着产地的变化的8种博落回属的生物碱的抗氧化活性各不相同,但是没有对血根碱的抗氧化活性进行分析[23]。姚雯试验研究表明,血根碱可呈浓度依赖性有效清除DPPH自由基,其被测量的颉颃剂的半抑制浓度(IC50)值为47.09 μmol·L-1,即15.65 mg·L-1;1~100 μmol·L-1血根碱可保护Cu2+/H2O2和偶氮二异丁脒盐酸盐(AAPH)体系诱导的牛血清白蛋白(BSA)羰基化损伤及氧化损伤;血根碱也可显著抑制AAPH诱导的DNA氧化损伤及FeSO4诱导的脂质过氧化(P<0.05),当血根碱的浓度为100 μmol·L-1时,对DNA氧化损伤及脂质过氧化的抑制率分别为62.73%和84.92%[24]。

1.2.5 血根碱对心血管的调节作用

研究发现,血根碱可抑制肾上腺素能受体的特异结合位点与特异性地配体的结合,其IC50为 6.4 μM(a2)和33.6 μM(a1)[25]。体内实验研究表明,血根碱可以通过降低醛固酮水平,增加尿液和钠的排泄,同时进一步降低AT1受体(血管紧张素一个亚型)与肾素的结合,进而达到降低血压的目的。Hu等在生理学的角度描述了血根碱可以通过促进骨骼肌细胞内钙离子的释放的方法来达到诱导骨骼肌收缩的目的[26]。试验研究表明,在微克水平上,血根碱可依赖性的抑制血管收缩剂(肾上腺素)所致的血管收缩,通过抑制三磷酸肌醇的形成及钙离子通道来发挥其生理功能[27]。Hu等在老鼠心脏中分离得到肌条的基础上以肌条为试验对象,对肌条进行血根碱的试验,试验结果表明,血根碱可在浓度上依赖性地诱导心肌收缩,主要作用机制是通过诱导细胞外钙离子的内流来发挥其作用[28]。

1.2.6 改善肝功能与增强免疫

对于药物所致的急性肝损伤,博落回提取物(MCE)具有一定的保护作用,可在一定程度上使肝脏纤维化进程被有效抑制。曾建国等建立了小鼠吸血虫肝纤维化模型,结果表明,MCE预防组小鼠羟脯氨酸(Hyp)及肝组织Ⅰ型胶原(CoⅠ)表达明显被降低;高剂量治疗组小鼠天冬氨酸转氨酶AST、CoⅠ、透明质酸(HA)、Ⅲ型前胶原(PCⅢ)、层黏连蛋白(LN)含量及丙氨酸转氨酶(ALT)表达水平与肝指数显著降低,中剂量治疗组中HA、PCⅢ、ALT、AST含量明显得到降低。结果表明,在MCE治疗给药基础上能明显改善模型小鼠肝脏的病变,对试验性肝纤维化起到一定的治疗作用,可保护肝细胞膜、抗脂质过氧化作用及减轻肝脏炎症[29]。博落回免疫增强作用比较明显。对B淋巴细胞及T淋巴细胞能够起到一定的刺激作用。对于多种药物所致的急性肝脏损伤,博落回对肝脏功能具有良好的改善作用,可通过使血清乳酸脱氢酶(LDH)水平降低,来使动物死亡率降低,升高血清白蛋白/球蛋白(A/G),有效保护肝细胞膜,从而达到抑制肝脏纤维化的目的[30]。

2 血根碱在畜牧生产中的应用

1999年经农业部批准血根碱可作为调味剂,添加于动物饲料中,广泛应用于养殖动物,但可能由于血根碱具有显著药理作用的原因,农业部于2008在1126号公告中将血根碱从饲料添加剂目录中剔除,2011年第1597号公告重新将其纳入目录中,由湖南农业大学兽用中药资源与中兽药创制国家地方联合工程研究中心研究团队将其开发为首个国家二类中兽药。而血根碱作为饲料添加剂应用于饲料添加剂中,主要是起到促生长、抗应激与提高免疫力的作用,其作用机制可能与血根碱的清除自由基和抗氧化的功能有关。

2.1 促进生长

有关血根碱促进动物生长的研究在国内外都较少,但现有研究报道表明,血根碱对动物生长性能有较好的促进作用。饶华等研究结果表明,与空白、对照组相比,血根碱组仔猪的平均日增重和平均日采食量分别提高1.93%(P<0.05)、18.53% (P<0.05),饲料报酬下降了3.18%(P<0.05)[31]。苏红等用血根碱添加剂制剂(含血根碱1.5%,白屈菜红碱0.75%)作为饲料添加剂进行肉鸡的饲养试验,0~21日龄,日粮中添加血根碱添加剂50 mg·kg-1,21~42日龄,添加25 mg·kg-1,结果提高了采食量和日增重,改善肉鸡的消化性能,使其出栏重平均提高60 g,饲料报酬降低0.03[32]。贺喜等研究表明,在低蛋白质饲粮基础上,不补充色氨酸添加血根碱后会相对提高门静脉血浆流率,增加门静脉必须氨基酸和总氨基酸净吸收率,但不影响门静脉血浆尿素氮净吸收率[33]。Kantas等试验表明,日粮中添加血根碱添加剂制剂50 mg·kg-1有利于改善断奶仔猪的生长,可提高平均日增重及降低饲料报酬,并可以降低血清中血清结合珠蛋白与血清淀粉样蛋白,从而刺激抗炎活性,提高经济效益[34]。

2.2 抗应激与提高免疫力

血根碱能有效缓解断奶应激,并显著提高断奶仔猪的生长性能。欧阳龙等研究表明,具有抗炎作用的博落回散,其能通过改善肠道环境,进而促进仔猪生长发育,提高仔猪、母猪的生产性能[35]。何夏阳研究表明,断奶仔猪日粮中添加血根碱0.5 mg·kg-1促生长效果与添加金霉素60 mg·kg-1相当,并在一定程度上显著提高血清中葡萄糖、免疫球蛋白M、血清总蛋白、免疫球蛋白G水平(P< 0.05),显著提高粗蛋白表观消化率(P<0.05),干物质和能量表观消化率有所提高,但不显著(P>0.05)[36]。

2.3 改善机体生理功能

刘靖试验表明,肉鸡饲粮中添加博落回生物碱对改善黄鸡肠道结构和增强其消化吸收功能有显著的促进作用,最终提高其生产性能[37]。Lee等试验结果表明,在肉鸡日粮中补充血根碱20或50 ppm可以提高肉鸡生长性能,改变多种生理和生物参数,如血清胆固醇水平、相对器官重量、肉品质和肠道菌群[38]。Juskiewicz等试验研究表明,添加血根碱添加剂制剂15 mg·kg-1并没有改善肉鸡体增重和其饲料利用率,但添加之后有效的改善盲肠有益菌群的活性,增强短链脂肪酸浓度,减少了有害酶的活性与其他有害菌的糖酵解,并降低了消化物在肠道内的pH[39]。同时,Pellikaan等试验表明,饲喂血根碱的断奶仔猪,其挥发性脂肪酸在盲肠及近端结直肠的浓度远大于在远端结直肠、回肠及空肠中段(P<0.05),断奶当天仔猪盲肠、回肠和近端结直肠的挥发性脂肪酸和NH3的浓度高于断奶第1天和断奶第2天,随着断奶日龄的增加,发酵产物的量减少,但整体比例没有改变[40]。

在动物饲料中添加植物性添加剂血根碱,在促进动物生长、改善肉体品质以及提高动物免疫力等方面都起到了良好的作用。但目前其作用机理还不够明确,需要进一步对其机理机制进行相关的基础研究。

3 结 论

血根碱的单体自罂粟科植物中提取出来之后,国内外许多研究人员对血根碱的药效和毒性作用进行了全面深入的研究,并取得了较大的成果,特别是在提高免疫力、抗肿瘤、抗炎及对人类的细菌性疾病的治疗等方面。但是关于血根碱在动物饲料中的应用报道较少,而血根碱的野生资源十分丰富,易于栽培且在我国分布广泛。因此,深入探讨血根碱对动物机体生长性能的影响,对于其提高动物生产性能和改善产品品质方面具有重要的理论和实践意义。

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Physiological Function of Sanguinarine and Application in Animal Husbandry

YUN Long1, LIN Qian1, WANG Yushi1, ZHANG Shirui1,2, ZENG Jianguo3, HE Xi1,2,3*
(1.College of Animal Science and Technology, Hunan Agricultural University, Changsha 410128, China; 2.Hunan Collaborative Innovation Center of Animal Production Safety, Changsha 410128, China; 3.National & Local Joint Engineering Research Center of Veterinary Medicine Resource and Veterinary Drugs Creation, Hunan Agricultural University, Changsha 410128, China)

Abstract:This paper reviewed primary physiological functions of sanguinarine, as well as influences of san⁃guinarine as feed additives on animal immunity and production performance.

Key words:sanguinarine; physiological function; application

中图分类号:S816.7;S814

文献标志码:A

文章编号:1001-0084(2016)05-0031-05

收稿日期:2016-03-08

基金项目:公益性行业(农业)科研专项项目(201403047)

作者简介:云龙(1988-),男,新疆巴州人,硕士研究生,研究方向为单胃动物营养。

*通讯作者:E-mail: hexi111@126.com。

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