α-茄碱的生理功能及其在畜禽生产中的应用前景

2018-09-29谭继君伍小松

中国饲料 2018年17期

谭继君，伍小松

（湖南农业大学动物科学技术学院，湖南长沙 410128）

糖苷生物碱是一种植物次级代谢产物，主要分布于茄科和百合科植物中，是具有特殊甾体结构的一类生物碱，因此也称甾体糖苷生物碱。在植物中，糖苷生物碱能够防御微生物、昆虫等天敌侵袭，起到自我保护的作用，因其能结合昆虫生物膜，与膜上的甾醇类成分连接导致生物膜形成膜孔，或将甾醇结合物从膜上拉出形成其他复合物，改变生物膜结构，引起膜破裂（Bokov等，2004)。α-茄碱是马铃薯糖苷生物碱的主要成分，在成熟、新鲜的马铃薯块茎中含量较低，但在新生的芽、花、茎、叶以及在储存不当而发青、发芽、发霉马铃薯块茎中含量较高。近年来，α-茄碱的药理学作用引起很多研究者的关注，特别是α-茄碱的抗肿瘤作用，让其有望成为新型抗癌药物的合成原料。我国作为世界上最大的马铃薯种植国，马铃薯种植面积约占全世界的1/4，其地上茎部分因含有较高的龙葵素及水分等因素，通常被用于沤肥、焚烧或直接被丢弃。但马铃薯地上茎同时也具有较高的营养价值，尤其是粗蛋白质含量较高，具体见表1。

此外，马铃薯地上茎还含有茄碱、茄尼醇、精油等有效成分，这些有效成分具有多种生理功能，可应用于不同领域，具体见表2。

表1 马铃薯茎叶营养价值（DM基础）

表2 马铃薯地上茎有效成分及其用途

虽然马铃薯地上茎具有较高的营养价值并含有多种功能性成分，但调查研究表明，我国在块茎收获的同时伴随着相当量地上茎的浪费。统计局数据显示，2014年全国马铃薯产量为1910.30万t，相应产生的马铃薯地上茎叶达637.10万t，如果有效利用50%，就可收集相当量的α-茄碱，同时可减少马铃薯地上茎废弃物对环境的污染，具有可观的经济和生态效益。由此可见，我国马铃薯地上茎资源存在非常大的回收利用潜力价值。

1 α-茄碱的理化性质和生理功能

1.1 理化性质茄碱由葡萄糖残基和糖苷配基（茄啶)组成，主要包含 6 种生物碱：α-茄碱、β-茄碱、γ-茄碱以及 α-卡茄碱、β-卡茄碱和 γ-卡茄碱，其中α-卡茄碱和α-茄碱最为常见，占茄碱总量的95%以上。α-茄碱由一分子D-半乳糖，一分子D-葡萄糖和一分子L-鼠李糖构成，α-卡茄碱则由一分子D-葡萄糖和两分子L-鼠李糖构成。α-茄碱和α-卡茄碱引起中毒的主要致病机理是其能抑制胆碱酯酶的活性，使乙酰胆碱分解受阻从而引起过度累积，引发一系列中毒反应，而当α-卡茄碱和α-茄碱发生水解时，会逐个脱除糖分子，毒性也随之降低。因此，采取一定的处理方法使α-卡茄碱和α-茄碱能从糖苷配基裂解或脱去糖分子，就能降低α-卡茄碱和α-茄碱的毒性，发挥其良好的生理作用。

1.2 生理功能近年来，α-茄碱的生理功能受到研究者的持续关注，其在抗炎、抗菌、抗癌等方面的报道越来越多，具体见表3。

表3 α-茄碱的生理功能

1.2.1 抗炎生理功能炎症是机体对外界刺激的免疫应答，在抵御病原微生物和病毒感染等方面发挥着重要作用，然而持续性的炎症反应可引发多种炎性和代谢性疾病，如支气管炎、肠炎、类风湿性关节炎以及内脏代谢疾病等（Shin等，2016)。因此，控制过度和持续性炎症对保护动物机体免受应激和损伤、改善动物健康水平、促进动物生长等有着至关重要的作用。茄碱又名龙葵素，而龙葵是我国传统的中草药，具有抗炎消肿的功效（Adamski等，2014)，已有动物试验表明龙葵提取物有抗炎作用（Morrissey和 Osbourn，1999)。 Kang等（2011)发现，龙葵提取物能通过抑制p38、JNK和ERK1/2通路抑制小鼠腹腔巨噬细胞NO和TNF-a的产生，从而缓解脂多糖诱导的炎症。Kenny等（2013)指出，马铃薯糖苷生物碱的抗炎生理功能是由糖苷配基（茄啶）决定的，但其分子机制目前尚不明确。最近研究表明，α-茄碱能提高LPS和多病原微生物诱导的脓毒症小鼠的存活率，其潜在机制可能与α-茄碱能负调节NF-κB信号通路并降低促炎细胞因子的产生有关（Shin等，2016）。该研究还指出，α-茄碱的抗炎机制不同于α-卡茄碱，α-卡茄碱主要是抑制AP-1的信号通路，造成这种差异的原因在于二者的葡萄糖残基不同（Shin 等，2016）。

1.2.2 抗菌生理功能生物碱具有很好的抗菌活性，α-茄碱和α-卡茄碱对多种病菌具有抗菌活性（赵骥民，2006；Fewell和 Roddick，1997）。 Kumar等（2009）研究发现，从茄科茄属植物欧白英未成熟的果实、花和根中提取的茄碱、澳洲茄次碱、β-苦茄碱对产气肠杆菌、大肠杆菌、金黄色酿脓葡萄球菌具有抑制作用，且其抗菌活性比链霉素还高。孙培珍（2014）通过平板涂布法发现α-茄碱对灰葡萄孢菌具有显著抑制作用，其最小抑菌浓度为12.5μmol/L，最小杀菌浓度为18.75μmol/L，且浓度为18.75μmol/L时，抑菌率达到93.24%；体外试验中，以浓度为50μmol/L，pH为7时α-茄碱对灰葡萄孢菌抑制效果最好，80℃以上的热处理会降低抑制效果（α-茄碱发生水解），而金属盐在一定浓度范围内能加强抑制效果。张玮琴（2015)研究发现，茄碱和卡茄碱对白菜白斑菌和葱紫斑菌均有抑制作用，且两种生物碱具有协同抑菌效果，二者的混合物对病原菌的抑制率大约是各自单独抑制率之和。

α-茄碱的抑菌机制目前尚不明确，已有研究表明其对菌体胞膜的破坏作用是主要的潜在作用机制。孙培珍（2014)通过对外渗率进行测定发现α-茄碱能显著影响灰葡萄孢菌丝细胞的外渗率，进而影响细胞膜的完整性和通透性。Blankemeyer等（1992)研究表明，糖苷生物碱（α-茄碱，α-卡茄碱）能引起磷脂细胞膜电位变化，改变细胞膜的离子通道和离子活性，破坏细胞膜的完整性。Sanchez-Maldonado等（2016）探讨了马铃薯的次级代谢物α-茄碱、α-卡茄碱、茄啶和咖啡酸对真菌细胞膜流动性的影响，结果发现四种代谢物均能降低真菌膜极化值，且咖啡酸与α-卡茄碱共同存在时，能显著降低黑曲霉和禾谷镰刀菌这两种耐性最强的菌株的膜极化值。Sanchez-Maldonado等（2016)指出，真菌的这种抗性与其分类地位和甾醇在膜上的形态有关。

1.2.3 抗癌生理功能 α-茄碱的抗癌生理功能近年来持续得到关注，报道指出其对胰腺癌、肺癌、前列腺癌、胃肠癌、乳腺癌等多种癌症具有抑制作用（李兰香等，2016），这与α-茄碱能诱导癌细胞中活性氧自由基（ROS）的生成进而诱导其凋亡有关。Meng等（2016）研究表明，α-茄碱能诱导人体肝细胞癌HepG2细胞中ROS的产生，并显著增加癌细胞凋亡率（P＜0.0001）。Meng等（2016）进一步探讨了相关分子机制，发现α-茄碱能提高HepG2细胞中ASK1和TBP-2蛋白的表达，进而激活下游信号激酶如JNK和p38，同时α-茄碱还能抑制HepG2细胞促增殖蛋白HDAC1，最终导致HepG2细胞发生凋亡。Nie等（2017）研究发现，α-茄碱能降低肺动脉的血管重塑和血管再生，对治疗肺动脉高压症有积极作用，α-茄碱能增加轴抑制蛋白2（AXN2）的分泌，降低β-连环蛋白的活性，正调节骨骼形态学蛋白受体2型信号因子，降低Ca2+含量，负调节IL-6和 IL-8，抑制肺动脉平滑肌细胞的增殖扩散和抗凋亡能力，抑制Akt信号通路来抑制肺动脉内皮细胞的增殖扩散和管腔形成。Cheng等（2017)指出α-茄碱能提高半胱天冬酶-3的活性，从而加速肺动脉平滑肌细胞的凋亡，抑制骨骼形态学蛋白受体2型信号因子的表达，抑制白介素-6和白介素-8的产生，从而抑制肺动脉平滑肌细胞的增殖扩散，正调节轴抑制蛋白2（AXN2），负调节β-连环蛋白，共同抑制肺动脉平滑肌细胞的增殖扩散，减少管腔形成和伤口愈合，进而减少肺血管生成，减少肺动脉重塑，使肺血管耐受力降低，血压降低。

此外，α-茄碱还能增强癌细胞对放射线等诱导因素的敏感性，从而在诱导癌细胞凋亡中发挥协同作用。Wang等（2016)研究发现，α-茄碱能增强食管癌细胞的放射敏感性，提高食管癌患者放射性治疗的效果，其潜在机制可能与α-茄碱能削弱癌细胞的DNA修复能力有关。因此，α-茄碱还有望成为一种治疗癌症的放射增敏剂。

2 α-茄碱在畜禽生产中的潜在应用价值

α-茄碱这一糖苷生物碱多以有毒物质在各种报道中被人所了解，但随着科学研究的深入，其有效的生理价值不断被挖掘，有望成为一种新型的代替饲用抗生素饲料添加剂。龙葵等中草药有优良的抗菌特性，能增强动物体自身免疫力，对环境无污染等优点，在人类保健和动物生产上都有很好的应用，而α-茄碱作为龙葵中的有效成分，不仅在人类抗肿瘤研究上有很大突破，其在抗菌，抗虫方面也有良好的生理功效。α-茄碱在畜禽养殖生产上的应用缺少实例，其主要问题在于α-茄碱对单胃动物机体的毒副作用以及在反刍动物瘤胃中的具体发酵机制尚不明确，但在我国不少散养农户都有用马铃薯地上茎叶饲喂家猪的习惯，并无中毒死畜现象发生，这可能与马铃薯地上茎叶的收割时间和饲喂量有关，可见，马铃薯地上茎叶适时割喂是可以用于畜禽养殖的。Parfitt等（1982）通过消化试验对比了青贮的赤褐色伯班克马铃薯藤（先用螺旋压机将马铃薯中的水分从90%降至50%，再青贮）和青贮的苜蓿饲料对山羊的影响。结果发现山羊在饲用了马铃薯藤后并无不良反应，由此可见青贮过程或动物瘤胃内酸性环境可降低糖苷生物碱的毒性，说明α-卡茄碱和α-茄碱在酸性发酵过程中可被降解或去糖基化，让反刍动物在饲用了马铃薯藤后不发生中毒反应。