刺五加的生理功能及在水产动物养殖中的应用综述

李鸣霄 强俊 陶易凡 包景文 朱昊俊 徐跑

摘要：随着中草药刺五加应用范围的不断推广，其药物疗效愈加受到肯定，刺五加的活性成分、药理作用及制剂应用成为当前研究的热点之一。本文对刺五加主要化学成分、刺五加药理作用和成分活性的研究进展进行梳理，同时阐述了刺五加作为饲料添加剂在水产动物养殖中的应用效果，旨在为刺五加资源的深入开发和利用提供重要参考，也为刺五加在水产养殖业中的发展提供科学指导。

关键词：刺五加;制备工艺;化学成分;药理作用;水产动物

中图分类号：R285.5   文献标志码： A  文章编号：1002-1302（2020）24-0025-06

药用刺五加为五加科植物刺五加（Acanthopanax senticosus Harms）干燥的根或茎，于春秋二季采收后洗净、干燥，其味辛、微苦，性温，归脾、肾、心经[1]。目前，刺五加在我国的东北、华北与朝鲜和日本的北方地区、俄罗斯等地广泛分布。刺五加作为药物应用的历史已十分悠久，在历代本草著作中均有记载。刺五加被认为是“本经上品”药材，“五叶者良”，有“补中、益精、坚筋骨、强意志”“久服轻身耐老”之功效[2]。近年来，对刺五加的活性成分、药理作用及制剂应用方面的研究较广泛，刺五加制剂在心脑血管系统[3]、神经系统[4]、免疫功能调节[5-6]等领域都有所应用。刺五加来源广泛、毒副作用小，且复杂多样的活性成分和积极的药理作用[7-8]，使得以刺五加为原料制成的中药制剂成为动物饲料添加剂研究的热点之一。然而目前在刺五加药效成分基础及作用机制等方面的研究还不够全面，因此本文对刺五加的化学成分结构、药物活性及其作用机制进行综述，以期为中药材刺五加的合理开发利用提供参考和依据。

1 刺五加的制备工艺

1.1 早期制备工艺

早期的中草药提取方法及装置都较为简单，即基于温度等条件，利用有效活性成分与溶剂相似相溶的原理进行提取。在提取过程中应根据需要提取的成分选择合适的提取溶剂，如水、酸、碱或有机试剂等。当以水作为溶剂时，在适宜的条件下，以其强渗透性、强极性的特点来达到提取大部分化学成分的目的;当以酸碱作为提取溶剂时，破坏植物的细胞壁，将大分子物质转变为小分子物质进行提取;有机试剂包括甲醇、乙醇等，可以利用其低沸点、强穿透性和对不同物质的溶解能力不同等特点实现对目标成分的提取[9]。刘提提等将粉碎处理后的刺五加于10倍量水中浸泡2 h后煎煮3次，然后加10倍量水煎煮2 h，再然后加5倍量水煎煮 1 h，最后加5倍量水煎煮0.5 h，合并滤液并浓缩制得刺五加水提物[10]。

1.2 刺五加超微粉碎

中药超微粉碎技术是通过破碎植物药材的细胞壁，利用流体力学和机械途径将较大的中药颗粒粉碎成10～15 μm小颗粒的过程[11]。相比于传统的粗粉碎工艺，由于是微细化的药物颗粒，其表面积和孔隙率的增加，使得超微粉体具有许多独特的物理、化学特性。张红刚等对比了黄芪、荷叶等7种中草药的超微粉剂和普通粉剂中有效成分的含量，发现经过超微粉碎工艺处理的药材，有效成分含量明显提高[12]。粒径小、分布均匀、有效成分溶出速度和溶出率高等特点使得中草药超微粉工艺的应用更为广泛，从而为中药生产应用带来新的活力[13]。

1.3 刺五加超声提取

超声提取法是指利用频率超过20 kHz超声波的空化、机械、热效应等综合效应，使物质分子的运动速度和频率增加，从而击破植物药材的细胞壁，提高细胞内容物的穿透力和传输能力，以达到提高中药成分浸出率的目的[14]。王彦博等将粉碎的刺五加用石油醚脱脂后，以70%乙醇为溶剂进行超声提取、过滤，再将滤液于5 000 r/min离心15 min，取上层清液进行试验，确定最佳工艺条件如下：超声时间为40 min、超声功率为600 W、提取温度为 60 ℃、料液比为1 g ∶ 35 mL[15]。相比于传统的煎煮工艺，超声波能产生强烈振动、空化效应等，加快了药材中有效成分的溶出，能够在更短的提取时间内提高产量、减少溶剂用量[16]。

2 刺五加中主要化学成分

2.1 刺五加中木脂素类化合物

木脂素类化合物在植物体内分布广泛，它是一种小分子量次生代谢产物，主要由对羟基苯乙烯单体氧化耦合而成[17]。從刺五加不同部位中分离得到的木脂素种类存在一定差异[18]。2004年，Ryu等通过反复柱层析的方法，从刺五加茎中分离出了丁香树脂粉、芝麻脂素、刺五加苷E等3种木脂素类化合物[19]。闫兆威等通过波谱分析和理化性质鉴定结构，从刺五加果肉水提物中发现了10种化合物，包括紫丁香树脂酚和左旋芝麻脂素等木质素类化合物[20]。张涛从刺五加中分离鉴定出了桧松脂、芝麻脂素、丁香脂素、落叶松脂醇等木脂素类化合物[21]。

2.2 刺五加中黄酮类化合物

黄酮类化合物也称黄酮体，主要分布于植物的花叶、果实及根茎等部位[22]。在自然界中，黄酮类化合物有游离状态和通过与糖类物质结合转变而成的苷类状态2种形式，主要是以苷类状态存在于植物体内[23-24]。有学者发现，刺五加中存在多种黄酮类化合物。Hu等从刺五加根中分离出了2种新的天然产物及11种其他已知的黄酮类化合物，并根据光谱和化学证据阐明了它们的结构[22]。

2.3 刺五加中多糖类化合物

单糖分子之间通过脱水再以苷键结合而成的高分子化合物称为多糖，其广泛分布于动植物及微生物体内，是维持生命功能所必需的物质[25-26]。刺五加多糖具有较强的免疫活性，可分为水溶性多糖和碱溶性多糖。佟丽等从刺五加的根及根皮中分离出了2种水溶性多糖和2种碱溶性多糖[27]。孟繁磊等利用超声波辅助提取技术，将刺五加多糖的得率提高到近10%[28]。

2.4 刺五加中其他化学成分

随着刺五加活性成分研究的不断深入，在刺五加中还发现了氨基酸、三萜及苷类化合物和微量元素等[29]。李筱玲等通过测定刺五加叶片中氨基酸、无机元素等的含量，发现了16种氨基酸和十多种微量元素[30]。李少旦等采用主成分分析法研究发现，刺五加中的Fe、Zn、Sr、Mn、Na、Ca和Mg等微量元素含量与刺五加质量的好坏有着密切联系[31]。张杰从刺五加种子中分离得到了4种五环三萜类化合物[32]。

3 刺五加的药理作用

刺五加含有的多种微量元素、氨基酸等营养物质及活性成分，可以主动地调节动物机体的免疫功能，用于治疗和预防各种疾病[33-34]。研究发现，刺五加在增强免疫力、抵御病菌入侵、提高抗氧化能力[35-36]、改善肠道微生物菌群[37]和治疗炎症[38]等方面有着积极的作用。

3.1 对生长方面的影响

中草药兼具营养性和药用性，可以促进机体内蛋白质的合成，有利于营养物质的消化吸收，从而加速动物的生长发育，改善产品质量[39]。刺五加中的多种天然营养成分和生物活性物质可以促进肠道的消化吸收功能。燕富永研究发现，刺五加提取物能够显著提高断奶仔猪的生长性能，同时刺五加水提物可以改善仔猪因为消化系统发育不完善而造成的营养物质消化吸收能力差等情况[39]。韩杰用刺五加多糖饲喂断奶仔猪，发现当饲料中添加 800 mg/kg 刺五加多糖时，仔猪的生长和饲料利用情况最佳[40]。Fang等通过断奶仔猪腹泻频率来研究刺五加提取物作为膳食添加剂对仔猪肠道健康的影响，发现刺五加提取物能够改善仔猪肠道的微生物菌群组成，并使仔猪肠道黏膜保持正常形态，从而减少断奶应激引起的仔猪腹泻[37]。

3.2 对免疫器官的影响

刺五加对免疫性肝损伤、乙醇性肝损伤和急性肝损伤均能起到有效的保护作用。Hong等研究发现，刺五加提取物能够减少肝脏中活性氧和其他氧化物質的含量，能够增强2型糖尿病小鼠肝脏中的抗氧化防御系统[41]。Park等研究发现，刺五加茎皮质醇提取物能够减少小鼠肝脏脂质的合成，降低胰岛素浓度，从而抵抗肝脂肪病变[42]。免疫器官的质量变化可以反映机体免疫状况的变化，同时淋巴细胞的数量也可以由免疫器官的质量变化间接得到反映[43]。马得莹等选用刺五加、黄芪和山楂等11种中药草研究对蛋雏鸡免疫机能的影响，结果发现，刺五加可以显著增加雏鸡法氏囊的相对质量，提高其免疫功能[44]。黄秀兰等发现，刺五加对小鼠脾脏和肠系膜淋巴结质量的增加、及脾脏白髓总体积和淋巴结皮质总体积的增大有显著的作用[45]。

3.3 免疫调节和抗氧化作用

刺五加多糖具有显著增强免疫功能和抗氧化活性的作用。血液成分受机体内新陈代谢、营养情况和免疫功能的影响，红细胞、白细胞、血红蛋白和红细胞积压等指标可用于评估动物体的营养状况、健康水平和应激反应，是一种有效的生理、病理和毒理学指标[46]。在细胞免疫反应中，红细胞与白细胞起着重要作用，白细胞中的粒细胞、单核细胞和淋巴细胞都与鱼体非特异免疫机能密切相关。王晓光分析刺五加药理作用和临床应用时发现，刺五加能在一定程度上预防和治疗白细胞减少症[47]。Smalinskiene等以镉蓄积模型小鼠为试验对象进行研究，发现高剂量的刺五加提取物能够有效降低小鼠脾脏中镉的水平，同时还能提高脾脏中巨噬细胞、B淋巴细胞和T淋巴细胞的数量，降低慢性金属中毒的风险[48]。

刺五加能够通过提高抗氧化酶活性来增强机体的抗氧化能力。超氧化物歧化酶、过氧化氢酶是抗氧化系统中的关键酶，它们可以减轻O-2·对细胞的氧化损伤[49]。研究发现，刺五加在体外对淋巴细胞增殖的免疫调节活性更高，还有显著的还原能力，被认为是一种新型且潜在的天然抗氧化剂和免疫刺激剂[36]。Lee等研究发现，刺五加苷E和紫丁香苷可以提高超氧化物歧化酶、谷胱甘肽还原酶的活性，起到消灭自由基、减少细胞氧化损伤的作用，同时可以降低谷草转氨酶、谷丙转氨酶活性，保护肝脏[50]。Kim等运用微基因芯片技术对刺五加总提取物进行测试，结果显示，刺五加能够缓解大鼠对热环境的氧化应激反应[51]。刺五加的抗氧化作用使其能够成为一种很好的天然抗氧化食品添加剂，拓宽了刺五加的开发利用范围。

3.4 抗疲劳作用

刺五加能起到很强的抗疲劳作用。Huang等研究发现，刺五加苷可以延长小鼠的游泳时间，增强小鼠的记忆及活动能力[52]。Zhang等在对刺五加茎皮提取物抗疲劳活性的研究中也得出了相似的结论，即刺五加茎皮提取物能够延长小鼠的游泳时间、提高组织糖原含量、降低血乳酸和血清尿素氮含量、提高运动耐力[53]。戎立保研究发现，刺五加水提物可以增加小鼠在常压缺氧条件下的存活时间和负重游泳时间，中、高剂量组对降低小鼠血乳酸水平具有显著作用[54]。利用刺五加抗疲劳的作用机制可为抗疲劳保健食品的研发提供理论依据。

3.5 抗肿瘤作用

刺五加的苷类、多糖成分可以通过增强机体的免疫功能间接达到抗肿瘤的目的。有研究发现，对小鼠腹腔注射刺五加多糖后，小鼠脾细胞发生增殖，并且刺五加多糖杀伤体内细胞的活性显著高于对照组[55]。赵俊霞等进行刺五加多糖诱导小细胞肺癌H446细胞凋亡的试验发现，经过刺五加多糖处理的细胞出现典型的凋亡形态，并且多糖浓度越高，凋亡率越高[56]。Venkatesan等在对人腺癌细胞毒性的研究中发现，刺五加茎皮提取物能够介导与乳腺癌细胞中活性氧的依赖性和独立途径相关的线粒体，诱使非凋亡性细胞的死亡[57]。刺五加茎皮中提取出的香豆素能够通过抑制肝癌细胞中细胞外调节蛋白激酶（ERK1、ERK2）的磷酸化途径，以无害的方式抑制基质金属蛋白酶-7的表达和体外细胞的侵袭，起到显著抑制肝癌细胞侵袭的作用[58]。

3.6 抗炎作用

刺五加有活化补体的功能，还能促进多种细胞因子的生成。林秋叶研究发现，刺五加水提物能够通过抑制炎症介质NO、O-2·和H2O2的产生，起到抗炎的作用[59]。肿瘤坏死因子α主要由单核细胞、巨噬细胞产生，是一种重要的炎症介质，过高浓度的肿瘤坏死因子α会破坏机体的免疫平衡，并与其他促炎性因子作用，对机体造成多种病理性损伤[60]。Yi等研究发现，刺五加茎对肥大细胞诱导产生的肿瘤坏死因子有抑制作用[61]。朱健平等以急性胰腺炎大鼠为试验模型，研究刺五加对血清中炎性介质的影响，结果表明，刺五加能够减少血清中肿瘤坏死因子α、白介素-1和白介素-6的含量，降低血清中淀粉酶、脂肪酶和磷脂酶A2的活性，能够有效治疗急性胰腺炎[62]。

3.7 其他作用

刺五加能够增强动物体抗缺氧、抗高温和抗低温等抗应激能力。Kim等研究发现，热环境胁迫会使机体产生氧化应激，导致脂质过氧化相关基因的表达转录，在RNA表达水平上表现为丙二醛含量的增加，而在给应激组口服刺五加提取物后，发现肝脏中丙二醛含量明显下降[51]。刺五加对内分泌系统和免疫系统具有调节作用，能在糖尿病的模型动物体内表现出较好的降血糖疗效。翟春梅等用2型糖尿病大鼠作为试验模型，发现刺五加叶纯化物及乙醇提取物能降低大鼠的空腹血糖、血脂，可以研发制成有效的新一代降血糖药物[63]。此外，刺五加还具有抗衰老[64]、治疗心脑血管系统疾病[3]、保护神经元[4]和调节内分泌系统[65]等作用。

4 刺五加在水产动物养殖中的应用研究进展

刺五加作为水产动物饲料营养添加剂已有一些报道。在生长方面，阮国良等在饲料中添加茯苓、五加皮和黄芪，以黄鳝（Monopterus albus）为养殖对象进行试验，结果发现，五加皮处理组能够明显促进黄鳝生长[66]。王永玲等用黄芪、刺五加和螺旋藻等6种中草药作为饲料添加剂饲养银鲫，发现刺五加组的增质量率比对照组高7.29%，有明显的促生长作用[67]。有学者发现，添加了2‰刺五加超微粉的试验组，吉富罗非鱼的增质量率、特定生长率都显著高于未添加组[5]。此外，在细胞水平上，添加8‰刺五加可以显著增加吉富罗非鱼血中的白细胞数量，对增强吉富罗非鱼的免疫功能起到积极作用。孟兆娜等在以镜鲤为研究对象的试验中发现，投喂添加了刺五加等4种中草药饲料的试验组中，镜鲤的氮蓝四唑（NBT）阳性细胞数较对照组显著升高[68]。

人工配合饲料的饱食投喂，使得脂肪肝成为鱼类养殖过程中易发的营养性疾病，表现为肝脏中脂肪的大量沉积和肝脏肥大。高水平的肝体比反映了脂肪在肝脏中的积累程度高，肝细胞受到损伤，容易引起脂肪肝病[69]。有研究发现，投喂添加了1‰刺五加的饲料能够显著降低吉富罗非鱼的肝体比，说明添加1‰刺五加对于预防脂肪肝具有一定的效果[5]。

在水产动物免疫功能中，溶菌酶是一种重要的有溶菌活性的碱性蛋白，它参与到鱼类淋巴细胞酶系统中，作为一种调节素激活机体的补体系统和吞噬细胞，从而起到防止病原微生物侵入、抵御感染的作用[70]。顾雪飞等用刺五加、枸杞等单方中药草配合而成的饲料饲喂鲤鱼，发现血清、免疫器官中溶菌酶的活性增强，说明刺五加等中草药能够调节改善动物体免疫机能[71]。相关其他研究也发现，添加1‰、2‰刺五加显著提高了机体内溶菌酶活性，可以增强吉富罗非鱼的非特异性免疫能力[5]。刺五加能夠显著提高吉富罗非鱼肝脏中的超氧化物歧化酶、过氧化氢酶活性，增强鱼类的抗氧化应激能力。谭娟等研究发现，中草药中含有的黄酮等多种生物活性成分可以显著提高草鱼肝脏中超氧化物歧化酶的活性，保护肝脏免受氧化损伤[72]。另外，刺五加能通过调节吉富罗非鱼肝脏中肿瘤坏死因子α等基因的过量表达而起到抗炎的作用[5]。

5 小结

刺五加具有丰富的化学成分和积极的药理活性，尤其以抗肿瘤、抗炎、抗疲劳、抗衰老和调节免疫作用最受关注，并且其低毒性、来源广泛的特点也使其在临床应用上更具有价值。另外，作为饲料添加剂，刺五加在水产动物饲殖中也有较好的效果，可以促进鱼类生长、提高机体免疫机能、抗炎及调节脂质代谢等。但是，目前有关刺五加活性成分的具体作用机制和以刺五加为原料的药物制剂等研究还不够全面，在水产养殖上的研究也不够深入，因此有待进一步探究刺五加活性成分在机体内的作用机制，研制刺五加多种药物制剂，开发刺五加功能性产品，扩宽刺五加在水产养殖上的应用范围。

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