姜黄素类化合物的生物学特性及其在家禽生产中的应用

张富群 樊祥宇 周 婷 黄泰来 张羽辰 曹满湖

（湖南农业大学动物科技学院，湖南长沙410128）

姜黄素类化合物（Curcumin）是由传统中药提取出来的一种具有生物活性的多酚类物质[1-2]。经常使用的姜黄素类复合物成分包含75%～80%姜黄素、15%～20%去甲氧基姜黄素和3%～5%双去甲氧基姜黄素，其中去甲氧基姜黄素和双去甲氧基姜黄素是姜黄素的衍生物，三者结构相近且具有很多相同的化学性质[3-4]，姜黄素类化合物分子结构见图1所示。姜黄素类化合物是一种能在非极性溶剂中溶解，广泛应用的天然染色剂；化学结构的特异性是其表现出的多种生物活性的重要原因[5-6]。研究表明，姜黄素类化合物具有抗炎、抑菌、抗氧化、调节脂质代谢、保护肝脏、改善家禽肉品质等功能，并且具有价格低廉、毒性低、易获取等特点[7]。姜黄素难溶于水，在光照下会发生降解，易代谢，生物学利用率低，去甲氧基姜黄素和双去甲氧基姜黄素在稳定性和生物学利用率方面要优于姜黄素，具有良好的应用前景[8]。本文将从姜黄素、去甲氧基姜黄素、双去甲氧基姜黄素的吸收利用、生物学特性、作用机理以及在家禽生产中的应用效果等方面进行概述，为姜黄素类化合物在家禽生产中的应用和研究提供理论依据。

1 姜黄素类化合物的吸收利用

姜黄素吸收速度快，代谢也快，去甲氧基姜黄素和双去甲氧基姜黄素则吸收平缓，在体内滞留时间更长，生物利用度也高。有研究表明，姜黄素在肠道中的吸收速率均为十二指肠＞回肠＞空肠＞结肠[9-10]。姜黄素在机体吸收之后，能够迅速地分布到血浆和组织中，并且能够通过血脑屏障；姜黄素在血浆中的浓度远远大于肝脏、肾脏和脑组织中的姜黄素浓度[11-12]。肝脏和肾脏可能是其代谢和排泄场所，而姜黄素在肝脏中2 h达到最大浓度[13]，8 h后各脏器姜黄素浓度逐渐降低[14]。同时，目前也存在纳米和包被类型的姜黄素类化合物，不改变吸收速率的同时，增加了药物在肠道内的滞留时间，提高了血药浓度和生物利用度；此外，也可以通过结构修饰和剂型改造来增加水溶性，提高姜黄素类化合物的吸收速率和生物学利用率。

2 姜黄素类化合物的生物学功能

2.1 抗氧化作用

家禽在养殖生产中常因环境温度过高、光线强烈、霉菌毒素中毒等因素刺激而发生应激反应，机体氧化还原稳态被破坏，大量的自由基不能得到及时的清除，进而严重威胁着家禽机体健康和生产性能水平。研究表明，姜黄素类化合物可通过抑制氧化应激产生的活性氧来实现其抗氧化作用，同时，姜黄素类化合物对于抑制脂质过氧化水平也有显著效果，可以保护脂质和血红蛋白免受自由基损伤[15]。这可能与姜黄素类化合物含有邻甲基化的酚羟基、不饱和双键和酮基的分子结构有关，这样的结构让姜黄素化合物更容易为自由基提供电子，使自由基结构稳定，同时姜黄素化合物也形成更佳稳定的结构，发挥抗氧化性。有研究报道，姜黄素化合物清除自由基能力甚至与维生素C 和维生素E 相当。Huang 等[16]研究表明，即使添加低剂量的姜黄素也能够减缓Cu2+诱导的原代大鼠皮层神经元的神经损伤，进一步发现姜黄素可通过调节机体抗氧化酶的活性来提高机体抗氧化水平。Salah等[17]研究报道，在热应激条件下的肉鸡日粮中添加不同浓度的姜黄素，能显著降低胸部肌肉丙二醛（MDA）的浓度，这可能与姜黄素对于机体超氧化物歧化酶（SOD）和过氧化氢酶（CAT）酶活性提高有关。也有研究表明，姜黄素对于线粒体功能的改善，可能是其提高机体抗氧化水平的重要因素[18]。总体来说，三种姜黄素的生理功能相似，抗氧化能力仍存在差异。与姜黄素相比，双去甲氧基姜黄素对细胞损伤的保护效应更加敏感[19]，并在缓解脂质过氧化反应中，去甲氧基、双去甲氧基姜黄素的抗氧化活性较姜黄素相比更强[20]。

2.2 抑菌作用

随着研究的不断深入，姜黄素类化合物可以通过多种机制抑制细菌生长，良好的抑菌效果不断被发现。姜黄素具有广谱的抗菌活性，能增强机体对致病菌的清除能力，阻碍致病菌生物膜的合成途径；能有效地抑制大部分革兰氏阳性菌以及大部分革兰氏阴性菌的生长[21-22]。姜黄素通过增强细菌细胞膜的渗透性，使药物更容易渗透穿过细菌细胞膜，进入细菌细胞内，发挥药理作用，达到杀灭细菌的作用[23]。姜黄素对青霉素耐药菌株也具有较强的抗菌性能，能有效地抑制肺炎链球菌青霉素抵抗株，其主要是通过抑制肺炎链球菌青霉素抵抗株蛋白合成，破坏细菌细胞壁的完整性以及包膜的选择性和渗透性，最终杀灭细菌[24]。在评估姜黄素对金黄色葡萄球菌的抗菌活性中研究发现，姜黄素能够导致细菌细胞膜缺失，细胞破裂，最终导致细菌死亡[25]。

另一方面，姜黄素也能诱导细菌内凋亡蛋白表达，达到杀灭细菌的效果。同时，早期研究指出，在细菌凋亡调节系统中，存在一类由RecA-LexA基因介导的对DNA 损伤的整体反应，导致细胞周期阻滞、DNA 修复受损和突变。而大肠杆菌通过RecALexA 基因介导的途径对DNA 损伤作出反应，导致程序性细胞死亡[26]。姜黄素可以上调大肠杆菌凋亡蛋白RecA蛋白的表达，进而导致ROS积聚、膜去极化和Ca2+内流及DNA 片段化等凋亡反应[27]，最终启动细菌凋亡过程。而这一现象在大肠埃希菌中有同样表现[28]，更高的姜黄素浓度更容易诱导膜损伤。

2.3 抗炎作用

姜黄素类化合物中，姜黄素的抗炎作用研究较为深入，但去甲氧基姜黄素和双去甲氧基姜黄素的抗炎作用少有报道。肿瘤坏死因子（TNF）介导的信号转导通路在炎症反应中扮演着重要的角色[29]。而研究表明，姜黄素能降低促炎细胞因子（TNF-α）在不同类型细胞中的表达，抑制相关炎性信号通路[30]。姜黄素下调靶向蛋白（如TNF-α、一氧化氮合酶（iNOS）、MMPs 等）的活性，抑制炎症起始阶段NF-κB 的激活及转录活性，从而减轻炎症反应[21]。姜黄素衍生物（BHMC）能抑制iNOS基因表达来抑制一氧化氮（NO）的合成，且此效应具有浓度依赖性[31]。姜黄素及其衍生物能够抑制IL-1β、白细胞介素-6（IL-6）、白细胞介素-8（IL-8）、TNF-α、单核细胞趋化因子-1（MCP-1）、巨噬细胞炎性蛋白-1α（MIP-1α）等炎症因子的表达量[32]。此外，姜黄素对多种病原体引起的炎症性疾病有很好的治疗作用。Sintara 等[33]研究表明，姜黄素能避免幽门螺杆菌对小鼠胃肠道黏膜损害，其机制是通过下调NF-κB、P65、Toll样受体及髓样分化因子88的表达，进而抑制其下游促炎因子的表达，从而达到抑制炎症反应的效果。Xu等[34]研究发现，姜黄素在金黄色葡萄球菌感染小鼠造成急性肺损伤模型试验中被发现具有减少中性粒细胞的渗透及Ⅰ型纤溶酶原激活物抑制因子活性的效应，同时还可以降低炎症因子和趋化因子的分泌水平，从细胞和体液免疫的角度来调节机体炎性反应。

2.4 调节脂质代谢

固醇调节元件结合蛋白（SREBP-1c）、过氧化物酶体增殖物激活型受体⁃γ（PPAR⁃γ）、肝X 受体⁃α（LXR⁃α）等调节蛋白调节着肝脏脂肪的生成[35]。研究发现，姜黄素极显著上调了脂肪酸合成酶（FAS）和SREBP-1c 基因的mRNA 和蛋白的表达，显著下调了甘油三酯脂肪酶（ATGL）基因及蛋白的表达[36]。这说明，姜黄素可能参与调节固醇和脂肪酸合成的过程。同时也有研究表明，姜黄素通过AMPK调节肝脏脂质代谢，减轻高脂/高胆固醇饮食诱导的肥胖小鼠诱导的肝脏脂肪变性活化，防止肝脏脂肪病变[37]。另一组试验中显示添加姜黄素治疗与未接受姜黄素治疗的高脂日粮大鼠相比，姜黄素显著降低了大鼠内脏脂肪、血清胆固醇、甘油三酯和低密度脂蛋白水平[38]。其机制可能通过姜黄素下调甾醇调节元件结合蛋白、脂肪酸合成酶和乙酰辅酶A 羧化酶等脂肪合成相关基因表达，最终达到降脂的效果。Pan 等[39]在肥胖小鼠模型中得出了相似结论。此外，姜黄素能够通过上调核因子E2 相关因子2（Nrf2）的活性，进而影响脂肪积累、改善胰岛素抵抗的作用，减轻非酒精性脂肪性肝炎的肝脏损伤程度，其具体机制有待进一步探究[40]。

3 姜黄素类化合物的在家禽生产中的应用

姜黄素能提高家禽生产性能。研究表明，添加200 mg/kg 的姜黄素，可使肉鸡全期增重提高4.48%，料重比降低7.39%[41-42]。在肉鸡日粮中以200 mg/kg添加姜黄素可以提高整体生长性能，这可能与小肠各节段绒毛高度的增加有关[43]。类似地，在肉鸡日粮中添加0.5%或1%水平的姜黄可改善肉鸡生长性能，使体重增加并改善饲料转化效率[44-46]。但也有研究报告，在肉鸡饲料中添加姜黄对肉鸡生长性能没有产生任何有益的影响[47]。

姜黄素及姜黄能有效减缓霉菌毒素对家禽健康的危害，减少霉菌毒素给家禽生产带来的损失。喂食含0.5%姜黄的饲料后，接触黄曲霉毒素的雏鸡体重增加有所改善[48]。在最近的一项研究中提出，饮食中添加姜黄素可以显著改善生长中暴露于玉米赭曲霉毒素A 的雏鸭体增重、摄食量和平均日增重[18]。此外，Rajput等[43]的研究指出，姜黄素的添加可以在不影响肉鸡的采食量的条件下提高生产性能。这可能由于姜黄素类化合物具有治疗肠道细菌疾病的效果。Wientarsih 等[49]研究表明，在饲料中添加1.5%姜黄粉和180 mg/kg锌可以显著缓解鸡大肠杆菌疾病带来的生产性能降低。

肉色被认为是消费者在评估市场上肉类品质时最重要的因素。姜黄素染色色泽鲜艳，分散性好，尤其是蛋白质的强着色[50]。姜黄素可以通过改善肉色和保鲜度来改善肉品质[51-52]，还可以提高肌肉营养价值的功能[53]。肉类中的脂质和色素氧化是密切相关的，补充抗氧化剂可以增加肉类颜色的稳定性。姜黄素改善肉品质与姜黄素的强抗氧化性有关，家禽肌肉中的肌红蛋白主要调节肌肉肉色，氧化后可能导致肌肉变色[54]。姜黄素能防止肌红蛋白的过度氧化，保护鲜肉中肌肉细胞避免过快的氧化，较长时间的维持肌肉鲜度。

去甲氧基姜黄素和双去甲氧基姜黄素在家禽的应用因其天然成分含量较少，成本较高，故少有研究。但随着对姜黄素类化合物的研究深入，逐渐解决姜黄素生物学利用较低，体内作用时间短等问题，去甲氧基姜黄素、双去甲氧基姜黄素及其他姜黄素类衍生物在动物体内的作用效果，将成为一个研究方向。

4 小结与展望

姜黄素类化合物是一类具有生物活性的多酚类物质，合理利用好此类资源，不但可以开发新型非常规饲料添加剂资源，且为畜禽养殖行业面临的抗生素替代、健康养殖问题提供了解决措施。基于目前研究现状，如何提高姜黄素的吸收利用仍是下一步的研究重点和方向，同时，姜黄素类化合物对家禽抗应激、缓解霉菌毒素的危害等作用机理有待深入研究。