甘草提取物的生物学功能及其在畜禽生产中的应用

尹胜港 尤 婷 汤加勇 赵 华

(四川农业大学动物营养研究所，动物抗病营养教育部重点实验室，成都 611130)

随着我国饲料“禁抗令”(农业农村部发布的194号公告)的全面实施，研发安全、有效的替抗产品成为当前行业内的研究热点[1]。植物提取物系从植物源中提取的天然活性成分，具有抗氧化、抗炎杀菌、抗病毒、增强免疫力等功效，能够促进动物生长发育，提升动物产品品质[2]，可作为新型绿色饲料添加剂应用于畜禽生产。

甘草为豆科多年生草本植物，最早在我国古籍《神农本草经》中就有记载。本草纲目注：此草最为众药之主，经方少有不用者；调和众药有功，故有国老之号。常见的有胀果甘草、乌拉尔甘草和光果甘草，其干燥的根茎为我国常用的传统大宗中药材。甘草具有补气、止咳、清热解毒、止痛等功效。甘草提取物中的主要活性成分包括皂苷类化合物、黄酮类化合物和甘草多糖等，具有抗病毒、抗炎杀菌、抗氧化、保肝、增强动物免疫力等多种生物学功能[3-6]。我国甘草资源丰富，甘草提取物作为饲料添加剂开发应用具有较大潜力。本文将对甘草提取物的生物学功能及其在畜禽生产中的应用进行综述，为其作为饲料添加剂的开发利用提供参考。

1 甘草提取物的生物学功能

甘草提取物自甘草属植物干燥的根和茎提取，主要活性成分是皂苷类化合物、黄酮类化合物和甘草多糖[7]。皂苷类化合物主要为甘草酸、甘草次酸；黄酮类化合物主要包括查尔酮类、黄烷类、异黄酮类等[8]；甘草多糖由葡萄糖、阿拉伯糖、甘露糖和半乳糖组成[9]。

1.1 抗病毒活性

甘草提取物及其活性成分具有良好的抗病毒活性。研究发现，新生仔猪在接种轮状病毒后产生腹泻，甘草提取物以剂量依赖的方式减少十二指肠、空肠、回肠和脾脏中白细胞介素(interleukin,IL)-8、干扰素-γ(interferon-γ,INF-γ)、p38、c-Jun氨基末端激酶(c-Jun N-terminal kinaseJNK)以及核转录因子-κB(nuclear transcription factor-κB，NF-κB)等基因的表达，改善肠道环境并抑制炎症反应，达到抗病毒、治疗腹泻的作用[10]。这提示甘草提取物发挥抗病毒活性可能与JNK、NF-κB等细胞信号通路有关。

甘草酸、甘草酸二铵等活性成分也发挥重要抗病毒活性，其中甘草酸起主要作用。甘草酸(1 g/L，最大安全质量浓度)预处理的Marc-145细胞接种猪繁殖与呼吸综合征病毒发现，甘草酸可降低病毒结构蛋白GP4和降低宿主细胞CD163、CD165的基因表达，并抑制病毒吸附和增殖，阻断病毒感染[11]。此外，甘草酸可抑制猪流行性腹泻病毒(porcine epidemic diarrhea virus，PEDV)对Vero细胞的感染，阻止PEDV进入细胞和复制，并在mRNA水平上抑制PEDV感染诱导的致炎细胞因子增加，进而减轻PEDV感染对动物的影响[12]。其机制可能为：甘草酸通过调节高迁移率族蛋白B1(high-mobility group box 1，HMGB1)/Toll样受体4(Toll-like receptor 4,TLR4)、p38/丝裂原活化蛋白激酶(mitogen activated protein kinase，MAPK)通路阻止HMGB1与TLR4结合抑制PEDV感染[13]。研究发现，猪细小冠状病毒(porcine deltacoronavirus，PDCoV)经甘草酸二铵(diammonium glycyrrhizinate，DG)处理后可降低感染猪肾近端小管上皮细胞(porcine kidney proximaltubular epithelia1 cells，LLC-PK1)的凋亡率；DG可通过阻止PDCoV与细胞表面附着，并以剂量依赖的方式抑制PDCoV在LLC-PK1细胞中的复制，发挥其抗病毒活性[14]。

综上可知，甘草提取物通过破坏病毒结构，阻止病毒黏附，抑制病毒复制和增殖，调节HMGB1/TLR4、p38/MAPK信号转导途径来减少炎性因子表达等方式保护机体健康，发挥抗病毒活性，在预防和治疗动物病毒感染性疾病特别是猪生产疾病预防方面具有重要的研究价值。

1.2 抗炎杀菌活性

炎症是机体组织受到损伤、感染等外界刺激时，发生的一种以防御反应为主的免疫应答。甘草提取物可通过调节免疫相关因子的表达达到抗炎效果。研究发现，饲粮添加甘草提取物后，断奶仔猪血清中碱性磷酸酶活性升高、谷草转氨酶活性降低，同时IL-6、IL-8等相关促炎因子的表达受到不同程度的抑制，从而提高断奶仔猪的抗炎能力[8]。

甘草提取物主要通过甘草酸、黄酮类化合物等活性成分发挥抗炎杀菌作用。光果甘草提取物以及从中分离出的黄酮类化合物，能降低脂多糖(lipopolysaccharide，LPS)刺激的RAW264.7细胞促炎因子IL-1β、IL-6和肿瘤坏死因子-α(TNF-α)的表达量，抑制诱导型一氧化氮合酶(induced nitric oxide synthase，iNOS)和环氧化酶-2(cyclooxygenase-2，COX-2)的表达，进而干扰一氧化氮(nitric oxide，NO)和前列腺素E2(prostaglandin E2，PGE2)介导的炎症级联反应，发挥抗炎作用[15]。在LPS诱导的小鼠乳房炎[16]和急性肺损伤模型[17]中发现，甘草酸能阻止NF-κB通路活化，减少TNF-α、IL-6等基因的表达，降低C-X-C趋化因子受体(C-X-C chemokine receptor，CXCR)4/CXCR1的表达，抑制嗜中性粒细胞的迁移和浸润，缓解组织病理学变化，达到抗炎作用。此外，研究发现，甘草酸可显著抑制脱氧雪腐镰刀菌烯醇(deoxynivalenol，DON)诱导的IPEC-J2细胞凋亡，上调B细胞淋巴瘤-2(B-cell lymphoma-2，Bcl-2)mRNA丰度，降低IL-8、NF-кB、Bcl-2关联X蛋白(Bax)、IL-6、TNF-α以及COX-2的mRNA丰度，减轻DON诱导的炎症损伤[18]。甘草酸(≤400 μg/mL)预处理鸡巨噬细胞后接种鼠伤寒沙门氏菌(Salmonellatyphimurium，ST)显著上调细胞中CD40、CD80、CD83(6和12 h)、CD197(3和6 h)和INF-γ、IL-10、TNF-α、IL-6的表达，诱导iNOS和NADPH氧化酶-1(NOX-1)的表达，增加NO和过氧化氢(hydrogen peroxide，H2O2)产生，降低ST造成的负面效应[19]。这与上述结论甘草酸通过抑制促炎因子和iNOS表达发挥抗炎作用看似矛盾，但分析后发现甘草提取物能通过上调INF-γ、IL-10和IL-6的表达放大细菌向巨噬细胞的信号，并激活巨噬细胞和T细胞产生iNOS、NOX-1，这两者又分别催化高水平的NO和H2O2并通过多种机制抑制ST的复制，增强对ST的杀伤能力，显示出甘草酸的杀菌活性。免疫反应发生的同时会引发局部炎症反应，并有助于病原体的清除，随后通过抗炎作用加速机体健康状态的恢复，这也能部分解释甘草酸对ST的杀伤作用。

以上研究表明，甘草提取物不仅可通过阻止NF-κB通路活化抑制促炎因子和iNOS、COX-2等炎症介质的表达，还可激活免疫细胞的固有免疫反应消除细胞内有害细菌，促进机体适应性免疫反应的激活，起到抗炎杀菌作用。

1.3 抗氧化活性

动物机体在受到外界刺激和损伤时，会产生过量的活性氧(reactive oxygen，ROS)和活性氮，主要包括超氧化物阴离子自由基、过氧化氢、NO等，造成机体氧化损伤[20]。研究发现，H2O2刺激IPEC-J2细胞后可诱导ROS的产生，而甘草提取物预处理细胞可减少ROS的产生[21]。使用阿霉素单独作用于H9c2细胞，ROS水平显著升高，诱导心脏毒性，而在光果甘草提取物处理后，ROS水平降低了3倍，说明光果甘草提取物可清除ROS，恢复细胞的抗氧化能力[22]。在动物试验中，饲粮添加甘草提取物可提高仔猪血清中的总抗氧化能力(T-AOC)、总超氧化物歧化酶(T-SOD)和谷胱甘肽过氧化物酶(GSH-Px)活性，降低丙二醛(MDA)含量，增强断奶仔猪的抗氧化能力[8]。

甘草酸可通过抑制MAPK和NF-κB通路并激活AMP活化蛋白激酶(AMP-activatedprotein kinase，AMPK)/核因子E2相关因子2(nuclear factor E2 related factor 2，Nrf2)的信号转导，从而抑制NF-κB配体受体激活剂诱导的破骨细胞生成和氧化应激[23]。甘草酸可显著降低DON处理IPEC-J2细胞后细胞乳酸脱氢酶释放和MDA含量，增强SOD和过氧化氢酶(CAT)的活性，从而减轻DON诱导的细胞毒性和氧化应激[18]。研究表明，甘草黄酮可减轻酒精引起的小鼠肝脏氧化应激和脂肪堆积，提高肝脏的抗氧化功能[24]。此外，甘草查尔酮A可清除中国仓鼠卵巢成纤维细胞中的自由基，发挥抗氧化作用，且浓度在4.43～10.34 μmol/L时不具有遗传毒性，但值得注意的是浓度在11.8 μmol/L时可显著降低核分裂指标[25]。

以上研究表明，甘草提取物能通过增强抗氧化酶活性、清除自由基等方式增强机体抗氧化能力，减轻氧化应激，保护机体健康。

1.4 其他

甘草提取物除了具有上述生物学功能外，还具有改善肠道健康、保肝、降血糖、降血脂、生精等生物学作用。饲粮添加甘草提取物可降低仔猪肠道pH，改善肠道环境，促进肠道相关免疫基因的表达，进而促进仔猪肠道健康发育[8]。IPEC-J2细胞在经钙离子转换后，跨上皮电阻(trans-epithelium electrical resistant，TEER)显著降低，1 000 μg/mL的甘草提取物可有效恢复TEER，其对屏障功能的保护效应与细胞内闭锁蛋白-4(Claudin-4)丰度上调密切相关[26]。甘草提取物能够减轻甲氨蝶呤诱导的大鼠肝肾损伤，饲粮含400 mg/kg甘草提取物可显著改善肝脏的氧化应激状态，保护肝细胞膜的完整性，抑制促炎细胞因子TNF-α、IL-1β、IL-6和IL-12的表达，上调抗炎细胞因子IL-10的表达，从而缓解肝肾炎症[27]。甘草酸可以诱导Ⅰ型糖尿病大鼠血浆中胰高血糖素样肽-1(glucagon-like peptide-1，GLP-1)的水平呈剂量依赖性升高，降低血糖水平[28]。此外，在出生6 d的新生C57BL/6N小鼠睾丸组织细胞培养模型中发现，甘草提取物可提高小鼠精原细胞中BrdU染色阳性细胞百分率以及精原细胞增殖细胞核抗原蛋白表达；经甘草提取物处理后，分化后的精母细胞数量明显增多，有利于生精过程中精原细胞的增殖和精母细胞的分化[29]。

2 甘草提取物在畜禽生产中的应用

我国的甘草资源丰富，同时甘草提取物具有多种生物学功能，因此甘草提取物在动物生产中的应用具有广阔的前景。

研究发现，饲粮中添加150 mg/kg甘草提取物可提高断奶仔猪体增重和平均日增重，降低料重比和腹泻指数[8]，并改善生长育肥猪的肉品质，提高眼肌面积，增加肌肉间不饱和脂肪酸含量，以添加量为900 mg/kg时效果最佳[30]。口服400 mg/mL的甘草提取物能有效缓解轮状病毒引起的仔猪腹泻，改善小肠病变评分和增加粪便病毒排出，同时调节炎症原反应，减轻宿主炎症加重的肠道病变[10]。肉羊研究中，在以棉籽壳为基础的饲粮中添加相当于4.5%干物质含量的50%的甘草根乙醇提取物，能够提高卡拉库尔羊血液免疫球蛋白含量和改善抗氧化状态[31]。饲粮添加2 000 mg/kg甘草提取物可显著降低滩羊肝脏总胆固醇含量，提高肝脂酶、脂蛋白脂酶和总脂酶活性，调节脂肪氧化过程，抑制滩羊肝脏内脂肪沉积，进而达到降低皮下脂肪沉积的作用[32]。此外，研究发现，浓度为12.50～50.00 mg/mL的甘草提取物可抑制奶牛乳房炎中金色葡萄球菌生物膜的生长，且浓度为6.25 mg/mL时对金色葡萄球菌的生长抑制作用最为明显，这提示甘草提取物可为奶牛乳房炎治疗提供一定参考[33]。由此可见，饲粮添加甘草提取物可改善家畜生长性能，提高肉品质，降低病毒等有害源对动物健康的影响。

在家禽生产中发现，蛋鸡饲粮添加80 mg/kg甘草提取物可提高产蛋后期蛋鸡的生产性能和鸡蛋品质，显著降低料蛋比，改善蛋黄颜色、平均蛋质量，降低蛋黄胆固醇含量[34]。饲粮添加500 mg/kg甘草提取物可显著提高肉鸡在高密度饲养条件下整个生长阶段的体增重[35]。在黄曲霉毒素攻毒的肉鸡饲粮中添加3 000 mg/kg甘草提取物，可有效缓解黄曲霉毒素对肉鸡生长性能、血液指标和免疫力的负面影响，甘草提取物作为生物转换剂可有效结合黄曲霉毒素B1，从而缓解黄曲霉毒素B1对肉鸡生长的负面效应[36]。在罗斯雏鸡的饲粮中添加1 000 mg/kg甘草提取物，可提高1～35日龄体增重和饲料转化率，降低死亡率，并上调了咬合蛋白(Occludin)、连接黏附分子-2(junctional adhesion molecule-2，JAM-2)和胰高血糖素样肽-2(glucagon-like peptide-2，GLP-2)的基因表达；35日龄时对ROSS鸡进行空肠弯曲杆菌(Campylobacterjejuni)攻毒后，饲粮添加甘草提取物可上调肠道黏蛋白-2(MUC-2)的基因表达，下调肠道炎症因子TLR4和IL-1β的基因表达，减少C.jejuni数量，维护肠道屏障完整性，降低生产损失[37]。由此可见，饲粮中添加适宜浓度的甘草提取物，有助于提高家禽的生产性能，降低有害细菌感染以及霉菌毒素对家禽健康的影响。

以上研究表明，甘草提取物在畜禽生产中具有潜在的应用价值，然而目前甘草提取物在畜禽中应用的研究还比较少，在全面禁抗背景下，有必要进一步深入开展甘草提取物在畜禽饲粮中的应用研究，特别是进一步探讨甘草提取物主要功能成分的单独或组合添加效果和相应机制研究。

3 小 结

甘草作为药用植物在我国应用历史悠久，其资源丰富并拥有多种活性成分，甘草提取物具有抗病毒、抗炎杀菌、抗氧化、增强免疫力等多种生物学功能，是具有开发潜力的药用植物。但是，目前针对甘草提取物中各种活性成分的研究主要集中在甘草酸、皂苷类化合物、黄酮类化合物和甘草多糖，对于主要有效成分具体功能及在动物生产中的应用效应研究还有待深入，还需进一步研究甘草提取物的主要功能成分，探讨其在不同畜禽饲粮中应用时的添加形式和剂量，探索其替抗促生长的具体机制，充分解析甘草提取物的应用价值，开发甘草提取物的应用潜力，为在全面禁抗条件下养殖业健康发展提供有效饲料添加剂。