大豆异黄酮在猪禽养殖中应用的研究进展

刘 帅 熊云霞 孙铝辉 王 丽*

(1.广东省农业科学院动物科学研究所，农业农村部华南动物营养与饲料重点实验室，畜禽育种国家重点实验室，广东省畜禽育种与营养研究重点实验室，广州；2.华中农业大学，武汉 2430070)

近年来，抗生素滥用造成的环境问题和动物健康问题引起人们越来越多的重视，寻找合理的替抗方案显得尤为迫切。农业农村部公布自2020年1月1日起，退出除中药外的所有促生长类药物饲料添加剂品种，自2020年7月1日起，饲料生产企业停止生产含有促生长类药物饲料添加剂(中药类除外)的商品饲料。中草药、植物提取物等作为一种被认为“安全、可靠、环保”的替抗产品越来越受到重视。大豆异黄酮(ISO)是来源于豆科植物的一类多酚化合物，具有强抗氧化性和弱雌激素活性。在畜禽饲料中添加适量大豆异黄酮有提高畜禽生产性能、增强动物机体的抗氧化能力、改善肠道健康、调控激素分泌、增强机体免疫力的功能。鉴于大豆异黄酮的诸多功能，且同时具有来源广泛、安全无污染、副作用小等优点，因此在后抗生素时代大豆异黄酮作为替代抗生素使用的新型饲料添加剂可能会有巨大的市场潜力。本文将近年来国内外对大豆异黄酮在猪禽生产中的研究进展和本课题组前期对大豆异黄酮的研究结果进行综述，以期为后续更加合理地应用大豆异黄酮资源提供依据。

1 大豆异黄酮的结构和功能

1.1 大豆异黄酮的来源及结构

大豆异黄酮是来源于豆科植物的12种天然异黄酮的统称，主要存在于豆科植物种子和幼苗中[1]，其主要结构形式是3-苯并吡喃酮为母核的化合物群，由于其化学结构与雌激素类似，又被称为植物雌激素。大豆异黄酮可分为大豆苷类、染料木苷类和黄豆黄素苷类，每类又分为游离型、葡萄糖苷型、乙酰基葡萄糖苷型和丙二酰葡萄糖苷型4种存在形式，化学结构式如图1所示。在通常情况下，大豆异黄酮类化合物是固体，常温下性质稳定，不溶于水，但溶于氯仿等有机溶剂[2]。由于大豆品种、种植及加工方法的差异导致其组成及含量存在差异，最新的研究显示大豆异黄酮中游离型苷元占16.2%～29.0%，结合型糖苷占71.0%～83.0%[3]。

图1 大豆异黄酮化学结构式

1.2 大豆异黄酮的功能

大豆异黄酮的主要活性成分为游离型苷元，研究指出大豆异黄酮中游离苷元比结合型糖苷更容易被动物机体吸收，生物利用度更高[4-7]。大豆异黄酮的糖苷经过肠道被β-葡萄糖苷酶水解为苷元，才能进入血液循环[8-9]，没有被水解的大豆异黄酮会经过肠肝循环进入结肠，在结肠微生物的作用下转化为具有更高生物活性的雌马酚从而参与动物机体的代谢活动[10-13]。在畜禽生产中，大豆异黄酮可以增强机体抗氧化活性，改善肠道健康，提高畜禽生产性能。且作为天然的植物雌激素，具有许多重要的生理生化功能[14]，参与机体的生长繁殖过程[7]。

2 大豆异黄酮在猪禽生产上的应用

2.1 大豆异黄酮对猪禽生产性能的影响

大豆异黄酮作为饲料添加剂，可提高母猪泌乳性能，改善乳成分，提高乳蛋白和乳脂的含量，提高哺乳仔猪平均日增重[15-17]。在断奶仔猪和肥育猪上的应用，程忠刚等[18]在仔猪饲粮中添加大豆黄酮，结果表明大豆黄酮可以提升仔猪生长性能，在肥育猪中应用的结果[19-20]趋于一致。降低饲粮中豆粕的含量使肥育猪生长性能显著降低[21]，其原因可能不仅仅是饲粮中蛋白质含量的减少，还可能与大豆异黄酮摄入量的降低有关。Thomas等[22]在低豆粕建模的低蛋白质饲粮饲养试验中发现，添加0.05%大豆异黄酮可抚平低蛋白质饲粮对肥育猪生长性能的影响。

大豆异黄酮在肉鸡、蛋鸡生产中也多有应用，添加适量大豆异黄酮可以提高肉鸡的饲料转化率[23]，提高蛋鸡种蛋孵化率[24-25]，提高蛋鸡产蛋率及蛋品质。Shiralinezhad等[26]研究表明，添加100 mg/kg的大豆异黄酮可提高雏鸡1～14日龄的饲料转化率，但是更低剂量的大豆异黄酮对其生长性能无显著影响。在鸡养殖中应用最多的大豆异黄酮为大豆苷元，鸡对大豆苷元有较好的耐受性，添加剂量达到200 mg/kg对鸡无显著毒性[24]。大豆苷元的剂量与蛋鸡生产性能呈二次曲线回归[27]。高剂量的大豆苷元可以促进钙磷代谢，提高蛋鸡蛋品质[28]。大豆苷元还常常被报道和中草药联合使用，提高蛋鸡产蛋率[29]。

2.2 大豆异黄酮对猪禽抗氧化功能的影响

大豆异黄酮具有良好的抗氧化能力，这与其结构密不可分，大豆异黄酮结构中的多个酚羟基可以成为自由基的供氢体，并与有害金属离子螯合，增强其与自由基结合的能力，从而清除自由基。此外，大豆异黄酮的代谢产物雌马酚，也可作为氢或电子的受体，能与自由基结合后随机体排出体外，起到抗氧化作用[30-32]。体外试验研究表明，用量不超过100 μmol/L时，大豆异黄酮对鸡骨骼肌细胞的增殖和抗氧化活性具有积极的作用，并抑制细胞脂质过氧化[33-35]。这在猪脂肪细胞和乳腺细胞试验中也得到了验证[36-38]。大豆异黄酮的抗氧化作用是通过作用于β-雌激素受体来实现的。染料木素与雌激素受体(ER)结合后可以激活大鼠肉瘤蛋白(Ras)-快速纤维肉瘤蛋白(RAF)-丝裂原活化蛋白激酶激酶(MEK)进而促进细胞外调节蛋白激酶1/2(ERK1/2)的磷酸化，而磷酸化后的ERK1/2可以使核转录因子-κB(NF-κB)抑制蛋白(IκB)的2个亚基磷酸化，进而激活NF-κB，从而上调锰超氧化物歧化酶(MnSOD)基因的表达，起到抗氧化作用(图2)。Jiang等[39]研究表明，在含有氧化鱼油的饲粮中添加20 mg/kg的大豆异黄酮，可以改善鸡的抗氧化状态。大豆异黄酮可以降低机体血清、肠道黏膜、骨骼肌等组织中丙二醛(MDA)的含量[40-41]。饲喂添加适宜剂量的大豆异黄酮饲粮可以改善肌肉的抗氧化能力，从而改善肉质，延长肉类商品货柜期[42-45]。大豆异黄酮提高肌肉抗氧化性能、改善肉质的原因可能是大豆异黄酮可以改善骨骼肌细胞膜的流动性，提高骨骼肌细胞抵抗氧化损伤的能力[46]。但是也有研究指出，高剂量的大豆异黄酮会在特定的组织和细胞中起到促氧化作用。Jiang等[40]使用80 μmol/L的大豆异黄酮培养猪骨骼肌细胞，结果表明该浓度下的大豆异黄酮对骨骼肌细胞有促氧化的作用。Chen等[47-48]使用200和400 μmol/L的染料木素培养猪原代肌肉细胞，结果显示细胞内脂质过氧化指标MDA含量显著增加，这表明此剂量下的染料木素有显著的促氧化作用，而在肥育猪上使用640 mg/kg的大豆苷试验结果也证实了高剂量大豆异黄酮的促氧化作用。大豆异黄酮通过促进5-脂氧合酶(5-LOX)表达进而提高了细胞活性氧(ROS)的产生，从而起到促氧化效果[48]。因此，尽管动物对大豆异黄酮有很高的耐受剂量，但是高剂量的大豆异黄酮在动物养殖中可能效果不理想。

Isoflavone：大豆异黄酮；Estrogen receptor：雌激素受体；MEK：丝裂原活化蛋白激酶激酶mitogen-activated protein kinase kinase；MAPK：丝裂原活化蛋白激酶 mitogen-activated protein kinase；Lower oxidative stress：降低氧化应激。

2.3 大豆异黄酮对猪禽肠道健康的影响

动物肠道是动物机体与外界环境进行物质交换的重要场所，也是隔离外界刺激的重要免疫屏障。大豆异黄酮提高畜禽生产性能可能还与其改善肠道健康有关。一方面大豆异黄酮通过上调过氧化氢酶、谷胱甘肽还原酶和超氧化物歧化酶等抗氧化酶的活性，减少肠道上皮细胞氧化应激的作用；另一方面大豆异黄酮可以通过抑制肠道炎症反应关键信号通路，Janus激酶(JAK)/信号传导及转录激活蛋白(STAT)和Toll样受体4(TLR4)/NF-κB中的特定过程，减轻肠道炎症反应[49-50]。在饲喂氧化鱼油的新生仔猪的饲粮中添加大豆异黄酮可有效减轻氧化应激造成的肠道损伤，提高肠道的免疫功能[43]。染料木素是大豆异黄酮中生理活性最高的异黄酮，研究表明染料木素可以改善细胞的活力和细胞通透性，通过抑制TLR4/NF-κB信号通路减少肠道炎性反应[51-52]。在无抗情况下，大豆异黄酮能抑制脂多糖引起的仔猪空肠黏膜中p38蛋白和TLR4通路的激活，降低炎症反应，维持仔猪肠道健康[53]。此外，大豆异黄酮还可以促进畜禽肠道发育，并参与肠道菌群调控[54]。Shiralinezhad等[26]研究表明，100 mg/kg的大豆异黄酮可以促进鸡空肠绒毛的生长，降低肠隐窝深度。且有研究发现，大豆异黄酮可提高仔猪肠道菌群丰度，这些菌群可能对维持肠道屏障的功能和完整性具有重要意义[55]。

2.4 大豆异黄酮对猪禽激素分泌的影响

大豆异黄酮与17β-雌二醇(17β-E2)有着相似的化学结构，因此可以与ER结合，有雌激素和抗雌激素活性[7，56-58]。研究表明，染料木素可以通过促进鸡卵泡颗粒细胞类固醇激素合成，急性调节蛋白(StAR)、细胞色素P450胆固醇侧链裂解酶(P450scc)和3β-羟基类固醇脱氢酶(3β-HSD)等基因的表达，提高孕酮的分泌[59]。研究发现，添加50 mg/kg大豆苷元可以显著提高鸡卵巢组织细胞中的卵泡刺激素受体(FSHR)的表达，对ER和黄体生成素受体(LHR)的表达也有促进趋势，但是在剂量高达100 mg/kg时3种激素受体的表达都受到了不同程度的抑制[23，60-62]。大豆异黄酮可通过调控激素分泌影响卵巢卵泡发育，进而影响蛋鸡的产蛋性能。添加15～60 mg/kg的大豆异黄酮可显著提高蛋鸡雌二醇、β-内啡肽和卵黄蛋白原的分泌，显著提高卵泡的发育程度，提高产蛋后期蛋鸡生产性能和蛋品质[25，63-64]。有研究指出，染料木素会抑制猪卵泡颗粒细胞孕酮的生成，促进雌二醇的分泌[65-66]。张琦琦等[67]研究表明，200 mg/kg的大豆苷元可以提高母猪的繁殖性能，显著提高了妊娠母猪的血清孕酮和胰岛素样生长因子-1(IGF-1)含量，显著提高了血清雌激素和瘦素的含量。体外研究也表明，大豆苷元通过直接调节FSH而上调瘦素的释放[68]。此外，本课题组在仔猪研究上发现大豆黄酮可以上调血清中生长激素(三碘甲腺原氨酸、甲状腺素)和性激素(雌二醇、睾酮)的含量[18]；在肥育猪上，大豆黄酮有上调血清生长激素(三碘甲腺原氨酸、甲状腺素)的趋势[19-20]。因此，大豆异黄酮影响畜禽的生产性能，调控激素分泌是非常重要的一个环节，不同的物种适宜剂量不同，过高的剂量可能会起到负面作用。

2.5 大豆异黄酮对猪禽免疫力及抗病能力的影响

大豆异黄酮的应用可降低养殖动物病死率。大豆异黄酮对病原体有直接抑制作用[69]，同时大豆异黄酮可提高机体免疫力。研究表明，添加大豆异黄酮可使机体抗体分泌升高[70]。王志龙等[71]发现，大豆异黄酮与黄芪多糖复配使用可以提高哺乳母猪血清免疫球蛋白G(IgG)和白细胞介素-2(IL-2)的含量。猪繁殖与呼吸综合征病毒(PRRSV)感染会严重影响猪只的生长发育和繁殖性能，甚至导致死亡[72]。Smith等[73]在饲粮中添加1 600 mg/kg大豆异黄酮，断奶公猪接种PRRSV后，发现大豆异黄酮可以显著降低PRRSV感染后的仔猪死亡率。而此前，Rochell等[74]研究表明，与饲喂含17.5%豆粕饲粮的保育猪相比，饲喂含29.0%的豆粕饲粮的保育猪感染PRRSV后免疫应激反应有所缓解，猪的生长性能有改善的趋势。但在Bryan等[75-76]的研究中，饲粮添加高于1 500 mg/kg大豆异黄酮对改善生长猪PRRSV免疫反应无显著影响。以上3个有关PRRSV的试验结果不太一致，可能原因是大豆异黄酮的使用剂量及试验周期不同。与Smith等[73]和Rochell等[74]的试验相比，Bryan等[75-76]的试验周期更长(21～166 d)，大豆异黄酮可能只是在PRRSV感染的早期急性免疫阶段起到了作用，而对之后病情影响不大。综上所述，大豆异黄酮提高动物生产性能与其抗氧化、维持肠道健康、促进激素分泌和提高抗病力的功效密不可分。

3 大豆异黄酮作为替抗饲料添加剂的潜力与存在的问题

饲粮中添加抗生素的主要目的有以下几点：1)预防和治疗某些疾病；2)促进动物生长；3)提高饲料报酬；4)提高动物机体抗病能力。但抗生素的长期滥用会造成药残、耐药等问题。自农业部公告停止生产或使用除中药外的含有促生长类药物饲料添加剂后，中药等植物提取物则又引起了研究热潮。大豆异黄酮作为天然绿色安全饲料添加剂，可以被动物机体吸收代谢，不存在药残、耐药问题。且有研究显示，大豆异黄酮对机体生长性能、肉品质和抗氧化能力等的提高效果甚至优于抗生素[77]。

目前为止，大豆异黄酮作为饲料添加剂在畜禽生产中应用的报道多为正面，但也不能忽略在实际生产过程中可能存在负面影响。早在20世纪90年代就有学者指出，长期使用植物雌激素可能会对家畜的生殖机能造成损害[78-79]。而近年来也有一些关于大豆异黄酮的使用造成动物机体内分泌紊乱，生殖机能受到影响的报道。这也暗示着大豆异黄酮所具有的潜在风险，尽管这些报道多见于反刍动物，但在猪禽上是否会存在潜在的影响也值得我们思考。另外，过量的大豆异黄酮的使用也会加重骨骼肌卫星细胞、原代肌肉细胞、肝脏和脂肪组织的氧化损伤，这也提示我们在实际生产过程中使用大豆异黄酮需要控制剂量[39-41]。合理、经济的添加量、适宜的使用阶段及使用时长值得我们继续探索。

目前，对于大豆异黄酮的研究更多的集中在染料木素和大豆苷元，除此之外是大豆异黄酮混合物。大豆异黄酮作为混合物的运用效果可能好于单一提取物，而也有学者指出大豆异黄酮与维生素、微量元素、蛋白质、抗雌激素药物、抗氧化剂等多种物质存在正向相互作用[80]。综上所述，建议在使用单一大豆异黄酮时，添加剂量宜保持在中等水平，并缩短饲喂期；与其他物质复配使用时，选择具有正向相互作用的物质进行复配。

4 小 结

综上所述，大豆异黄酮能够提高动物的生产性能，改善动物肠道健康，提高动物机体的免疫力，有着替代抗生素的巨大潜力。大豆异黄酮来源广泛、成本低廉，这也使得大豆异黄酮作为替代抗生素的饲料添加剂推广成为可能。但目前为止，不同物种、不同生长阶段，适宜添加剂量需要我们进一步探究，此外，面对多元化的替抗方案，大豆异黄酮与其他替抗产品的复配作用效果，也值得我们继续研究。因此，后续研究需要重点关注以下几个方面：1)大豆异黄酮在猪禽生长的不同阶段使用合理剂量和最优剂量；2)大豆异黄酮与其他替抗产品或功能性产品的复配作用；3)系统研究大豆异黄酮改善猪禽机体免疫力、抗氧化、内分泌等方面功能的机制研究，为合理利用大豆异黄酮资源提供理论依据，为促进畜禽生产的发展提供新的思路。