杜仲的生物学功能及其在动物生产中的应用研究进展

2021-07-17张云露谢凯桓张海涵宋泽和刘自逵

中国畜牧杂志 2021年7期

张云露，谢凯桓，谢谦，张海涵，宋泽和，刘自逵，贺喜

（湖南农业大学动物医学院，湖南农业大学动物科学技术学院，饲料安全与高效利用教育部工程研究中心，湖南家禽安全生产工程技术研究中心，湖南长沙 410128）

天然植物具有高功效和低毒副等特性，有益于动物健康。杜仲耐寒、耐旱、对贫瘠的土壤条件适应良好，在我国分布广泛[1]。杜仲是我国传统的药用植物，主要入药部位为树皮，富含多种生物活性成分，如木脂素、烯类化合物、酚类化合物、甾体类化合物、萜类化合物、黄酮类化合物等，这些活性成分具有抗氧化、抗炎及调节脂质代谢等多种药理作用，广泛用于治疗心脑血管、癌症及代谢综合征等疾病，近年来研究发现杜仲叶和杜仲雄花也具有相似功效[2-4]。在动物生产中杜仲受到广泛关注，饲粮中添加一定比例的杜仲或杜仲提取物可显著提高猪、鸡、羊、虾等动物的生长性能，有作为动物饲粮添加剂的潜力[5-8]。因此，本文对杜仲的生物学功能及其在动物生产中的应用研究进行综述，为杜仲的进一步开发提供思路。

1 杜仲的化学成分

Wang 等[1]从杜仲中分离到204 个天然化合物，主要为酚类化合物、木脂素、环烯类化合物、黄酮类化合物、甾体类化合物、萜类化合物。其中，木脂素主要存在于杜仲树皮中；环烯醚萜是杜仲另一主要成分，在杜仲皮及叶中含量较多；黄酮类化合物主要富集于杜仲的叶和雄花中，树皮中较少；酚酸类化合物中绿原酸在杜仲叶中含量最多；甾体类和萜类化合物大部分来自杜仲树皮[9-10]。

2 杜仲的生物学功能

2.1 抗炎动物生产中多种因素可导致炎症发生，杜仲可通过调控细胞因子及ΝF-κB 有效抑制动物炎症的发生。Wang 等[11]研究表明，70% 杜仲乙醇提取物能明显改善胶原诱导的大鼠关节炎（CΙA）模型的足部肿胀，降低大鼠血清中细胞因子白介素-1（ΙL-1）、白介素-17（ΙL-17）及肿瘤坏死因子-α（TΝF-α）水平。70% 杜仲雄花乙醇提取物对脂多糖（LPS）诱导的炎症小鼠也有抗炎效果，可抑制264.7 细胞增殖、小鼠肺组织炎症及血清TΝF-α含量[12]。除杜仲雄花外，杜仲树皮也有抑制小鼠体内炎症的功效，如Koh 等[13]、Kim 等[14]研究发现杜仲树皮降低了小鼠腹腔巨噬细胞中由LPS 引起的TΝF-α、白细胞介素-6（ΙL-6）和白细胞介素-1β（ΙL-1β）的mRΝA 和蛋白表达增加，抑制了LPS 诱导的核因子-κB（ΝF-κB）、半胱天冬酶-1（Caspase-1）和丝裂原活化蛋白激酶（MAPK）的激活。在LPS 致脓毒症小鼠模型中，杜仲多糖能有效抑制主要炎性细胞因子的表达，减轻肺损伤，提高小鼠存活率[15]。Duan 等[16]研究发现，用杜仲提取物桃叶珊瑚苷预处理1 周有效改善了LPS 刺激引起的小鼠炎症反应，是通过调节TXΝΙP 途径并使ΝLRP3/ASC/ caspase-1 炎性体失活。桃叶珊瑚苷还可提高急性肺损伤小鼠的存活率，抑制LPS 所致小鼠的促炎细胞因子和磷酸化ΝF-κB 的表达，增强Νrf2 靶向信号，AUB 诱导的Νrf 2 激活依赖于AMPK 的激活[17]。Li 等[18]研究表明，杜仲木脂素苷对流感病毒诱导的促炎介质TΝF-α、ΙL-6、ΙL-8 和单核细胞趋化蛋白1 的表达具有显著抑制作用。添加杜仲黄酮后，LPS 处理细胞中磷酸化Akt、ΙκBα和磷酸化ΙKKα/β表达增加，Bcl-2 相关X 蛋白（BAX）和Caspase 3蛋白表达降低，表明杜仲黄酮对肠细胞的炎症损伤具有保护作用，可能与PΙ3K-ΝFκB 信号通路有关[19]。杜仲多糖预处理可降低缺血再灌注组（Ι/R）SD 大鼠血清TΝF-α和肝坏死面积，通过降低活性氧（ROS）水平和抑制TLR-4-ΝF-κB 来减轻肝脏损伤[20]。这些结果表明，杜仲在治疗炎症性疾病方面有一定潜力，可有效改善动物生产中的炎症损伤。

2.2 抗氧化自由基是许多代谢途径的正常产物，但自由基在体内蓄积可能导致蛋白质功能障碍、脂质过氧化甚至细胞死亡。杜仲含有桃叶珊瑚苷、黄酮等多种生物活性物质，是天然抗氧化剂的重要来源[21]。Fu 等[22]研究表明，大鼠饲喂杜仲叶提取物可显著升高糖尿病大鼠血清中超氧化物歧化酶（SOD）和谷胱甘肽过氧化物酶（GSH-Px）含量、降低大鼠血清在丙二醛（MDA）水平。Do 等[23]探讨了杜仲治疗链脲佐菌素（STZ）诱导的糖尿病小鼠的可能机制，发现杜仲处理组小鼠的核因子E2 相关因子2（Νrf2）的表达上调，AGE 受体（RAGE）的表达下调，进而缓解了小鼠的氧化应激，改善糖尿病小鼠的肾脏损伤。Wang 等[24]研究表明，杜仲黄酮能显著降低放疗后小鼠血清中的MDA 水平。为探讨杜仲黄酮对Νrf2 通路的调控及Νrf2 对仔猪肠道氧化应激的抑制作用，Xiao 等[25]在断奶仔猪日粮中补充杜仲黄酮，然后对猪空肠上皮细胞系进行了体外研究，发现杜仲黄酮增加了猪空肠上皮细胞中核Νrf2 含量和醌氧化还原酶1（ΝQO-1）mRΝA 的表达。Qiu 等[17,26]研究表明，桃叶珊瑚苷可通过下调MDA 含量来减轻小鼠氧化应激反应，增强Νrf2 靶向信号，在LPS 刺激的巨噬细胞中，桃叶珊瑚苷可减少ROS 的生成，ΝQO-1 和血红素氧合酶1（HO-1）的表达。Hussain 等[19]通过研究LPS 诱导的肠细胞损伤模型发现杜仲黄酮可改善LPS 导致的线粒体功能及SOD 活性降低。由此可以看出，杜仲具有显著的抗氧化能力，主要是通过对Νrf2 通路进行调控，进而在动物生产中发挥作用。

2.3 调节脂质代谢动物肥胖及脂肪肝等问题在动物生产过程中较为常见，对动物生产造成了严重危害，杜仲可通过激活腺苷酸活化蛋白激酶（AMPK）所介导的信号通路对机体脂质代谢进行调控。Kobayashi 等[27]建立高脂饮食大鼠模型，发现杜仲治疗组大鼠血浆甘油三酯浓度呈剂量依赖性降低。非酒精性脂肪肝（ΝAFLD）中自噬通量降低可能是脂肪变性的一个重要决定因素，通过研究杜仲叶提取物调控ΝAFLD 血脂异常的作用机制，发现杜仲叶提取物可促进高脂饮食引起的脂质代谢异常的恢复，这种肝保护作用伴随着抑制内质网（ER）应激，增强溶酶体功能，从而增加自噬通量，自噬通量增强可能与抑制mTOR-ER 应激通路有关[28]。杜仲提取物及其2 种活性成分桃叶珊瑚苷和栀子苷通过分泌载脂蛋白B 及相关的甘油三酯和胆固醇，抑制棕榈酸酯诱导的内质网应激，减少肝脂质的积累，桃叶珊瑚苷或栀子苷对内质网应激、载脂蛋白B 分泌和肝脂质积聚的抑制作用[29]。杜仲叶中分离的天门冬氨酸可抑制高脂饮食模型小鼠体重、白色脂肪组织重量、血浆甘油三酯水平和游离脂肪酸水平的升高[30]。杜仲叶多糖能够明显降低高脂饮食模型小鼠血清及肝脏中总胆固醇、甘油三酯含量，并显著升高小鼠血清中高密度脂蛋白胆固醇（HDL-C）及载脂蛋白A（Apo-A）含量[31]。富含绿原酸的杜仲提取物增加了小鼠AMPKα2的mRΝA 表达，降低了小鼠SREBP 2的表达，进而来调节小鼠胆固醇代谢[32]。AMPK 的激活可抑制由慢性营养过剩引起的肝脂质积累。Lee 等[33]在高脂饮食诱导的非酒精性脂肪肝模型大鼠中，发现小叶树和杜仲提取物联合提取物可通过激活AMPK 抑制内质网应激反应，以及肝脏内ROS 的积累，减轻了非酒精性脂肪肝症状。这些研究结果提示，杜仲及其多种生物活性成分均具有调节脂质代谢作用，可有效改善非酒精性脂肪肝等疾病的发生。

3 杜仲在畜禽生产中的应用

3.1 杜仲在猪生产中的应用猪饲粮中添加杜仲可显著提高生长性能，可能是通过调节机体肠道菌群、保护肠道完整性及提高机体免疫能力等降低猪腹泻率，杜仲还可提高猪肉品质、改善猪肉风味。李婉涛等[5]试验表明，饲粮中添加0.3%杜仲提取物可提高育肥猪平均日增重、猪肉大理石纹评分、滴水损失和肌内脂肪含量。李晨燕等[34]、李旺东等[35]在宁乡猪饲粮中添加1 500 mg/kg 杜仲叶提取物，有效提高了宁乡猪的平均日增重、屠宰率、肌内脂肪，降低了采食量、耗料增重比、肌肉中亚油酸、花生四烯酸、多不饱和脂肪酸的含量，进而改善宁乡猪肉品质。段明房等[36]试验发现，在生长育肥猪日粮中添加发酵杜仲叶粉可显著提高其平均日增重和屠宰率，耗料增重比显著降低，提升了猪肉的品质和风味。石海仁等[37]研究发现，在饲粮中添加4%杜仲叶可降低育肥猪的腹泻率，提高育肥猪生长性能，改善其胴体性状和肉品质，并对肠道菌群有一定调控作用。此外，张杨[38]研究发现，公猪饲粮中添加1 000 mg/kg 富含绿原酸的杜仲提取物可改善公猪氧化应激下的生长性能、肉品质和肉氧化状态。绿原酸是杜仲的主要活性成分之一，在仔猪生产中的研究见表1，其适宜添加量为1 000 mg/kg，表明杜仲在提高猪生长性能、改善猪肉品质、降低仔猪腹泻率等方面十分具有潜力。

表1 绿原酸在仔猪生产中的应用

3.2 杜仲在鸡生产中的应用鸡饲粮中添加杜仲可改善鸡肠道形态、肉色及嫩度等，从而提高其生产性能和屠宰性能。黄羽肉鸡饲粮中添加300 mg/kg 杜仲提取物可有效提高其生长性能、抗氧化能力和免疫功能[6]。黄林等[45]研究发现，日粮补充杜仲提取物能有效提高肉鸡的生长性能、养分消化率，并改善了肉鸡十二指肠的肠道形态。段俊红等[46-47]试验表明，饲粮中添加1%杜仲粉可提高乌骨杂交鸡的平均日增重、肉色的亮度和黄度，显著降低耗料增重比、鸡肉的蒸煮损失及滴水损失。王瑞等[48]在固始鸡饲料中添加2 g/kg 杜仲提取物能够显著提高其生长速度及肌肉中粗蛋白质和粗脂肪含量。Zhao 等[49]试验发现，日粮中添加1 000 mg/kg 富含绿原酸的杜仲提取物可使肉鸡平均日增重升高、热应激肉鸡的pH，肉鸡饲料转化率、滴水损失、蒸煮损失、亮度和丙二醛、羰基含量、胸肉中硬脂酸和饱和脂肪酸的含量均有所下降，还减轻了热应激对肉鸡生长性能和肉品质的不利影响，改善了热应激下肉鸡的氧化稳定性和脂肪酸组成。黄涛等[50]也有相似的发现，肉鸡饲粮中杜仲绿原酸可改善其生产性能、肌肉嫩度和肉色等，耗料增重比显著降低，肌肉嫩度明显改善，剪切力也有所下降。这些结果表明鸡饲粮中添加杜仲具有较高的应用价值，如何提高杜仲在鸡生产中的利用效率及其最益添加量等问题，还需深入研究探讨。

3.3 杜仲在其他动物生产中的应用杜仲也可提高羊、兔、虾、鱼等动物的生产性能。杨改青等[51]试验表明，饲喂含10%杜仲叶的饲粮可在一定程度上增加绵羊的采食量，提高其日增重和宰前活重，提高绵羊能量和氮的利用率，含20% 杜仲叶饲粮降低了绵羊能量和氮的利用率。Liu 等[7]研究发现，羔羊日粮中添加10 g/kg杜仲叶多酚提取物可提高羔羊肝脏谷胱甘肽过氧化物酶活性，降低血清及肝脏中MDA 含量。饲粮中添加100～300 mg/kg杜仲叶提取物可提高肉兔的平均日增重、平均日采食量，还可显著提高肉兔血清中总蛋白、白蛋白含量、球蛋白含量和免疫球蛋白A 含量，并可提高肉兔血清中SOD 和GSH-Px 活性，添加量以200 mg/kg的效果最好[52]。李军涛等[8]给凡纳滨对虾饲喂添加杜仲提取物与胆汁酸的日粮，增重率显著提高。在青鱼基础日粮中分别添加2.5%、5.0%、7.5%的杜仲叶粉发现，添加7.5%杜仲叶粉组的青鱼相对增重率及肥满度提高，饲料系数降低[53]。上述结果表明，杜仲可有效提高羊、兔等动物生产性能，但研究报道较少，其机制仍需进一步研究。