黄芪多糖的生理功能及其在畜禽生产中的应用研究进展

全雪容，唐佳希，田凤云，彭天舒，田科雄

（湖南农业大学动物科学技术学院，湖南省畜禽安全生产协同创新中心，湖南长沙 410128）

黄芪为多年生草本植物，是一种应用历史悠久的中草药，具有免疫调节作用。黄芪多糖（Astragalus Polysacharin，APS）是从黄芪的茎或干根中提取的一种具有生物活性的水溶性杂多糖，成分复杂多样，其高分子碳水化合物主要通过各单体多糖之间的α型糖苷键连接[1]。APS 的提取方法主要有水提取、微波提取、酶提取、碱水提取等，并且提取方法不同所获得的多糖含量略有差异。陈玉霞等[2]用微波提取法APS 所得多糖的含量为31.25%。我国于20 世纪70 年代开始研究多糖，由于我国中草药资源丰富和中医理论较系统等优势，多糖的研究发展迅速，各种多糖的生物活性不断被挖掘。APS 具有增强机体免疫力、抗氧化、抗炎、调节肠道健康等多种作用[3]。APS 作为饲料添加剂，因其低毒、无残留、无耐受性等优良特性而被广泛应用于畜禽养殖，用以促进动物生长、提高成活率、增强抗病力、改善畜产品品质[3-4]。同时在医学临床领域，APS 对于各种疾病预防和治疗、药物的研究也发挥了重要作用。近些年，APS 在畜禽养殖生产中的研究进展较慢，有关其生理功能发挥机制也尚不清晰。本文主要综述了APS 的生理功能及其可能的作用机制、在畜禽生产中的应用进展，以期为APS 的进一步研究和应用提供参考。

1 APS 的化学性质

APS 是从黄芪中提取的重要活性成分，棕黄色粉末，味道微甜，具有吸水性，相对分子量为80～160 ku[5]。APS 结构复杂，种类多，主要是葡聚糖发挥活性作用，化学特征为（1 →4）连接的葡聚糖主链，每10 个残基有1 个（1 →6）连接的分支，其中多糖主要由葡萄糖、半乳糖、果糖和阿拉伯糖等组成[6]。

2 APS 的生物学功能

图1 APS 的化学结构[6]

2.1 免疫调节作用 APS 主要通过调节机体免疫器官来促进免疫细胞的增殖、刺激免疫细胞因子的释放，影响免疫信号的传导，从而增强机体的免疫功能。孙波等[7]研究表明，APS 可以显著提高肉鸡脾脏、法氏囊、胸腺指数。APS 可增强动物免疫器官指数，其机制可能与APS 可增加B 淋巴细胞、T 淋巴细胞的增殖和分化，调节T 淋巴细胞亚群的平衡、激活自然杀伤细胞和巨噬细胞活性有关。研究表明，APS 可激活T 细胞[8]。小鼠注射200 mg/kg APS 可显著提高外周血T 淋巴细胞、CD4+、CD8+细胞的百分比和CD4+/CD8+比值[9]。体内试验表明，APS 通过对巨噬细胞的调节，增强自然杀伤细胞活性，杀灭肿瘤细胞[10]。此外，Li 等[11]研究发现，APS 可促进脾细胞产生白细胞介素2（IL2），诱导干扰素（IFN），促进淋巴细胞增殖，增加巨噬细胞吞噬作用。Wang 等[12]研究了APS 对脂多糖感染Caco-2 细胞炎症反应的影响，结果显示，APS 可显著下调脂多糖感染Caco-2 细胞肿瘤坏死因子α（TNF-α）、白细胞介素1β（IL-1β）和白细胞介素8（IL8）的表达。因此，APS 通过诱导免疫细胞分泌IL2 等细胞因子，促进淋巴细胞等免疫细胞分化、成熟，进而增强机体免疫力。其调控机制可能是APS 通过刺激Toll 样受体4（TLR4）-髓样分化因子88（My D88）依赖性信号通路中的TNF受体相关因子，诱导IκB-α的降解，进而活化核转录因子-κB（NF-κB）[13]。NF-κB 途径是作为免疫和肿瘤发生之间的重要分子连接。研究表明，APS 可增加小鼠单核巨噬细胞的TLR4/NF-kB 信号通路的表达[14]。Wang等[3]研究发现，在断奶仔猪日粮中添加APS 后，仔猪的免疫力升高，其原因是TLR4-myd88 信号通路被诱导激活。另外，APS 可在体外激活p38/ 丝裂原活化蛋白激酶（MAPK）信号转导通路，诱导巨噬细胞因子的产生[15]。APS 还可通过调节磷脂酰肌醇3-激酶/蛋白激酶（PI3K/AKT）磷酸化，激活PI3K/AKT 信号通路，此信号通路与细胞代谢、生长、迁移和增殖相关[16]。

综上，APS 通过促进机体的特异性和非特异性免疫，活化免疫细胞，刺激免疫细胞因子释放，诱导TLR4/NF-kB、p38/MAPK 等信号通路的表达，从而增强机体的免疫力。

2.2 抗氧化作用 动物在新陈代谢过程中，机体会产生一系列的活性氧（ROS），这些ROS 以羟基自由基、超氧阴离子和过氧化氢的形式存在动物体内。当机体遭遇到应激等不良情况时，就会产生过量的ROS、羟基等强氧化自由基，体内自由基的增加会造成组织和细胞损伤，导致脂质过氧化。研究发现，APS 能够清除羟基自由基和降低过氧化氢的活性，并在体外有效地螯合铁离子，改善氧化应激，防止氧化损伤[17]。体外试验表明，APS 可清除1,1-二苯基-2-三硝基苯肼（DPPH）自由基、2,2' 氨基-二铵盐（ABTS）自由基、超氧阴离子，可作为一种有效的抗氧化剂[18]。此外，APS 还可以通过提高机体多种抗氧化酶活性，从而提高抗氧化能力。研究表明，APS 可增加机体超氧化物歧化酶（SOD）、谷胱甘肽过氧化酶（GSH-Px）活性，阻断丙二醛（MDA）的产生，降低ROS 的产生[19]。郑嫩珠等[20]研究发现，APS 能显著提高70 日龄番鸭肌肉总抗氧化能力（T-AOC）、SOD、GSH-Px 活性，显著降低肌肉MDA 活性。其机制可能与APS 调节核因子 E2 相关因子 2（Nrf2）和抗氧化反应元件（ARE）的转录有关。研究表明，正常情况下，细胞抑制蛋白Keap1 将Nrf2 隔离在细胞质中，当细胞受到氧化应激时，Nrf2从中释放出来，然后与Maf 或Jun 元件结合，在细胞核中形成异二聚体，异二聚体与ARE 结合，促进许多II期解毒酶和抗氧化酶的基因表达，包括血红素氧合酶1（HO-1）和醌氧化还原酶1（NQO1），从而提高细胞清除ROS 的能力[21]。Simona 等[22]在过氧化氢诱导的氧化应激模型中发现，黄芪提取物可减少ROS 的释放，激活Nrf2 的表达；APS 提取物可诱导HO-1、NQO1 表达，降低环氧化酶-2（COX-2）和诱导型一氧化氮合酶（iNOS）的含量，减少ROS 的释放[22]。由上可知，APS 的抗氧化作用主要体现在：一方面，清除机体的自由基和降低过氧化反应，缓解氧化损伤；另一方面，通过激活Nrf2-ARE 信号通路，增加机体抗氧化酶水平，从而改善抗氧化性能。

2.3 维持肠道健康作用 研究报道，肠道健康可从肠道物理屏障、生物屏障、化学屏障和黏膜免疫屏障皆处于平衡状态作为判定指标[23]。一方面，APS 可以调节宿主胃肠道内菌群的微生态平衡，发挥益生作用。研究表明，APS 通过显著增加肉鸡肠道有益菌乳酸杆菌、双歧杆菌的数量来降低有害菌大肠杆菌、沙门杆菌的数量，从而有效调节肉鸡肠道微生物菌群结构[7]。其可能机制是APS 内的大分子可以与大肠杆菌等有害菌争占肠壁内的定植位点，抑制致病菌的吸附和繁殖，从而使有益菌得到增殖[24]。此外，APS 通过降低肠道pH 为肠道有益菌增殖提供有利环境，从而抑制有害菌[25]。Che等[26]研究表明，APS 通过降低肠道酸度，促进乳酸、短链脂肪酸和某些促生长因子等多种生物活性物质的产生，来促进消化酶的产生，从而保护肠道发育，促进动物生长。另一方面，APS 通过改善肠道形态结构发育，增加肠道微生物多样性，来提高肠道的免疫力，维持肠道内环境稳态。Yang 等[27]研究表明，在断奶仔猪日粮添加APS，使仔猪肠道乙酸、异丁酸和丁酸含量显著提高，肠道微生物种群和多样性水平升高，隐窝深度降低、绒毛高度和隐窝深度的比值升高，从而促进断奶仔猪的肠道健康发育。此外，Wang 等[28]研究发现，APS可改善感染脂多糖肉鸡的空肠绒毛高度，增加空肠上皮内淋巴细胞数量。紧密连接是维持肠道黏膜上皮的机械屏障和渗透性的重要结构，APS 还可以通过提高肠道Occludin 和Claudin 紧密连接蛋白的表达来维持肠屏障功能[13]。同样，Wang 等[29]研究也发现，APS 可显著增加Occludin 和Claudin 的表达。

综上，一方面，APS 通过调控肠道内有益菌生长所需的环境，从而维持了肠道微生态平衡，保护肠道形态的正常发育；另一方面，通过保护肠道上皮细胞和黏膜细胞，降低肠道屏障，进而促进肠道健康。

2.4 抑菌抗病毒 研究表明，APS 对金黄色葡萄球菌、大肠杆菌和沙门氏菌的菌株均有抑制作用[30]。Li 等[31]在1日龄雌鸡日粮中添加200 mg/kg 的APS 进行42 d 饲养试验发现，雌鸡回肠和盲肠中大肠杆菌的数量分别减少4%和6%。李瑜等[32]研究表明，当APS 浓度为0.02 mg/mL时，对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抑菌最好，且pH为6 时抑菌效果强，其原因可能是在强酸或强碱环境下，APS 结构容易变化，从而导致失去抑菌作用。在体外抗菌试验中发现，APS 可抑制并杀灭奶牛乳腺炎的主要病原菌大肠杆菌、链球菌以及金黄色葡萄菌，并且对大肠杆菌抑制效果最明显[30]。其原因可能是革兰氏阴性菌细胞壁的肽聚糖层较薄，容易遭到APS 破坏，导致细胞膜破损，最终死亡[33]。APS 对许多病毒亦具有抑制作用，研究表明，APS 通过促进雏鸡早期体液免疫应答，从而增强细胞免疫，减少H9N2禽流感病毒（AIV）的复制[34]。体外试验表明，APS 可抑制猪圆环病毒2型（PCV2）的复制，其原因主要是由于APS 能降低PCV2 体内氧化应激反应和激活NF-κB 的信号通路[35]。因此，APS 主要通过调节机体免疫功来抑制病毒的复制过程。综上，APS 对多种细菌和病毒均有抑制作用，这也为养殖生产中疾病的预防提供了参考。

3 APS 在畜禽生产中的应用

3.1 APS 在猪生产中的应用 研究表明，饲料中添加APS 对动物的生长具有明显促进作用，究其原因可能是APS 具有免疫调节能力、促进肠道健康等作用。Yuan等[13]在断奶仔猪日粮添加800 mg/kg 的APS 可显著提高仔猪的平均日增重、降低耗料增重比、提高免疫球蛋白A（IgA）的表达，改善仔猪抗氧化性能。Yin 等[36]研究结果显示，0.1% APS 组仔猪平均日增重较对照组和抗生素组分别显著提高11%和4.4%，耗料增重比分别降低5.6%和8.4%，回肠消化率和氨基酸血清浓度增加，从而调节仔猪氨基酸代谢和肠道微生物的酸代谢，改善消化和吸收功能，促进生长。骆先虎等[37]研究表明，APS 能促进仔猪对粗蛋白质等营养物质的消化率，提高机体营养物质的利用率，降低仔猪腹泻率。其改善腹泻的原因可能是APS 通过降低仔猪肠道pH，使肠道有益菌数量显著增殖，降低大肠杆菌等有害菌数量，通过改善仔猪肠道内环境，有效降低腹泻率[25]。隋明静[38]研究表明，APS 可促进仔猪肠道消化液分泌，通过改善肠道形态结构，从而扩大肠道的吸收面积，提高机体营养物质的吸收，加快仔猪的生长速度。Tan 等[39]在妊娠母猪预期分娩前1 周日粮中添加APS，分娩后检测初乳中免疫细胞因子，结果显示，APS 可显著提高初乳中免疫球蛋白G（IgG）和免疫球蛋白M（IgM）表达，且猪瘟病毒抗体阻断率也明显提升。此外，母猪饲粮中添加APS 可提高产仔性能和仔猪成活率，改善泌乳量和乳品质[40]。侯晓礁等[41]研究发现，与对照组相比，在妊娠母猪饲料中添加300 mg/kg 的APS 后，母猪生产仔猪数量较高，仔猪死胎率、畸形率、弱仔率等较低。因此，APS 可通过增强机体免疫、提高营养物质利用率、改善肠道内环境，从而提高猪的饲料利用率、产仔性能，降低腹泻率，促进生长。

3.2 APS 在家禽生产中的应用 APS 已被证实对肉鸡生长性能具有提高作用[24,42-43]。APS 主要通过提高消化酶活性、改善肠道健康、增强免疫功能等方面提高肉鸡生长性能。Wu 等[42]研究表明，APS 可提高肉鸡肠道消化酶活性，增强血清免疫功能水平。APS 可调控脂多糖诱导的肉鸡机体免疫应激，通过抑制蛋白质重分配，从而提高肉鸡的蛋白质代谢，改善免疫应激状态，缓解肉鸡的生长抑制[44]。肉品质方面，孙波等[45]研究表明，APS 可不同程度地提高肉鸡屠宰率、胸肌率等屠宰性能和肌肉的pH、滴水损失等肉品质指标。此外，APS 可有效降低肉鸡的腹泻率，究其原因是APS 抑制了大肠杆菌病、沙门菌病与绿脓杆菌病等细菌繁殖[46]。APS在蛋鸡上的应用主要体现在提高生产性能和改善蛋品质方面。

官丽辉等[47]研究结果显示，APS 可提高产蛋后期蛋鸡产蛋率，降低耗料增重比，提高促卵泡激素（FSH）、促黄体生成素（LH）等生殖激素水平。APS 可以有效改善产蛋后期蛋鸡卵巢功能，促进其卵泡发育与排卵，提高产蛋性能。APS 还可调节蛋鸡血脂。杨秋霞等[48]研究结果显示，在蛋鸡日粮中添加APS 可显著降低蛋鸡血清胆固醇（TC）、甘油三酯（TG）和蛋黄中TG等脂质指数，APS 通过调节机体脂质代谢水平，改善鸡蛋品质。在蛋品质方面，王翠菊等[19]研究也指出，APS 可以改善蛋黄颜色，提升蛋壳的厚度和哈氏单位，可能是APS 具有强抗氧化作用，可有效保护叶黄素氧化，起到促进色素堆积、调节蛋黄色泽的作用。在水禽方面，APS 主要集中在鸭生产上的研究。赵文文等[49]研究结果显示，与对照组相比，APS 组耗料增重比降低12.97%，平均日增重和平均采食量分别提高了6.85%、0.70%；各免疫球蛋白和免疫细胞因子均得到不同程度提高，回肠隐窝深度降低了48.29%，有效提高了肠道菌群丰度。李桂芹等[50]研究显示，APS 可缓解免疫应激导致的肉鸭免疫器官指数和应激激素降低，由此提高机体抵抗力，促进生长。郑嫩珠等[20]研究表明，添加APS 可提高番鸭肌肉pH、降低滴水损失和剪切力，从而提高肌肉持水力，改善肉品质，原因在于APS 增强了肌肉中的抗氧化酶活性，保证了肌肉的品质。综上表明，APS 对家禽的生产性能、产品品质、肠道健康、机体免疫等均有提升作用。

3.3 APS 在反刍动物生产中的应用 APS 对牛、羊等反刍动物具有促生长、调控能量代谢、缓解应激、增强免疫等作用[51-52]。刘延鑫等[51]研究发现，APS 通过降低应激肉牛抗氧化指标的升高，可有效缓解运输导致的肉牛应激反应，使肉牛恢复正常生理状态，降低发病率。王义翠等[53]研究表明，与对照组相比，在断奶犊牛日粮中添加5 g/ 头的APS 可显著提高平均日增重，采食量提高了8.40%，耗料增重比、发病率分别降低了5.7%、66.6%，机体SOD、GSH-Px 等抗氧化酶活性也显著提高。一方面，APS 可通过增强反刍动物抗氧化能力，提升其抗应激水平，改善其生长。另外，APS 可提高反刍动物的营养养物质消化率，降低腹泻率，也是其促进生长的机制之一[54]。也有研究报道，APS 对奶牛乳房炎有一定的预防作用，主要是通过抑制金黄色葡萄球菌、无乳链球菌、大肠菌群属等奶牛乳房炎致病菌，降低牛乳中的体细胞数和改善乳腺上皮细胞炎症来实现[55]。因此，通过添加APS 后可以提高反刍动物生产性能，缓解应激反应，提高免疫力，促进动物生长。

4 小 结

综上所述，APS 具有增强动物免疫力、促进动物生长、维持肠道健康发育、提高抗应激能力等作用。同时，因其具有高效、低毒、无残留等优良特性，逐渐被作为一种新型绿色添加剂应用在家畜、家禽和反刍动物生产中，并取得良好的效果。值得指出的是，在当前畜禽生产中禁止使用饲用抗生素的大环境下，APS 能否成为一种替抗产品需要开展更广泛研究。目前APS 的提取工艺效率低，在不同畜禽生产中添加剂量差异较大及与其他饲料添加剂的互相关系尚不明确，需进一步深入研究。