槲皮素的生理功能及其在鸡生产上的应用

梅华迪，田 琦，屈圣富，高凤仙，马现永，李贞明，罗雪辉，余 苗

(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，广东省畜禽肉品质量安全控制与评定工程技术研究中心，广州 510640；2.湖南农业大学动物科学技术学院，长沙 410128；3.清远市清城区清远鸡研究院，清远 511510)

槲皮素，又名栎精、槲黄皮素，是一种黄色结晶状物质，其分子式为C15H10O7，化学名为3，3’，4’，5，7-五羟基黄酮，主要以糖苷的形式广泛存在于多种蔬菜和水果中[1]，是一种具有抗炎、抗氧化、抗癌、抗病毒等药理活性的生物类黄酮[2]。槲皮素因其具有天然、无毒副作用、无公害等优势而成为了一种新型的绿色饲料添加剂和食品补充剂，在食品、医疗、畜牧业等领域均有应用[3]。在食品行业，槲皮素可缓解脂质过氧化，从而延长鸡蛋和鸡肉的保质期[4]。当前，槲皮素作为一种新型绿色添加剂，在畜牧业领域具有广泛的应用和发展前景。在鸡生产应用中，槲皮素被证实具有改善鸡生长性能、提高肉蛋品质、调节机体代谢、增强机体免疫、维系肠道健康等作用，作者通过综述近些年国内外对槲皮素的研究，总结其生理功能、作用机制及其在鸡生产中的应用，为槲皮素在饲料中的开发和应用提供理论参考。

1 槲皮素的生理功能及作用机制

1.1 抗炎功能

槲皮素可通过影响白细胞的激活和调节细胞内信号激酶、磷酸酶、炎症酶等来改善机体免疫功能和炎症。 研究指出，当宿主受到脂多糖(lipopolysaccharide，LPS)、细菌、氧化应激等多种因素刺激时，丝裂原活化蛋白激酶(mitogen-activated protein kinase，MAPK)和核因子-κB(nuclear factor kappa-B，NF-κB)等信号激酶被激活，介导多种炎症基因表达，促进免疫细胞产生细胞因子、趋化因子、促炎因子，加剧炎症反应[5]。Saiki等[6]发现，用LPS处理小鼠巨噬细胞RAW264.7后，添加槲皮素可抑制炎症因子白细胞介素-6(interleukin-6，IL-6)的mRNA表达水平，改善LPS诱导的细胞炎症。Endale等[7]在小鼠巨噬细胞RAW264.7的研究中进一步证明，槲皮素通过抑制Src-和Syk-介导的磷脂酰肌醇-3-激酶(phosphoinositide 3-kinase，PI3K)p85酪氨酸磷酸化和Toll样受体4(Toll-like receptor 4，TLR4)/髓样分化因子88(myeloid differentiation factor88，MyD88)/PI3K复合物的生成以及MAPK/激活蛋白1(activating protein1，AP1)和IκB激酶(IκB kinase，IKK)/NF-κB通路的激活，来限制LPS诱导的炎症产生，从而抑制LPS诱导的RAW264.7细胞下游信号通路的活化。NF-κB和AP1是调节促炎因子基因表达的重要通路，槲皮素可能通过抑制NF-κB和AP1信号通路的磷酸化来抑制环氧合酶(cyclooxygenase，COX)、诱导性一氧化氮合酶(inducible nitric oxide synthase，iNOS)和C反应蛋白(C-reactive protein，CRP)的基因和肿瘤坏死因子-α(tumor necrosis factor-α，TNF-α)、IL-6、IL-1β基因转录，从而限制炎性介质的形成，进而发挥抗炎功效，最终改善细胞炎症[7-8]。此外，槲皮素可作为过氧化物酶体增殖物激活受体-γ(peroxisome proliferator-activated receptors-γ，PPAR-γ)激活剂而激活PPAR-γ，进而抑制NF-κB和AP1转录激活炎症基因，并抑制TNF-α、IL-6、IL-8等促炎细胞因子的mRNA表达水平，从而缓解细胞炎症反应[9-11]。除上述通路外，槲皮素还可通过抑制血管细胞黏附分子-1和共刺激分子80的表达，减少白细胞的黏附、迁徙和T细胞的活化，进而改善由过氧化氢(H2O2)诱导的内皮细胞炎症[12]。以上结果表明，槲皮素可通过抑制炎症相关通路的激活(如MAPK、NF-κB、AP1等)来调控相关炎症酶(COX、iNOS等)和细胞因子(如TNF-α、IL-6、IL-1β等)的mRNA表达；另一方面，槲皮素可以降低白细胞活化、黏附、聚集、迁徙。以上途径可以限制炎症因子的产生，从而发挥抗炎作用。通过整理和总结上述相关途径，作者绘制了槲皮素的抗炎途径(图1)。

TNFR，肿瘤坏死因子受体；ERK1/2，细胞外蛋白调节激酶1/2；JNK，c-Jun氨基末端激酶TNFR,Tumor necrosis factor receptor；ERK1/2,Extracellular regulated protein kinase1/2；JNK,c-jun N-terminal kinases图1 槲皮素的抗炎途径Fig.1 Anti-inflammatory pathway of quercetin

1.2 抗菌功能

槲皮素作为一种植物源杀菌剂，具有广谱的抗菌活性，在体内外均能发挥较强的抑菌作用。体外研究发现，槲皮素可通过抑制细菌核酸和蛋白生成、损害菌体细胞质膜和阻碍细菌能量代谢，进而抑制金黄色葡萄球菌(Staphylococcusaureus)、绿脓杆菌(Pseudomonasaeruginosa)、大肠杆菌(Escherichiacoli)、肠球菌(Enterococcus)、巴氏杆菌(Pasteurella)、沙门氏菌(Salmonella)、粪链球菌(Streptococcusfaecalis)等潜在致病菌的增殖，但具有促进乳酸杆菌(Lactobacillus)和双歧杆菌(Bifidobacterium)等有益菌增殖的作用[13-18]。一方面，槲皮素可通过破坏Staphylococcusaureus和Escherichiacoli等潜在致病菌的菌体细胞壁和细胞膜的结构，导致细胞质膜通透性增加，菌体内容物渗漏，进而破坏其细胞的正常代谢，最终起到抑制其增殖的作用[13-15]；另一方面，槲皮素还可使Escherichiacoli菌体内的蛋白质合成过程受阻，促使细菌的生理活动不能正常进行，进而发挥抑菌作用[15]。此外，槲皮素还能够竞争菌体内的三磷酸腺苷(adenosine triphosphate，ATP)的结合位点，抑制DNA的超螺旋活性，进而抑制Escherichiacoli旋转酶的ATP活性并诱导DNA裂解，从而起到抑菌作用[16]。综上所述，槲皮素可通过破坏潜在致病菌菌体细胞壁和细胞膜的结构、阻碍潜在致病菌的蛋白质和核酸合成、竞争菌体内的ATP结合位点等生物膜形成有关的途径，影响细菌的生长繁殖和新陈代谢，最终起到抗菌的作用。

1.3 抗肿瘤功能

槲皮素是一种多功能性分子，可通过多种途径有效抑制肿瘤细胞增殖、迁徙和入侵，促进细胞凋亡，进而发挥抗肿瘤的作用。研究发现，槲皮素可通过抑制癌基因c-fos、c-jun、c-myc、c-src、Bcl-2、survivinmRNA表达水平，增加抑癌基因p53、p27、p21 mRNA表达水平而起到抗肿瘤的作用[19-21]；还可通过抑制人胰腺癌细胞中蛋白酪氨酸激酶活性，降低癌细胞磷酸化，阻碍表皮生长因子受体的信号转导，进而抑制肿瘤细胞增殖[22]。此外，槲皮素还可抑制人肺腺癌细胞端粒酶(human telomerase reverse transcriptase，hTERT)催化亚基的mRNA表达水平，抑制端粒酶活性，破坏端粒稳定性，从而抑制肿瘤细胞增殖，促进其细胞凋亡[23]；通过蛋白激酶C(protein kinase C，PKC)/ERK等信号通路抑制基质金属蛋白酶-9(matrix metalloproteinase-9，MMP-9)的激活[24]，减少基质金属蛋白酶-2(matrix metalloproteinase-2，MMP-2)、MMP-9的分泌[25]，同时降低MMP-2、MMP-9的活力[26]，最终抑制肿瘤细胞迁徙和入侵。

1.4 抗氧化功能

槲皮素拥有特殊的邻苯二酚结构而具有抗氧化功能，可直接清除自由基[27]。槲皮素的抗氧化活性主要通过其对谷胱甘肽(glutathione，GSH)合成、抗氧化酶活性、信号转导途径和由氧化应激引起的活性氧(reactive oxygen species，ROS)的影响而体现。

Kobori等[28]在对小鼠的研究中发现，摄取槲皮素的小鼠，肝脏GSH合成、超氧化物歧化酶(superoxide dismutase，SOD)、过氧化氢酶(catalase，CAT)、谷胱甘肽过氧化酶(glutathione peroxidase，GSH-Px)基因表达增加。一方面，GSH作为氢供体，能促进SOD捕获超氧阴离子(superoxide anion，O2-)并将其转换为H2O2，并进一步将其催化分解生成水；另一方面，在GSH-Px的催化作用下，GSH还可与H2O2发生特异性反应生成氧化谷胱甘肽二硫化物(glutathione disulfide，GSSG)和H2O；同时，在肝脏中，GSH还原酶可将GSSG催化还原形成GSH，使GSH进入抗氧化循环。通过上述循环途径，极大增强了机体抗氧化防御系统。同时，槲皮素的酚羟基可通过与乙酰胆碱酯酶(acetylcholinesterase，AChE)和丁酰胆碱酯酶(butyrylcholinesterase，BChE)活性部位的重要氨基酸残基结合，抑制这两种酶的活化，从而抑制丙二醛(malondialdehyde，MDA)的生成，加快ROS的清除，进而改善氧化应激[29]。Qiu等[30]研究表明，槲皮素可通过激活腺苷酸活化蛋白激酶(AMP-activated protein kinase，AMPK)/去乙酰化酶1(sirtuintype1，SIRT1)/核因子E2相关因子2(nuclear factor erythroid 2-related factor 2，Nrf2)信号通路降低骨关节炎(OA)大鼠ROS水平，升高线粒体膜电位，增加耗氧量和ATP生成，从而逆转线粒体功能障碍。槲皮素还可通过调节AMPK、SIRT1和Nrf2等信号转导途径，抑制NF-κB信号通路的激活，增强抗氧化酶的活性，从而激活抗氧化基因和抑制相关氧化酶的mRNA表达水平，进而减少ROS产生并清除ROS，最终发挥抗氧化作用[30-32]。 此外，血小板衍生生长因子(platelet-derived growth factor，PDGF)可刺激血小板衍生生长因子受体(PDGFR)，促进细胞的ROS产生，槲皮素可能通过抑制PDGFR与PDGF的结合，抑制PI3K/AP1信号通路的激活，最终减少细胞氧化应激[7,33,34]。

线粒体是细胞产生ROS的主要场所，正常情况下，ROS的产生与清除处于动态平衡，当ROS生成过多而细胞不能及时清除时会打破这种平衡，进而导致细胞氧化应激。近年来的研究发现，槲皮素可促进肝脏线粒体相关凋亡基因的表达和转录来缓解铅中毒引起的氧化损伤[35]。还有研究表明，ROS可促进脱嘌呤/脱嘧啶核酸内切酶1/氧化还原因子-1(apurinic/apyrimidinic endonuclease-1/redox factor-1，APE1/Ref1)产生，刺激AMPK、MAPK、Nrf2信号通路介导的相关抗氧化反应元件(Antioxidant response element，ARE)以及NF-κB和p53基因的激活[36-38]。 以上研究结果表明，槲皮素可通过激活抗氧化酶系统,调控ROS介导的MAPK、AMPK等信号转导途径，减少自由基产生并清除自由基，进而改善细胞氧化应激并维持氧化平衡。作者将上述相关途径进行总结，绘制了槲皮素的抗氧化途径(图2)。

Mito ETC，线粒体电子传递链；NAD+，烟酰胺腺嘌呤二核苷酸；AMP，磷酸腺苷；ATP，三磷酸腺苷；LKB-1，丝氨酸-苏氨酸激酶；NADPH，还原型烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸；Keap1，Kelch样ECH关联蛋白1；Maf，转录因子；CREB，cAMP反应元件结合蛋白；Egrl，早期生长反应因子1；Bcl-2，抗凋亡蛋白；BAX，促凋亡蛋白；Caspase，含半胱氨酸的天冬氨酸蛋白水解酶；Apoptosis，细胞凋亡Mito ETC，Mitochondrial electron transport chain；NAD+，Nnicotinamide adenine dinucleotide；AMP,Adenosine monophosphate；ATP,Adenosine triphosphate；LKB-1,Serine/threonine-protein kinase；NADPH,Reduced form of nicotinamide-adenine dinucleotide phosphate；Keap1,Kelch-like ECH-associated protein 1；Maf,Transcription factor；CREB,cAMP response element binding；Egrl,Early growth response factor 1；Bcl-2,Antiapoptotic protein；BAX,Apoptotic protein；Caspase,Cysteinyl aspartate specific proteinase；Apoptosis,Process of programmed cell death图2 槲皮素的抗氧化途径Fig.2 Anti-oxidant pathway of quercetin

2 槲皮素在鸡生产上的应用及其作用机制

槲皮素作为一种新型绿色添加剂和膳食补充剂，在鸡生产上已有广泛的应用。众多研究发现，其具有促进动物生长、提高鸡生产性能和改善动物健康等作用。

2.1 槲皮素对肉鸡生长性能的影响

目前，大多研究都认为饲粮中添加槲皮素具有提高肉鸡平均日增重(average daily gain，ADG)，降低平均日采食量(average daily feed intake，ADFI)和料重比(feed to gain ratio，F/G)的作用。据报道，罗斯肉鸡饲粮中添加250、500和1 000 mg/kg槲皮素均可提高肉鸡的体增重(body weight gain，BWG)[39]。Torki等[40]研究发现，饲粮中补充400 mg/kg槲皮素可使肉鸡ADG提高4.84%。也有研究发现，饲粮中添加200 mg/kg槲皮素可使罗斯肉鸡的F/G降低3.03%[41]。Abdel-Latif等[42]也发现，饲粮中添加200～800 mg/kg槲皮素可不同程度提高罗斯肉鸡ADG，降低F/G。在爱拔益加肉鸡上的研究表明，添加槲皮素也能不同程度改善该品种肉鸡的生长性能，如提高体重(body weight，BW)，降低ADFI和F/G[43-47]。由于试验对象、饲养时间和槲皮素添加量等因素的影响，槲皮素在鸡上的添加效果存在一定差异，但大多数研究都证实槲皮素可改善鸡的生长性能(表1)。

营养物质被动物摄取后，在消化酶的作用下分解成小分子物质，然后在小肠中被吸收，进入血液循环，到达身体各个器官，合成如蛋白质等身体必需的物质。前人研究发现，槲皮素可通过提高回肠中营养转运蛋白(葡萄糖转运蛋白2、肽转运蛋白1和脂肪酸合成酶)的基因表达、增加回肠抗氧化酶(GSH-Px和SOD1)的基因表达、改善回肠绒毛高度、宽度及绒隐比，进而增加营养物质的转运、减少氧化应激诱导的肠黏膜损伤、提高肠道对营养物质的吸收能力，最终改善肉鸡的生长[42]。

表1 槲皮素对肉鸡生长性能的影响

2.2 槲皮素对蛋鸡产蛋性能的影响

槲皮素对蛋鸡产蛋性能的影响主要表现在提高产蛋率(laying rate，LR)和降低料蛋比(feed to egg ratio，F/E)。孙丹彤[49]在37周龄的蛋鸡饲粮中添加200和400 mg/kg槲皮素，发现蛋鸡LR提高，F/E 降低。Yang等[50]也同样发现，饲粮中补充200和400 mg/kg槲皮素可使37周龄蛋鸡LR分别提高5.49%和6.51%，F/E分别降低14.39%、21.97%。由于不同的蛋鸡品种、生长阶段、添加剂量等因素影响，槲皮素对蛋鸡产蛋性能的影响存在一定差异，但大多数研究表明，槲皮素具有提高蛋鸡LR、降低F/E的作用。槲皮素对鸡产蛋性能的影响见表2。

蛋鸡自身生殖系统、卵泡的发育和成熟及其对营养物质的消化吸收是影响蛋鸡产蛋性能的重要因素，维持蛋鸡良好的生殖系统是保证产蛋性能的关键因素。 研究表明，在蛋鸡饲粮中添加200～600 mg/kg的槲皮素可通过增强其血清和肝脏中SOD、GSH-Px活力和T-AOC，抑制氧化应激诱导的卵巢机能降低和卵泡闭锁，进而改善产蛋性能[49]。此外，槲皮素还可通过促进生殖器官发育和调控卵巢凋亡相关基因表达来促进卵泡的生长发育，抑制卵泡闭锁，进而起到改善蛋鸡产蛋性能的作用[50]。在蛋鸡生殖系统中，卵泡的生长发育经历了包括促性腺激素分泌、类固醇激素合成、细胞增殖分化等一系列复杂的生化和生理变化。 而在这些变化中，激素在诱导卵泡发育中发挥着非常重要的作用。研究发现，槲皮素可通过提高血清中生殖轴相关激素雌二醇、孕酮、卵泡刺激素和黄体生成素等的水平以及生长轴激素生长激素、胰岛素样生长因子-1和甲状腺激素(T3和T4)等的水平，共同促进卵泡的生长发育，刺激卵泡的成熟和排卵，最终提高蛋鸡产蛋性能[50-53]。

综上所述，槲皮素可通过促进蛋鸡激素分泌、促进生殖器官发育和抑制卵泡凋亡，从而提高产蛋性能。

表2 槲皮素对蛋鸡产蛋性能的影响

2.3 槲皮素对鸡蛋、鸡肉品质的影响

2.3.2 鸡肉品质 王密[44]研究结果表明，给1日龄肉鸡饲喂添加了600 mg/kg槲皮素的饲粮42 d后发现，屠宰后胸肌和腿肌pH45 min提高，腿肌的滴水损失降低，鸡肉的颜色、嫩度、多汁性增加，而添加400 mg/kg槲皮素可降低胸肌和腿肌的剪切力。

综上，槲皮素作为新型饲料添加剂，在饲粮中添加200～600 mg/kg可提高鸡蛋和鸡肉品质，且在饲粮中最适添加量为400 mg/kg。槲皮素对鸡蛋和鸡肉品质的影响分别见表3和表4。

表3 槲皮素对蛋鸡蛋品质的影响

表4 槲皮素对肉鸡肉品质的影响

2.4 槲皮素对鸡其他生理功能的影响

槲皮素除具有改善鸡生长、产蛋性能和产品质量的功能外，饲粮中添加槲皮素还可影响鸡的其他生理功能，如调节机体代谢、提高抗氧化能力、改善机体免疫功能和维持肠道健康等。

刘红南等[61]给27～42周龄的蛋鸡饲喂添加了400和600 mg/kg槲皮素的饲粮16周后发现，血清中尿素氮水平降低，总蛋白和钙的水平提高。对于肉鸡，槲皮素有增加蛋白质沉积、减少脂肪沉积的作用，如王盛楠[65]报道，在肉鸡饲粮中添加200 mg/kg槲皮素，可通过增加胃蛋白酶活性和激活雷帕霉素靶蛋白信号通路，促进饲粮中蛋白质的消化、机体蛋白质合成和蛋白质的利用，增加机体的蛋白质沉积；在肉鸡饲粮中补充400～600 mg/kg槲皮素，一方面可通过激活AMPK/PPAR和PI3K/PKB信号通路，增强脂质氧化分解，加强胸肌和肝脏中的脂质转运，从而改善脂质代谢，另一方面能促进脂联素和瘦素分泌，提高营养物质的代谢水平，促进脂肪酸氧化，进而减少脂肪的沉积。此外，槲皮素还可通过降低血清中甘油三酯、低密度脂蛋白和总胆固醇含量，调节脂质代谢，改善脂肪沉积[44-45]。

在抗氧化功能方面，给蛋鸡饲喂添加200～600 mg/kg槲皮素的饲粮可增强其血清中SOD、GSH-Px活力和T-AOC，降低MDA水平，进而提高机体的抗氧化能力[49]。在肉鸡饲粮中添加0～1 000 mg/kg槲皮素可线性增加肉鸡胸肉中T-AOC和T-SOD活性，降低MDA含量，从而改善肌肉的氧化稳定性[39]。

此外，在肉鸡饲粮中添加600 mg/kg槲皮素可增加肉鸡脾脏指数和胸腺指数，促进IgA、IL-4、IgM、补体C4和TNF-α分泌，增加TNF-α、肿瘤坏死因子受体相关因子-2(TNF receptor associated factor-2，TRAF-2)、肿瘤坏死因子受体超家族成员1B(TNF receptor superfamily member 1B，TNFRSF1B)、NF-κBp65和干扰素-γ(interferon-γ，IFN-γ)的mRNA表达水平，降低NF-κB抑制剂α(IκB-α)的mRNA表达水平，进而改善肉鸡的免疫功能[43]。 另有研究发现，在饲粮中添加适宜水平的槲皮素还可提高肉鸡血清中球蛋白、白蛋白和总蛋白含量，降低血清中白球比、碱性磷酸酶和尿素氮水平，促进肉鸡外周血淋巴细胞的增殖，增强机体代谢，从而增强肉鸡体液免疫和细胞免疫功能，促进肉鸡的生长发育[64]。

肠道菌群是一个复杂的微生态系统，与营养物质消化吸收和肠道健康密切相关。近年来的研究发现，槲皮素具有调控宿主肠道微生物组成，进而维系机体健康的作用。Zhang等[39]研究表明，在肉鸡饲粮中添加250、500和1 000 mg/kg槲皮素，其回肠Lactobacillus相对丰度呈线性和二次曲线增加，其中250 mg/kg水平效果最优。此外，给肉鸡饲喂含有200 mg/kg槲皮素的饲粮，可增加盲肠的总菌数量，并提高Lactobacillus、Bifidobacterium和粪肠球菌(Enterococcusfaecalis)等有益菌的数量，降低Staphylococcusaureus、Escherichiacoli、Salmonella、幽门螺旋杆菌(Helicobacterpylori)等潜在致病菌的数量，进而维持肠道微生态平衡[65]。在蛋鸡上的研究发现，添加200～600 mg/kg的槲皮素，可提高盲肠中有益菌Bifidobacterium和Lactobacillus的菌落数，降低有害菌Escherichiacoli和总需氧菌的菌落数，从而改善蛋鸡肠道环境[54,56]。

综上所述，槲皮素在蛋鸡和肉鸡养殖中取得了良好进展，可有效调节机体代谢和肠道微生物区系。但其应用还相对有限，今后可加强其在畜禽养殖业中的应用强度，促进动物生态健康养殖的良性发展。

3 小 结

随着消费者对畜禽产品品质的要求不断提高和对食品安全意识的日益增强，寻找适宜的可提高畜禽产品品质和安全的添加剂成为畜禽生态健康养殖研究的重点。槲皮素是一种黄酮类化合物，具有抗氧化、抗炎、抗菌、抗肿瘤等生理功能，可作为一种安全的多功能饲料添加剂应用于鸡生产中，促进鸡的生长和提高肉蛋品质。然而，当前槲皮素在鸡生产上的研究还相对有限，尤其是在改善鸡生长性能方面，在猪以及反刍动物生产中研究也较少，在不同动物饲料中的最适添加剂量也有待探究，其潜在的作用机理尚需深入研究。今后的研究可围绕其在畜禽生产中的应用展开，探究其作用机制，为槲皮素成为一种绿色安全的饲料添加剂提供更多理论依据，对实现畜禽生态健康养殖具有重要意义。