β-谷甾醇的生理功能及其在动物生产中的应用研究进展

陈跃平 谢 婷 张 昊 周岩民

(南京农业大学动物科技学院，南京210095)

植物甾醇是一类存在于植物细胞膜、化学结构与哺乳动物胆固醇类似的天然活性物质，在富含脂质的植物源食物中含量较高，如坚果、植物种子、豆科植物和植物油脂等[1]。目前，植物中已鉴定出250余种植物甾醇，植物甾醇主要由β-谷甾醇、菜油甾醇、豆甾醇3种4-去甲基甾醇组成，其中以β-谷甾醇含量为最高，通常占总量的60%以上[2-3]。因此，β-谷甾醇被认为是植物甾醇的关键活性成分。β-谷甾醇是一种安全、天然、绿色和有效的人类营养补充物，且不会产生遗传毒性和细胞毒性[4]。临床试验和模式动物中的研究已证实，β-谷甾醇具有降胆固醇、降血糖、抗氧化、抗炎、抑菌和抗癌等多种生物活性[3-4]。此外，β-谷甾醇在畜禽和水产动物中的应用研究近期业已有报道。然而，目前已有的文献综述仍主要集中于植物甾醇的生物学功能及其在畜禽生产中的应用研究进展，鲜见有关β-谷甾醇单体的文献综述。为此，本文查阅了β-谷甾醇相关的最新文献报道，系统地综述了β-谷甾醇的来源、理化特性、吸收代谢、生理功能及其在动物生产中的应用，并初步探讨了β-谷甾醇在畜牧养殖中的应用前景，以期为β-谷甾醇饲料添加剂的开发及其在动物生产中的合理应用提供科学参考依据。

1 β-谷甾醇的特性

1.1 β-谷甾醇的来源、结构和性质

β-谷甾醇又名24α-乙基胆固醇、α-二氢岩藻甾醇、22,23-二氢豆甾醇和5-豆甾烯-3β-醇[4-5]，以游离、甾醇酯、甾基糖苷或酰化甾基糖苷等形式存在于多种植物的叶片、根茎和果实中，花生油、玉米油、酪梨油、小麦胚芽和米糠中β-谷甾醇含量较丰富[2,6]。植物可通过甲羟戊酸和甲基赤藓醇磷酸2个代谢途径合成β-谷甾醇[7]，而动物无法合成β-谷甾醇，人由食物中摄入的植物甾醇主要是β-谷甾醇，占65%以上，其次为菜油甾醇和豆甾醇[8-9]。目前，β-谷甾醇主要从植物油加工副产物——脱臭馏出物中提取制得；因β-谷甾醇化学合成过程中生成的甲醚副产物难以消除，其化学法生产难度大[10]。β-谷甾醇属于四环三萜类化合物，其化学结构与哺乳动物细胞甾醇(胆固醇)类似，均含有环戊烷多氢菲母核结构，而与动物胆固醇的不同之处是β-谷甾醇的C-24位连接了乙基基团[5]。胆固醇和β-谷甾醇的化学结构如图1所示。β-谷甾醇纯品的外观通常为纯白色蜡样固体粉末，不溶于水、酸或碱溶液，在乙醇和丙酮中的溶解度亦较低，但在氯仿等有机溶剂中的溶解度相对较高[6]。β-谷甾醇的化学结构式为C29H50O，相对分子质量是414.7，熔点范围为139～142 ℃，与其他类型植物甾醇相比，其热稳定性相对较差，180 ℃下加热2 h约75%的β-谷甾醇即发生氧化，且氧化速度与胆固醇接近[11]。

图1 胆固醇和β-谷甾醇的化学结构

1.2 β-谷甾醇的吸收与代谢

1.2.1 β-谷甾醇的吸收

动物吸收β-谷甾醇的关键步骤是肠黏膜上皮细胞的摄取和酯化反应。肠腔中的β-谷甾醇首先被小肠黏膜刷状缘中的固醇转运蛋白——尼曼-匹克C1型类似蛋白1(Niemann-Pick C1-like 1 protein，NPC1L1)识别并转运至小肠上皮细胞内，进入胞内的β-谷甾醇随后在酰基辅酶A:胆固醇酰基转移酶(acyl-coenzyme A:cholesterol acyltransferase，ACAT)的催化下发生酯化反应，酯化后的产物在微粒体甘油三酯转运蛋白的介导下与甘油三酯、载脂蛋白B48形成乳糜微粒并经淋巴进入机体血液循环，而大部分未被酯化的β-谷甾醇则被三磷酸腺苷结合盒转运体G5/GB(adenosine triphosphate binding cassette transporter G5/G8，ABCG5/G8)逆向转运至胞外进入肠腔或胆汁中[12-13]，缺失或敲除ABCG5/G8基因则会诱发小鼠谷固醇血症[14-15]。与胆固醇相比，人对β-谷甾醇的生物利用率较低，吸收率仅为5%，甚至更少，而胆固醇的吸收率可达45%～54%[16]。小肠ACAT对胆固醇的酯化效率至少为β-谷甾醇的60倍[17]，因而有学者认为酯化程度不足可能是影响β-谷甾醇吸收的重要原因，但目前尚缺乏直接的试验数据支持这一假说。此外，不同类型植物甾醇的吸收率也存在一定差异，而脂肪侧链结构的不同可能是导致吸收率差异的重要原因，一般C-24位连接的碳原子数目越多生物利用率越低，例如，菜油甾醇C-24位连接了甲基，吸收率可达13%，高于C-24位连接了乙基的β-谷甾醇和豆甾醇[18]。装载有β-谷甾醇的乳糜微粒进入肝脏后又重新作为脂蛋白的脂成分进入血液循环并被运送至各组织和器官中[13]。同位素示踪试验结果表明，动物摄入的β-谷甾醇可分布于肝脏、肺脏、肠上皮、肾上腺皮质、脑、生殖器官(卵巢和睾丸)，而肠上皮、肾上腺皮质和生殖器官中β-谷甾醇标记物的放射性水平最高，放射性持续时间最长[18]。

1.2.2 β-谷甾醇的代谢

目前，关于肝脏代谢β-谷甾醇的研究相对较多。肝脏亚细胞器代谢β-谷甾醇生成5α,6α和5β,6β-环氧化物，而大鼠肝脏线粒体代谢β-谷甾醇生成26-羟基-β-谷甾醇和29-羟基-β-谷甾醇，且2种代谢产物的生成比例为1∶1[19-20]。动物吸收的β-谷甾醇中约有20%会代谢生成胆酸和鹅去氧胆酸，余下的β-谷甾醇则以游离形式通过胆汁排出体外且排出速度快于胆固醇，而大约80%未被大鼠小肠吸收的β-谷甾醇则自动氧化后随粪便排出体外[16,21]。大鼠肠道微生物可代谢未被吸收或经胆汁排入肠腔的β-谷甾醇，微生物对β-谷甾醇的代谢分解途径主要包括C-3位的氧化、C-5和C-6位的饱和以及C-17位的脂肪侧链断裂[22]。人的肠道中易被定性和定量检测的β-谷甾醇微生物代谢主要产物是24-乙基-粪醇，另有少量的粪醇和24-乙基-粪甾烷酮[23]。

2 β-谷甾醇的生理功能

2.1 降胆固醇作用

降胆固醇作用是不同类型植物甾醇普遍具有的生物学功能。最早于1953年，Pollak[24]即发现一种含75%～80% β-谷甾醇的植物甾醇混合物具有降低人体血液胆固醇水平的作用。研究发现，添加0.4% β-谷甾醇有效缓解了高脂西式膳食饲粮诱导的小鼠非酒精性脂肪肝和肝脏代谢紊乱，β-谷甾醇减少了胆固醇、胆汁酸和膳食脂质的吸收或重吸收，而脂质组学结果显示β-谷甾醇的这一保护作用与小鼠肝脏胆固醇、甘油三酯和多不饱和脂肪酸等水平的下降直接相关[25-26]；另外，添加0.2% β-谷甾醇可使饲喂高胆固醇饲粮仓鼠的血浆总胆固醇水平下降约20%，且效果优于相同添加水平的芝麻素[27]。β-谷甾醇C-3位的羟基可能是其降胆固醇作用的关键活性位点。β-谷甾醇可使饲喂高胆固醇饲粮雄性仓鼠的血浆总胆固醇水平下降约17%，而当C-3位的羟基甲基化或乙基化后β-谷甾醇的降胆固醇作用消失[28]。以往的研究认为，包括β-谷甾醇在内的植物甾醇因化学结构与动物胆固醇类似，可通过竞争作用抑制肠腔内胆固醇进入混合胶束或乳糜微粒、干扰胆固醇的水解与酯化反应等途径降低胆固醇的吸收[29]。然而，近期的研究表明β-谷甾醇的降胆固醇作用机制还涉及胆固醇的合成、转运和代谢等。在肠上皮细胞Caco-2上开展的体外试验中，Yuan等[30]首次报道β-谷甾醇可从以下3个方面发挥其降胆固醇作用：1)降低胆固醇生物合成关键调控因子3-羟基-3-甲基戊二酰辅酶A合酶基因的表达水平，进而抑制胆固醇的生物合成；2)下调胆固醇转运关键蛋白NPC1L1的表达和上调胆固醇转运蛋白ABCG5/G8的表达，继而抑制胆固醇的转运和促进胆固醇的代谢；3)降低胆固醇酯化反应关键调控蛋白乙酰辅酶A乙酰基转移酶2(acyl coenzyme A-cholesterol acyltransferase 2，ACAT2)的表达水平，从而抑制胆固醇的酯化。在动物试验中，Chen等[31]证实β-谷甾醇的酯化物——β-谷甾醇月桂酸酯可通过以下2个途径减少仓鼠血清胆固醇水平：1)通过下调肠道NPC1L1的表达提高粪便胆固醇的排泄量；2)通过上调回肠顶端钠离子依赖性胆汁酸转运体与回肠胆汁酸结合蛋白的表达抑制胆汁酸重吸收，胆汁酸重吸收减少则会上调催化胆固醇分解为胆汁酸的限速酶胆固醇7α-羟化酶和固醇27-羟化酶的表达，加速胆固醇分解为胆汁酸。

2.2 调节血糖代谢作用

β-谷甾醇具有良好的血糖调节作用，对不同诱因引起的2型糖尿病均有较好的临床疗效。从五桠果叶中提取分离的β-谷甾醇对α-淀粉酶和α-葡萄糖苷酶的活性均具有体外抑制作用，活性抑制率分别为48.8%和52.5%，而给予10 mg/kg BW的β-谷甾醇对链脲佐菌素联合烟酰胺诱导的小鼠2型糖尿病有一定的治疗作用[32]。高脂饲粮和链脲佐菌素联合诱导的大鼠2型糖尿病模型试验证实，β-谷甾醇具有类胰岛素的生物活性，β-谷甾醇可通过提高骨骼肌细胞中葡萄糖转运蛋白4和脂肪组织中过氧化物酶体增殖物激活受体-γ的蛋白表达水平改善糖尿病大鼠血糖稳态、降低血糖水平，且呈剂量效应关系[33]。同时，β-谷甾醇可通过直接激活脂肪组织中胰岛素受体和葡萄糖转运蛋白4，改善高脂和高蔗糖饲粮诱导的2型糖尿病大鼠的血糖代谢[34]。研究发现，β-谷甾醇的这一降血糖作用与胰岛素受体底物-1(insulin receptor substrate-1，IRS-1)/蛋白激酶B(protein kinase B，Akt)通路介导的胰岛素抵抗改善有关，β-谷甾醇可通过氢键与IRS-1、Akt的活性氨基酸残基结合而激活上述蛋白[35]。在啮齿动物模型试验中，给予大鼠20 mg/kg BW的β-谷甾醇30 d可治疗高脂和高蔗糖饲粮诱导的2型糖尿病，β-谷甾醇通过调控IκB激酶β(inhibitor kappa B kinase β，IKKβ)/核转录因子-κB(nuclear factor-kappa B，NF-κB)和c-Jun氨基末端激酶(c-Jun N-terminal kinases，JNK)通路信号转导，缓解脂肪组织炎性反应而发挥抗胰岛素抵抗和调节血糖代谢的作用，且β-谷甾醇的治疗效果优于经典糖尿病治疗药物二甲双胍[36]。

2.3 抗菌作用

不同来源的β-谷甾醇虽均具有一定的抗菌作用，但目前已报道的抑菌效果存在较大差异。Pierre等[37]首次从热带植物红楼花的叶片中分离出β-谷甾醇，并发现分离的β-谷甾醇对金黄色葡萄球菌具有一定的抑制作用，最小抑菌浓度(minimum inhibitory concentration，MIC)和最小杀菌浓度(minimum bactericidal concentration，MBC)分别为1.240和2.208 mg/mL。小花锦葵根皮氯仿提取物的主要活性成分为β-谷甾醇，该来源的β-谷甾醇对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌也具有一定的抗菌作用，且MIC均为20 mg/mL[38]。从银杏叶中提取的β-谷甾醇对沙门氏菌和金黄色葡萄球菌均具有较好的抗菌作用，对上述2种病原菌的MIC和MBC相同，分别为31.3和125.0 μg/mL[39]。来源于巨大芽孢杆菌的β-谷甾醇对青枯雷氏菌的抑菌活性较强，MIC为31.3 μg/mL，但对根癌农杆菌和欧文氏菌的抑菌活性相对较弱(MIC均大于500 μg/mL)[40]。洋葱皮中分离的β-谷甾醇衍生物对金黄色葡萄球菌、大肠杆菌、绿脓杆菌和白色念珠菌均有抗菌活性，MIC在0.4～0.8 mg/mL[41]。然而，从矮糠叶中提取的β-谷甾醇对血链球菌和粪肠球菌的直接抗菌活性较弱，但β-谷甾醇可通过特异性结合作用抑制细菌UDP-N-乙酰葡萄糖胺烯醇式丙酮酸转移酶和分选酶A的活性而阻止病原菌肽聚糖的生物合成和细胞壁的形成[42]。不同来源β-谷甾醇抑菌活性的差异，可能与病原菌种属以及β-谷甾醇的提取方法、纯度和活性基团的修饰程度等有关。除直接抗菌作用外，β-谷甾醇还可与病原菌毒力因子直接结合，发挥抗病原菌感染作用。研究表明，β-谷甾醇对肺炎链球菌虽无直接的抗菌作用，但可与肺炎链球菌主要毒力因子溶血素的氨基酸残基苏氨酸459和亮氨酸460位点特异性结合，引起溶血素聚合，阻止该毒素与动物细胞膜结合，从而降低该毒素的细胞毒性，缓解小鼠肺炎链球菌感染[43]。目前β-谷甾醇体外抑菌的具体机理尚不清楚，后续的研究工作需重点围绕β-谷甾醇对细菌细胞壁生物合成、细胞内外膜功能、细胞内蛋白质和核酸等生物大分子合成以及细菌代谢等方面的影响展开。

2.4 抗氧化作用

细胞内低水平的活性氧自由基为动物机体各项生命活动所必需，但过量的活性氧自由基则会氧化蛋白质、核酸和脂类等生物大分子，破坏生物大分子的结构并影响其生物学功能，继而扰乱细胞稳态，造成氧化应激，危害动物生长和健康。β-谷甾醇的三萜烯结构使其具有中等强度的活性氧自由基清除能力。在脂质介质反应体系中，氢转移反应是β-谷甾醇清除中等反应活性氧自由基的关键机制，而形成自由基加和物则是其清除强反应活性氧自由基的机理，β-谷甾醇清除氢过氧自由基与过氧甲基自由基的反应速率常数分别为8.76×103和1.54×102mol/(L·s)，这一数据说明了β-谷甾醇属于较为温和的自由基清除剂[44]。从水蓼中分离的β-谷甾醇可有效清除1,1-二苯基-2-苦基肼(1,1-diphenyl-2-picrylhydrazide，DDPH)自由基、2,2′-联氮-双-(3-乙基苯并噻唑啉-6-磺酸)二铵盐[2,2′-azinobis-(3-ethilenebenzotiazolin)-6-sulfonic acid，ABTS]自由基和过氧化氢，半抑制浓度分别为140、120和280 μg/mL[45]。由马利筋中分离、纯化的β-谷甾醇对DDPH自由基和一氧化氮自由基的清除作用呈剂量依赖关系，对上述2种活性自由基的半抑制浓度分别为389.5和448.2 μmol/L，均高于抗坏血酸[46]。β-谷甾醇的侧链修饰可提高其抗氧化活性，最近，Chakraborty等[47]从红茄苳树叶中分离出4种β-谷甾醇衍生物，即4,14,23-三甲基-3β-谷甾醇、7-乙基-3β-谷甾醇、谷甾醇-3β-(33E)-戊-33-烯酸和12α-羟基-3β-谷甾醇，发现它们对DDPH自由基和ABTS自由基均具有很好的清除能力，自由基清除半抑制浓度均与强抗氧化剂α-生育酚接近甚至更低。同样，在动物试验中发现，β-谷甾醇的酯化衍生物——2-萘基-β-谷甾醇酯对细菌脂多糖和D-半乳糖胺联合诱导的小鼠急性肝损伤的保护效果优于β-谷甾醇，且此衍生物可通过激活核因子-E2相关因子2(nuclear factor-erythroid 2-related factor-2，Nrf2)/血红素氧合酶-1(hemeoxygenase-1，HO-1)信号通路提高肝脏抗氧化酶活性，抑制肝脏脂质过氧化，从而改善攻毒小鼠肝脏氧化还原状态[48]。β-谷甾醇可有效缓解不同因素诱导的细胞氧化损伤。使用β-谷甾醇预处理，可显著降低佛波酯诱导的巨噬细胞RAW264.7中超氧阴离子自由基、过氧化氢和一氧化氮自由基的生成水平[49]。辣木中提取的β-谷甾醇可显著缓解肽聚糖诱导的人角朊细胞氧化应激，降低细胞内活性氧生成水平，且其抗氧化作用与细胞HO-1的蛋白表达水平升高有关[50]。然而，使用β-谷甾醇处理正常大鼠心肌细胞H9c2提高了细胞线粒体内活性氧生成水平，这主要是线粒体三磷酸腺苷合成能力增强所致，但当细胞处于缺氧/再氧合引起的氧化应激时，β-谷甾醇则改善了应激细胞谷胱甘肽循环，并降低了细胞凋亡水平[51]。β-谷甾醇的体内抗氧化作用也已有报道。Chen等[52]的研究表明，饲喂在基础饲粮中添加30、60和120 mg/kg β-谷甾醇的试验饲粮，可不同程度地缓解酒精引起的雄性Wistar大鼠氧化应激，β-谷甾醇可降低大鼠血浆8-羟基脱氧鸟苷以及肝脏与血清丙二醛水平，提高肝脏还原性谷胱甘肽水平，并提高血浆超氧化物歧化酶和谷胱甘肽过氧化物酶活性以及肝脏过氧化氢酶活性。与上述报道类似，Devaraj等[53]报道，灌喂大鼠25或50 mg/kg BW的β-谷甾醇可缓解四氯化碳引起的肝脏氧化应激，β-谷甾醇抑制了氧化应激大鼠肝脏脂质过氧化，并提高了肝脏过氧化氢酶和超氧化物歧化酶活性。此外，Adebiyi等[54]发现，连续灌喂雄性小鼠100 μg β-谷甾醇1周，可缓解偏钒酸钠引起的脑组织氧化损伤，β-谷甾醇降低了小鼠脑组织中的丙二醛和过氧化氢水平，提高了超氧化物歧化酶和过氧化氢酶活性以及还原性谷胱甘肽水平。

2.5 抗炎作用

目前，β-谷甾醇的抗炎作用已成为临床医学和药学等领域的研究热点，开展了较为深入的研究。Gupta等[55]于1980年首次发现，从香附中提取的β-谷甾醇具有与氢化可的松类似的抗炎效果，可通过下丘脑-垂体-肾上腺轴发挥抗炎功效且无副作用。然而，由于β-谷甾醇在细胞试验常用化学溶剂中的溶解度低，以往体外评价β-谷甾醇的抗炎作用较为复杂、繁琐，而负载、纳米分散等处理手段可使这一评价试验更为简便、易操作。Valerio等[56]报道，羟丙基-β-环糊精负载的β-谷甾醇抑制了细菌脂多糖诱导的巨噬细胞炎性反应，而Toll样受体4(Toll-like receptor 4，TLR4)、髓样分化因子88(myeloid differentiation factor 88，MyD88)和白细胞介素-1受体关联激酶1(interleukin-1 receptor associated kinase 1，IRAK1)的表达或活性下降，与β-谷甾醇的抗炎作用密切相关。Liao等[50]首次发现，吐温80分散处理β-谷甾醇后可形成直径为(50±5) nm的β-谷甾醇纳米颗粒，而7.5～30.0 μmol/L的β-谷甾醇纳米颗粒在二甲基亚砜中均具有较好的溶解度，该β-谷甾醇纳米颗粒可减轻脂多糖诱导的巨噬细胞炎性反应，降低巨噬细胞促炎细胞因子白细胞介素-6(interleukin-6，IL-6)和白细胞介素-1β(interleukin-1β，IL-1β)水平。β-谷甾醇抗炎功能的潜在分子机制是抑制炎症信号关键分子NF-κB和核苷酸结合寡聚化结构域样受体蛋白3(nucleotide-binding oligomerization domain-like receptor 3，NLRP3)炎性小体的活化。预先溶于乙醇的β-谷甾醇可通过激活蛋白酪氨酸磷酸酶SHP-1抑制NF-κB和转录活化子因子1(signal transducers and activators of transcription 1，STAT1)的活化，缓解脂多糖诱导的巨噬细胞炎性反应[57]。β-谷甾醇还可通过抑制NF-κB和细胞外信号调节激酶(extracellular signal-regulated kinases，ERK)/p38丝裂原激活蛋白激酶(p38 mitogen-activated protein kinases，p38 MAPK)信号转导减轻大肠杆菌脂多糖诱导的小鼠小胶质细胞炎症反应，并可降低细胞IL-6、肿瘤坏死因子-α(TNF-α)等炎性因子的mRNA表达水平[58]。除对细胞炎症信号通路的抑制作用外，β-谷甾醇对促炎介质合成酶5-脂氧合酶和环氧化酶-2活性的抑制作用亦是其抗炎的重要机制[47]。此外，β-谷甾醇还可通过降低血管内皮细胞表面的血管细胞黏附分子-1、细胞间黏附分子-1以及E-选择素的表达水平，阻止炎性中性粒细胞的移行和浸润而减轻细胞炎性反应[59-60]。引起动物机体免疫应激反应的原因较多，主要有病原微生物、细菌内毒素、病毒、饲粮以及模型化学物质等，而β-谷甾醇对不同因素造成的动物免疫应激均具有较好的缓解作用。β-谷甾醇通过抑制NF-κB p65的活化和NF-κB抑制蛋白α(inhibitory protein α of NF-κB，IκBα)的磷酸化，减轻细菌内毒素诱导的小鼠肺水肿、肺泡病理变化和炎症反应[61]。研究表明，β-谷甾醇还可缓解甲型流感病毒感染引起的小鼠肺致病性细胞毒性T淋巴细胞的募集与免疫失调，并可显著降低感染小鼠死亡率[62]。β-谷甾醇对NF-κB信号转导的抑制作用是其缓解高脂饲粮诱导的动物免疫应激反应的重要分子机制。口服20 mg/kg BW的β-谷甾醇可减轻饲喂高脂饲粮引起的小鼠肠道炎症反应，降低小鼠血浆炎性细胞因子和内毒素水平，并下调结肠炎性细胞因子的mRNA表达水平以及降低结肠髓过氧化物酶活性；而细胞试验结果则显示，β-谷甾醇可通过阻止细菌脂多糖与肠道和腹膜巨噬细胞TLR4的结合，抑制NF-κB细胞信号通路活化、降低炎性细胞因子的基因表达水平[63]。西式高脂饲粮中添加0.4% β-谷甾醇，亦能通过抑制NF-κB活化减轻葡聚糖硫酸钠饮水造成的小鼠结肠炎[64]。敲除β-谷甾醇逆向转运蛋白基因ABCG5/G8的小鼠血浆谷甾醇水平显著升高；而饲喂该ABCG5/G8基因敲除小鼠高脂饲粮后，小鼠血浆中促炎细胞因子水平以及肝脏和脂肪组织中促炎细胞因子的基因表达水平均显著低于正常小鼠，这一研究结果从侧面说明了β-谷甾醇具有抑制肥胖相关炎症的生物学功能[14]。在动物模型试验中，Ding等[65]发现β-谷甾醇可缓解葡聚糖硫酸钠诱导的小鼠结肠炎，β-谷甾醇提高了小鼠体重和改善了结肠形态结构，并可剂量依赖性的降低结肠中促炎细胞因子的mRNA表达水平。冯思敏等[66]也报道，灌喂β-谷甾醇可治疗葡聚糖硫酸钠引起的小鼠结肠炎。总的来看，β-谷甾醇发挥抗炎作用的分子机制，主要是通过抑制TLR4/NF-κB、NLRP3、STAT和丝裂原活化蛋白激酶(mitogen-activated protein kinases，MAPK)等炎症信号相关通路的活化而降低炎性细胞因子的分泌和表达水平。

2.6 类激素作用

β-谷甾醇属于甾体类化合物，其化学结构与类固醇相似，常作为前体合成类固醇激素，因而在动物体内亦表现出一定的类激素活性。在人乳腺癌细胞和海拉细胞上进行的竞争结合试验中，β-谷甾醇可结合雌激素受体α和β，且更易与雌激素受体β结合[67]。β-谷甾醇可与具有分泌促性腺激素释放激素能力的神经内分泌细胞株的雌激素受体结合而抑制NF-κB的激活，发挥抑制TNF-α引起的促性腺激素释放激素分泌量减少的作用[68]。2-羟丙基-β-环糊精负载的β-谷甾醇能缓解葡萄糖氧化酶诱导的小鼠海马神经元细胞氧化应激和脂质过氧化，此保护作用涉及雌激素受体介导的脂酰肌醇3-激酶(phosphatidylinositol 3-kinase，PI3K)/糖原合成酶激酶-3β(glycogen synthase kinase-3β，GSK-3β)细胞信号通路转导[69]。从地中海柏木果实中提取分离的β-谷甾醇糖苷衍生物(β-谷甾醇-3-O-D-吡喃葡萄糖苷)亦具有雌激素活性，该衍生物可通过疏水作用和氢键配对作用与雌激素受体β结合，随后激活PI3K/Akt信号通路，促进葡萄糖转运蛋白4易位，最终提高骨骼肌细胞利用葡萄糖的能力[70]。然而，具有类雌激素活性的β-谷甾醇也会对动物内分泌系统产生负面影响。近期研究发现，β-谷甾醇降低了虹鳟肝脏胰岛素样生长因子的mRNA表达水平，且这一抑制作用呈浓度和剂量依赖性，同时β-谷甾醇对胰岛素样生长因子分泌的抑制作用依赖于雌激素受体介导的ERK、STAT、Akt和双面神激酶(Janus kinase，JAK)等生长激素受体后信号通路[71]。

3 β-谷甾醇在动物生产中的应用现状

2008年，原农业部即已批准植物甾醇(源于大豆油/菜籽油，有效成分为β-谷甾醇、菜油甾醇和豆甾醇)作为其他类饲料添加剂用于家禽和生长育肥猪饲料中。目前，植物甾醇在猪、家禽(肉鸡、蛋鸡和肉鸭)、反刍动物和水产动物中的应用较多。相关的研究表明，动物饲料中添加植物甾醇可促进生长，提高消化功能，调节营养物质代谢，增强机体抗氧化能力和免疫性能，提高肠道健康水平，改善肠道微生物区系以及提高胴体品质与肌肉品质，并可作为抗生素替代品应用于动物饲料中[72-75]。相较现行饲料中应用的植物甾醇产品而言，β-谷甾醇单体在畜禽和水产动物中的应用研究相对较少。

3.1 家禽

Cheng等[76]用添加40、60、80和100 mg/kg β-谷甾醇的试验饲粮饲喂爱拨益加肉鸡，发现β-谷甾醇可一次线性提高1～42日龄肉鸡饲料转化效率，一次线性降低肉鸡宰后胸肌亮度值、滴水损失和蒸煮损失以及提高肉鸡宰后胸肌pH，一次线性提高胸肌超氧化物歧化酶活性和DDPH自由基清除能力以及一次线性降低胸肌丙二醛水平，且当β-谷甾醇的添加水平为80 mg/kg时改善效果最佳。在后续的研究工作中，Cheng等[77]还发现，β-谷甾醇可降低肉鸡血清总胆固醇水平，减少血清炎性细胞因子水平，提高血清免疫球蛋白水平，改善小肠黏膜形态结构和氧化还原状态以及下调空肠黏膜TLR4和上调空肠黏膜Nrf2的mRNA表达水平，β-谷甾醇对上述指标的改善效果以添加水平为60 mg/kg时最明显。β-谷甾醇对肉鸡的生理作用是多方面的，涉及生长、脂类代谢、免疫、抗氧化、小肠黏膜屏障功能和畜产品品质，但其具体作用机制目前尚不清楚。在蛋鸡饲粮中添加0.5%、1.0%和2.0%主要成分为β-谷甾醇的植物甾醇(β-谷甾醇含量为73%)，对生产性能、肝脏胆固醇水平以及机体胆固醇吸收率与生物合成均无显著影响，但饲喂添加1.0%和2.0% β-谷甾醇的饲粮6周可显著降低蛋黄中胆固醇水平[78]。

3.2 猪

从有限的研究报道来看，β-谷甾醇具有提高猪免疫机能和繁殖性能的作用。β-谷甾醇可促进猪外周血单核细胞增殖和激活猪树突状细胞，并可有效提高猪繁殖与呼吸综合征病毒疫苗接种生长猪外周血单核细胞的增殖活性和增强生长猪疫苗接种免疫反应[79]。采用β-谷甾醇处理猪精子，可提高猪获能精子率，减少猪未获能精子率和改善猪精子的体外受精效果(提高成熟猪卵母细胞的卵裂率与囊胚率)[80]。

3.3 其他动物

β-谷甾醇在反刍和水产动物上的应用也有相关报道。添加β-谷甾醇(0.25、0.50和1.00 g/kg)可缓解饲喂高谷物饲粮诱导的湖羊机体炎性反应、降低血清炎性细胞因子和内毒素水平，同时能调节湖羊瘤胃发酵状态、降低瘤胃pH和短链脂肪酸生成水平以及改善瘤胃微生物区系组成，且β-谷甾醇的添加水平为0.50 g/kg时效果最佳[81]。饲料中添加不同水平(5和10 g/kg)的β-谷甾醇对欧洲海鲈的生长性能均无显著影响，低剂量(5 g/kg)的β-谷甾醇显著降低了鲈鱼血清总胆固醇水平，而高剂量(10 g/kg)的β-谷甾醇则会引起鲈鱼肠道炎性损伤[82]。

4 小 结

目前，动物生产中应用的植物甾醇是从植物油精炼副产物中提取的植物甾醇混合物，取得了较好的应用效果。然而，由于植物甾醇组成成分复杂、多变，且易受来源和提取工艺等的影响，导致应用效果不稳定，一定程度上影响了其在动物生产中的广泛应用。β-谷甾醇是植物甾醇的关键活性成分，其在饲粮中的应用研究处于起步阶段。饲料中禁用抗生素后，如何保障动物健康和生产水平是亟待解决的重要现实问题，而β-谷甾醇的促生长、抑菌、抗炎和免疫调节等生物学特性使其在无抗养殖中具有良好的应用前景。关于β-谷甾醇的吸收、代谢、在不同品种动物饲粮中的适宜添加水平、保障动物健康和促进动物生长的机制等尚处于探索阶段，仍需进行更为深入系统的研究，以期为β-谷甾醇在饲粮中的合理应用提供理论基础和科学依据。