甘草多糖的生物活性及其在动物生产中的应用

娄 然， 杨又兵， 游祥宾， 李世豪， 王丹晖， 王丁丁， 吴 燕

（河南科技大学动物科技学院，河南洛阳 471000）

甘草，是豆科植物甘草、胀果甘草或光果甘草的干燥根和根茎， 在我国古代农业和药用植物书籍《神农本草经》中有记载。 甘草至今仍是最常用的中草药，它也是食品、饮料、烟草和化妆品中常用的成分（Cheng 等，2021）。 甘草提取物主要活性成分包括甘草皂苷类的甘草皂苷、甘草酸、甘草次酸，甘草黄酮类的甘草总黄酮、甘草苷、异甘草素、光甘草定以及甘草多糖（Pastorino 等，2018）。多糖属于一类结构多样的大分子， 是由单糖残基通过糖苷键相互连接而成的聚合物（Shi，2016），甘草多糖是一种酸性吡喃多糖，内部有小气泡状孔洞。研究发现， 甘草多糖因其具有免疫调节 （程安玮等，2007b）、 抗肿瘤 （张文兴等，2013； 王忱等，2003）、抗氧化（Rozi 等，2020；Wang 等，2018；刘建利，2011）、抗病毒、抗菌等重要生物活性而备受关注，因毒性低、易获取，在动物生产上也可以作为饲料添加剂，提高动物机体免疫力，促进其生产性能，具有广阔的应用前景。

1 甘草多糖的生物活性

1.1 免疫活性 甘草多糖对小鼠脾淋巴细胞具有增殖的作用（程鹏等，2014），可提高小鼠巨噬细胞的吞噬能力和能量代谢水平，提高免疫能力（苗志国等，2011；程安玮等，2007a），对小鼠特异性免疫和非特异性免疫亦有增强作用（郑尧等，2003）。胀果甘草多糖可以在一定程度上增加小鼠免疫器官增重，并且随用量逐步提高免疫效果，增强免疫应答反应（王悦等，2016）。 程安玮等 （2009）研究发现，甘草多糖可以刺激巨噬细胞一氧化氮（NO）的合成，调节诱导性一氧化氮合酶（iNOS）的转录水平，从而刺激巨噬细胞NO 大量合成与释放，这种免疫调节作用和抗肿瘤作用机制可能与刺激巨噬细胞iNOS 从头合成从而增加NO 生成有关。树突状细胞作为一种递呈抗原能力强的辅佐细胞，甘草多糖可以促进树突状细胞分化与成熟， 加快T 细胞的增殖（王树琪，2017）。 唐中生等（2013）表明， 浓度为400 μg/mL 甘草多糖组诱导的树突状细胞数量和细胞因子白细胞介素-12（IL-12）的分泌量最多，T 细胞的增殖能力最强。 另有发现，甘草多糖可以提高高脂小鼠的免疫球蛋白含量，提高免疫力， 减少氧化应激， 并且呈现量效关系（Hong 等，2009）。 在 mRNA 水平上提升 P40 基因的表达量， 发挥作用的机制可能和Toll 样受体4（TLR4）相关通路的调节有关（Li 等，2012）。 综上所述，甘草多糖可以通过增加免疫器官比重，促进免疫细胞分化与增殖和免疫相关细胞因子的分泌，调节免疫细胞相关信号通路来增强免疫反应。

1.2 抗氧化活性 在细胞氧化的过程中，会不断产生活性氧自由基，参与正常细胞的生理代谢，当其过量时，会诱发脂质过氧化反应，导致细胞膜损伤、核酸与DNA 损伤、蛋白变性、酶失活等，从而引发多种疾病。 甘草多糖对 DPPH 自由基、O2-·自由基、·OH 自由基的抑制效果存在量效关系，在体外有一定的抗氧化作用 （薛薇，2019）。 研究发现， 鼠伤寒沙门氏菌可以诱导小鼠腹腔巨噬细胞的氧化损伤，添加20 mg/L 和100 mg/L 的甘草多糖可以显著降低丙二醛（MDA）和活性氧（ROS）的含量，提高谷胱甘肽过氧化物酶（GSH-PX）、超氧化物歧化酶（SOD）和抗氧化能力（T-AOC）的表达量，减轻巨噬细胞的氧化损伤，可以调节细胞的氧化-抗氧化平衡（廖成水等，2015）。 慢性阻塞性肺疾病（COPD）小鼠在甘草多糖的干预下，T-SOD、GSH-Px 和 T-AOC 的含量显著提高，MDA 含量显著降低， 表明了甘草多糖对小鼠肺组织的炎症和抗氧化的损伤修复有较好的治愈作用 （武晓英等，2020）。 肖剑辉等（2021）利用戊四氮点燃构建癫痫大鼠模型， 证明在小鼠腹腔注射甘草多糖溶液可以有效减轻海马神经元的病理组织损伤，抑制炎性因子肿瘤坏死因子（TNF-α）、白细胞介素-18（IL-18）和氧化应激因子 SOD、MDA 的表达水平， 并在蛋白水平上发现甘草多糖可下调海马组织嘌呤能离子通道型7（P2X7）受体和核转录因子（NF）-κB 蛋白的表达来调控组织损伤和氧化应激、 炎性因子分泌。 抗氧化的作用还可以减少肝的损伤和应激，四氯化碳（CCl4）诱导急性肝损伤模型的小鼠较甘草多糖的各剂量组血清中天门冬氨酸氨基转移酶（AST）、丙氨酸氨基转移酶（ALT）含量和肝脏组织中一氧化氮合成酶（NOS）、NO、MDA 的含量有所降低，肝脏组织中SOD、GSH-Px水平提高，肝脏肿胀、坏死等程度减轻，病理损伤得到相对改善（陈冬雪和陈亮，2016）。 此外发现，甘草多糖不仅可以单独添加使用， 还可以与硒合成甘草硒多糖， 经硒化修饰的甘草多糖既保留了多糖的结构，而且呈现了亚硝酸盐的特征峰，在体内和体外具有良好的抗氧化性能（Lian 等，2018）。滕杨等（2017）研究发现，中高剂量的甘草硒多糖和模型组相比可显著降低急性肝损伤小鼠血清中AST、 碱性磷酸酶 （ALP） 和肝组织中 MDA 和GSH-Px 水平， 对CCl4诱导的肝损伤有一定的保护作用， 高剂量还可显著降低ALT 水平， 改善CCl4对肝病理组织的损伤。 甘草多糖不仅对自由基具有较好的清除能力，还可以激活、提高抗氧化酶活性，减轻机体氧化损伤，但甘草多糖的抗氧化活性与其结构、品种、提取工艺、质量浓度有关，提取率存在差异，提取方法还没有统一界定，有待进一步研究。

1.3 抗肿瘤活性 甘草多糖的抗肿瘤活性与免疫调节作用有关，其可通过提高相应细胞中抗体、球蛋白和细胞因子含量， 激活细胞凋亡途径和阻断肿瘤信号通路来调节免疫， 进而抑制肿瘤的生长。 甘草多糖可以促进免疫球蛋白M（IgM）和免疫球蛋白G（IgG）的生成，提高小鼠免疫器官比重，增强巨噬细胞活性，提高抗体生成水平，抑制肿瘤 S180 细胞的生长 （胡菁等，2008），Ayeka 等（2016）研究表明，低分子量的甘草多糖可以通过小肠上皮细胞（IEC-6）促进白细胞介素-7（IL-7）细胞因子的分泌和T 淋巴细胞的增殖，还可以提高抗癌细胞因子IL-7 基因mRNA 的表达量，并在小肠黏膜上皮细胞也有相似的发现 （王丽等，2016）。 甘草多糖可以激活携带CT-26 肿瘤的小鼠CD4+、CD8+免疫细胞群，提高血清肿瘤细胞因子白细胞介素-2（IL-2）、白细胞介素-6（IL-6）、IL-7 的水平，降低TNF-α 水平，增加其免疫器官指数和T 淋巴细胞群， 抑制肿瘤的生长（Ayeka等，2017）。程安玮和金征宇（2008）研究表明，甘草多糖可以促进巨噬细胞分泌TNF-α，呈量效和时效关系，当添加量较高（200 μg/mL）时，肿瘤坏死因子浓度不再增加， 趋于平稳， 在培养时间达到12 h 时，分泌量达到最大，随时间增加，分泌量不再增加。 在mRNA 水平上促进了TNF-α 的表达。甘草多糖抑制癌细胞的生长呈现量效关系， 诱导的细胞凋亡是通过激活癌细胞中固有的线粒体凋亡途径发生的 （张金月，2016；Shen 等，2015）。Zhang 等（2018）利用甘草多糖干预肿瘤细胞14 d后，通过HE 染色发现肿瘤细胞转移降低，并通过16S rRNA 高通量测序和粪便移植试验发现，甘草多糖通过影响肠道菌群组成来发挥抗肿瘤的作用。 另有研究表明，甘草多糖在DNA 或蛋白水平上修饰了磷脂酰肌醇-3 激酶 （PI3K）/蛋白激酶B（AKT）通路中的多种关键酶，阻断PI3K/AKT 通路诱导人肝癌细胞凋亡并抑制其增殖， 从而抑制肝癌的发生（Chen 等，2013）。

1.4 抗菌活性 生物被膜的形成是细菌感染机体的主要形式， 添加较高浓度的甘草多糖可以使细菌生活环境渗透压改变，抑制生物被膜生成。甘草多糖可以增强小鼠抵抗副猪嗜血杆菌的能力，并且体内组织细菌的数量有所减少， 随着浓度增加存在量效依懒性关系（杨裕等，2016）。 廖成水等（2016）研究发现，低质量浓度的甘草多糖在体外对单核细胞增生性李斯特菌的生长有促进作用，呈量效关系， 但在高浓度时对其表现出一定的抑制作用，在体内甘草多糖可以促进小鼠抵抗单核细胞增生性李斯特菌感染的能力。付道斌等（2018）研究表明，在体外甘草多糖对鼠伤寒沙门氏菌的生长有抑制作用，对小鼠的生长没有明显的促进作用，但是可以提高小鼠抵抗鼠伤寒沙门氏菌的感染。硒化乌拉尔甘草多糖可以与头孢噻呋钠和卡那霉素联合使用对金黄色葡萄球菌、大肠杆菌有良好的抗菌效果，还可以降低抗生素的使用量，增加相关细胞因子的分泌，提高机体的免疫力（王丹阳等，2021）。张百刚等（2010）研究表明，甘草多糖对枯草芽孢杆菌、大肠杆菌和酿酒酵母也有较好的抑制作用。 甘草多糖自身有一定的抗菌性能，有学者猜测其抗菌性能与免疫调节有关， 但目前的抗菌机制尚未明确，还需进一步的验证。

1.5 其他方面活性

1.5.1 食品方面活性 在面粉中添加甘草多糖有利于制作面团韧性大、 延伸度小和有色泽的产品（李英博等，2018）。 甘草多糖还可以制备饮品，在多糖质量浓度2 mg/mL， 矫味剂为0.15%的草莓香精， 稳定剂为0.075%的聚乙烯基吡咯烷酮（PVP）， 防腐剂为 0.05%的山梨酸钾，pH 用柠檬酸调节至5，121 ℃高温灭菌20 min 的条件下，工艺简便合理， 甘草多糖饮料口味佳 （马彦花等，2019）。

1.5.2 抗炎活性 赵云生等（2015）通过小鼠腹腔毛细血管通透性试验、 乙醇性胃溃疡试验和利血平型胃溃疡试验发现， 添加甘草多糖对炎症和胃溃疡均有抑制作用，高剂量组效果较好，并且量效关系明显。 Wittschier 等（2009）研究发现，光果甘草粗多糖对牙龈卟啉单胞菌有很强的抗黏附作用，可减轻诱发牙周炎症的发生，具有相对的抗感染潜力。甘草多糖经硒化修饰后，可以抑制毛细血管的通透性，显著降低TNF-α 和白细胞介素-1β（IL-1β）抗炎因子的分泌，效果优于甘草多糖，并且作为高剂量添加时效果更佳（朱晓庆等，2018）。

1.5.3 抗高血糖、 促进伤口愈合活性 Pan 等（2020）研究表明，从胀果甘草中提取的均质多糖在体外具有良好的抗氧化性能，还可以抑制α-葡萄糖苷酶的活性，有助于缓解高血糖。甘草多糖和微胶囊联合给药后， 有利于肉芽组织中毛细血管和成纤维细胞增殖，创面微血管数量增加，激活信号转导与转录激活因子3（STAT3）蛋白表达，上调血管内皮生长因子（VEGF）和miRNA 基因的转录水平，进而促进肉芽组织的形成，加速大鼠伤口愈合（Hao 等，2020）。

1.5.4 抗过敏活性 甘草多糖可以通过口服减轻甘氨酸诱导的小鼠过敏症状和病理指标， 在剂量方面没有量效关系，差异不显著（Chen 等，2016）。甘草多糖还可以提高乌头碱 （AC）、 次乌头碱（HA）、苯甲酰新乌头碱（BMA）的水溶性和稳定性，降低体外的渗透性。同时可提高生物利用度和消除率，减少AC 临床剂量和毒性。 研究表明，甘草多糖具有良好的生物制药特性， 并可在增强功效和减轻具有毒性的活性成分方面发挥作用（Sun等，2020）。

2 在动物生产中的应用

2.1 家禽方面

2.1.1 促生长、 提高免疫活性 甘草多糖可以提高饲料利用率和平均日增重，降低料肉比，提高经济效益，增加肠道和免疫器官比重，促进机体体液免疫，抵抗病毒和病原微生物。王丽荣等（2004）研究发现，用添加0.5%、1%和1.5%甘草多糖的基础日粮饲喂肉鸡，1%的甘草多糖对肉鸡的平均日增重和料肉比效果最好， 添加甘草多糖的料重比均低于对照组，最能提高经济效益，促进肉鸡的生长性能。甘草多糖还可促进肉仔鸡的体重增加，提高巨噬细胞的吞噬活性， 增加血清中新城疫抗体水平（董永军等，2008）。 王虹等（2021）研究发现，硒化甘草多糖在2、3、4 周龄时显著提高了雏鸡的日增重和日采食量；显著提高了29 日龄雏鸡腺胃指数与36 日龄雏鸡腺胃和肌胃器官指数；显著提高了22 日龄雏鸡的小肠重、十二指肠重、空肠重，29日龄雏鸡小肠重、小肠长、十二指肠长和36 日龄小肠长。王丽荣等（2011）研究表明，甘草多糖对雏鸡的生长和免疫功能有促进作用，10 g/L 浓度的甘草多糖加入到新城疫低毒力活疫苗中， 对雏鸡生长性能和免疫力的增强作用显著，效果最佳。马璐等（2020）在基础日粮中添加 200、500、1000 mg/kg 和1500 mg/kg 的甘草多糖检测其对肉鸡免疫功能的影响， 试验结果表明，500 mg/kg 和1000 mg/kg 的甘草多糖可以显著提高21 日龄时肉鸡脾、胸腺和法氏囊指数，1000 mg/kg 和1500 mg/kg的甘草多糖可以提高42 日龄时鸡的脾脏指数。甘草多糖能显著提高21 日龄肉鸡血清中IgM、白细胞介素-6（IL-6）、γ-干扰素（IFN-γ）的质量浓度和新城疫抗体水平，并能显著提高42 日龄肉鸡血清中 IgM、IL-6、IL-2 的质量浓度。 在 mRNA 水平上， 甘草多糖可以提高脾IL-2 基因表达量和21日龄时脾IFN-γ 基因的表达量，从而提高肉鸡的免疫功能。

2.1.2 抗氧化活性 动物机体中的抗氧化系统包括非酶类抗氧化剂和酶类抗氧化剂，SOD、CAT 和GSH-Px 可以清除多余的氧自由基， 保护机体免受氧化损伤。 衣蕾等（2019）将健康的罗曼鸡分为空白对照组、免疫组和药物组。空白对照组和免疫组肌肉注射等剂量生理盐水， 药物组分别肌肉注射低（1 mg/mL）、中（2 mg/mL）、高（4 mg/mL）三个浓度的甘草多糖1 mL， 首免后分别于第7、14、21、28、35 天采集血液。 血清检测结果显示，甘草多糖可以显著增强罗曼鸡血清T-AOC、GSH-Px、CAT 活性，呈量效依赖性关系。在14 d 外，超氧化物歧化酶 （SOD） 含量显著高于对照组。 丙二醛（MDA）的含量均低于对照组，但在 14、21 d 低剂量组和免疫对照组差异不明显。 马璐等（2020）研究发现， 肉鸡在 21 日龄时，1000 mg/kg组血清GSH-Px 含量显著高于其他四组。 与对照组相比，试验各组血清总抗氧化能力（T-AOC）均显著升高，其中，1000 mg/kg 血清中 T-AOC 最高。试验各组血清丙二醛（MDA）和总超氧化物歧化酶（TSOD）含量与对照组相比均无显著差异。 42 日龄时， 试验各组血清T-AOC 含量与对照组相比均显著升高， 其中 1000 mg/kg组、1500 mg/kg组与对照组相比差异显著。 与对照组相比，1000 mg/kg组、1500 mg/kg组血清 MDA 含量均显著降低。 试验各组血清GSH-Px 和T-SOD 含量与对照组相比均无显著差异。

2.1.3 保肝、抗病毒、抗菌活性 张才等（2021）分别 在 基 础 日 粮 中 添 加 200、500、1000 mg/kg 和1500 mg/kg 的甘草多糖， 研究发现 500、1000 mg/kg 的甘草多糖组可以提高血清中总蛋白（TP）、球蛋白（GLB）和高密度脂蛋白胆固醇（HDL-C）的浓度，并能显著降低 ALT、甘油三酯（TG）和尿酸（UA）的浓度，说明甘草多糖可以改善血脂，增进脂肪代谢，提高蛋白质的利用，提高肝脏的代谢，对肝脏起到了保护作用。 甘草多糖的抗病毒活性依赖于其自身的物理化学性质和结构， 可以降低细胞感染新城疫病毒的机率， 有着良好的抗病毒活性（高焕等，2010）。 董永军等（2012）表明，甘草多糖对肉鸡肠道微生物区系有显著的影响， 在饲料中添加1.0 g/kg 的甘草多糖促进了肠道双歧杆菌和乳酸杆菌有益菌的增殖， 抑制了有害菌大肠杆菌和沙门氏菌的增殖， 对肠道微生物区系有正向调控作用。

2.2 水产、反刍动物方面

2.2.1 抗氧化、 保肝活性 动物的氧化应激是指动物体内氧化与抗氧化作用失衡， 导致体内高活性分子活性自由基产生过多， 体内细胞自身无法及时清除，并产生大量氧化中间产物，进而导致机体的损伤。 甘草多糖可以增强抗氧化系统中抗氧化酶的活性，清除多余自由基，抑制氧化酶的活性和提高动物的免疫力， 使得氧化和抗氧化之间平衡，组织免受损伤。 Du 等（2017）对建鲤腹腔注射0.6 μg/kg 的 2，3，7，8-四氯代二苯并-对-二噁英（TCDD）之前，用含 0.1、0.5、1.0 g/kg 甘草多糖的饲料饲喂60 d，注射72 h 后，采集血液进行生化分析，肝脏样本用于制备病理切片，研究发现1.0 g/kg 的甘草多糖处理后， 肝脏组织中TP、白蛋白 （ALB）、CAT、GSH-Px、T-AOC 和 SOD 活性显著升高，MDA 形成显著抑制， 减少了TCDD引起的肝损伤。1.0 g/kg 的甘草多糖对TCDD 诱导的建鲤肝损伤的保护效果最好，但机制尚不清楚，可能与抗氧化清除自由基和调节芳香烃受体基因（AHR2）、芳香烃受体核转住因子 2（ARNT2）和细胞色素氧化酶P450（CYP）1A 基因相对表达量有关。 另有研究表明，提高GSH-PX和SOD 的酶活力和抑制MDA 的释放来降低叔丁基过氧化氢（t-BHP）对肝细胞的伤害有剂量依懒性，甘草多糖对t-BHP 诱导的急性肝损伤所发挥的保护作用可能与清除自由基和抗氧化的能力有关， 可以对异育银鲫的肝损伤起到一定的保护作用 （曹丽萍等，2010）。

2.2.2 抗病毒、 抗菌活性 甘草多糖对病毒的作用是由于其可以吸附于细胞表面或者进入到细胞内来防止病毒的吸附和进入， 影响病毒合胞体的形成，对病毒起到抑制作用；还可以在mRNA 水平上调节相关基因的表达量来抑制病毒的复制。甘草多糖可以通过调节牛肾细胞（MDBK）细胞中基因干扰素调节因子-1（IRF-1）和干扰素调节因子-3（IRF-3）基因的 mRNA 表达量，来抑制牛病毒性腹泻病毒（BVDV）的活性（Wang 等，2020），同时对牛艾滋病病毒、腺病毒、柯萨奇病毒都有一定的拮抗作用 （王岳五等，2001），预示着甘草多糖可以作为一种天然抗病毒活性物质来进行利用和研发。甘草多糖也可以作为水产饲料添加剂，纯品和成品对淡水鱼类细菌败血症病原菌BSK-10、海水鱼致病菌哈维氏弧菌1108-1、溶藻弧菌Nb、副溶血弧菌、爱德华氏菌（Et）、鳗弧菌均有良好的抑菌效果（陆清儿和童朝明，2008）。

3 小结

综上所述，甘草多糖的功能范围广泛，作用效果良好，在动物生产、临床和日常的生活中都有相关的应用，不仅可以自身发挥作用，还可以与化学元素结合提高自身的作用效果。 甘草多糖作为一种天然活性成分，无毒副作用，作用效果强，在今后药物研发和饲料食品添加剂领域都有广阔的应用前景， 为人类的生活带来更多的便利和使用价值， 为畜牧业的发展和健康养殖奠定了坚实的理论依据。