黄芩苷的生物学功能及其在猪生产中的应用进展

武如娟 吕慧源 吴诗樵 张宏福

(1.中国农业科学院北京畜牧兽医研究所，北京100193；2.北京华夏兴洋生物科技有限公司，北京102206；3.北京生泰尔科技股份有限公司，北京102206)

在当今饲料禁抗的大背景下，乳仔猪腹泻和母猪繁殖性能低下已成为当今养猪业面临的常态化问题，严重影响猪场养殖的经济效益，因此寻找绿色健康抗生素替代品成为迫切需要。中草药提取物既有预防动物疾病发生，又有促进动物健康生长的潜力，受到畜牧从业者的广泛关注[1-2]。黄芩是一种传统的中药，已被应用于多种复方中药中，所含化学物质丰富，包括黄酮类、挥发油、酚酸类、苯乙醇和多种微量元素，其中黄酮类物质黄芩苷是(baicalin)其主要活性成分[3-5]。黄芩苷具有广泛的生理作用，包括清热解毒、抗氧化、抗菌、抗炎、调免疫、抗肿瘤和抗病毒等[5-8]，已被越来越多的应用于制药、化妆品及食品行业，但在畜牧业中应用有限。本文总结了黄芩苷的理化性质和在动物体内代谢、生物学功能以及在猪生产中的应用效果，以为其在实践生产中的应用提供参考。

1 黄芩苷的理化性质及体内代谢概况

黄芩苷是一种黄酮类化合物，化学名β-D-葡吡喃糖苷酸，分子式C21H18O11，相对分子质量446.35，化学结构见图1。黄芩苷呈淡黄色，可溶于碳酸氢钠、碳酸钠、氢氧化钠等碱性溶液，但稳定性差，微溶于热水和冰醋酸，难溶于甲酸、乙酸、丙酮，易溶于甲醇、乙醇[9]，在生产中常采用煎煮法或者乙醇回流法对其进行提取，而后对滤液进行酸沉、真空干燥等方式获得高浓度黄芩苷[9-10]。研究表明，黄芩苷在胃中有中等程度的吸收，在小肠和结肠中基本不直接吸收，而是由肠道菌群及其产生的β-葡萄糖醛酸苷酶(GUS)将其水解为黄芩素，被动扩散进入肠黏膜，在肠道尿苷二磷酸葡萄糖醛酸转移酶(UGT)作用下，与葡萄糖醛酸结合为黄芩苷，随后部分黄芩苷经多药耐药相关蛋白3(MRP3)转运入血，由肠系膜静脉进入肝脏，在肝脏进一步被代谢[11-12]。采用大鼠肝匀浆体外代谢模型经高效液相色谱与四极杆飞行时间串联质谱(HPLC-Q-TOF-MS-MS)检测发现，黄芩苷在肝脏中经羟基化、脱羟基化、甲基化及脱葡萄糖醛酸化等代谢途径，共产生15个代谢物，其中以6-O-β-葡萄糖醛酸苷-黄芩素-7-O-硫酸酯(M4)和黄芩素6，7-二-O-β-葡萄糖醛酸苷(M5)占主要部分[12-14]。

图1 黄芩苷的化学结构

2 黄芩苷的生物学功能

中药化学成分是中药药理作用的物质基础。黄芩苷作为黄芩中含量最多的一种黄酮类化合物，是黄芩的核心活性成分，具有清热解毒、抗氧化、抗微生物、抗炎及对免疫、消化、神经等系统的保护作用，已广泛应用于各种疾病的临床治疗和基础研究。

2.1 清热解毒功效

黄芩苷具有明显的清热解毒功效，是诸多清热解毒类中药制剂中的有效成分之一，如柴芩颗粒[15]、双黄连制剂[16]、牛黄解毒片[17]等。有研究表明，100 mg/(kg BW·d)(溶解于羟甲基纤维素钠的悬浮液)的黄芩苷可以有效缓解溃疡性结肠炎导致的小鼠体温升高、肝脏等脏器损伤以及腹泻情况[18]。李敬等[19]和Tsai等[20]在家兔上的研究也证实，黄芩苷溶液可显著降低内毒素引起的家兔体温升高，显著降低死亡率。而对其机理的深入研究发现，黄芩苷一方面可以有效拮抗内毒素(LPS)，抑制LPS导致的肿瘤坏死因子-α(TNF-α)和一氧化氮(NO)的释放，从而减轻对机体造成的发热和组织病理性反应；另一方面通过激活核因子-κB(NF-κB)和丝裂原活化蛋白激酶(MAPK)信号通路，抑制炎症因子的表达，降低发热过程中炎症细胞因子[白细胞介素-6(IL-6)、白细胞介素-1β(IL-1β)和TNF-α]循环积累来起到清热解毒作用[19-22]。

2.2 抗氧化作用

黄芩苷是一种强抗氧化剂，对于超氧化物阴离子、过氧化氢、羟基自由基等氧自由基(ROS)引起的氧化反应可起到明显预防作用[23]。黄芩苷分子结构上含有2个酚羟基，其中C6位酚羟基的电解离常数(pKa)最低，是抗氧化的最大活性位点[24-25]。以脂溶性维生素E的衍生物Trolox和水溶性维生素C作为参考标准来评估抗氧化活性，发现黄芩苷清除ABTS+自由基活性的TEAC值和VCEAC值分别是1.1和0.7，而其代谢产物黄芩素相应值是黄芩苷的1.80和1.57倍[24,26]，究其原因是黄芩素具有5，6，7-邻羟基结构，这也与大量研究表明的类黄酮化合物含羟基数目越多，相应的清除自由基活性越强相一致[27]。对其抗氧化机理的深入研究发现，黄芩苷可通过调控Kelch样ECH相关蛋白1(Keap1)/核转录因子E2相关因子2(Nrf2)信号通路，进而影响抗氧化蛋白反应原件的转录，促进超氧化物歧化酶(SOD)、血红素氧合酶-1(HO-1)、过氧化氢酶(CAT)、谷胱甘肽过氧化物酶(GSH-Px)和谷胱甘肽(GSH)的表达，达到清除细胞内多余ROS、保护细胞免受氧化损伤的目的[28-29]。

2.3 抗菌作用

黄芩苷具有广谱抑菌作用。体外抑菌试验表明，黄芩苷对大肠埃希菌标准菌株C83845和C83901的最小抑菌浓度(MIC)分别为25.6[30]和6.75 mg/mL[31]，对金黄色葡萄球菌标准菌株C2386和C2465的MIC均为12.8 mg/mL[30]，抑菌效果远低于头孢或者氟苯尼考[30]，揭示其在治疗细菌性感染方面的机制不同于传统抗生素。大量研究发现，黄芩苷对不同病原微生物的抑菌机理不同，例如，针对大肠杆菌，黄芩苷可通过增加细胞膜与细胞壁通透性，导致细胞质外溢而发挥抑菌作用[32]；针对金黄色葡萄球菌，黄芩苷可与其主要毒力因子α-溶血素(Hla)形成复合物来抑制Hla释放，通过解毒来发挥抑菌抗感染作用[33]。此外，黄芩苷也被报道可通过抑制金黄色葡萄球菌、铜绿假单胞菌、变形链球菌、耐药幽门螺杆菌和嗜水气单胞菌等有害菌生物膜的形成来发挥抑菌作用[34]。总之，黄芩苷抗菌机制复杂，通过多靶点作用来发挥抑菌作用，不同于抗生素的作用机理，因此不会引起病原微生物的耐药性[35]。更为有趣的是，黄芩苷或其代谢产物黄芩素联合抗生素可使高耐药菌株MIC降低15～30倍，并呈量效关系，显著逆转细菌耐药性，为饲料无抗、减抗养殖提供了一条有效的路径[36-38]。

2.4 抗炎作用

大量研究表明，黄芩苷的抗炎作用尤为突出，已在多种炎症模型[39-42]上表现出确切效果，但是炎症诱因不同、炎症程度不同，其作用浓度、作用时间和作用方式也不尽相同。在游离脂肪酸(FFA)引发的脂肪肝治疗中，黄芩苷能缓解肝细胞形态损伤和死亡，进一步分析发现其可降低核苷酸结合寡聚化结构域样受体3(NLRP3)和其上游蛋白激活蛋白Gasdermin D(GSDMD)的水平，减少IL-1β和白细胞介素-18(IL-18)的释放，降低细胞焦亡发生，改善非酒精性脂肪肝[42]；刘思颖[43]从肠道角度探讨黄芩苷对高脂饮食小鼠的影响时发现，50 mg/(kg BW·d)的黄芩苷给药后显著降低血清IL-6、TNF-α和LPS水平，降低脱硫弧菌属的数量和肠道革兰氏阴性菌与阳性菌的比例，减少LPS入血以及炎性因子的分泌，从而减轻炎症。在LPS诱导的炎症反应中，10～100 μg/mL黄芩苷溶液(细胞培养基溶解)预处理能显著抑制LPS诱导的巨噬细胞RAW264.7释放炎症因子S100A8/A9复合物，降低了NADPH氧化酶(NOX)基因的表达，并且存在药物浓度依赖性[44]；此外，也有研究表明，黄芩苷一方面可以显著降低诱导型一氧化氮合酶(iNOS)和环氧化酶-2(COX-2)的基因表达发挥抗炎功能，另一方面可以通过下调细胞中磷酸核因子NF-κB p65和磷酸NF-κB抑制激酶的表达来抑制TNF-α、IL-6和白细胞介素-8(IL-8)的产生，并以剂量依赖的方式减轻炎症细胞浸润、充血和上皮细胞脱落等[45]。总之，黄芩苷的抗炎机制主要通过调节肠道菌群、NF-κB核转位、增加相关mRNA的表达、抑制自噬、调控调节性T细胞(Treg)/辅助性T细胞(Th17)平衡等来实现[46]。

2.5 其他作用

除上述作用外，黄芩苷还有抗病毒、抗肿瘤以及对免疫、神经和心血管系统保护作用。王建超[47]研究发现，黄芩苷对猪细小病毒(PPV)、禽流感H9亚型(AIV)、新城疫病毒(NDV)以及传染性支气管炎病毒(IBV)均有一定的抑制作用，且无毒副作用。在预防或治疗癌症或肿瘤(如肝癌、乳腺癌、结肠癌等)上，除了直接抗炎外，黄芩苷可以通过阻滞肿瘤细胞周期、诱导肿瘤细胞凋亡、防治肿瘤转移和调节肿瘤微环境等发挥作用[48]。黄芩苷也被报道可以减缓细胞S期阻滞，降低细胞凋亡，保护缺氧神经母细胞[49]。此外，它在改善二型糖尿病病症及胰岛素抵抗方面也具有显著作用[50]。

3 黄芩苷在猪生产中的应用

3.1 仔猪

断奶仔猪机体发育不够健全，易受细菌及病原体感染，导致肠道屏障功能破坏，引发肠道炎症，造成仔猪采食量低下、消化不良、生长迟滞、腹泻甚至死亡。黄芩苷因其广泛的生物学功效在仔猪生产中具有广泛作用。

黄芩苷可提高断奶仔猪的免疫力和抗病力。有研究表明，黄芩苷对机体免疫细胞具有双向调节作用，低剂量时可促进刀豆蛋白A(Con A)和LPS诱导的小鼠脾淋巴细胞增殖，高剂量时则显著抑制，且体内用药时也表现出同样的结果[51]。在早期断奶仔猪饲粮中添加黄芩苷可以显著提高血清中免疫球蛋白G(IgG)、补体3(C3)和补体4(C4)水平，可见黄芩苷可激活机体补体系统，协助抗体和吞噬细胞共同杀灭病原微生物，发挥非特异性抗感染作用，提高仔猪抗病力[52]。

黄芩苷能够消除外来应激导致的炎症反应，迅速恢复机体正常状态。庄锋等[53]在研究不同剂量黄芩苷对LPS(0.1 mg/kg BW)诱导后仔猪临床症状及血液学指标的影响时，发现注射25～100 mg/kg BW黄芩苷(生理盐水溶解液)均能不同程度地抑制攻毒后引起的仔猪体温升高、腹泻、呕吐和嗜睡，改善血常规指标，其中50 mg/kg BW黄芩苷的效果最佳，能够显著升高血小板总数，降低肌酐和总胆红素含量，缓解对肝脏和肾脏功能的损伤。用副猪嗜血杆菌(Haemophilusparasuis，HPS)给仔猪攻毒，之后肌肉注射25～100 mg/kg BW黄芩苷(生理盐水溶解液)，可改善血细胞分类计数和血液生化指标，高剂量(100 mg/kg BW)黄芩苷能显著增加感染48和96 h血糖水平，揭示在炎症状态下黄芩苷还可调动机体能量代谢[54]。Liao等[55]在含有4 mg/kg脱氧雪腐镰刀菌烯醇(DON)的断奶仔猪饲粮中添加0.1%的黄芩苷，可有效减轻DON诱导的生长性能降低以及血液生化指标紊乱等负面影响。肌肉注射和饲粮添加有效作用剂量的差异，主要是不同给药途径使得药效不一样，肌肉注射直接入血，能够快速发挥作用，而口服需要经胃肠道代谢转化才能发挥作用，因此，饲粮添加有效药物浓度往往高于注射用剂量。用仔猪外周血单核细胞或单核吞噬细胞体外培养技术对其机理深入研究发现，12.5～100 μg/mL黄芩苷能够抑制LPS感染后NF-κB p65蛋白的核转移、细胞上清液中IL-6、IL-18、IL-1β和TNF-α的释放，降低细胞内ROS的累积，下调相应炎症因子mRNA的表达，进而达到缓解炎症作用[56-57]。

黄芩苷能够调整肠道菌群紊乱，保护肠道屏障。在三硝基苯磺酸(TNBS)诱导的小鼠溃疡性结肠炎模型中，25～100 mg/kg BW的黄芩苷呈剂量依赖性地减轻黏膜损伤，同时促进肠道紧密连接蛋白闭锁小带蛋白-1(ZO-1)、闭合蛋白(Occludin)和黏蛋白2(MUC2)的表达；对肠道微生物菌群的分析显示，黄芩苷降低了厚壁菌门/拟杆菌门的比值以及变形杆菌数量，提高了丁酸产生菌的数量，有效改善了TNBS导致的菌群紊乱，修复了肠道屏障[58]。给高脂饮食小鼠灌胃200 mg/(kg BW·d)的黄芩苷可以显著改善肠道菌群紊乱，增加肠道短链脂肪酸(尤其是乙酸)含量，进而改善高脂饮食引起的糖、脂代谢异常[59]，葛根芩连汤与感染性腹泻小型猪肠道菌群相互作用的研究结果[60]与此基本一致。刘晓曦[61]研究发现，加味葛根芩连汤可通过改善仔猪十二指肠、空肠、回肠和结肠的组织结构，降低空肠炎症反应，有效治疗仔猪湿热泄泻，而对其有效成分的研究发现，黄芩苷可以显著抑制肠毒性大肠埃希杆菌(ETEC)分泌外毒素以及其对肠上皮细胞的黏附，促进上皮细胞增殖，还能抑制NF-κB信号介导的炎症反应发挥保护肠道屏障作用。高剂量的抗生素会损伤肠道形态、降低肠道微生物多样性，破坏肠道屏障。有研究表明，饲粮中添加500 mg/kg黄芩苷可以修复1 000 mg/kg林可霉素(饲粮中添加，处理7 d)对仔猪空肠和结肠造成的形态损伤，提高空肠绒毛高度和结肠肌层宽度，并且促进肠道紧密连接蛋白封闭蛋白-1(Claudin-1)的mRNA表达，降低肠道通透性，发挥保护肠道屏障作用[38]。

基于黄芩苷上述的功效，在仔猪饲粮中添加黄芩苷可有效改善仔猪的生长性能，控制腹泻。侯伟革[62]研究表明，在断奶仔猪饲粮中添加0.02%～0.10%的黄芩苷可不同程度促进营养物质消化吸收(1.53%～5.43%)，提高平均日增重(2.61%～5.22%)，降低腹泻率(31%～50%)，这与李国忠[63]和徐中平[64]在断奶仔猪饲粮中添加发酵黄芩或者复方黄芩的应用效果相近。然而，发酵黄芩或者复方黄芩产品受药材来源、药材品质、发酵技术、药方配伍等因素影响很大，应用稳定性差，不利于其在畜牧生产中的广泛应用，而单一黄芩苷经过提取分离工艺之后，成分和含量明确，相较前2种形式产品极大地提升了应用稳定性和有效性。

3.2 母猪

黄芩是传统中药保胎方当归散中的主药之一，黄芩苷作为黄芩主要的活性成分，具有安胎保胎的功效[65-66]。已有研究发现，黄芩苷能上调体内孕酮含量，调节着床和妊娠期子宫内膜中γ-干扰素(IFN-γ)、白细胞介素-10(IL-10)水平，促进胚胎发育[67]。在猪受精胚胎体外培养系统中，黄芩苷可提高培养液中平均每枚胚胎桑椹、囊胚数以及NO浓度，有效促进受精胚胎的早期发育[68]。Guo等[69]用黄芩苷处理猪卵母细胞，结果发现黄芩苷能够抑制囊胚细胞的凋亡，促进卵母细胞成熟，提升细胞质量，促进胚胎体外发育。然而，目前鲜有单一黄芩苷在妊娠母猪生产中应用的研究，究其原因主要是因为妊娠母猪体质敏感，长期处于亚健康状态，易受内在或外在多种因素影响，生产上问题颇多且原因复杂，单一中草药提取物在母猪生产中的应用方案相对单薄，通常是将2种或2种以上中草药提取物进行复配组合，在母猪上的应用较多的包括黄芪葛根提取物[70]、当归益母草提取物[71]、紫珠提取物[72]、金银花黄芩提取物[73-76]等，其中以经典组方黄芩提取物(有效成分以黄芩苷计)与金银花提取物(有效成分以绿原酸计)复合物在母猪上的应用研究较多。将黄芩提取物与金银花提取物按不同比例复合后在妊娠母猪后期至哺乳期饲粮中添加，能够提高窝产总仔数0.8～2.3头、窝总活仔数0.9～2.4头、窝产健仔数0.7～0.9头和初生窝重1.6～3.6 kg，并且可以提高哺乳阶段母猪采食量20%、泌乳力20%，进而提高断奶窝重3.3～6.7 kg、断奶仔猪个体重180～680 g，其中以50%黄芩提取物与30%金银花提取物复配对母猪的繁殖性能的效果最好[73]。而在同一阶段添加山花黄芩提取物散(主要成分黄芩苷含量≥2.2%；绿原酸≥0.22%)也表现出相近的效果，提高母猪窝产活仔数0.7～1.5头、健仔数0.4～1.8头，降低死胎数0.25～0.45头，并且显著提高仔猪断奶均重50～350 g、仔猪成活率2.6%～7.3%，极显著降低哺乳仔猪腹泻率[74-76]。对其作用机理的研究发现，黄芩苷与绿原酸均具有强抗氧化功能，能够缓解妊娠后期母猪进程性氧化应激；抑制促炎细胞因子的产生，减轻炎症反应；缓解胰岛素抵抗，提高哺乳母猪采食量，改善母猪健康度，提高繁殖性能[73-76]。

总之，依据中药网络药理学，黄芩提取物或者黄芩苷也可以与其他抗炎解毒中药提取物成分进行配伍来提高母猪繁殖性能，但是仍有待开展相互配伍比例、添加剂量以及深入作用机理研究，以为其在母猪生产中的广泛应用提供理论支撑。

3.3 生长育肥猪

目前黄芩苷在生长育肥猪生产中的应用研究较少，大多集中于复方中药提取物的应用研究。庄昕哲[77]研究发现，在保育猪(28日龄)、小猪(50日龄)和育肥猪(70日龄)饲粮中添加1‰复方中草药添加剂，促生长效果不尽相同；随着日龄的提高，日增重改善效果逐渐减弱。而惠晓红等[78]研究发现，在55 kg育肥猪饲粮中添加1.5‰～3‰的中草药提取物，能够不同程度提高日增重和饲料转化效率，其中1.5‰的促生长效果最佳。由此可知，在生长育肥阶段，黄芩苷与其他中草药提取物的组方、最适添加量以及最适使用阶段都有待进行深入研究。

4 小 结

黄芩苷作为黄芩发挥药理作用的主要物质基础，具有丰富的生物学功能，包括清热解毒、抗氧化、抗菌和抗炎等。在动物体内中，黄芩苷主要通过多靶点互作来协同发挥作用。目前黄芩苷在中医药领域的研究颇多，清热解毒、消炎、调节代谢、抗菌抗病毒等方面效果确切。但是，在猪生产上的应用仍然有限。因此，将现代中医药药学、动物营养学或者动物抗病营养学等进行交叉融合，有待对黄芩苷与传统营养素互作关系、使用阶段、有效添加剂量以及与其他饲料添加剂的协同效果等进行深入研究，以期为开发黄芩苷这种中草药提取物提供理论依据，推动其在猪生产中的广泛应用。