張相倫， 劉曉牧， 譚秀文， 劉桂芬， 萬(wàn)發(fā)春

(山東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院畜牧獸醫(yī)研究所，山東省畜禽疫病防治與繁育重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山東省肉牛生產(chǎn)性能測(cè)定中心，山東省畜禽健康養(yǎng)殖工程技術(shù)中心，濟(jì)南 250100)

隨著畜禽養(yǎng)殖中抗生素使用帶來(lái)的藥物殘留、細(xì)菌耐藥性等問(wèn)題備受關(guān)注，我國(guó)農(nóng)業(yè)農(nóng)村部提出在2020年實(shí)現(xiàn)飼料全面禁抗。研發(fā)抗生素替代品對(duì)于促進(jìn)畜牧業(yè)可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。天然植物提取物具有安全、無(wú)殘留、不易產(chǎn)生耐藥性等特點(diǎn)，是理想的抗生素替代品。白藜蘆醇是一種非黃酮類多酚化合物，主要存在于葡萄、虎杖、花生、桑葚等植物或其果實(shí)中，它是植物受到生物或非生物脅迫時(shí)產(chǎn)生的一種植物抗毒素[1]，具有廣泛的生物學(xué)活性，如抗氧化、抗炎、抗菌等。目前，白藜蘆醇在畜禽生產(chǎn)中已有部分報(bào)道，但多集中在單胃動(dòng)物方面，在反芻動(dòng)物方面還相對(duì)較少。本文綜述了白黎蘆醇的生物學(xué)功能及其在反芻動(dòng)物上的研究現(xiàn)狀，并對(duì)白藜蘆醇在反芻動(dòng)物上的后續(xù)研究及推廣應(yīng)用做出了展望。

1 白藜蘆醇的理化性質(zhì)

白藜蘆醇又名芪三酚，化學(xué)名為3,4,5-三羥基-1,2-二苯乙烯，分子式為C14H12O3，易溶于甲醇、乙醇等有機(jī)溶劑，較難溶解于水。白藜蘆醇有游離態(tài)和糖苷兩種存在形式，同時(shí)具有順式和反式2種異構(gòu)體，反式異構(gòu)體較順式異構(gòu)體的穩(wěn)定性更高[1]。通常，植物中白藜蘆醇的存在形式以反式異構(gòu)體為主，其化學(xué)結(jié)構(gòu)如圖1。

圖1 反式白藜蘆醇的化學(xué)結(jié)構(gòu)

2 白藜蘆醇的生物學(xué)功能

2.1 抗氧化功能

由白藜蘆醇的化學(xué)結(jié)構(gòu)可見，白藜蘆醇含有3個(gè)酚羥基，且以對(duì)位羥基的活性最強(qiáng)，具有較強(qiáng)的捕捉和清除自由基的能力。Iacopini等[2]研究了白藜蘆醇體外清除自由基的特性，發(fā)現(xiàn)白藜蘆醇對(duì)過(guò)氧硝基鹽陰離子(ONNO-)和1,1-二苯基-2-三硝基苯肼(DPPH·)兩種自由基均具有較強(qiáng)的清除率。白藜蘆醇的衍生物同樣也具有較強(qiáng)的清除自由基能力[3]。在組織細(xì)胞內(nèi)，自由基是正常代謝過(guò)程中產(chǎn)生的物質(zhì)，包括活性氧自由基(ROS)和活性氮自由基(RNS)兩類。通常，機(jī)體抗氧化系統(tǒng)維持自由基的水平處于平穩(wěn)狀態(tài)，但當(dāng)有外界刺激(如應(yīng)激等)時(shí)，自由基就會(huì)大量產(chǎn)生，造成氧化損傷，嚴(yán)重者導(dǎo)致細(xì)胞凋亡,影響正常生理功能。Yun等[4]研究表明，白藜蘆醇可以激活沉默調(diào)節(jié)蛋白1/叉頭蛋白O3(SIRT1/FOXO3)，降低高糖導(dǎo)致的人單核細(xì)胞氧化水平的升高。Jin等[5]報(bào)道，白藜蘆醇通過(guò)激活磷脂酰肌醇-3-羥激酶/蛋白激酶B(PI3K/AKT)和細(xì)胞外信號(hào)調(diào)節(jié)激酶/絲裂原激活的蛋白激酶(ERK/MAPK)信號(hào)通路上調(diào)核因子2相關(guān)因子2(NRF2)的表達(dá)，提高抗氧化功能，緩解過(guò)氧化氫誘導(dǎo)的奶牛乳腺上皮細(xì)胞氧化損傷。動(dòng)物水平下，Tamaki等[6]報(bào)道，白藜蘆醇通過(guò)調(diào)節(jié)SIRT1/腺苷酸活化蛋白激酶(AMPK)和NRF2抗氧化信號(hào)通路，降低牙周炎模型大鼠的氧化損傷水平。由此可見，白藜蘆醇除具有直接清除自由基的作用外，在細(xì)胞或機(jī)體水平下還可參與信號(hào)通路的調(diào)節(jié)作用，發(fā)揮抗氧化調(diào)節(jié)功能，SIRT1和NRF2可能是其調(diào)控的主要靶點(diǎn)。

2.2 抗炎功能

動(dòng)物易在不可控應(yīng)激因素作用下發(fā)生炎癥反應(yīng)，給機(jī)體造成不同程度的危害[7-8]。炎癥反應(yīng)伴隨著炎性因子(如白介素IL、腫瘤壞死因子TNF-α等)釋放量的升高和炎癥信號(hào)通路的激活[9]。緩解機(jī)體炎性反應(yīng)、降低炎癥水平對(duì)于提高動(dòng)物機(jī)體免疫力，保障動(dòng)物健康至關(guān)重要。Zhou等[10]發(fā)現(xiàn)，在兔急性咽炎模型中，白藜蘆醇可降低TNF-α、IL-6水平和巨噬細(xì)胞炎癥蛋白2、環(huán)氧合酶2活性，抑制Toll樣受體4和髓樣分化因子88表達(dá)，降低核轉(zhuǎn)錄因子κB(NF-κB)的磷酸化水平，緩解炎性反應(yīng)。崔勇和與沈先敏[11]報(bào)道，白藜蘆醇可降低炎性因子IL-6、IL-1β、TNF-α的水平，抑制炎性通路，降低脂多糖誘導(dǎo)的腎小管上皮細(xì)胞炎癥反應(yīng)。何丹等[12]研究表明，LPS處理人胚腎細(xì)胞，導(dǎo)致半胱天冬酶1(Caspase-1)、TNF-α、IL-1β含量升高，白藜蘆醇可減緩上述不良反應(yīng)，緩解炎性衰老。由此可見，白藜蘆醇可有效降低外界脅迫下細(xì)胞或機(jī)體炎癥因子水平，對(duì)炎癥信號(hào)通路基因及蛋白表達(dá)具有理想調(diào)控效果。

2.3 抗菌功能

白藜蘆醇的抗菌功能也是其研究熱點(diǎn)之一，但相對(duì)于其抗氧化、抗炎等方面的研究，抗菌方面的研究還較少。Chan[13]報(bào)道，白藜蘆醇對(duì)金黃色葡萄球菌、糞腸球菌和綠膿桿菌具有抑菌效果，對(duì)須毛癬菌、短發(fā)毛癬菌、紅色毛癬菌等5種皮膚癬菌具有抑制生長(zhǎng)的作用，抑菌濃度為25～50 μg/mL。李永軍等[14]研究了白藜蘆醇對(duì)甲氧西林敏感的、耐甲氧西林的和凝固酶陰性葡萄球菌的抑菌效果，發(fā)現(xiàn)白藜蘆醇對(duì)所有金黃色葡萄球菌均具有良好的抑菌作用，最小抑菌濃度在0.256～0.512 mg/mL之間。蘇軍華等[15]研究表明，白藜蘆醇對(duì)糞腸球菌和屎腸球菌生長(zhǎng)均具有抑制作用，最小抑菌濃度為0.256～0.512 mg/mL。Hwang等[16]報(bào)道，隨著白藜蘆醇濃度的升高，大腸桿菌的生長(zhǎng)抑制率顯著升高，最小抑菌濃度為456 μg/mL，發(fā)現(xiàn)白藜蘆醇通過(guò)抑制分裂蛋白(FtsZ)蛋白表達(dá)和Z環(huán)形成實(shí)現(xiàn)抑菌。白藜蘆醇的抗菌機(jī)制主要有以下幾個(gè)方面:一是干擾細(xì)菌細(xì)胞壁的合成，損傷細(xì)胞膜，影響菌體正常周期；二是減弱細(xì)菌的黏附能力，抑制毒性因子產(chǎn)生；三是干擾細(xì)菌信號(hào)傳導(dǎo)，影響細(xì)菌正常生長(zhǎng)[17-18]。但是，白藜蘆醇對(duì)反芻動(dòng)物瘤胃微生物的影響研究還較少，鑒于瘤胃微生物組成復(fù)雜，白藜蘆醇是否對(duì)其產(chǎn)生影響及產(chǎn)生何種影響，需開展系統(tǒng)研究。

2.4 脂類代謝調(diào)節(jié)功能

Ajmo等[19]報(bào)道，白藜蘆醇能夠降低肝臟中脂肪的合成，提高脂肪酸的氧化速率，預(yù)防小鼠酒精性脂肪肝的發(fā)生，SIRT1-AMPK信號(hào)通路發(fā)揮重要作用。Ahn等[20]研究發(fā)現(xiàn)，白藜蘆醇可以降低動(dòng)脈粥樣硬化大鼠模型的血脂水平和脂肪肝發(fā)病率，調(diào)節(jié)肝臟中脂質(zhì)代謝相關(guān)基因表達(dá)。從細(xì)胞水平上看，Rayalam等[21]發(fā)現(xiàn)，白藜蘆醇能誘導(dǎo)3T3-L1脂肪細(xì)胞的凋亡，抑制脂肪的形成，過(guò)氧化物酶體增殖物激活受體γ、脂肪代謝相關(guān)基因均參與調(diào)控作用。Bai等[22]在豬前體脂肪細(xì)胞上研究表明，白藜蘆醇能夠顯著抑制前體脂肪細(xì)胞的增殖和分化，SIRT1基因在其中發(fā)揮重要作用。Chen等[23]報(bào)道，白藜蘆醇降低線粒體膜電位和激活Caspase-3誘導(dǎo)脂肪細(xì)胞凋亡，分析發(fā)現(xiàn)AMPK的磷酸化水平顯著提高，AKT磷酸化水平降低?？梢姡邹继J醇可有效促進(jìn)脂肪細(xì)胞的凋亡或抑制前體脂肪細(xì)胞的增殖和分化，進(jìn)而減少體內(nèi)脂肪的合成，SIRT1和AMPK是其主要調(diào)控作用點(diǎn)。

3 白藜蘆醇在反芻動(dòng)物上的應(yīng)用研究

3.1 對(duì)生產(chǎn)性能及營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)利用率的影響

目前，白藜蘆醇在畜禽生產(chǎn)上的應(yīng)用評(píng)價(jià)主要集中在單胃動(dòng)物方面，并證實(shí)其可提高應(yīng)激狀態(tài)下動(dòng)物的生產(chǎn)性能[24]，但不能改善正常飼養(yǎng)條件下的生產(chǎn)性能[25-26]。反芻動(dòng)物方面，Ma等[27]發(fā)現(xiàn)，杜寒羊每日供給0.25 g/頭白藜蘆醇對(duì)干物質(zhì)采食量無(wú)顯著影響，但可顯著提高有機(jī)物、氮和纖維的表觀消化率。張衛(wèi)兵[28]以荷斯坦母犢牛為研究對(duì)象，發(fā)現(xiàn)飼料中添加4 mg/kg體重的白藜蘆醇能顯著提高0～2月齡犢牛采食量，增加哺乳期犢牛的胸圍和十字部高，但對(duì)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)消化率無(wú)顯著影響；持續(xù)飼喂至6月齡可從數(shù)值上提高體重，但未達(dá)顯著水平。上述報(bào)道表明，在反芻動(dòng)物日糧中添加適宜水平的白藜蘆醇可在一定程度上改善生產(chǎn)性能,提高養(yǎng)分利用率，但由于現(xiàn)有報(bào)道數(shù)量少，部分結(jié)果仍存在矛盾，需開展深入研究。

3.2 對(duì)瘤胃發(fā)酵及氣體代謝的影響

瘤胃內(nèi)揮發(fā)性脂肪酸是反芻動(dòng)物機(jī)體能量的主要來(lái)源，主要以淀粉或纖維為底物，由瘤胃微生物酶解或代謝產(chǎn)生。在瘤胃發(fā)酵過(guò)程中，產(chǎn)生甲烷是能量損失的重要途徑之一，并且與環(huán)境溫室效應(yīng)密切相關(guān)。Becker和van Wikselaar[29]利用非泌乳期奶牛瘤胃液進(jìn)行體外試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)白藜蘆醇可顯著降低甲烷產(chǎn)量、揮發(fā)性脂肪酸含量，分析原因可能與白藜蘆醇抑制細(xì)菌的生長(zhǎng)、降低瘤胃發(fā)酵速度有關(guān)。體內(nèi)試驗(yàn)中，Ma等[27]報(bào)道，杜寒羊每日供給0.25 g白藜蘆醇顯著降低甲烷產(chǎn)量，不影響瘤胃pH值、氨態(tài)氮和總揮發(fā)性脂肪酸的含量，但降低了乙酸/丙酸值，分析發(fā)現(xiàn)白藜蘆醇組產(chǎn)甲烷菌和原生動(dòng)物均顯著減少。Chen等[30]在杜寒羊上的研究也發(fā)現(xiàn)，白藜蘆醇可降低瘤胃甲烷產(chǎn)量和二氧化碳排放量，提高代謝能水平。張衛(wèi)兵等[31]在哺乳期犢牛上的研究發(fā)現(xiàn)，添加4 mg/kg體重的白藜蘆醇對(duì)瘤胃pH值、氨態(tài)氮和總揮發(fā)性脂肪酸含量均無(wú)顯著影響，但提高了乙酸/丙酸值。上述報(bào)道表明，在反芻動(dòng)物日糧中添加白藜蘆醇可降低甲烷產(chǎn)量，減少產(chǎn)甲烷菌和原蟲的數(shù)量，有利于環(huán)境減排。但從報(bào)道中也發(fā)現(xiàn)，白藜蘆醇降低瘤胃內(nèi)揮發(fā)性脂肪酸含量或?qū)е缕浣M成比例發(fā)生變化，說(shuō)明白藜蘆醇可能對(duì)瘤胃纖維素分解相關(guān)微生物的生長(zhǎng)產(chǎn)生抑制或改變瘤胃發(fā)酵類型，具體機(jī)制尚不明確。

3.3 對(duì)胴體品質(zhì)及肌肉品質(zhì)的影響

生產(chǎn)高品質(zhì)畜產(chǎn)品一直是畜禽養(yǎng)殖的重要目標(biāo)，機(jī)體內(nèi)脂肪的過(guò)度沉積往往導(dǎo)致胴體品質(zhì)下降。在單胃動(dòng)物方面，研究發(fā)現(xiàn)白藜蘆醇可降低內(nèi)臟脂肪沉積，調(diào)節(jié)脂質(zhì)代謝相關(guān)基因的表達(dá)[32]，并對(duì)肌肉色澤、系水力有改善效果[25,33]。但在反芻動(dòng)物生產(chǎn)上尚未見報(bào)道。本實(shí)驗(yàn)室從細(xì)胞角度出發(fā)，發(fā)現(xiàn)白藜蘆醇通過(guò)激活SIRT1/AMPK信號(hào)通路，調(diào)控下游FOXO1，促進(jìn)魯西黃牛皮下脂肪細(xì)胞凋亡[34]。同樣，在魯西黃牛肌間脂肪細(xì)胞上也得出了上述類似的結(jié)果[35]。但值得注意的是，皮下脂肪細(xì)胞凋亡敏感度約2倍高于肌間脂肪細(xì)胞,說(shuō)明不同脂肪組織對(duì)白藜蘆醇的敏感度不一樣，推測(cè)適宜水平白藜蘆醇可能在降低肉牛皮下脂肪沉積的同時(shí)，不影響肌內(nèi)脂肪的沉積，這對(duì)于調(diào)控脂肪的定向沉積、提高胴體品質(zhì)具有重要意義，但具體應(yīng)用效果及機(jī)理需進(jìn)一步研究。

4 小結(jié)與展望

綠色、功能性飼料添加劑的研發(fā)一直是動(dòng)物營(yíng)養(yǎng)研究的熱點(diǎn)，白藜蘆醇是一種天然植物提取物，具有較高的生物學(xué)活性。近年來(lái)，白藜蘆醇在動(dòng)物營(yíng)養(yǎng)研究領(lǐng)域已引起重視，但在反芻動(dòng)物方面的研究還十分欠缺，尚無(wú)充足數(shù)據(jù)可參考，限制了其推廣應(yīng)用。后續(xù)研究要圍繞白藜蘆醇的飼用安全性、瘤胃內(nèi)環(huán)境、調(diào)控脂肪沉積機(jī)理和經(jīng)濟(jì)效益評(píng)價(jià)等方面開展系統(tǒng)探討，以期為反芻動(dòng)物新型飼料添加劑的研發(fā)奠定基礎(chǔ)。