植物提取物替代抗生素在仔豬腸道中的應(yīng)用

崔志娟，肖定福，陳宇光

（湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)動物科學(xué)技術(shù)學(xué)院，長沙 410128）

眾所周知，抗生素作為飼料添加劑，可以增強腸道微生物的活性，改善腸道菌群，從而預(yù)防疾病，促進生長。然而，隨著抗生素的應(yīng)用，抗生素引起的耐藥性和藥物殘留問題越來越嚴重，引起了消費者的廣泛關(guān)注，許多國家已經(jīng)禁止使用抗生素作為飼料添加劑[1]。因此，尋找能夠有效、綠色替代抗生素的新型添加劑已迫在眉睫。植物提取物因其強大的功能和環(huán)保功能而受到研究者和農(nóng)民的關(guān)注。研究開發(fā)新型植物提取物作為飼料添加劑替代抗生素已成為一種趨勢。添加劑是一種天然植物提取物或各種天然植物或其部分為原料，提取由物理或生物發(fā)酵處理，有營養(yǎng)，促進生長，提高飼料利用率和動物產(chǎn)品的質(zhì)量，如功效和活性成分的內(nèi)容清晰，可衡量的和更穩(wěn)定的人類和動物沒有任何副作用的飼料添加劑。

1 植物提取物的主要化學(xué)成分

植物中含有的化學(xué)成分非常復(fù)雜，其中一些具有明顯的生物活性和藥用作用，通常被稱為有效成分。目前，天然植物提取物的研究報道較多，包括皂苷、生物堿、多糖、揮發(fā)油、有機酸等。

1.1 皂苷

皂苷是一類廣泛存在于高等植物中的苷類化合物[2]。其水溶液在搖動時會產(chǎn)生肥皂泡沫。皂苷的結(jié)構(gòu)特點是含有甾體或三萜糖苷和一個或多個糖鏈（如水解后可生成糖和非糖化合物，非糖部分稱為糖原，通常為酚類、蒽醌類、黃酮類等化合物）[3]。研究表明，黃酮類化合物具有抗氧化、抗炎、抗癌等作用[4]。也有報道稱蒽醌具有抗氧化和抗癌作用[5-6]。日常生活中的人參含有皂苷，已被證明具有抗衰老和抗遺忘作用[7]。

1.2 生物堿

生物堿是一組復(fù)雜的含氮化合物，來源廣泛，包括螞蟻、牧豆樹屬、千屈菜科、羽扇豆屬、黃睡蓮等[8-9]。生物堿結(jié)構(gòu)呈環(huán)狀，不溶于水，能與酸形成鹽，具有一定的旋光度和吸收光譜，且大多具有苦味。生物堿存在于生物體中，是幾種主要和次要化合物的混合物[10]。被用于許多疾病的治療，如抗癌藥物、抗瘧藥和止痛劑，以及帕金森病、高血壓和中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病的治療[8,11]。

1.3 多糖

糖類是中藥及其提取物中常見的一種物質(zhì)。按其組成可分為單糖、寡糖和多糖3種。從高等植物中提取的多糖大多是相對無毒的，不會引起明顯的副作用[12]。研究表明，植物多糖具有抗氧化、抗腫瘤、抗炎和免疫調(diào)節(jié)作用[13-14]。茶多糖、枸杞多糖、黃芪多糖得到了廣泛的關(guān)注，許多相關(guān)研究證明這些多糖具有良好的作用[15-16]。

1.4 精油

揮發(fā)油主要從芳香族植物中蒸餾而來，芳香族植物中含有多種揮發(fā)性分子，如萜類化合物、酚類化合物和脂肪族化合物。揮發(fā)油不溶于水，大多數(shù)揮發(fā)油沒有固定的沸點和冰點。揮發(fā)油具有抗菌、抗氧化、抗病毒等諸多良好效果[17-18]。

1.5 有機酸

有機酸是一種酸性有機化合物，廣泛分布于植物的葉子、根部，特別是中草藥的果實中，如黑莓、五味子和覆盆子。常見的有機酸有草酸、蘋果酸、苯甲酸、水楊酸等。一般認為，膳食有機酸或其鹽降低胃的pH，導(dǎo)致蛋白水解酶活性和胃滯留時間的增加，從而改善蛋白質(zhì)消化。有機酸在刺激胰腺分泌物的同時，還可能影響?zhàn)つば螒B(tài)，在中間代謝中起底物的作用。在飼料中添加有機酸可提高斷奶仔豬的生長性能、飼料利用率和腸道健康[19]。

2 植物提取物的主要功能

2.1 抗氧化作用

自由基是在動物身體的新陳代謝過程中產(chǎn)生的。但是過量的自由基會破壞生物膜，容易對機體造成氧化損傷，影響動物的生產(chǎn)性能。因此，自由基∕活性氧（ROS）與炎癥、衰老和癌癥密切相關(guān)[20]。自由基與多種細胞化合物發(fā)生反應(yīng)，產(chǎn)生氧化還原反應(yīng)，在病理條件下可引起正常細胞的結(jié)構(gòu)和功能改變。植物提取物通過直接清除或抑制自由基，抑制氧化酶活性，提高抗氧化酶活性，螯合和鈍化過渡金屬離子，在抗氧化活性中發(fā)揮著重要作用。研究表明，馬鞭草科植物對DPPH自由基有較強的抑制作用，這可能是由黃酮類化合物和苯丙基糖苷引起的[21]。Chen等研究發(fā)現(xiàn)，茶多糖具有清除羥基自由基的能力，在小鼠微粒體脂質(zhì)過氧化體系和鐵誘導(dǎo)的微粒體脂質(zhì)過氧化體系中均表現(xiàn)出顯著的抗氧化活性[15]。此外，杜仲還可以通過降低自由基的水平，改善氧化應(yīng)激引起的疾病狀態(tài)[22]。山楂及其黃酮類化合物能顯著降低血清和肝臟丙二醛（MDA）含量，提高紅細胞和肝臟超氧化物歧化酶（SOD）活性，促進谷胱甘肽過氧化物酶（GSH-Px）活性從而提高大鼠的抗氧化能力。用枸杞多糖治療的糖尿病小鼠與未治療的糖尿病小鼠相比，治療后的小鼠體重增加明顯，SOD活性和MDA 含量均有提高。也有研究發(fā)現(xiàn)，曲蘆丁能顯著提高d-半乳糖處理小鼠SOD、過氧化氫酶（CAT）和GSH-Px 活性的抗氧化能力，并能減輕小鼠腎臟的氧化損傷[23]。Burda 等研究結(jié)果表明，黃酮類化合物骨架c-3位具有游離羥基的黃酮醇對a-胡蘿卜素氧化具有較高的抑制活性[24]。

2.2 抗菌作用

植物提取物含有多種活性因子，可干擾病原微生物的代謝，從而有效抑制和殺滅細菌和病毒。Kalemba 報道稱，酚類或醛類通過干擾膜結(jié)合或相關(guān)酶蛋白而停止生產(chǎn)或活性，而酚類也會破壞脂多糖的外層，導(dǎo)致外膜的部分解體[18]。Dorman 等研究表明，金雀花醇、丁香酚、百里酚等具有酚類結(jié)構(gòu)的成分對實驗微生物具有較高活性[17]。金黃色葡萄球菌是一種毒性特別強的微生物，可導(dǎo)致多種健康狀況，包括骨髓炎、心內(nèi)膜炎和菌血癥。許多文獻報道植物中的某些成分可有效抑制金黃色葡萄球菌。植物提取物對幽門螺桿菌有明顯的體外抑制作用，小茴香、小檗堿、蜂膠、巴戟天對11 株臨床感染的幽門螺桿菌bb0 也有較好的抗菌活性[17,25-26]。在抗菌活性方面，訶子葉提取物總黃酮與環(huán)丙沙星、慶大霉素、卡那霉素、氧氟沙星、頭孢氨芐等最有效的抗生素效果相當[27]。

2.3 促生長作用

提高畜禽生產(chǎn)性能對養(yǎng)殖業(yè)具有重要意義。畜禽生產(chǎn)性能低下，增長緩慢，給養(yǎng)殖企業(yè)帶來巨大的經(jīng)濟損失。因此，有必要提高畜禽的生長性能。

同時，大量報道證實植物提取物能有效提高畜禽的生長性能。以百里香和肉桂為原料，結(jié)果表明，添加揮發(fā)油提取液對雞的采食量有顯著影響[28]。在哺乳母豬飼料添加辣椒、香菜和肉桂醛的混合物，21 日齡仔豬日增重明顯高于其他組，得出一些植物提取物可提高斷奶仔豬生長性能[29]。在仔豬飼料中添加植物甾醇也能顯著降低仔豬的腹瀉率和仔豬血清膽固醇和丙二醛水平[30]。Chent 等研究表明，牛膝多糖可有效提高仔豬的生長性能和防御能力，因為牛膝多糖可以降低仔豬的腹瀉率，提高平均每日食物攝入量[31]。在育肥豬中，甲酸鹽對提高生長性能最有效，富馬酸鹽次之。這些酸改善飼料中斷奶仔豬和育肥仔豬的增重比。此外，Ahmed等研究表明，白藜蘆醇組斷奶仔豬的日增重和平均日采食量較對照組明顯改善[32]。

2.4 免疫調(diào)節(jié)

植物提取物相對分子質(zhì)量小，容易刺激免疫功能，具有明顯免疫增強作用。植物提取物的免疫調(diào)節(jié)作用可通過促進細胞因子的產(chǎn)生，激活NK細胞和T、B 細胞，激活補體系統(tǒng)，促進抗體的產(chǎn)生來實現(xiàn)。植物多糖具有刺激巨噬細胞、淋巴細胞增殖和激活補體的作用。生物學(xué)活性實驗表明，黃芪多糖對脾臟淋巴細胞增殖有抑制作用，半乳甘露聚糖在體內(nèi)外均有明顯吞噬增強作用。在仔豬飼料中添加牛膝多糖，可提高仔豬細胞因子、血清免疫球蛋白（IgA、IgM）、IFN-γ水平，從而提高仔豬的免疫能力[31,33]。在仔豬感染生殖呼吸綜合征病毒（PRRSV）試驗中，添加植物提取物顯著增加仔豬第14天B細胞和T細胞與對照組相比，證明喂養(yǎng)植物提取物小豬可以增強其免疫反應(yīng)[34]。同時，飼料中添加的甘蔗提取物也可能通過增加仔豬NK細胞的毒性作用和仔豬單核細胞的吞噬作用，對PRRS具有保護作用[35]。飼糧中添加刺五加提取物還可提高血清IgG、IgM 含量和脾臟指數(shù)，提高仔豬免疫功能。白藜蘆醇和揮發(fā)油的組合在斷奶仔豬中有增加IgG水平的相關(guān)文獻也有被報道[32]。

2.5 抗炎作用

炎癥反應(yīng)是臨床常見的病理過程，可發(fā)生在機體各部位的組織和器官中。當身體產(chǎn)生炎癥反應(yīng)，炎性因子NF-B、TNF-α和IL-1會上調(diào)以及iNOS和cox-2的表達增加[34,36]。Liu 等發(fā)現(xiàn)，植物提取物能降低仔豬血清TNF-α 和IL-1 水平，提高IL-10 水平，增強PRRSV 感染仔豬的抗炎作用[34]。此外，相關(guān)文獻還報道，一些植物提取物具有不同程度的抗炎作用[37-38]。Chen等研究表明，金針菇多糖能顯著降低正常和燒傷大鼠血清和結(jié)腸中CD4+、CD8+、ICAM-1和髓過氧化物酶（MPO）的水平，表明金針菇多糖對燒傷大鼠具有較強的抗炎活性[15]。在半乳糖誘導(dǎo)的小鼠炎癥反應(yīng)中，三羥色胺對iN-OS、COX-2 和EP2 的表達均有明顯的抑制作用[23]。鵲腎樹葉提取物和大黃酚對脂多糖誘導(dǎo)的小鼠炎癥有抗炎作用，其作用機制可能與降低COX-2 等有關(guān)[39]。丹參種子水提物2.5～10 和2.5 g · kg-1對急、慢性炎癥均有劑量依賴性作用，表現(xiàn)出較好的抗炎作用。此外，三七總皂苷對急性肺損傷小鼠的治療后，發(fā)現(xiàn)三七總皂苷具有良好的抗炎作用[36]。

2.6 抗腫瘤

腫瘤是指在多種致瘤因素的作用下，局部組織增生形成的新生物。如果豬得了腫瘤，這些腫瘤會侵蝕豬的器官，導(dǎo)致這些器官功能喪失和嚴重營養(yǎng)不良。因此，預(yù)防和治療豬腫瘤十分必要。Huang等發(fā)現(xiàn)，大黃中的大黃素、蘆薈大黃素和大黃酸能抑制細胞增殖，影響p53 及其下游p21 通路，抑制腫瘤細胞攝取葡萄糖引起膜相關(guān)功能的改變，從而發(fā)揮抗腫瘤作用[5]。研究發(fā)現(xiàn)，枸杞多糖、人參多糖、黃芪多糖、香菇多糖等多糖均有一定的抗腫瘤作用[14,38]。還有研究表明，龍膽和臭柏的兩種提取物通過上調(diào)FasL、caspase 3 和caspase 9 的表達而抑制Hepg-2 和K562 細胞的生長，而FasL、caspase 3 和caspase 9 的表達與細胞凋亡有關(guān)，降低細胞存活率，誘導(dǎo)細胞凋亡[40]。芹菜素可以通過阻斷細胞周期進程和誘導(dǎo)凋亡來抑制人膀胱癌t-24 細胞的增殖[41]。Hofer 等研究表明，蝙蝠草提取物具有抗增殖和促凋亡的作用[42]。有研究發(fā)現(xiàn)，高劑量的馬鞭草和生姜中的[6]-姜辣素和[6]-姜酮酚也能產(chǎn)生抗腫瘤增強作用[43]。柳樹提取物中的代謝產(chǎn)物可作為腫瘤抑制劑，促進細胞凋亡，引起DNA 損傷，并影響細胞膜或變性蛋白。由此可見，植物提取物作為抗腫瘤物質(zhì)具有廣闊的應(yīng)用前景。

2.7 抗應(yīng)激

許多研究表明，植物提取物在動物應(yīng)激中起著重要作用。Bishayee等用薇甘菊根提取物預(yù)處理的小鼠能抵抗各種應(yīng)激條件，如游泳時間和對低氧的耐受性[44]。同時，石菖蒲提取物通過提高免疫細胞的抗氧化能力來調(diào)節(jié)應(yīng)激減弱的免疫應(yīng)答[45]。蘆筍、孜然、人參提取物在不同脅迫模式下均有抗應(yīng)激作用[46-47]。將香芹酚、辣椒油樹脂與肉桂醛的混合物提取物（濃度為271.2 mg·kg-1）添加到豬飼料中，能有效地保護豬血液淋巴細胞免受 DNA 氧化損傷，在飼糧提示引起的氧化應(yīng)激下，對免疫系統(tǒng)具有潛在的有益影響[48]。

3 植物提取物在仔豬腸道中的應(yīng)用

仔豬的腸道機制尚未完全發(fā)育，其全部或部分營養(yǎng)物質(zhì)在斷奶前由母乳提供。事實上，腸道是胃腸道（GIT）的重要組成部分，是消化、吸收養(yǎng)分和水以及礦物質(zhì)交換的主要場所。其有一個復(fù)雜的微生物群和一個高度進化的黏膜免疫系統(tǒng)[49]。然而，斷奶后仔豬面臨飼料、環(huán)境等各種外部環(huán)境因素的壓力，使仔豬經(jīng)常出現(xiàn)食欲不振、消化功能紊亂，引起腸道屏障受損，腸道形態(tài)發(fā)生改變，導(dǎo)致腹瀉和生長緩慢的現(xiàn)象[50-51]。

大量研究發(fā)現(xiàn)，植物提取物可以改善斷奶仔豬的腸道損傷。Hu 等研究表明，添加植物甾醇0.2 g · kg-1可顯著降低仔豬腹瀉率，改善仔豬腸道形態(tài)，提高十二指腸和空腸絨毛高度和隱窩深度比[30]。某些植物提取物的混合物還可通過改善小腸中的微生物和絨毛高度改善腸道健康[52]。Bontempo 等研究表明，使用基于綠茶和石榴皮的植物提取物改善了斷奶仔豬的腸道健康和微生物生態(tài)，從而降低了大腸桿菌感染的嚴重程度[53]。研究發(fā)現(xiàn)，山茶全草提取物還能降低仔豬腸道內(nèi)某些潛在致病菌的數(shù)量，從而改善動物健康。海藻提取物、單寧和中藥提取物可改善腸道功能[54-55]。飼糧中添加決明子多糖和桑葉多糖對仔豬有一定的作用，能促進仔豬腸道乳酸桿菌的生長，減少大腸桿菌的產(chǎn)生，其中決明子的添加量為8%，桑葉多糖的添加量為0.9 g·kg-1效果最好[56]。Li等研究發(fā)現(xiàn)，精油能提高空腸絨毛高度與隱窩深度的比值，增加結(jié)腸中乳酸菌與大腸桿菌的比例[57]。精油還能提高空腸胰蛋白酶和糜蛋白酶的活性。飼料中添加有機酸還可以降低腸道pH，提高飼料的消化率。苯甲酸能降低小腸pH，增加絨毛高度與隱窩深度之比，減少隱窩深度，減少大腸埃希菌[58-60]。