植物單寧的生物學(xué)功能及其影響因素的研究進(jìn)展

從光雷， 王志躍， 楊海明， 鐘 光， 施壽榮*

（1.中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院家禽研究所，江蘇揚(yáng)州225125；2.揚(yáng)州大學(xué)動(dòng)物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，江蘇揚(yáng)州225009）

植物單寧是一種多酚類化合物，廣泛存在于陸地植物和部分海洋植物中（間苯三酚）。Patra等（2011）研究表明，植物單寧能夠提高飼料利用率，改善動(dòng)物健康。Aboagye等（2019）研究發(fā)現(xiàn)，植物單寧在畜禽生產(chǎn)中具有一定營(yíng)養(yǎng)價(jià)值。但也有學(xué)者認(rèn)為，在單胃動(dòng)物中添加植物單寧會(huì)造成不良影響，這可能是因?yàn)閱螌庮愋筒煌蛱砑訚舛冗^(guò)高 導(dǎo)致的 （Smulikowska 等 ，2001；Trevin～o 等 ，1992）。 Schiavone等（2008）也證明，在肉雞日糧中添加0.20%植物單寧能夠提高采食量和平均日增重，但添加0.25%會(huì)對(duì)肉雞生產(chǎn)性能造成負(fù)面影響?？梢?jiàn)，植物單寧有作為動(dòng)物添加劑的潛力（Diana 等，2016；Tosi等，2013；Parys等，2010），但植物單寧是個(gè)復(fù)雜的物質(zhì)，其有益或有害的性能取決于化學(xué)結(jié)構(gòu)和添加濃度等因素。因此，本文綜述了植物單寧的分類、提取來(lái)源和生物學(xué)功能，以及影響添加效果的因素，為其進(jìn)一步研究提供參考依據(jù)。

1 植物單寧的分類和來(lái)源

1.1 植物單寧的分類 植物單寧的化學(xué)結(jié)構(gòu)具有多樣性，基于特定結(jié)構(gòu)特征和化學(xué)性質(zhì)將其系統(tǒng)分類，能夠?yàn)槠湎嚓P(guān)研究提供支撐。植物單寧廣義分為水解單寧和縮合單寧兩大類。水解單寧由多酚核組成，其分子質(zhì)量為500～3000 Da（Haslam，1989）?？s合單寧是由黃烷-3-醇組成的低聚或聚合類黃酮，包括兒茶素、表兒茶素、沒(méi)食子兒茶素和表沒(méi)食子兒茶素，其分子質(zhì)量從1000～20000 Da不等，只有強(qiáng)氧化和強(qiáng)酸才能解聚，且不易被厭氧酶降解（Mcsweeney等，2001）。

植物單寧廣義分為兩類比較籠統(tǒng)，水解單寧當(dāng)中也存在不可完全水解的鞣花單寧和多元醇的殘留物（Kashiwada等，1992），但被分到水解單寧大類中。第一次描述水解單寧除了含有單體鞣花素的特征結(jié)構(gòu)外，還含有C-糖苷兒茶素結(jié)構(gòu)（Nonaka等，1985）。最初這類植物單寧因?yàn)镃-C偶聯(lián)的兒茶素結(jié)構(gòu)上含有部分糖苷，只有部分結(jié)構(gòu)可以水解，所以在歸類到水解單寧大類中就不科學(xué)（Nishimura等，1986）。因此，根據(jù)單寧的化學(xué)結(jié)構(gòu)更加細(xì)化分類為四大類：棓單寧、鞣花單寧、復(fù)合單寧和縮合單寧（Khanbabaee等，2001）。

棓單寧（Gallotannins）指以沒(méi)食子?；蚱溲苌锱c多元醇、兒茶素或三萜結(jié)合；鞣花單寧（Ellagitannins）指至少兩個(gè)沒(méi)食子?；鵆-C相互偶聯(lián)，并且兒茶素?zé)o糖苷結(jié)合；復(fù)合單寧（Complex tannins）指在棓單寧或鞣花單寧的基礎(chǔ)上含有糖苷化的兒茶素，具有雙重性質(zhì)；縮合單寧（Condensed tannins）指兒茶素C-4與另一單元兒茶素的C-8或C-6相連，形成低聚原花青素和聚合原花青素。

1.2 植物單寧的提取來(lái)源 植物單寧在植物界廣泛分布，尤其在牧草、灌木、谷類和藥材中含量豐富（Berard等，2015）。其也存在于香蕉、黑莓、蘋果以及葡萄等許多水果中（Figueroaespinoza等，2015；Ortiz 等 ，2013；Kyamuhangire 等 ，2010；Sarneckis等，2008）。復(fù)合單寧和縮合單寧在豆科植物、喬木和灌木中最常見(jiàn)且容易提取；棓單寧通常存在于五倍子、漆樹(shù)葉和黃櫨葉等，而鞣花單寧通常存在于橡木、黑莓和石榴等。一般植物單寧在植物的新生葉片、皮和花中較為豐富（Terrill等，2010）。因?yàn)橹参飭螌幍幕瘜W(xué)結(jié)構(gòu)和含量在不同植物種類、生長(zhǎng)階段和生長(zhǎng)條件（如溫度、光照、養(yǎng)分等條件）之間存在很大差異，所以不同提取來(lái)源會(huì)造成生物學(xué)功能的差異（Li等，2014；Jin 等，2012）。

2 植物單寧的生物學(xué)功能及影響因素

2.1 抗氧化功能及影響因素 植物單寧的抗氧化性能在食品和醫(yī)療領(lǐng)域有著廣泛應(yīng)用，可用于預(yù)防氧化應(yīng)激相關(guān)的疾病，如心血管疾病、癌癥或骨質(zhì)疏松癥等 （Squillaro等，2018；Phung等，2017；Lall等，2015）。 有研究表明，植物單寧的相對(duì)分子量越高其抗氧化活性越高 （.I lhami等，2010）。羥基（-OH）的數(shù)目和聚合的程度與清除自由基的能力有關(guān)。植物單寧結(jié)構(gòu)中的羥基（-OH）越多越易被氧化，因此具有更高的抗氧化活性（Ariga 等，2014）。Olejar等（2016）也研究證實(shí)，植物單寧結(jié)構(gòu)中的羥基（-OH）能夠減少氧化反應(yīng)和清除自由基。

目前，在不同動(dòng)物體中已證明植物單寧具有抗氧化性能，例如在羊飼糧中添加縮合單寧能夠提高血清抗氧化能力 （Deng等，2016；Peng等，2016）。在羊飼糧中添加白堅(jiān)木單寧能夠提高肌肉的抗氧化能力（Luciano等，2011）。在獺兔日糧中添加單寧（單寧酸，純度≥75%）能夠降低血清丙二醛（MDA）含量，提高血清總超氧化物歧化酶活性（T-SOD）（陳賽娟等，2019）。 Farahat等（2016）研究表明，在肉雞日糧中添加葡萄籽提取物（Plantextrakt GmbH&Co.KG提供，含量≥40%）能夠顯著提高免疫能力和抗氧化能力。飼糧中添加橡椀單寧（水解單寧）能夠提高肉雞血液過(guò)氧化氫酶（CAT）活性和總抗氧化能力（T-AOC）。

已知棓單寧在胃腸道中易降解，而縮合單寧難以在消化道中降解和吸收，因此，難以整體解釋植物單寧在動(dòng)物體內(nèi)發(fā)揮的抗氧化性能。Patricia等（2013）研究發(fā)現(xiàn)，白堅(jiān)木單寧在胃腸道中并未消化吸收，但增加了綿羊肝臟和血漿的抗氧化能力，說(shuō)明縮合單寧可能是間接影響動(dòng)物體的抗氧化功能。Demarque等（2018）認(rèn)為縮合單寧是通過(guò)絡(luò)合其他分子，在胃中形成保護(hù)膜，從而保護(hù)胃腸道及其內(nèi)容物被氧化。

綜上所述，植物單寧具有抗氧化功能，且抗氧化功能主要受不同單寧化學(xué)結(jié)構(gòu)的影響，不同物種之間的影響較小。但植物單寧在動(dòng)物組織中的抗氧化具體機(jī)制尚不完全清楚，還需要進(jìn)一步的研究。

2.2 抗致病菌性能及影響因素 有報(bào)道表明在豬日糧中分別添加0.13%、2.25%和0.45%栗單寧[Silvafeed@公司產(chǎn)品栗單寧，單寧含量在75%以上（簡(jiǎn)稱NEC）]，其能夠提高豬的飼料轉(zhuǎn)化率，增加空腸乳酸桿菌活菌數(shù)；盲腸乳酸桿菌活菌數(shù)未變化，但氨、異丁酸和異戊酸的濃度增加，對(duì)沙門氏菌感染有抑制效果 （Biagi等，2010）。Jamroz等（2009）研究發(fā)現(xiàn)，日糧中添加0.025%、0.05%和0.1%NEC對(duì)飼料轉(zhuǎn)化率和胴體質(zhì)量無(wú)顯著影響，但添加0.05%和0.1%會(huì)使28日齡雞的腸道大腸桿菌含量降低。Chamorro等（2015）研究表明，肉雞飼糧中添加葡萄渣對(duì)其生長(zhǎng)性能無(wú)顯著影響，但能夠改變腸道形態(tài)和腸道菌群，提高腸道細(xì)菌的生物多樣性。在另一項(xiàng)研究結(jié)果中也顯示添加0.71%和1.5%NEC能夠降低產(chǎn)氣莢膜梭菌豐度（Tosi等，2013）?？梢?jiàn)，植物單寧能夠促進(jìn)單胃動(dòng)物消化道的有益菌生長(zhǎng)，抑制致病菌生長(zhǎng)，從而提高生產(chǎn)性能 （Brus等，2018；Gambacorta等，2016；Choy等，2014）。

目前，認(rèn)為植物單寧抗菌作用的機(jī)制主要是通過(guò)抑制細(xì)胞外微生物酶、剝奪微生物生長(zhǎng)所需的底物、抑制氧化磷酸化直接作用于微生物代謝、剝奪金屬離子或與細(xì)菌細(xì)胞膜形成復(fù)合物引起細(xì)胞膜形態(tài)變化，以及增加膜通透性 （Xiu-Li等，2013）。植物單寧主要抑制細(xì)菌的細(xì)胞膜部位，破壞細(xì)胞膜的功能（Wang等，2013）。但植物單寧對(duì)有益菌并未抑制，如在豬日糧中添加 1%的葡萄籽提取物能夠增加糞便中乳桿菌屬和瘤胃菌科的豐度（Choy等，2014）。

另外，有報(bào)道植物單寧的羥基數(shù)量和過(guò)氧化氫的釋放是評(píng)價(jià)抗菌性能的重要指標(biāo) （Mueller-Harvey，2006），推測(cè)抗菌性能與抗氧化性能呈正相關(guān)。比如三羥基B環(huán)黃酮醇（沒(méi)食子兒茶素）對(duì)鏈球菌、梭菌和葡萄球菌的抑制作用大于二羥基B環(huán)兒茶素（Anita等，2015）。由于植物單寧的來(lái)源廣泛，其抗菌作用具有多樣性，因此篩選和鑒定對(duì)目標(biāo)微生物有效且特異的單寧，將是一項(xiàng)長(zhǎng)期研究工作。

2.3 抗病毒性能及影響因素 植物單寧對(duì)某些病毒（艾滋病病毒、牛腺相關(guān)病毒和諾如病毒）具有顯著的抑制效果（Zhang 等，2012；Di等，2012）。Yajun等（2013）在小鼠模型中研究發(fā)現(xiàn)，水解單寧具有抗腸道病毒71（EV71）的作用，其通過(guò)抑制病毒復(fù)制能夠有效降低死亡率并緩解臨床癥狀。早已證明，植物單寧能夠通過(guò)靶向病毒反轉(zhuǎn)錄酶、蛋白酶和整合酶抑制HIV-1復(fù)制 （Ian等，2015；Kang等，2014；Au 等，2001）。 據(jù)報(bào)道，綠茶提取的表沒(méi)食子兒茶素可抑制丙型肝炎病毒（HCV）（Noémie 等，2012）。Shuanghu 等（2015）研究發(fā)現(xiàn)，水解單寧能夠抑制HCV侵入和胞間傳播，但不干擾HCV復(fù)制。植物單寧（石榴多酚、石榴皮鞣素和老鸛草鞣質(zhì)）能夠阻止細(xì)胞外乙型肝炎病毒DNA的形成，同時(shí)加快其衰變，從而抑制乙肝病毒的產(chǎn)生（Liu 等，2016）。 Ueda 等（2013）研究發(fā)現(xiàn)，柿子提取的單寧能顯著降低12種被測(cè)病毒的感染性，而綠茶、金合歡和五倍子提取的單寧只對(duì)其中部分病毒有效，認(rèn)為其抗病毒作用是通過(guò)蛋白質(zhì)變性來(lái)實(shí)現(xiàn)的。

綜上所述，植物單寧主要是通過(guò)抑制病毒侵入細(xì)胞和細(xì)胞核；抑制病毒反轉(zhuǎn)錄酶，抑制復(fù)制；促使病毒蛋白質(zhì)變性，以及抑制細(xì)胞間傳播來(lái)實(shí)現(xiàn)抗病毒的功能，但不同來(lái)源和化學(xué)結(jié)構(gòu)的植物單寧抗病毒性能也有所差異，因此需要進(jìn)一步探索具體抗病毒機(jī)制和動(dòng)物體研究。

2.4 抗寄生蟲(chóng)性能及影響因素 植物單寧抗寄生蟲(chóng)的特性在動(dòng)物體內(nèi)外都已經(jīng)得到證實(shí)。例如從豆科植物（如紅豆草、百脈根、鳥(niǎo)足擬三葉草和冠狀巖黃蓍）中提取的濃縮單寧能夠降低毛圓線蟲(chóng)產(chǎn)卵量，且抑制肺線蟲(chóng)和胃腸線蟲(chóng)的孵化率（Molan 等 ，2014；Molan 等 ，2010；Minho 等 ，2010）。還有研究發(fā)現(xiàn)，熱帶植物提取的單寧對(duì)捻轉(zhuǎn)血矛線蟲(chóng)、蛇形毛圓線蟲(chóng)和胃腸道線蟲(chóng)等幼蟲(chóng)具有驅(qū)蟲(chóng)作用，主要通過(guò)干擾幼蟲(chóng)蛻皮過(guò)程來(lái)實(shí)現(xiàn)驅(qū)蟲(chóng)作用 （Oliveira 等，2011；AlonsoDíaz 等，2008）。而有研究發(fā)現(xiàn)，縮合單寧能夠顯著抑制幼蟲(chóng)的運(yùn)動(dòng)能力。由此可見(jiàn)，植物單寧在寄生蟲(chóng)不同生長(zhǎng)階段均具有直接和間接抗寄生蟲(chóng)的功能（Desrues等，2016；Hoste 等，2012）。直接抗寄生蟲(chóng)的機(jī)制是通過(guò)阻礙幼蟲(chóng)發(fā)育，減少感染第三期幼蟲(chóng)在宿主體內(nèi)的建立，從而減少寄生蟲(chóng)的入侵；減少成蟲(chóng)的產(chǎn)卵；抑制寄生蟲(chóng)的運(yùn)動(dòng)性能，減少移行。而間接機(jī)制就是增強(qiáng)機(jī)體對(duì)寄生蟲(chóng)感染的抵抗力。然而，不同來(lái)源的植物單寧、寄生蟲(chóng)的生長(zhǎng)階段和宿主種類會(huì)造成抗寄生蟲(chóng)性能差異。

2.5 抗炎功能及影響因素 植物單寧具有較強(qiáng)的抗炎功能，如Wijesinghe等（2013）研究發(fā)現(xiàn)，植物單寧能夠抑制NO和前列腺素-E2的產(chǎn)生，從而具有抗炎功能。目前，還發(fā)現(xiàn)不同植物提取的單寧均具有抗炎效果。Pallarès等（2013）在體外研究發(fā)現(xiàn)，葡萄籽中的單寧通過(guò)調(diào)節(jié)細(xì)胞因子的表達(dá)，可以降低較輕的炎癥（例如肥胖導(dǎo)致的慢性炎癥）。Park等（2014）研究證明，黑樹(shù)莓籽中提取的縮合單寧具有抗炎活性，其通過(guò)抑制脂多糖誘導(dǎo)的264.7原始細(xì)胞產(chǎn)生一氧化氮 （NO是誘導(dǎo)炎癥的介質(zhì)）。Liu等（2015）在巴豆油致小鼠耳部水腫和膠原誘導(dǎo)的DBA/1小鼠關(guān)節(jié)炎模型中使用黃連提取的水解單寧，均發(fā)現(xiàn)有明顯的抗炎作用。Demarque等（2018）研究發(fā)現(xiàn)，豆科植物提取的縮合單寧在胃中形成了保護(hù)層，從而改善了胃炎癥狀。

由此推測(cè)，單寧的抗炎性能可能是通過(guò)調(diào)節(jié)細(xì)胞因子表達(dá)、抑制NO等致炎物質(zhì)的產(chǎn)生和與其他分子絡(luò)合的能力來(lái)實(shí)現(xiàn)的。但具體抗炎機(jī)制還有待探索，并且缺乏動(dòng)物體內(nèi)試驗(yàn)。

2.6 止瀉性能及影響因素 植物單寧具有收斂、止瀉的功能。Bonelli等（2018）在新生犢牛中添加栗木單寧能夠顯著減少腹瀉。Yi等（2017）研究發(fā)現(xiàn)，五倍子提取的單寧在蓖麻油致小鼠腹瀉模型中，具有穩(wěn)定、有效的止瀉作用。Marion等（2018）研究表明，在產(chǎn)腸毒素大腸桿菌F4（ETECF4）斷奶后腹瀉動(dòng)物模型中添加栗單寧，能夠顯著降低仔豬的腹瀉率和腹瀉持續(xù)時(shí)間。Wongsamitkul等（2010）在小鼠中添加水解單寧能夠抑制CFTR氯通道，降低霍亂毒素引起的腹瀉。推測(cè)植物單寧可能是通過(guò)收斂、抗炎、抑菌和抗病毒性能來(lái)減少和抑制腹瀉，其具體機(jī)制還有待進(jìn)一步研究。

3 小結(jié)

植物單寧作為天然多酚類物質(zhì)，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)多種生物學(xué)功能，具有作為飼料添加劑的潛力，但植物單寧的不同提取來(lái)源和添加濃度，以及不同動(dòng)物種類和生理狀態(tài)會(huì)影響添加效果。目前，人們對(duì)植物單寧的結(jié)構(gòu)和營(yíng)養(yǎng)特性研究還不夠充分，試驗(yàn)對(duì)象多集中于植物單寧復(fù)合物，單一植物單寧的作用研究較少，學(xué)科間的交叉研究也很欠缺，導(dǎo)致部分結(jié)論還限于推測(cè)，作用機(jī)理尚未清楚。研究人員需要進(jìn)一步研究不同來(lái)源的植物單寧中起主要作用的活性成分、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和發(fā)揮作用的機(jī)理，才能實(shí)現(xiàn)植物單寧在動(dòng)物上的精準(zhǔn)應(yīng)用。