蒿屬植物活性成分對哺乳動物乳房炎的影響及作用機制

胡 耀 宋 潔 王麗芳 敖長金

(1.內(nèi)蒙古自治區(qū)農(nóng)牧業(yè)科學(xué)院，農(nóng)業(yè)農(nóng)村部農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全風(fēng)險評估實驗室(呼和浩特)，呼和浩特 2010031；2.內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)動物科學(xué)學(xué)院，內(nèi)蒙古自治區(qū)高校動物營養(yǎng)與飼料科學(xué)重點實驗室，呼和浩特 2010018)

乳房炎是奶牛、奶山羊等家畜常見的疾病之一，病因有營養(yǎng)平衡、環(huán)境衛(wèi)生、管理措施、自身(如遺傳)等多方面因素。從傳染性病原微生物引起的乳房炎角度出發(fā)，動物先天免疫系統(tǒng)的相互配合能防止病原體的滲透并抑制大多數(shù)細菌的生長，而后天免疫系統(tǒng)則高效地、特異性地殺滅病原菌。兩者共同組成了多樣化且高度協(xié)調(diào)的免疫機制網(wǎng)絡(luò)以抵御病原菌的侵入[1]。從非傳染性病因引發(fā)的乳房炎角度出發(fā)，動物體內(nèi)的氧自由基穩(wěn)態(tài)失衡主導(dǎo)的氧化應(yīng)激、炎癥反應(yīng)以及免疫失衡3方聯(lián)動反應(yīng)是導(dǎo)致乳房炎發(fā)病的主要誘因，大量臨床研究表明，3個系統(tǒng)相互交織重疊，應(yīng)視作整體進行討論。對此，盧德勛[2-3]首次提出由自由基穩(wěn)態(tài)失衡造成的氧化應(yīng)激-炎癥反應(yīng)-免疫失衡鏈的系統(tǒng)整體聯(lián)動反應(yīng)新概念，認為以氧自由基穩(wěn)態(tài)失衡為主導(dǎo)的三方聯(lián)動效應(yīng)是一個閉合的路徑圈，包含了許多共同的細胞因子、信號通路以及化學(xué)介質(zhì)，任一方都有可能引發(fā)整個體系的聯(lián)動反應(yīng)，甚至呈現(xiàn)疊加效果，從而引起乳房炎發(fā)病。關(guān)于動物健康問題營養(yǎng)技術(shù)策略應(yīng)結(jié)合上述觀點進行系統(tǒng)化、整體化論述，這對于動物乳房炎的防治具有極大的參考價值。由于目前國內(nèi)外關(guān)于蒿屬植物對乳房炎動物機體影響的報道較少，本文從蒿屬植物對乳房炎家畜炎癥反應(yīng)、抗氧化功能及對病原微生物結(jié)構(gòu)影響3個方面進行綜述。

蒿屬植物屬于雙子葉植物綱，菊科。人們熟知的蒿屬植物有沙蒿、青蒿、艾蒿、豬毛蒿及苦蒿等[4-5]。蒿屬植物多數(shù)是草本，僅有少數(shù)為亞灌木或小灌木，大部分皆可入藥或作為食物[6]。蒿屬植物種類豐富，廣泛分布于世界各地，其生命力頑強，在高海拔以及極干旱的地區(qū)仍有蒿屬植物生存。蒿屬植物提取物中的主要活性物質(zhì)有多糖類、精油、有機酸、萜類、類黃酮等，具有抗炎、免疫調(diào)節(jié)、抗腫瘤、抗菌和抗凝等作用[5-6]。邵華[7]對莖絹蒿、中亞苦蒿、大籽蒿等蒿屬植物的揮發(fā)油成分進行了化學(xué)分析，鑒定出桉葉油素、側(cè)柏酮、樟腦、月桂烯等單萜及倍半萜類化合物。黃花蒿的活性成分主要是萜類化合物(特別是倍半萜內(nèi)酯)、黃酮類化合物、香豆素和其他莽草酸酯代謝物[8]。Olennikov等[9]從12種西伯利亞蒿屬植物中鑒定出了112種酚類化合物，其中黃酮類化合物和香豆素類化合物含量較高。

隨著抗生素的逐漸禁用，國內(nèi)外學(xué)者都將目光投向?qū)ふ姨烊恢参锾崛∥镒鳛榭股靥娲?，蒿屬植物以其顯著的抗炎抗氧化以及抗寄生蟲等生物學(xué)作用頗受青睞。本文綜述了近年來國內(nèi)外關(guān)于蒿屬植物活性成分對哺乳動物乳房炎的影響及其作用機制的研究成果，旨在為蒿屬植物在畜牧業(yè)的應(yīng)用以其進一步開發(fā)提供參考。

1 蒿屬植物活性成分對乳房炎家畜抗炎功能的影響

乳房炎是乳腺的炎癥反應(yīng)。前人研究發(fā)現(xiàn)，多糖類、類黃酮、萜類、揮發(fā)油等是蒿屬植物中主要的抗炎以及免疫調(diào)節(jié)的活性物質(zhì)，能修復(fù)乳房炎引發(fā)的機體損傷，降低細胞炎癥因子水平，從而有效地治愈家畜乳房炎。蒿屬植物及其提取物對降低乳房炎動物機體內(nèi)細胞因子如白細胞介素-1β(IL-1β)、白細胞介素-2(IL-2)和腫瘤壞死因子-α(TNF-α)等促炎因子含量的影響顯著。侯昆等[10]在患隱性乳房炎的奶牛飼糧中添加竹葉黃酮與青蒿提取物，結(jié)果發(fā)現(xiàn)奶牛產(chǎn)奶率和第14天乳蛋白率顯著提高，且第14天竹葉黃酮組與青蒿素提取物組奶牛血清IL-1β、TNF-α含量以及乳中體細胞數(shù)顯著降低。蒿屬植物在臨床防治動物乳房炎飼糧配方中被廣泛使用，如有專利發(fā)明了一種由中草藥(艾草、蒲公英等)、消化道微生態(tài)調(diào)節(jié)劑、硫辛酸等配比而成的組合物，該組合物有改善乳房炎奶牛免疫性能，降低乳中體細胞數(shù)等作用，從而抑制奶牛乳房炎發(fā)病率[11]。也有專利發(fā)明了一種包括艾草、蒲公英、金銀花等天然植物的動物乳房炎防治配方，該配方有治愈率高、復(fù)發(fā)率低、且在防治奶牛乳房炎過程中不誘發(fā)內(nèi)毒素血癥等優(yōu)點[12]。由此可見，蒿屬植物能夠改善乳房炎動物的生產(chǎn)性能以及免疫功能，從而降低患病動物帶來的不利影響，具備一定替代抗生素治療動物乳房炎的潛力。

核因子-κB(nuclear factor-κB，NF-κB)和絲裂原蛋白激酶(mitogen activated protein kinases，MAPKs)均被證實為動物機體炎癥信號通路，除此之外，機體中與免疫相關(guān)的信號傳導(dǎo)通路還有一氧化氮(NO)、微粒體前列腺素E合酶-1(microsomal prostagrandin E synthase，mPGS-1)和過氧化酶增殖因子活化受體γ(peroxisome proliferator-activated receptor γ，PPARγ)信號通路[13]。蒿屬植物活性成分通過調(diào)控這些通路下游蛋白的表達或mRNA轉(zhuǎn)錄水平，調(diào)節(jié)免疫細胞活性和免疫因子分泌，從而增強乳房炎家畜機體免疫力，有效地抑制炎癥反應(yīng)。

Zhang等[14]研究發(fā)現(xiàn)，從艾蒿中提取的一種倍半萜內(nèi)酯可通過介導(dǎo)炎癥細胞因子如NO、前列腺素E2(PGE2)、IL-1β和TNF-α降低誘導(dǎo)型一氧化氮合酶(iNOS)和環(huán)氧合酶-2(COX-2)的蛋白表達量，以及抑制NF-κB通路。艾蒿多糖也能抑制平足蛋白(PDPN)活性和腫瘤細胞誘導(dǎo)的血小板聚集[15]。Ryu等[16]研究發(fā)現(xiàn)，豬毛蒿丁醇提取物顯著抑制了由2，4-二硝基氟苯誘導(dǎo)的小鼠炎癥損傷模型組的血清5-羥色胺、免疫球蛋白E(IgE)、胸腺基質(zhì)淋巴細胞生成素(TSLP)、TNF-α、白細胞介素-4(IL-4)、白細胞介素-6(IL-6)含量；其他研究也指出，豬毛蒿提取物在小鼠炎癥模型中具有顯著的抗炎、鎮(zhèn)痛和退熱作用[5]?？喟苷{(diào)節(jié)機體的免疫反應(yīng)，包括使血清免疫球蛋白M(IgM)、免疫球蛋白G(IgG)和干擾素-γ(IFN-γ)含量降低，血液白細胞數(shù)量和血清皮質(zhì)醇含量減少[17]。Mizumachi等[18]認為，苦艾可能直接影響胃腸道微生物的組成，并可能通過調(diào)節(jié)腸道微生物而影響全身免疫應(yīng)答。綜上所述，諸多蒿屬植物及其提取物都具有調(diào)節(jié)動物機體免疫因子、改善抗炎機制的作用。

Wang等[19]研究表明，桑黃素和黃芩苷抑制了Toll樣受體4(TLR4)介導(dǎo)的NF-κB和MAPKs通路的激活，因此導(dǎo)致TNF-α、IL-6和IL-1β等炎癥細胞因子含量減少。桑黃素和黃芩苷均是黃酮類植物提取物，由此推斷，黃酮類物質(zhì)可能通過抑制NF-κB和MAPKs通路而抑制了脂多糖(LPS)誘導(dǎo)的牛乳腺上皮細胞炎癥。馬國強[20]研究發(fā)現(xiàn)，黑沙蒿多糖提取物可提高IL-1、IL-6、NO等相關(guān)免疫因子的蛋白表達量，除多糖以外，黑沙蒿提取物中還含有黃酮類、多酚、精油等多種抗炎活性物質(zhì)。張永勝[21]研究發(fā)現(xiàn)，在絨山羊飼糧中添加黑沙蒿可使血清TNF-α、IL-6、IFN-γ、IL-2、NO含量顯著上升，同時抑制NF-κB通路相關(guān)蛋白的基因表達量。通常炎癥是從急性炎癥開始，急性炎癥本是機體對于外界某些刺激引發(fā)的一種防御反應(yīng)，同時也屬于機體對外界刺激造成損傷的一種自愈機制；但是炎癥反應(yīng)過于劇烈或維持太久就會使急性炎癥轉(zhuǎn)化為慢性炎癥，炎癥反應(yīng)由防御反應(yīng)轉(zhuǎn)變?yōu)橹虏C制。此時機體只有啟動抗炎機制，釋放抗炎細胞因子對炎癥反應(yīng)進行牽制和調(diào)節(jié)，才能使機體既能有效抵御致病因素的侵襲，又能使炎癥反應(yīng)不會過度強烈而損傷機體的正常功能。同時，炎癥反應(yīng)、細菌感染均會導(dǎo)致大量自由基產(chǎn)生造成氧化應(yīng)激。因此，關(guān)于蒿屬植物對乳房炎炎癥反應(yīng)抵御效果的研究結(jié)論不應(yīng)拋開機體抗氧化、抗炎、免疫系統(tǒng)之間的相互聯(lián)系，需結(jié)合氧自由基穩(wěn)衡和免疫失衡相關(guān)指標進行系統(tǒng)化、動態(tài)化的討論。

2 蒿屬植物活性成分對乳房炎家畜抗氧化功能的影響

動物抗氧化機制、免疫機制以及抗炎機制聯(lián)系密切、相輔相成。往往動物機體產(chǎn)生免疫應(yīng)激的同時會伴隨著抗炎、抗氧化系統(tǒng)的失衡。氧自由基在動物體內(nèi)產(chǎn)生途徑多種多樣且大量存在，在氧化應(yīng)激-炎癥反應(yīng)-免疫失衡聯(lián)動效應(yīng)體系中，氧自由基失衡是源頭引爆點，并主導(dǎo)三方聯(lián)動效應(yīng)最終結(jié)局。因此，氧化應(yīng)激是造成非傳染性乳房炎的主要原因。這對于開發(fā)蒿屬植物活性成分防治乳房炎的藥物具有決定性的指導(dǎo)作用。

正常家畜體內(nèi)活性氧自由基(ROS)和抗氧化防御機制相互對抗而形成動態(tài)穩(wěn)衡，這種自然穩(wěn)態(tài)會被如疾病、環(huán)境等很多因素破環(huán)，其中較為常見的就是乳房炎。蒿屬植物含有天然的抗氧化劑，蒿屬植物及其提取物可通過影響機體過氧化產(chǎn)物[丙二醛(MDA)]含量和抗氧化酶[超氧化物歧化酶(SOD)等]活性，以及抑制機體氧化應(yīng)激相關(guān)通路如NF-κB、MAPKs通路等的激活增強乳房炎動物抗氧化能力，降低機體氧化損傷[10，19]。據(jù)報道，純中藥制劑(含蒲公英、金銀花等)可顯著降低患乳房炎奶牛血清中谷胱甘肽過氧化物酶(GSH-Px)、SOD活性，同時抑制血清中MDA含量和一氧化氮合酶(NOS)活性，因此提高了機體自由基清除能力，有效增強動物抗氧化機制[22]。相關(guān)研究表明，蒲公英結(jié)合其他中草藥具有殺菌、抗氧化、抗炎、提高生產(chǎn)性能等作用，對乳房炎防治效果顯著[23-24]。目前，國內(nèi)外關(guān)于蒿屬植物對動物乳房炎抗氧化功能影響的報道較少，但蒲公英、蒿屬植物同為菊科，因此進一步探究蒿屬植物對乳房炎動物抗氧化機制的影響仍有一定的參考意義。

黃酮類物質(zhì)是黃花蒿提取物中的主要抗氧化活性物質(zhì)，它可能通過清除羥基自由基、過氧自由基等呈現(xiàn)抗氧化活性[25-26]。據(jù)報道，豬毛蒿提取物的植物揮發(fā)油對1，1-二苯基-2-三硝基苯肼(DPPH)、羥基自由基和過氧化氫均有較強的清除能力，該植物揮發(fā)油抗氧化活性物質(zhì)主要為β-月桂烯(β-myrcene)和對傘花烴(p-cymene)2種單萜[27]。Khan等[28]對豬毛蒿的14種溶劑提取物進行了生物學(xué)分析和活性物質(zhì)鑒定，發(fā)現(xiàn)豬毛蒿乙醇提取物對DPPH有顯著的清除作用，其中，東莨菪堿具有極高的抗氧化活性，其他主要活性成分有沒食子酸和槲皮素等酚類物質(zhì)。另外，野艾蒿，黑沙蒿等蒿屬植物的提取物均能增強動物清除ROS的能力和提升血清中抗氧化酶活性，從而促進動物抗氧化機制[25-29]。綜上所述，大部分蒿屬植物作為抗氧化藥物效果顯著，人們可以通過提取蒿屬植物中主要的抗氧化活性物質(zhì)以深入探討更高效抗氧化藥物的開發(fā)。

黑沙蒿能上調(diào)核因子E2相關(guān)因子2(nuclear factor erythroid-2-related factor 2，Nrf2)基因的表達量，硫氧還蛋白還原酶是一種關(guān)鍵的抗氧化酶，該酶的抗氧化活性與Nrf2基因的表達呈正相關(guān)關(guān)系[21]。青蒿提取物同樣能提高Nrf2的蛋白表達量從而正性調(diào)控Kelch樣環(huán)氧氯丙烷相關(guān)蛋白-1(epoxy chloropropane Kelch sample relat ed protein-1，Keap1)和Nrf2-抗氧化反應(yīng)元件(antioxidant response element，ARE)信號通路。但是，Zhang等[30]使用以雙氫青蒿素醚衍生物(DHA)為基礎(chǔ)的陽離子鉍金配合物進行細胞毒性和選擇性試驗，結(jié)果表明，DHA顯著抑制了Nrf2的轉(zhuǎn)錄。Nrf2在免疫反應(yīng)、抗氧化應(yīng)激和誘導(dǎo)抗氧化機制相關(guān)蛋白的表達方面有著重要的作用，它能夠激活一些抗氧化信號傳導(dǎo)通路如MAPKs和Nrf2-ARE信號通路。Nrf2抗氧化反應(yīng)通路通過調(diào)控解毒酶和抗氧化酶[如血紅素氧合酶-1(HO-1)、醌氧化還原酶-1(NQO-1)、γ-谷氨酰半胱氨酸合成酶(γ-GCS)]的基礎(chǔ)表達和誘導(dǎo)表達，以保護動物機體免受藥物毒性和應(yīng)激性疾病等方面的侵擾，從而調(diào)控機體抗氧化機制[31-33]。Keap1和Nrf2-ARE信號通路被認為是機體抵御氧化應(yīng)激和機體損傷最重要的內(nèi)源性信號通路，Keap1能作為泛素化連接酶促進Nrf2泛素化的活性進行負調(diào)控[33]。除上述信號通路外，NF-κB信號通路也是機體抗氧化信號傳導(dǎo)通路之一。幾種信號通路之間相互作用以共同調(diào)控動物機體抗氧化機制且由此可見，炎癥反應(yīng)和氧化應(yīng)激存在共同信號通路，那么蒿屬植物活性成分調(diào)控乳房炎抗炎和抗氧化機制是否存在共用信號通路，有待進一步具體研究。

3 蒿屬植物活性成分對乳房炎病原菌的影響

蒿屬植物的抑菌機制依賴于其酚類、黃酮類、萜類、揮發(fā)油等活性成分。黃酮類提取物通過抑制金黃色葡萄球菌被膜生長和菌黃素生成而呈現(xiàn)抗菌活性[42]。槲皮素和芹菜素均是黃酮類化合物苷元的結(jié)構(gòu)主體之一。秦曉蓉等[43]研究發(fā)現(xiàn)，當槲皮素濃度為0.006 1 μmol/mL時就對金黃色葡萄球菌表現(xiàn)出滅菌活性，槲皮素對大腸桿菌的MIC為0.024 2 μmol/mL，也有較為顯著的抑菌活性。據(jù)報道，芹菜素對抗耐甲氧西林金黃色葡萄球菌具有抑制作用，MIC為64～256 μg/mL[44]。秦汝蘭等[45]使用柳蒿多糖對金黃色葡萄球菌和大腸桿菌進行抗菌試驗，結(jié)果表明當柳蒿多糖濃度不低于5 mg/mL時對2種病原菌均有抑菌作用。周金沙等[46]研究發(fā)現(xiàn)，褐苞蒿全草精油對大腸桿菌、金黃色葡萄球菌、枯草芽孢桿菌等具有一定的抑制作用，其中主要的精油成分為桉油醇(11.30%)、樟腦(8.21%)和4-萜烯醇(7.32%)等。因此，不同蒿屬植物活性成分對動物機體的抗菌作用有著積極效果，同時也為探討結(jié)合不同蒿屬植物活性物質(zhì)能否發(fā)揮更顯著的抑菌活性奠定了基礎(chǔ)。

另外，蒿屬植物活性成分也通過影響致病菌菌體結(jié)構(gòu)以及毒力因子基因表達呈現(xiàn)抑菌作用。毛跟年等[47]研究野艾蒿提取物對金黃色葡萄球菌的抑菌機制，發(fā)現(xiàn)野艾蒿提取物不僅影響金黃色葡萄球菌細胞壁和細胞膜通透性，同時還會與該菌DNA緊密結(jié)合，從而發(fā)揮抑菌作用。超氧壓力反應(yīng)相關(guān)基因(soxS)在調(diào)控細菌耐藥性相關(guān)蛋白合成方面有著重要的作用，據(jù)報道，雙氫青蒿素與頭孢呋辛聯(lián)用能破環(huán)大腸桿菌細胞膜和減少細菌可溶性總蛋白含量，以及顯著抑制soxS的表達[48]。目前，國內(nèi)外關(guān)于蒿屬植物對乳房炎致病菌毒力基因作用機制的報道較少，需進一步研究。

綜上所述，對于營養(yǎng)代謝失衡誘發(fā)的乳房炎，蒿屬植物提取物可以通過降低動物機體炎癥反應(yīng)、提高抗氧化水平以降低乳房炎的發(fā)病率，對于傳染性微生物引起的乳房炎，蒿屬植物提取物能通過改變?nèi)榉垦字虏【w結(jié)構(gòu)和毒力基因的表達、抑制致病菌定植和擴散等防控乳房炎。因此，將抵御病原菌感染和氧化應(yīng)激-炎癥反應(yīng)-免疫失衡三方聯(lián)動反應(yīng)理論進行有機整合，有利于動態(tài)化、系統(tǒng)化的防治動物乳房炎以及其他疾病。

4 小 結(jié)

蒿屬植物在我國有著悠久的食用以及藥用歷史，隨著近年來對天然植物替代抗生素的探索，人們對于蒿屬植物的認識和研究進一步加深。前人致力于開發(fā)蒿屬植物活性物質(zhì)防治動物乳房炎的天然、無毒副作用新藥物，以氧自由基失衡為主導(dǎo)的氧化應(yīng)激-炎癥反應(yīng)-免疫失衡三方聯(lián)動效應(yīng)理論的提出無疑為其提供了理論依據(jù)和指導(dǎo)。但蒿屬植物活性物質(zhì)抗炎、抑菌、抗氧化等生物學(xué)作用的相關(guān)機制以及相互聯(lián)系尚不明確，需要大量的基礎(chǔ)試驗和臨床試驗進行補充。