植物提取物對幼齡動物腹瀉和腸道健康的作用

■盧 猛 胡鳳明 屠 焰刁其玉

（中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院飼料研究所，北京 100081）

幼齡動物常因不適應(yīng)外界環(huán)境而出現(xiàn)消化不良、腹瀉等消化道疾病[1]。腹瀉多發(fā)于初春及夏末秋初，發(fā)病動物伴有體溫升高、腹瀉、脫水、自體中毒及心力衰竭等癥狀[2]。腹瀉不僅威脅著幼齡動物的健康，同時也給畜牧業(yè)的發(fā)展帶來了巨大的經(jīng)濟損失[3]。飼用抗生素在過去數(shù)十年間有效保障了動物健康，但長期在飼料中添加抗生素會使動物體內(nèi)產(chǎn)生具有耐藥性的超級細菌，同時抗生素還會殘留在動物體內(nèi)，這不但危害了動物健康，甚至也嚴重威脅著人類的健康。根據(jù)農(nóng)業(yè)農(nóng)村部第194號公告顯示，我國飼料行業(yè)已經(jīng)進入無抗時代，飼用抗生素替代品的研究也將成為今后的研究熱點。植物提取物含有皂苷、多糖、生物堿、黃酮以及植物精油等多種成分，具有抑制病原體生長、促進胰腺和小腸酶分泌、增加膽汁生成和分泌的能力，在提高機體免疫力和促進腸道健康等方面發(fā)揮重要作用[4]，在畜牧養(yǎng)殖業(yè)中具有深度開發(fā)利用的潛力。

1 植物提取物的概述及有效成分

有關(guān)植物提取物的解釋目前還存在著很多分歧，例如植物提取物的英文名稱就包括phytogenic feed additive、herbs、plant extracts等。從廣義上來講，植物提取物是指采用萃取和蒸餾等手段，以分離、純化植物原葉所得的一種或多種以生物小分子或高分子為主體的植物性產(chǎn)品；從狹義上來說，植物提取物就是從植物中獲取、用于添加到動物飼料中的植物源性添加劑，具有促進動物生產(chǎn)性能、提高機體免疫力和改善動物性產(chǎn)品品質(zhì)等功能[5]。

植物提取物含有多種有效成分，主要包括皂苷、多糖、黃酮等。皂苷是一類結(jié)構(gòu)復(fù)雜的苷類化合物，廣泛存在于植物界，是許多天然植物發(fā)揮藥理作用的基礎(chǔ)。例如三萜皂苷是中藥白頭翁中的主要成分，也是其發(fā)揮抗腫瘤、抗炎等生物活性的基礎(chǔ)[6]。白頭翁三萜皂苷主要包括白頭翁皂苷B4、白頭翁皂苷A3和23-羥基白樺酸，其中白頭翁皂苷B4（anemoside B4）是主要活性成分且含量最高，化學(xué)式為C59H96O26（見圖1），具有抗菌[7]、抗炎和增強免疫力等作用[8]。多糖作為一種大分子物質(zhì)，具有良好的生物活性，它由10個以上的單糖分子通過糖苷鍵連接而成，具有抗菌消炎、抗病毒、抗氧化、抗腫瘤、提高機體免疫力等作用[9]。以黃芪為例，黃芪多糖（Astragalus polysaccharides，APS）是中藥黃芪的主要活性成分，化學(xué)式為C10H7ClN2O2S（見圖1），具有抗腫瘤、抗病毒、抗氧化、抗衰老、降低血糖等生物學(xué)功能[10]，能夠改善腸道功能，提高營養(yǎng)物質(zhì)利用率，增加免疫器官指數(shù)，提高動物機體免疫功能，提高動物生長性能，改善畜禽產(chǎn)品品質(zhì)[11]。黃酮類化合物是廣泛分布在植物中的一種多酚類化合物，具有抗氧化、抗菌消炎等多種藥理作用，對改善動物的生長性能和微生物安全具有特別重要的意義[12]。例如從黃芩干燥根中提取分離出來的黃芩苷（baicalin）就是一種黃酮類化合物（見圖1），具有抑菌、抗炎、抗腫瘤、抗病原體等顯著的生物活性[13]，在臨床上被廣泛應(yīng)用于治療肺熱咳嗽、濕熱瀉痢和目赤腫痛等。

圖1 白頭翁皂苷B4、黃芪多糖和黃芩苷的化學(xué)結(jié)構(gòu)式[13-15]

2 植物提取物對幼齡動物腹瀉的作用

2.1 作用效果

動物腸道既是營養(yǎng)物質(zhì)消化和吸收的主要場所，也是機體一道重要的免疫屏障，其中存在著大量的微生物菌群，既有保證機體健康的有益菌，也有破壞機體健康的病原菌，平常所說的有益菌主要包括雙歧桿菌、乳酸桿菌和腸球菌，這類細菌占腸道總菌數(shù)的90%以上[16]，腸道有害菌一般包括大腸桿菌和沙門氏菌等，比例相對較小，但是對動物體的影響同樣非常大。在正常情況下，腸道中的有益菌和病原菌處于動態(tài)平衡狀態(tài)。當(dāng)機體出現(xiàn)病態(tài)時，病原菌大量繁殖，有益菌逐漸死亡，而腸道的小腸形態(tài)結(jié)構(gòu)和微生物菌群平衡是衡量腸道功能的兩個重要指標(biāo)。

2.1.1 抑菌作用

植物提取物具有廣泛的抑菌作用。迄今為止，有關(guān)植物提取物體外抑菌的報道較多，表1列出了24種植物來源的提取物對大腸桿菌、金黃色葡萄球菌、枯草芽孢桿菌和銅綠假單胞菌的抑制效果[17]。體外抑菌試驗發(fā)現(xiàn)，茶樹、芫荽、馬郁蘭和止痢草的提取物對大腸桿菌、沙門氏菌和金黃色葡萄球菌具有強烈的抑制作用[18]。從白屈菜的根、莖和葉提取出的生物堿對枯草芽孢桿菌和大腸桿菌有抑制作用[19]，從白頭翁根部提取的白頭翁總皂苷對大腸桿菌、金黃色葡萄球菌、綠膿桿菌、副傷寒桿菌有抑制作用，但低濃度時抑菌作用較弱[20]，白頭翁皂苷B4也可以抑制大腸桿菌、無色桿菌、銅綠假單胞桿菌和克雷伯氏肺炎菌的生長[7]，而從香檸檬、檸檬和甜橙中提取得到芳樟醇和檸檬醛對金黃色葡萄球菌、空腸彎曲菌、大腸桿菌O157、單增李斯特菌和蠟狀芽孢桿菌活性也具有抑制效果[21]。Ghasemzadeh等[22]從火炬姜(Etlingera elatior)的花中提取出單寧成分，發(fā)現(xiàn)其對金黃色葡萄球菌、枯草芽孢桿菌和大腸桿菌等有抑制作用。苦瓜黃酮抑制大腸桿菌、綠膿桿菌、志賀氏菌、沙門氏菌、金黃色葡萄球菌和枯草芽孢桿菌生長，其中對枯草芽孢桿菌的抑菌作用最佳，對前3種菌最低抑菌濃度(MIC)值均為0.250 mg/mL，對后3種菌MIC值均為0.125 mg/mL[23]。連翹提取物可以降低仔豬糞便中大腸桿菌的數(shù)量，與對照組相比，飼喂連翹提取物的仔豬在1～14 d的腹瀉率降低約61%[24]。

表1 不同來源的植物提取物對細菌的抑菌圈直徑（mm）[17]

隨著植物提取物濃度增加其抑菌效果提高。枸杞多糖在合適的濃度下能抑制大腸桿菌、沙門氏菌、金黃色葡萄球菌等腸道致病菌生長，且隨著枸杞多糖濃度的增加，其對病原菌的抑制作用更強[25]。不同體積分數(shù)的蘆薈植物提取稀釋液可以抑制不同細菌的生長，其中體積分數(shù)為5%的蘆薈提取稀釋液可以有效抑制大腸桿菌和白色念球菌的生長，而當(dāng)稀釋液的體積分數(shù)為20%時，金黃色葡萄球菌的生長得到較好的抑制[26]。

植物提取物中的活性成分可降低腸道食糜中細菌群落數(shù)量和生物胺濃度，從而降低回腸、空腸和盲腸內(nèi)的細菌活性，促進機體腸道內(nèi)健康微生物菌群的穩(wěn)定，因此植物提取物也逐漸被應(yīng)用于促進動物腸道健康。在仔豬日糧中添加香芹酚、肉桂醛和辣椒素的混合物可以降低空腸的大腸桿菌數(shù)，增加乳酸桿菌和雙歧桿菌的數(shù)量，降低仔豬的腹瀉指數(shù)，腹瀉率比對照組降低了1.45%[27]；0.25%的苜蓿皂苷可以顯著增加仔豬十二指腸、空腸和盲腸乳酸桿菌數(shù)[28]，0.3%或0.6%的黃芪多糖也可以降低仔雞盲腸中大腸桿菌和沙門氏菌的數(shù)量，增加乳酸桿菌和雙歧桿菌的數(shù)量，且添加量為0.6%的效果更明顯[29]。

植物提取物作為一種新型的飼料添加劑，具有廣泛的抑菌活性，國內(nèi)外對此進行了一定的研究并取得了相應(yīng)的成果。值得一提的是，國內(nèi)外對植物提取物的抑菌研究還停留在粗提物的階段，對其單體成分的研究較少，這導(dǎo)致植物提取物的添加量沒有明確的標(biāo)準(zhǔn)。因此，有關(guān)植物提取物中的單體成分對細菌的抑制作用，及其在畜禽日糧中的適宜添加量的研究顯得尤為重要。

2.1.2 促進腸道健康

植物提取物除了可以增加動物腸道有益菌和抑制有害菌外，還可以改善腸道組織形態(tài)結(jié)構(gòu)、促進腸黏膜修復(fù)因子蛋白表達、降低腸道炎癥因子水平、促進動物機體對營養(yǎng)物質(zhì)的吸收利用率，保證腸道健康。例如，在鮮牛乳中添加1 g/kg的刺五加化微粉和1 g/kg的刺五加超微粉可以顯著提高哺乳期犢牛十二指腸、空腸、回腸絨毛長度、絨毛個數(shù)，有效減少了犢牛腹瀉的發(fā)生，增進腸道健康[30]；在仔豬日糧中添加0.2 g/kg的植物甾醇可以顯著增加仔豬十二指腸和空腸絨毛高度和隱窩深度比，仔豬的腸道形態(tài)得到有效改善，仔豬腹瀉率也有所下降[31]；白頭翁素可以有效增加腹瀉小鼠腸黏膜修復(fù)因子EGFR和TGFβ1的蛋白表達量[32]，極顯著降低腹瀉仔兔腸道組織NF-κB p65 mRNA及其蛋白表達量[33]。絲蘭提取物可以增加盲腸菌群的多樣性，維持腸道組織的結(jié)構(gòu)完整性并調(diào)節(jié)腸道pH，以維持相關(guān)免疫蛋白水平，促進腸道健康[34]。在斷奶仔豬基礎(chǔ)日糧中添加100 mg/kg的葡萄籽花青素可以顯著增加十二指腸和空腸的絨毛高度，顯著降低十二指腸和回腸的隱窩深度，改善小腸黏膜形態(tài)，促進小腸發(fā)育[35]。丁子香酚可以通過增加小鼠結(jié)腸內(nèi)部黏液層的厚度來增強黏膜屏障，有效防止病原體和疾病的入侵[36]。

植物提取物作為一種新型的功能性飼料添加劑，具有促進動物腸道健康功能。但目前對植物提取物在畜禽腸道健康上的研究主要集中在腸道內(nèi)環(huán)境、形態(tài)結(jié)構(gòu)和微生物菌群等方面，在改善腸道屏障、黏膜免疫，特別是緊密連接蛋白在內(nèi)的深層機理的研究較少，在之后的研究中可以對其進行一定的探索。

2.1.3 增強免疫力

植物提取物含有多糖、皂苷、生物堿、精油和有機酸等免疫有效活性成分，可以促進免疫器官的發(fā)育，增加免疫器官的重量，還可以與免疫細胞膜上的特異受體結(jié)合，調(diào)節(jié)T淋巴細胞、B淋巴細胞和巨噬細胞的分泌，增強動物的免疫力[37]。200 mg/kg的苦瓜葉提取物可以顯著增加大鼠血清IFN-γ和TNF-α水平，刺激細胞介導(dǎo)的免疫反應(yīng)，從而具有增強免疫的特性，50 mg/kg和100 mg/kg的苦瓜葉提取物可以顯著升高血清TGF-β水平，增強機體的抗炎能力[38]。白頭翁和白頭翁皂苷可以提高斷奶仔豬血清TNF-α和IL-1β含量，以及血清中IgG、IgM的含量，且當(dāng)白頭翁和白頭翁皂苷的添加濃度分別為300、12.5 mg/kg時效果最好[39]。含肉桂油和檸檬酸的植物素可以極顯著降低肉仔雞小腸真菌、好氧菌和大腸桿菌的數(shù)量，極顯著增加小腸絨毛高度和隱窩深度，提高肉仔雞免疫力[40]。

天然植物提取物中含有多糖、皂苷、生物堿、精油和有機酸等免疫有效活性成分，可以有效增強動物機體的免疫力。但對植物提取物如何作用于靶器官、進而調(diào)控機體免疫等各生物學(xué)功能的作用機制的研究還處于初級階段，需要進一步從細胞和分子水平進行闡明。

2.2 作用機制

2.2.1 植物提取物的抑菌機制

植物提取物對細菌具有顯著的抑制作用，抑制機理主要包括：①植物提取物可以與細菌細胞膜或細胞壁產(chǎn)生作用，降解菌體細胞壁結(jié)構(gòu)，使細胞膜的通透性增大，導(dǎo)致細胞內(nèi)大分子內(nèi)容物滲出細胞和細胞質(zhì)發(fā)生凝聚，減弱質(zhì)子的運動力，最終引起細菌失活死亡[41-42]；②抑制菌體DNA、RNA和蛋白質(zhì)的生物合成，導(dǎo)致細菌死亡[43]；③植物提取物中有效物質(zhì)能夠進入細胞內(nèi)，破壞細胞內(nèi)線粒體等結(jié)構(gòu)，抑制細胞呼吸作用，影響ATP合成途徑，抑制細菌正常的生理活動，導(dǎo)致細菌死亡[44-46]；④植物提取物可以通過促進CAT等抗氧化酶活性，一直與自由基生成相關(guān)的氧化酶來促進自由基的催化與減少自由基的產(chǎn)生[47-49]；⑤干擾細菌肽聚糖的合成，破壞細菌的形態(tài)結(jié)構(gòu)，抑制細菌的生長[50]；⑥提高機體對病菌的抵抗力，間接發(fā)揮抑菌作用[51]。植物提取物的抑菌機制詳見圖2。

圖2 植物提取物抑菌機制[52]

從現(xiàn)有資料來看，植物提取物的抑菌機制未完全確立，原因在于植物提取物中含有多種抑菌活性成分，抑菌機制復(fù)雜，且不同的機制間存在協(xié)同和疊加效應(yīng)。前人對此進行了一定的研究，但都集中在粗提物水平以及體外試驗中，對植物提取物單體和體內(nèi)試驗的研究較少，在以后的試驗中可以對其做進一步的研究。

2.2.2 植物提取物促進腸道健康的機制

多糖類、多酚類、皂苷、精油及醇類提取物被證明有著顯著改善機體腸道健康、提高腸道免疫的功能。其對腸道的改善作用主要包括：①提高十二指腸、空腸和回腸絨毛高度及絨毛高度和隱窩深度的比值，有效地改善機體的小腸黏膜形態(tài)，促進腸道發(fā)育[30]；②改善腸道環(huán)境，刺激消化酶的分泌，增強消化酶活性,改善動物腸道消化機能[52]；③增加腸道內(nèi)雙歧桿菌、乳酸菌等益生菌的生長，抑制有害菌的繁殖，維持腸道內(nèi)菌群的穩(wěn)定，促進腸道健康[53-54]；④結(jié)合免疫細胞膜上的特異性受體，介導(dǎo)免疫細胞激活的信號通路，促進T/B淋巴細胞、巨噬細胞等細胞因子的分泌，維護腸道健康[37,55]；⑤促進腸黏膜修復(fù)因子（EGFR、PCNA、TGFβ1）[32]和緊密連接蛋白（Occludin、Claudin-1、ZO-1）[56]mRNA的表達量，促進腸道修復(fù)，維護腸道健康。植物提取物促進動物腸道健康機制見圖3。

圖3 植物提取物促進腸道健康機制

腸道健康是動物健康生長的關(guān)鍵，維護畜禽腸道健康是畜禽養(yǎng)殖過程中的重要使命。目前，有關(guān)植物提取物調(diào)控畜禽腸道健康機制的研究已有大量的報道，但這些研究都集中于粗提物，關(guān)于植物提取物單體調(diào)控動物腸道健康機制的研究還處于初級階段，有待于進一步探索。

3 影響植物提取物抗腹瀉效果的因素

3.1 動物的種類

植物提取物抗腹瀉效果受到動物種類、體重的影響。例如，黃芪多糖可以有效降低犢牛和仔豬的腹瀉發(fā)生率，但是腹瀉率有所不同。鄧紹基[57]和李春生[58]分別給斷奶仔豬和犢牛頸部注射黃芪多糖注射液3 mL和4 mL，連續(xù)注射3 d，并在100 kg基礎(chǔ)日糧中添加黃芪多糖粉劑20 g，連喂7 d。結(jié)果顯示，在處理條件基本一致的情況下，犢牛和仔豬的腹瀉率分別為5.5%和8.6%，犢牛腹瀉率比仔豬降低了36%。

3.2 植物提取物的種類

不同的植物提取物對動物腹瀉的抑制效果不同。Lu等[59]在斷奶仔豬復(fù)方Ⅰ～Ⅲ組的基礎(chǔ)日糧中添加1 kg/t的復(fù)方天然植物提取物，該復(fù)方由山銀花、黃芪、連翹、山茱萸、黃連、黃芪等按不同比例配制而成。通過觀察發(fā)現(xiàn)飼喂不同復(fù)方后仔豬腹瀉率從1.96%至2.26%，存在著差異，其中復(fù)方Ⅱ組在降低仔豬腹瀉率及腹瀉評分的效果方面最為顯著。給斷奶仔豬飼喂大蒜植物油、姜黃油性樹脂和辣椒油樹脂可以有效降低腹瀉率，飼喂大蒜植物油和姜黃油性樹脂對斷奶仔豬腹瀉的抑制作用優(yōu)于辣椒油樹脂[60]。

3.3 植物中有效成分的含量

植物中有效成分的含量會直接影響防治動物腹瀉的效果，它受到植物產(chǎn)地、生長環(huán)境、采樣部位及收獲期等因素的影響。例如，山西和黑龍江等地區(qū)黃芪中黃芪多糖的含量不同，山西所產(chǎn)黃芪中黃芪多糖的含量明顯高于黑龍江所產(chǎn)[61]；圓齒野鴉椿中總?cè)祁惢衔锏暮渴艿缴L地點海拔、氣溫、降水量及無霜期的影響，其中葉片中總?cè)祁惢衔锏暮颗c其存在極顯著的相關(guān)性。圓齒野鴉椿不同部位中總?cè)苹衔锖坎煌?，葉片中總?cè)苹衔锏暮孔罡?，其次是枝條、果皮和種子[62]；8～9月采集的藍莓葉中總黃酮的含量顯著高于5～6月采集的，且9月采集的總黃酮含量最高[63]。

3.4 植物提取物的添加量

植物提取物可以有效降低幼齡動物的平均腹瀉率，在一定添加量范圍內(nèi)，腹瀉頻率隨著植物提取物添加量的增加而逐漸降低。例如，李同洲等[64]發(fā)現(xiàn)，在斷奶仔豬基礎(chǔ)日糧中添加0.02%、0.05%和0.1%的黃芪多糖使仔豬的腹瀉率分別降低了12.50%、18.75%和31.25%；口服50～400 mg/kg的金絲桃樹皮提取物可以有效降低小鼠腹瀉率，其中400 mg/kg的口服量對腹瀉的抑制效果最為顯著[65]。

4 未來應(yīng)用展望

植物提取物作為一種天然的綠色飼料添加劑，具有殺菌、抗病毒、提高機體免疫力和改善動物腸道健康等作用，在畜禽養(yǎng)殖中具有廣闊的應(yīng)用前景。在全面禁止添加抗生素飼用的大背景下，植物提取物作為抗生素的一種有效替代物，越來越受到人們的關(guān)注。從現(xiàn)有的研究結(jié)果來看，無論是體外的抑菌試驗還是臨床應(yīng)用，植物提取物在防治幼齡動物腹瀉和改善腸道健康方面都獲得了較良好的結(jié)果，且治療效果優(yōu)于抗生素。但是幼齡反芻動物處于瘤胃快速發(fā)育階段，與仔豬和雛雞消化道有著極大的差異，以植物提取物作為飼料添加劑防治幼齡動物腹瀉和促進腸道健康的研究還處于初級水平，尚未得到大范圍的推廣。因此，在今后的研究中，需要針對反芻動物消化道發(fā)育的特點，有目的地篩選植物提取物，建立起犢牛、羔羊精準(zhǔn)飼養(yǎng)模式，結(jié)合機體生理學(xué)特征和生物學(xué)基本規(guī)律，促進腸道健康，降低腹瀉率，提高飼料利用率，改善動物健康，從而提高養(yǎng)殖經(jīng)濟效益。