水飛薊的生物學(xué)功能及其在畜牧業(yè)中的應(yīng)用研究進(jìn)展

韋良開 白心亮 李 瑞 印遇龍

(1.中國科學(xué)院亞熱帶農(nóng)業(yè)生態(tài)過程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，畜禽養(yǎng)殖污染控制與資源化技術(shù)國家工程實(shí)驗(yàn)室，動(dòng)物營養(yǎng)生理與代謝過程湖南省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，中國科學(xué)院亞熱帶農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所，長沙 410125;2.南寧大北農(nóng)飼料科技有限責(zé)任公司，南寧 530105；3.內(nèi)蒙古昶輝生物科技股份有限公司，通遼 028400)

水飛薊是一種高1.0～1.5 m的1或2年生菊科草本植物，原產(chǎn)于地中海、亞洲和北非地區(qū)的山區(qū)，在世界各地均有種植，于1972年引入我國并開始大范圍推廣種植[1]。水飛薊主要含有黃酮類化合物、萜類化合物、脂肪酸類化合物[2]。其中，黃酮類化合物主要以水飛薊素(70%～80%)為主，水飛薊素主要由以下5類黃酮木脂素組成：水飛薊賓(水飛薊賓A和B)、異水飛薊賓(異水飛薊賓A和B)、水飛薊汀、水飛薊亭和水飛薊寧，它們占果實(shí)干重的1.5%～3.0%[3]。此外，水飛薊還含有其他黃酮類化合物，如紫杉葉素、槲皮素、二氫槲皮素等[4]。水飛薊素的剩余部分(20%～30%)由5,7-二羥基色酮、脫氫松柏醇、不揮發(fā)性油(60%亞油酸、30%油酸、9%棕櫚酸)、生育酚、甾醇(菜油甾醇、豆甾醇和谷甾醇)、糖(阿拉伯糖、鼠李糖、木糖和葡萄糖)和蛋白質(zhì)組成[5]。水飛薊中天然產(chǎn)物的提取方法眾多，主要有水代法、溶劑浸提法、水蒸氣蒸餾法、同時(shí)蒸餾萃取法、分子蒸餾技術(shù)、壓榨法、超臨界流體萃取法等[6]。水飛薊素的抗炎特性和抗氧化活性已被世人所知，2 000多年以來它一直被應(yīng)用于治療肝臟、腎臟、脾臟等疾病，具有調(diào)節(jié)免疫、清除自由基、保護(hù)肝臟、抗腫瘤、抗氧化等生物學(xué)效應(yīng)[7-10]。在畜牧業(yè)的應(yīng)用研究中，水飛薊具有促進(jìn)機(jī)體生長、提高免疫力、調(diào)節(jié)脂肪代謝等多種生物學(xué)功能[11-13]。本文綜述了國內(nèi)外近年來關(guān)于水飛薊生物學(xué)功能及其在畜牧業(yè)中的應(yīng)用研究進(jìn)展，以期為水飛薊進(jìn)一步的研究和開發(fā)提供參考。

1 水飛薊的生物學(xué)功能

1.1 保護(hù)肝臟作用

肝臟是負(fù)責(zé)機(jī)體內(nèi)消化代謝的主要器官，能將體內(nèi)外物質(zhì)如藥物、毒物以及代謝產(chǎn)物有生物轉(zhuǎn)化作用，發(fā)揮解毒功效。水飛薊素作為治療肝炎、肝硬化、肝損傷等肝臟疾病的藥物之一，應(yīng)用廣泛。水飛薊素發(fā)揮保護(hù)肝臟機(jī)制主要通過以下3點(diǎn)：1)清除體內(nèi)自由基[1,1-二苯基-2-三硝基苯肼(DPPH)]，提高機(jī)體組織中谷胱甘肽過氧化物酶(GSH-Px)、超氧化物歧化酶(SOD)活性，從而增強(qiáng)機(jī)體抗氧化能力；2)通過調(diào)節(jié)細(xì)胞膜的通透性和穩(wěn)定性，達(dá)到保護(hù)細(xì)胞膜效果；3)調(diào)控細(xì)胞核、細(xì)胞周期的表達(dá)，促進(jìn)肝細(xì)胞的修復(fù)和再生[14-16]。González等[17]研究肝臟保護(hù)劑對(duì)乙酰氨基酚和四氯化碳(CCl4)誘導(dǎo)損傷的體外評(píng)估時(shí)發(fā)現(xiàn)，水飛薊素能顯著降低體內(nèi)DPPH的含量，緩解乙酰氨基酚和CCl4誘導(dǎo)的組織損傷。Wu等[18]研究水飛薊素對(duì)肝臟部分切除手術(shù)的影響時(shí)發(fā)現(xiàn)，水飛薊素能增加手術(shù)后肝臟的細(xì)胞周期，增強(qiáng)蛋白質(zhì)生成和mRNA表達(dá)，提升肝細(xì)胞生長因子(HGF)、轉(zhuǎn)化生長因子-β1(TGF-β1)的表達(dá)，從而促進(jìn)肝臟再生。李愛云[19]研究水飛薊油對(duì)脂肪肝干預(yù)時(shí)發(fā)現(xiàn)，水飛薊油能顯著降低小鼠肝臟中丙二醛(MDA)含量，顯著提高肝臟中SOD活性。

1.2 抗氧化作用

氧自由基反應(yīng)與脂質(zhì)過氧化反應(yīng)在機(jī)體的新陳代謝中具有重要作用，正常情況下它們處于動(dòng)態(tài)平衡當(dāng)中，維持機(jī)體的生理生化與免疫反應(yīng)。氧化應(yīng)激是指動(dòng)物機(jī)體內(nèi)部活性氧(ROS)與抗活性氧形成的不平衡。ROS是細(xì)胞中產(chǎn)生的信號(hào)分子，是正常細(xì)胞氧化還原反應(yīng)的副產(chǎn)物，包括超氧化物(O2-)、過氧化氫(H2O2)、羥自由基(·OH)和脂質(zhì)過氧自由基(LOO·)等；此外，還包括活性氮，如一氧化氮(NO)、二氧化氮(NO2)、亞硝基陰離子(NO-)等[20-21]。這些活性物質(zhì)可以通過與細(xì)胞成分結(jié)合來改變脂質(zhì)和蛋白質(zhì)的功能，從而改變細(xì)胞膜的生物特性，導(dǎo)致膜結(jié)合受體或酶失活，損害正常的細(xì)胞功能[22]。抗氧化劑是抑制氧化應(yīng)激鏈?zhǔn)椒磻?yīng)并保護(hù)細(xì)胞成分免受損傷的物質(zhì)，它分為酶促抗氧化劑和非酶抗氧化劑。酶促抗氧化劑包括SOD、GSH-Px、谷胱甘肽還原酶(GR)和過氧化氫酶(CAT)。非酶抗氧化劑根據(jù)其來源可分為外源性抗氧化劑和內(nèi)源性抗氧化劑，內(nèi)源性抗氧化劑包括谷胱甘肽(GSH)、尿酸、白蛋白，也稱為主抗氧化劑；而外源性抗氧化劑包括類胡蘿卜素、抗壞血酸、α-生育酚和類黃酮等。這些抗氧化劑防止細(xì)胞的脂質(zhì)、蛋白質(zhì)和DNA受到ROS的破壞。水飛薊素的抗氧化作用主要包括以下6點(diǎn)：1)清除DPPH和螯合金屬促進(jìn)劑，如鐵和銅；2)防止ROS形成酶，如煙酰胺腺嘌呤二核苷酸(NAPDH)氧化酶；3)激活抗氧化酶和抑制脂質(zhì)過氧化；4)調(diào)節(jié)細(xì)胞膜滲透性和增加穩(wěn)定性；5)通過刺激RNA聚合酶增加核糖體蛋白合成；6)通過激活核因子E2相關(guān)因子2(Nrf2)和抑制核因子-κB(NF-κB)調(diào)節(jié)信號(hào)傳導(dǎo)[23-26]。胡思琪等[27]研究發(fā)現(xiàn)，水飛薊賓能顯著降低酒精性脂肪肝大鼠的肝臟中細(xì)胞色素P450家族成員2E1(CYP2E1)蛋白和MDA的含量，顯著提高肝臟中GSH-Px活性。榮家閔等[28]在研究水飛薊賓對(duì)H2O2誘導(dǎo)人神經(jīng)母細(xì)胞瘤細(xì)胞(SH-SY5Y)損傷的保護(hù)作用及機(jī)制時(shí)發(fā)現(xiàn)，SH-SY5Y經(jīng)過水飛薊賓的處理后，細(xì)胞存活率極顯著提高，細(xì)胞凋亡率顯著降低，細(xì)胞內(nèi)ROS含量降低，半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶-9(Caspase-9)、半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶-3(Caspase-3)蛋白的表達(dá)水平降低，從而減輕H2O2對(duì)SH-SY5Y的損傷。

1.3 抗炎作用

水飛薊素也具有一定的抗炎作用，其發(fā)揮抗炎作用主要通過以下幾點(diǎn)：1)抑制NF-κB、Nrf2、蛋白激酶B(Akt)等信號(hào)通路，降低促炎因子的表達(dá)，促進(jìn)抗炎因子的表達(dá)，從而發(fā)揮抗炎作用。2)應(yīng)激情況下能激活相關(guān)基因，生成熱休克蛋白、抗衰老酶、硫氧還蛋白等保護(hù)分子。3)通過破壞細(xì)菌細(xì)胞壁，抑制細(xì)胞蛋白的表達(dá)，降低病菌引起的炎癥[29-31]。Tan等[32]研究表明，在小鼠腎臟缺血再灌注損傷模型中，水飛薊素能顯著降低腫瘤壞死因子-α(TNF-α)、白細(xì)胞介素-1β(IL-1β)和白細(xì)胞介素-6(IL-6)等炎癥性因子含量，水飛薊素還能顯著降低細(xì)胞凋亡數(shù)量，從而緩解腎臟損傷。Zhang等[33]在研究水飛薊賓通過煙酰胺腺嘌呤二核苷酸(NAD+)/沉默調(diào)節(jié)蛋白2(SIRT2)途徑抑制非酒精性脂肪肝小鼠NOD樣受體家族蛋白3(NLRP3)炎癥小體組裝時(shí)發(fā)現(xiàn)，水飛薊賓可降低肌醇需要酶-1α(IRE-1α)和真核翻譯起始因子2α(eIF2α)的磷酸化、硫氧還蛋白相互作用和切割的半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶-1(Caspase-1)的表達(dá)以及IL-1β的釋放；此外，水飛薊賓抑制鈣網(wǎng)蛋白和外膜轉(zhuǎn)位酶20(Tom20)的接近，阻止NLRP3炎癥小體復(fù)合物的組裝，抑制乙酰化微管蛋白在核周區(qū)的積聚，從而抑制非酒精性脂肪肝發(fā)生。羅頌等[34]在研究水飛薊賓通過調(diào)控腺苷酸激活蛋白激酶(AMPK)活性抑制游離脂肪酸誘導(dǎo)的肝細(xì)胞炎癥因子分泌時(shí)發(fā)現(xiàn)，水飛薊賓能降低游離脂肪酸誘導(dǎo)的HePG2細(xì)胞中IL-1β和TNF-α的mRNA和蛋白的表達(dá)，促進(jìn)磷酸化腺苷酸激活蛋白激酶(p-AMPK)的表達(dá)，抑制炎癥因子的分泌。

1.4 調(diào)控脂質(zhì)代謝作用

水飛薊以不同的方式影響脂質(zhì)代謝。水飛薊素能抑制羥甲基戊二酸單酰輔酶A(HMG-CoA)還原酶的表達(dá)，從而減少磷脂、甘油三酯(TG)、膽固醇(CHOL)的合成。同時(shí)，水飛薊素還能通過刺激不同信號(hào)通路發(fā)揮其積極作用，減少脂肪沉積。李愛云[19]研究發(fā)現(xiàn)，小鼠采食添加水飛薊油的飼糧后，血清中CHOL含量及谷丙轉(zhuǎn)氨酶(ALT)、谷草轉(zhuǎn)氨酶(AST)活性顯著降低，肝臟中TG、CHOL、高密度脂蛋白-膽固醇(HDL-C)、低密度脂蛋白-膽固醇(LDL-C)含量也顯著降低。Chang等[35]研究水飛薊素通過誘導(dǎo)胰高血糖素樣肽1和沉默調(diào)節(jié)蛋白1(SIRT1)來防止高脂肪飲食誘發(fā)的代謝損傷時(shí)發(fā)現(xiàn)，飼糧中添加400 mg/kg水飛薊素對(duì)高脂肪飲食誘導(dǎo)的大鼠血清中TG、CHOL、HDL-C、LDL-C含量有顯著降低作用，體脂比例也顯著降低；在肝臟組織切片中，飼糧添加400 mg/kg水飛薊素組大鼠的肝臟油積聚量顯著低于不添加水飛薊素組。Sahin等[7]研究表明，小鼠飼糧中添加100、200 mg/kg水飛薊素，血清中ALT、AST活性及葡萄糖、CHOL、TG、HDL-C、LDL-C含量顯著降低，在肝臟組織切片中沒有觀察到脂肪變化，其組織結(jié)構(gòu)正常。這個(gè)研究結(jié)果與Bagci等[36]、高華武等[37]研究結(jié)果相類似。研究表明，水飛薊素調(diào)控脂質(zhì)代謝主要通過影響過氧化物酶體增殖物激活受體(PPARs)、肝臟X受體(LXR)、膽固醇調(diào)節(jié)元件結(jié)合蛋白(SREBPs)等信號(hào)通路，抑制脂肪酸合酶(FAS)、硬脂酰輔酶A去飽和酶1(SCD1)等脂質(zhì)合成基因的表達(dá)，降低過氧化物酶體增殖物激活受體γ(PPARγ)、CCAAT增強(qiáng)子結(jié)合蛋白α(C/EBPα)、脂肪酸結(jié)合蛋白4(FABP4)等的表達(dá)，降低血清、組織中TG、CHOL、HDL-C含量，減少脂質(zhì)在機(jī)體組織的累積[38]。

2 水飛薊在畜牧業(yè)中的應(yīng)用

2.1 水飛薊在豬生產(chǎn)中的應(yīng)用

水飛薊富含生物堿、類固醇、脂肪酸等多種活性成分，在養(yǎng)豬生產(chǎn)中具有保護(hù)肝臟、抗氧化應(yīng)激、抗炎、促生長等作用。Jiang等[39]研究過渡期和泌乳期補(bǔ)充水飛薊素對(duì)母豬繁殖性能、乳成分和血液參數(shù)的影響時(shí)發(fā)現(xiàn)，在妊娠108 d的母豬飼糧中添加40 g/d的水飛薊素，仔豬平均日增重(ADG)和斷奶重均高于未添加水飛薊素的對(duì)照組；泌乳期母豬血清中CAT、GSH-Px活性顯著升高，血清中TNF-α、IL-1β含量顯著降低；血清中催乳素含量、母乳中蛋白質(zhì)含量顯著提高。Farmer等[40]研究了水飛薊素對(duì)妊娠母豬血清中催乳素含量、乳腺發(fā)育和氧化應(yīng)激的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，妊娠母豬飼糧中添加8 g/d的水飛薊素能顯著提高血清中催乳素含量，降低母豬肝臟中蛋白質(zhì)羰基含量。Grela等[41]在研究飼糧中添加水飛薊籽對(duì)豬生長性能、胴體性狀、脂肪酸組成以及肌肉、背脂和肝臟CHOL含量的影響時(shí)發(fā)現(xiàn)，與未添加水飛薊的對(duì)照組相比，飼糧中添加6%水飛薊組的ADG顯著提高，料重比(F/G)、背脂含量、血清CHOL含量顯著降低；在肉質(zhì)方面，飼糧中添加6%水飛薊組的肉色的紅度和黃度明顯更飽和，組織中多不飽和脂肪酸(PUFA)含量顯著提高，剪切力、硬度、咀嚼性顯著降低。以上研究結(jié)果表明，水飛薊素可以通過提高血清中催乳素的含量來促進(jìn)母豬產(chǎn)奶，通過減少自由基產(chǎn)生和減少脂質(zhì)過氧化緩解氧化應(yīng)激，提高飼料轉(zhuǎn)化率和促進(jìn)蛋白質(zhì)代謝，進(jìn)而改善仔豬的生長性能。

2.2 水飛薊在家禽養(yǎng)殖業(yè)中的應(yīng)用

抗應(yīng)激是家禽養(yǎng)殖需考慮的問題之一，各種應(yīng)激都會(huì)對(duì)家禽養(yǎng)殖造成經(jīng)濟(jì)損失。水飛薊對(duì)抗應(yīng)激、調(diào)節(jié)免疫、促生長方面都具有良好的作用。Zarei等[42]在研究水飛薊提取物對(duì)高溫環(huán)境下肉雞生長性能、免疫功能及血液電解質(zhì)平衡的影響時(shí)發(fā)現(xiàn)，與對(duì)照組相比，飼糧中添加100 mg/kg水飛薊提取物雛雞的平均日采食量(ADFI)、ADG和最終體重最高，料重比最低；在第28天和第42天，法氏囊、胸腺和脾臟的相對(duì)重量顯著增加，雞傳染性法氏囊病(IBD)抗體效價(jià)顯著增加。Jahanian等[43]在研究飼糧中添加水飛薊素對(duì)黃曲霉毒素攻毒肉雞的生長性能、腸道形態(tài)和回腸細(xì)菌數(shù)量的影響時(shí)發(fā)現(xiàn)，飼糧中添加1 000 mg/kg的水飛薊素能顯著提高肉雞的ADFI和ADG，改善因黃曲霉毒素攻毒影響的飼料轉(zhuǎn)化率，降低腸道中大腸桿菌、沙門氏菌、克雷伯氏菌和總陰性細(xì)菌的數(shù)量，降低隱窩深度和杯狀細(xì)胞數(shù)量，增加絨毛高度和寬度、絨毛高度/隱窩深度和表觀絨毛吸收面積。Nik等[44]在研究水飛薊對(duì)肉仔雞血液化學(xué)成分、血脂和免疫應(yīng)答的影響時(shí)發(fā)現(xiàn)，飼糧中添加0.2 g/kg水飛薊能顯著降低肉雞血清CHOL含量，血清ALT、AST活性也有一定程度地降低。Radko等[45]研究表明，飼糧中添加水飛薊素不僅不影響球蟲的治療效果，還能顯著降低拉沙里菌素在雞肌肉組織中的殘留。Ahmad等[46]在研究水飛薊對(duì)自然夏季應(yīng)激肉雞生長性能、氧化應(yīng)激和免疫應(yīng)答的影響時(shí)發(fā)現(xiàn)，與對(duì)照組相比，飼糧中添加15 g/kg水飛薊的肉雞ADG和ADFI以及抗新城疫的抗體滴度顯著升高，血清MDA含量顯著降低。這與Abou等[47]研究結(jié)果相一致。以上研究結(jié)果表明，水飛薊可在夏季高溫條件下防止脂質(zhì)過氧化，緩解氧化應(yīng)激，抑制致病菌生長，提高機(jī)體免疫性能，提高雞只生長性能，但是具體的調(diào)控機(jī)制還需要在這一領(lǐng)域進(jìn)行進(jìn)一步的研究。

2.3 水飛薊在水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)中的應(yīng)用

水飛薊對(duì)水產(chǎn)動(dòng)物的生長具有一定的促進(jìn)作用，主要通過調(diào)控腸道健康與消化吸收、脂肪沉積、促進(jìn)機(jī)體免疫等方面進(jìn)行。Wang等[48]研究水飛薊素對(duì)大菱鲆生長性能、抗氧化能力和免疫應(yīng)答的影響時(shí)發(fā)現(xiàn)，采食飼料中添加100 mg/kg水飛薊素的大菱鲆最終體重、增重率(WGR)、特定生長率(SGR)顯著提高，機(jī)體GSH-Px、SOD、溶菌酶、胰蛋白酶活性也顯著提高，GSH-Px、SOD和過氧化還原酶6(PRDX6)的mRNA表達(dá)水平顯著提高，白細(xì)胞介素-8(IL-8)、TNF-α的mRNA表達(dá)水平顯著降低；在添加更高劑量的水飛薊素時(shí)觀察到血清MDA含量顯著降低，腸道絨毛高度和腸細(xì)胞數(shù)量也有所提高。Xiao等[9]研究了飼料中添加水飛薊素對(duì)草魚生長性能、脂肪代謝和健康狀況的影響，結(jié)果表明，飼料中添加100 mg/kg水飛薊素能顯著提高草魚的SGR、增重、蛋白質(zhì)利用率，顯著降低飼料轉(zhuǎn)化率；同時(shí)，血清中TG、MDA和總膽紅素含量以及內(nèi)臟指數(shù)(VSI)也顯著降低；且上調(diào)了肝臟組織中羥甲基戊二酸單酰輔酶A還原酶(HMGCR)和膽固醇7α羥化酶(CYP7A1)基因的表達(dá)。Wei等[49]在研究飼料中添加水飛薊素對(duì)草魚幼魚生長性能和腸道功能的影響時(shí)發(fā)現(xiàn)，飼料中添加60 mg/kg水飛薊素能顯著提高草魚幼魚的最終體重、WGR、SGR、采食量、飼料效率(FE)、腸長(IL)、腸長度指數(shù)(ILI)、腸重(IW)；顯著改善魚的腸道組織病理癥狀，如水腫、毛細(xì)血管出血、杯狀細(xì)胞增生、上皮細(xì)胞壞死等；脂多糖mRNA表達(dá)水平顯著降低；隨著水飛薊素劑量的升高觀察到心肌肌酸激酶和心肌肌動(dòng)蛋白激酶mRNA表達(dá)水平下調(diào)。Owatari等[50]研究發(fā)現(xiàn)，飼料中添加1 g/kg水飛薊素對(duì)羅非魚生長性能沒有顯著影響，這可能與魚的種類、飼喂環(huán)境、添加劑量等有關(guān)。上述研究結(jié)果表明，水飛薊素能增強(qiáng)魚類腸道健康，降低腸黏膜通透性，改善腸道物理屏障，促進(jìn)生長性能；并通過下調(diào)促炎性因子的表達(dá)、上調(diào)抗炎性的表達(dá)來增強(qiáng)機(jī)體免疫機(jī)能。

3 小 結(jié)

我國2020年7月1日起已全面禁止在畜禽飼料中添加飼用抗生素，且伴隨新冠疫情的全球爆發(fā)，沖擊著飼料原料供應(yīng)鏈，造成飼料原料價(jià)格節(jié)節(jié)攀升。所以，尋找新型、價(jià)優(yōu)的抗生素替代物以及新型飼料原料已經(jīng)刻不容緩。水飛薊是新型、綠色、高效的中草藥植物，在國內(nèi)外都有大量的種植，無論在醫(yī)學(xué)研究還是養(yǎng)殖業(yè)中都具有相當(dāng)大的發(fā)展空間。水飛薊適應(yīng)性強(qiáng)、生存率高、效益性好，且畜牧養(yǎng)殖業(yè)的全面禁抗更為其推廣應(yīng)用打下了良好的基礎(chǔ)。但是，水飛薊在畜牧業(yè)大范圍的推廣應(yīng)用還是存在一些問題。首先，在畜禽養(yǎng)殖業(yè)中，水飛薊在改善生長性能的研究上，對(duì)其具體的作用機(jī)理尚未完全了解清楚，需要對(duì)其內(nèi)部化學(xué)成分進(jìn)行生物活性研究，建立水飛薊的質(zhì)量控制與評(píng)價(jià)體系。其次，由于藥用植物的活性成分與功能的復(fù)雜性，水飛薊的提取工藝仍存在著提取率低、成本高、分離效果差等問題，其生產(chǎn)提取工藝仍然需要改進(jìn)。因此，水飛薊在未來的研究方向?qū)⒅饕杏谄渥饔脵C(jī)理、效果以及提取工藝的改進(jìn)上。