α-茄堿、α-卡茄堿在動物生產(chǎn)中的抗?fàn)I養(yǎng)作用及毒性研究進展

何玉華，張立峰，孫學(xué)釗

（吉林農(nóng)業(yè)科技學(xué)院，吉林省反芻動物精準(zhǔn)營養(yǎng)與智慧生態(tài)養(yǎng)殖跨區(qū)域合作科技創(chuàng)新中心，吉林左家132109）

世界上80%以上的國家種植馬鈴薯，但目前馬鈴薯的副產(chǎn)品還沒有進行很好的開發(fā)和利用，而且馬鈴薯中的糖苷生物堿也是影響其利用的主要因素。馬鈴薯含有不同程度的糖苷生物堿，其含量取決于品種、貯存條件、加工處理方法、光照等。馬鈴薯中糖苷生物堿在天然水平上具有潛在的毒性。α-茄堿（α-solanine）、α-卡茄堿（α-chaconine）是馬鈴薯糖苷生物堿的主要組成成分，占糖苷生物堿總量的95%左右（董曉茹，2013），α-茄堿和α-卡茄堿的比例為1：2～1：7（Jarmila Skarkova等，2008），其可決定馬鈴薯中糖苷生物堿毒性的程度和性質(zhì)，因為這兩種生物堿的毒性是協(xié)同作用的（Langkilde等，2009）。α-茄堿和α-卡茄堿的抗?fàn)I養(yǎng)作用及毒性一直備受動物營養(yǎng)等領(lǐng)域研究學(xué)者的關(guān)注。近年來，關(guān)于α-茄堿、α-卡茄堿對動物的影響已經(jīng)成為動物營養(yǎng)、疾病和繁殖等方面的一個新的研究方向。本文對α-茄堿、α-卡茄堿在動物生產(chǎn)中的應(yīng)用情況進行了綜述。

1 α-茄堿、α-卡茄堿在馬鈴薯及其副產(chǎn)品中的含量

在正常成熟、沒有受到光照的情況下，馬鈴薯中糖苷生物堿的含量一般為10～100 mg/kg（Knuthsen等，2009）。有關(guān)資料報道馬鈴薯淀粉渣中α-茄堿含量為0.0474 mg/100 g（何玉華，2017；何玉華，2016），用混菌固態(tài)發(fā)酵馬鈴薯淀粉渣，觀測發(fā)酵過程中龍葵堿含量的變化。結(jié)果表明，隨著發(fā)酵時間的增加，α-茄堿含量逐漸降低；發(fā)酵前的含量為0.0474 mg/100 g，發(fā)酵后為0（江成英，2010）。

在馬鈴薯莖葉中添加甲酸進行發(fā)酵，發(fā)酵后馬鈴薯莖葉中α-茄堿的含量降到0.02%（占干物質(zhì)），和發(fā)酵之前相比降低很多。研究表明，α-茄堿的含量和pH有很大的關(guān)系，酸性條件能夠?qū)е娄?茄堿的分解（張敏，2014）。

2 α-茄堿、α-卡茄堿對動物生產(chǎn)的影響

2.1 α-茄堿、α-卡茄堿對動物采食量的影響α-茄堿和α-卡茄堿有苦澀的味道，會影響動物的采食。α-茄堿和α-卡茄堿對蝸牛的采食具有協(xié)同抑制作用，但單獨作用時α-卡茄堿比α-茄堿的抑制作用更明顯（Smith等，2001）。由此可見α-茄堿和α-卡茄堿具有降低動物采食量的作用。α-卡茄堿和α-茄堿作用于卡普拉甲蟲的試驗中使用面粉圓盤生物測定法進行的營養(yǎng)研究顯示，卡普拉甲蟲生長率（RGR）和食物消耗率（RCR）顯著降低，當(dāng)食物中濃度為20～30 mg/g時，其食物利用率（ECI）達(dá)到82.4%。當(dāng)二者混合時，糖苷生物堿的毒性和拒食性增強（Nenaah等，2011），表明α-卡茄堿和α-茄堿之間存在協(xié)同作用，也說明這類化合物有可能用于保護儲藏的谷物避免昆蟲的侵?jǐn)_。

2.2 α-茄堿、α-卡茄堿對動物生長性能的影響α-卡茄堿和α-茄堿對動物生長性能也會產(chǎn)生抑制作用。季宇彬（2009）的試驗結(jié)果表明，通過給小鼠灌胃α-茄堿，低劑量組（177、236 mg/kg）未發(fā)生致死情況，隨著劑量的逐漸增加（315、420、560 mg/kg），小鼠死亡數(shù)量也隨之增加，當(dāng)劑量增加到747 mg/kg時，三天之內(nèi)全部死亡，整個試驗期間未死亡的小鼠出現(xiàn)輕度的胃腸炎癥狀，食欲也逐漸下降，出現(xiàn)便秘、嘔吐、流涎等現(xiàn)象。死亡小鼠呈現(xiàn)頭部腫脹、體溫升高、腹瀉、便血的癥狀。在一定程度上說明α-茄堿和α-卡茄堿對小鼠生長發(fā)育有一定的抑制作用（何玉華，2017；陳艷，2006）。α-卡茄堿在蠟蛾日糧中添加量為1.5 mg/100 g時，蠟蛾的存活率、繁殖力和生育能力顯著下降（Ender Büyükgüzel等，2013）。

2.3 α-茄堿、α-卡茄堿對動物消化系統(tǒng)的影響

α-茄堿、α-卡茄堿進入動物機體之后，在消化系統(tǒng)上會有一系列的癥狀，主要表現(xiàn)為：不同程度的口腔干燥，口腔、咽喉處有疼痛感，咽喉發(fā)緊，并且出現(xiàn)惡心、嘔吐、腹痛、腹瀉的癥狀。嚴(yán)重的嘔吐和腹瀉可導(dǎo)致電解質(zhì)失衡、脫水、血壓下降等，引起腸源性的青紫?。ê斡袢A，2017）。α-茄堿、α-卡茄堿以1：3.7和1：70的比例給敘利亞金倉鼠灌服28 d，每天灌服總糖生物堿量的最高劑量為33.3 mg/kg體重的時候?qū)е滦∧c和胃擴張充滿液體；以1：3.7的比例喂養(yǎng)倉鼠，其上皮刮片中觀察到更多的差異基因表達(dá)，表明脂質(zhì)代謝和能量代謝途徑主要受1：3.7的影響（Langkilde等，2009）。

2.4 α-茄堿、α-卡茄堿對腸道機械屏障功能的影響 馬鈴薯中天然存在的α-卡茄堿、α-茄堿使結(jié)腸中促炎細(xì)胞因子IFN-c、TNF-a和IL-17水平升高，結(jié)腸通透性增強，從而加重了兩種腸道炎癥模型小鼠的腸道炎癥（Iablokov等，2010）。α-卡茄堿、α-茄堿在體外存在抗炎作用，亞細(xì)胞毒性濃度的α-卡茄堿、α-茄堿對Jurkat和Raw 264.7小鼠巨噬細(xì)胞具有抗炎作用，通過進一步的研究表明其可能有助于預(yù)防消炎性疾病（Kenny等，2013）。上皮屏障完整性的破壞在炎癥性腸病（IBD）的發(fā)生和病因中起著重要作用（李璐，2019）。α-卡茄堿、α-茄堿可與細(xì)胞膜上的膽固醇結(jié)合而破壞細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致腸道機械屏障功能的破壞（Bijal Patel等，2002）。α-卡茄堿、α-茄堿使細(xì)胞內(nèi)的Ca2+濃度呈劑量依賴性升高，在馬鈴薯糖苷生物堿中α-卡茄堿比α-茄堿的作用更明顯，Ca2+內(nèi)流是由細(xì)胞膜不穩(wěn)定引起的（Toyoda等，1991）。

2.5 α-茄堿、α-卡茄堿對動物其他組織器官的影響

2.5.1 心臟 李永華（2003）研究結(jié)果表明，人誤食發(fā)芽的馬鈴薯，在6 h之后表現(xiàn)出了四肢麻痹及咽喉癢痛，同時出現(xiàn)呼吸急促的情況，在24 h之后出現(xiàn)精神倦怠、恍惚的癥狀，心電圖結(jié)果顯示，中毒者的心肌已經(jīng)被損傷，出現(xiàn)心跳加速、心律失常的現(xiàn)象，導(dǎo)致心肌酶的圖譜升高。余暉等（2004）的報道也出現(xiàn)了上述癥狀。80μg/mL濃度的α-卡茄堿可以使心臟細(xì)胞在幾分鐘內(nèi)停止跳動；濃度降低一半的時候可使心肌細(xì)胞的收縮頻率增加，至少持續(xù)2 h（Bergers等，1980）。

2.5.2 肝臟 可以用減輕的肝臟重量來評估α-卡茄堿對小鼠的潛在毒性。在成年雌性瑞士韋氏大鼠的日糧中添加2.4 mmol/kg劑量的α-卡茄堿，飼喂7 d后肝臟的相對重量比對照組降低8%（Friedman等，1996）。

2.5.3 其他 除了對心臟、肝臟的影響外，α-卡茄堿還可以導(dǎo)致倉鼠顱面畸形（Tafadzwa Mandimika等，2008）。

2.6 α-茄堿、α-卡茄堿對動物抗氧化機能的影響 當(dāng)日糧中α-卡茄堿含量為0.015、0.15、1.5 mg/100 g時，均可導(dǎo)致蠟蛾中腸和脂肪中的丙二醛和蛋白質(zhì)羰基含量呈劑量依賴性增加；可提高中腸谷胱甘肽S-轉(zhuǎn)移酶活性，降低脂肪體谷胱甘肽S-轉(zhuǎn)移酶活性（Ender Büyükgüzel等，2013）。可見α-卡茄堿能夠使腸道和脂肪組織的抗氧化能力降低。α-茄堿還可以導(dǎo)致動物生殖系統(tǒng)的氧化損傷，α-茄堿能夠使小鼠睪丸生殖細(xì)胞的琥珀酸脫氫酶（SDH）、丙二醛（MDA）、超氧化物歧化酶（SOD）、谷胱甘肽（GSH）活性消失，使活性氧自由基數(shù)量上升，呼吸鏈和氧化磷酸化脫偶聯(lián)，三羧酸循環(huán)出現(xiàn)中斷，線粒體基質(zhì)滲透壓升高，內(nèi)膜腫脹，導(dǎo)致線粒體的功能出現(xiàn)障礙，線粒體氧化損傷（季宇彬，2005）。

2.7 α-茄堿、α-卡茄堿對細(xì)胞膜的影響 馬鈴薯糖苷生物堿最為普遍的毒性作用機理之一，破壞膜的完整性（Roddick等，1988），α-卡茄堿可以使細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，破壞細(xì)胞膜的離子通道，這是由于糖生物堿的親脂部分和膜中的膽固醇之間形成不穩(wěn)定的復(fù)合物引起的（Tafadzwa等，2008）。α-卡茄堿、α-茄堿的混合物在溶解兔紅細(xì)胞中起協(xié)同作用（James等，2002）。據(jù)推測可能是碳水化合物側(cè)鏈的性質(zhì)影響了細(xì)胞分裂過程，細(xì)胞分裂似乎和糖生物堿與膜甾體的結(jié)合沒有直接關(guān)系。

研究表明，α-卡茄堿對白化蛙胚胎膜電位的改變是α-茄堿的4倍左右，EC50值接近公布的胎兒畸形（青蛙胚胎致畸性）值（James等，2002）。α-卡茄堿、α-茄堿的混合物濃度為1：1時（均為20μM），對C6大鼠膠質(zhì)瘤細(xì)胞的細(xì)胞毒性作用最強，并且在30 min后保持恒定（Yamashoji等，2013），可能是對細(xì)胞的損傷導(dǎo)致了致命的代謝紊亂。α-卡茄堿是馬鈴薯中一種有毒的糖苷生物堿，其能與各種組織的細(xì)胞勻漿結(jié)合，但是和分離的DNA或RNA不結(jié)合（Sharma等，1983）。

2.8 α-茄堿、α-卡茄堿對細(xì)胞增殖凋亡的影響α-卡茄堿和α-茄堿對癌細(xì)胞有抑制作用，但需要和其他多種活性成分聯(lián)合作用。

α-卡茄堿、α-茄堿可通過減少Akt（Ser473）和ERα（Ser167）的表達(dá)來抑制RL95-2子宮內(nèi)膜癌細(xì)胞增殖（Karabog∨a等，2018）。α-卡茄堿通過Caspase-3激活和抑制erk1/2磷酸化誘導(dǎo)HT-29人結(jié)腸癌細(xì)胞凋亡（Seun-Ah Yang等，2005）。通過觸發(fā)自噬/凋亡和促進表觀遺傳修飾來影響豬卵母細(xì)胞的發(fā)育成熟和質(zhì)量，抑制隨后的胚胎發(fā)育，降低胚胎質(zhì)量（Tao等，2018）。α-茄堿通過降低基質(zhì)金屬蛋白酶-2/9活性而抑制人黑色素瘤細(xì)胞的遷移和侵襲（Lu等，2010）。α-茄堿通過降低細(xì)胞膜電位，打開HepG2細(xì)胞膜內(nèi)的PT通道，使Ca2+向下轉(zhuǎn)運濃度梯度，進而導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)Ca2+濃度升高，開啟細(xì)胞凋亡機制（梁可道，2008；Gao等，2007）。α-茄堿誘導(dǎo)HepG2細(xì)胞凋亡似乎是通過抑制Bcl-2蛋白的表達(dá)而介導(dǎo)的（Ji等，2008）。α-茄堿通過誘導(dǎo)微小RNA-138的表達(dá)來提高食管癌細(xì)胞化療的敏感性 （Wu等，2018）。α-茄堿可通過調(diào)節(jié)GAS5/miR-18a通路抑制PCa細(xì)胞增殖，促進放射敏感性（Yang等，2019）。

3 小結(jié)

隨著馬鈴薯及其副產(chǎn)品在動物生產(chǎn)中的應(yīng)用越來越多和對其研究的不斷深入，α-茄堿和α-卡茄堿引起的安全問題越來越備受關(guān)注，因此合理的利用馬鈴薯及其副產(chǎn)品將是今后動物生產(chǎn)領(lǐng)域研究的熱點問題。