沒食子酸的生物學(xué)特性及其在畜禽生產(chǎn)中的應(yīng)用進(jìn)展

■陳志龍 黃運(yùn)茂 王一冰 蔣守群*

（1.仲愷農(nóng)業(yè)工程學(xué)院，廣東 廣州 510225；2.廣東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院動(dòng)物科學(xué)研究所，畜禽 育種國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，農(nóng)業(yè)農(nóng)村部華南動(dòng)物營(yíng)養(yǎng)與飼料重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣東 省畜禽育種與營(yíng)養(yǎng)研究重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣東 廣州 510640）

近年來(lái)，我國(guó)畜禽養(yǎng)殖集約化水平日益提高，隨著飼料全面禁抗時(shí)代的到來(lái)，畜禽腸道健康和免疫機(jī)能改善愈發(fā)成為養(yǎng)殖行業(yè)關(guān)注的熱點(diǎn)。實(shí)際生產(chǎn)中，飼糧抗生素禁用導(dǎo)致畜禽疫病發(fā)生率提高、生長(zhǎng)性能降低，臨床治療用藥物用量增加，嚴(yán)重影響?zhàn)B殖效益和產(chǎn)品安全品質(zhì)。因此，安全、高效、新型、替代抗生素飼料添加劑產(chǎn)品的研發(fā)迫在眉睫。

從植物中提取的酚酸，因?yàn)槠涮赜械墓曹椊Y(jié)構(gòu)和強(qiáng)大的給電子能力，具有較強(qiáng)抗氧化和抗菌等作用，其中部分還具有改善畜禽生長(zhǎng)性能的作用[1]。沒食子酸（Gallic acid，GA）是酚酸的一種，廣泛存在于五倍子、鎖陽(yáng)、地榆、刺三加等草藥中和山葡萄、石榴等水果中[2-10]。目前關(guān)于沒食子酸抗菌、抗炎、抗氧化及抗癌特性在人和小鼠等模式動(dòng)物上的研究較深入，但在畜禽生產(chǎn)上的研究和應(yīng)用報(bào)道較少。

文章介紹了沒食子酸的理化特性，對(duì)其發(fā)揮生物學(xué)活性的分子機(jī)理進(jìn)行了討論分析，并針對(duì)其在畜禽生產(chǎn)上的應(yīng)用進(jìn)行總結(jié)與展望，旨在為沒食子酸對(duì)畜禽健康調(diào)控的進(jìn)一步研究和生產(chǎn)上的科學(xué)應(yīng)用提供參考。

1 沒食子酸的理化特性和吸收利用

沒食子酸又名五倍子酸、棓酸，學(xué)名為3，4，5-三羥基苯甲酸（C7H6O5），分子質(zhì)量為170.12 u，是一種白色或淡黃色針狀結(jié)晶或粉末，通常以一水化合物（C7H6O5·H2O）的形式存在。沒食子酸含有3個(gè)酚羥基和1個(gè)羧基，其分子結(jié)構(gòu)如圖1所示[1]。

圖1 沒食子酸的分子結(jié)構(gòu)式

沒食子酸在自然界中來(lái)源廣泛，五倍子、鎖陽(yáng)、地榆、刺三加等草藥和芒果、石榴等水果中均含有沒食子酸。沒食子酸在我國(guó)已經(jīng)有幾十年的生產(chǎn)歷史，可以從五倍子等植物中直接提取，從五倍子和石榴皮等浸出液中分離的棓單寧在酸、堿、酶等催化作用下也可生成沒食子酸[9]。表1展示了近年來(lái)各種植物提取物中沒食子酸的含量，其中，馬桑皮提取物中沒食子酸含量最高，可達(dá)到10.79%左右[3]，五倍子提取物中棓單寧的含量高達(dá)18.3%，也可以作為沒食子酸的主要來(lái)源[6]。

表1 各種植物提取物中沒食子酸的含量

沒食子酸衍生物包括兩種類型：酯衍生物和兒茶素衍生物。沒食子酸最常見的酯衍生物是烷基酯，主要由沒食子甲酯（MG）、丙酯（PG）、辛酯（OG）、十二烷酯（DG）、十四甘酯（TG）和十六酯（HG）組成；主要的兒茶素衍生物是表兒茶素（EC）、表兒茶素沒食子酸酯（ECG）、表沒食子兒茶素（EGC）、加酸酯（GCG）和表沒食子兒茶素沒食子酸酯（EGCG）[11]。其中，EGCG 已被觀察到具有強(qiáng)大的抗癌活性和對(duì)心血管和代謝性疾病的保護(hù)作用，具有多種機(jī)制。由于強(qiáng)效抗氧化劑清除活性氧的特性，沒食子酸的衍生物如DG、PG、OG、TG 和HG 等，被廣泛應(yīng)用于食品制造和制藥行業(yè)[11]。

沒食子酸直接以中藥或者提取物形式口服時(shí)溶解度低，吸收效果差，首過效應(yīng)強(qiáng)，其在不同原料中的吸收效果也不同，所以在人中往往通過制成納米制劑藥片來(lái)提高其吸收率和生物利用度[12]。用結(jié)腸癌細(xì)胞Caco-2 單層膜進(jìn)行體外試驗(yàn)，模擬純沒食子酸在細(xì)胞屏障上的跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)，發(fā)現(xiàn)其質(zhì)子梯度下的表觀通透性系數(shù)為0.20×10-6cm/s[11]。沒食子酸的代謝部位在腎臟，在腎臟經(jīng)過甲基化、硫基化或者糖苷酸化后，原型和代謝產(chǎn)物于全身分布，最后經(jīng)膽汁和尿液排出[11]。

2 沒食子酸的生物學(xué)作用與機(jī)制

作為一種有機(jī)酚酸，沒食子酸因?yàn)槠漭^強(qiáng)的還原性，易與蛋白質(zhì)、酶以及細(xì)胞膜上受體發(fā)生反應(yīng)，激活或抑制一系列分子信號(hào)，發(fā)揮抑菌、抗氧化、抗炎及促進(jìn)物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)等生物學(xué)作用，前人對(duì)其功能的研究見表2[1]。

表2 沒食子酸的生物學(xué)功能

2.1 殺滅/抑制病原菌的作用

沒食子酸在體外有廣泛的抗菌活性。體外研究表明，沒食子酸通過調(diào)節(jié)大腸桿菌胞外多糖合成pgaABCD基因表達(dá)抑制大腸桿菌（E.coli）細(xì)胞壁的形成[14]；沒食子酸通過調(diào)節(jié)mdoH基因和OpgH蛋白的表達(dá)，有效抑制福氏志賀菌（Sh.flexneri）細(xì)胞膜的形成和活性[22]，并通過調(diào)節(jié)ICA操作子的表達(dá)，對(duì)金黃色葡萄球菌（S.aureus）有特異性的抗生物膜作用[23]。體內(nèi)研究證明，沒食子酸可抑制幽門螺桿菌生長(zhǎng)（H.pylori）[24]。

沒食子酸不僅可以抑制、殺滅細(xì)菌，而且也具有很強(qiáng)的抗真菌活性[14]。對(duì)新鮮黑塊菌進(jìn)行貯藏試驗(yàn)，觀察到?jīng)]食子酸的體外抗菌活性，假單胞菌屬、腸桿菌科和傘狀菌的存活率顯著下降，并且沒食子酸對(duì)所有被測(cè)的皮膚癬菌菌株紅色毛癬菌（T.rubrum）、小孢子菌（M.canis）、疣毛癬菌（T.verrucosum）和白念珠菌（C.albicans）均顯示抗真菌活性[25]。

You 等[15]研究表明，甲型H1N1 流感病毒對(duì)沒食子酸敏感，其在人體內(nèi)感染的過程會(huì)被沒食子酸抑制。沒食子酸也具有抗乙肝病毒活性[26]。GutiéRrez等[27]以沒食子酸強(qiáng)大的抗菌活性為理論基礎(chǔ)進(jìn)行改良，合成了甲氧芐啶等抗菌劑，用于治療某些微生物傳染病。

2.2 沒食子酸的抗氧化作用機(jī)制

核因子E2相關(guān)因子2（Nrf2）是一種轉(zhuǎn)錄因子，負(fù)責(zé)調(diào)節(jié)哺乳動(dòng)物細(xì)胞的氧化還原平衡和抗氧化及Ⅱ期解毒反應(yīng)[28]。應(yīng)激條件下，Keap 1中的——SH基團(tuán)的修飾或Nrf2 的磷酸化促進(jìn)了Nrf2 與Keap 1 的解離以及Nrf2 向核的移位。在與Maf 肌肉腱膜纖維肉瘤癌基因同源物重組蛋白（MAF）結(jié)合后，Nrf2激活A(yù)RE（抗氧化反應(yīng)元件，antioxidant response element），增加Nrf2 調(diào)控抗氧化酶基因[例如血紅素氧化酶（oxygen?ase-1，HO-1）、谷胱甘肽巰基轉(zhuǎn)移酶（Glutathione Stransferase，GST）、磷酸酰胺腺嘌呤二核苷酸醌氧化還原酶-1（NADPH quinineoxidoreductase-1，NQO-1）]的轉(zhuǎn)錄[29]。Zhang 等[30]用沒食子酸預(yù)處理人肝臟癌細(xì)胞HepG 后使用H2O2建立氧化損傷模型，發(fā)現(xiàn)沒食子酸處理組的Nrf2和HO-1表達(dá)水平顯著上升，從而提高了下游抗氧化酶谷氨酸半胱氨酸連接酶（glutamatecysteine ligase modifier，GCLM）和過氧化氫酶（cata?lase，CAT）的表達(dá)。當(dāng)抑制HepG2細(xì)胞的Nrf2基因轉(zhuǎn)錄時(shí)，沒食子酸引起的HO-1和NQO-1表達(dá)上調(diào)被抑制。Tanaka等[17]研究發(fā)現(xiàn)，通過敲除Nrf2可顯著降低沒食子酸誘導(dǎo)的抗氧化酶NQO-1、HO-1、CAT 和GCLM 的表達(dá)，提示沒食子酸對(duì)Nrf2靶向抗氧化基因的上調(diào)作用，從而提高抗氧化酶的活性。Pandurangan等[31]研究表明，沒食子酸可導(dǎo)致Nrf2 下游靶點(diǎn)的NQO-1 和二磷酸尿苷葡糖醛酸轉(zhuǎn)移酶（uridine di?phosphate-glucuronosyltransferases，UDP-GT）的表達(dá)增加，從而保護(hù)結(jié)腸黏膜，緩解結(jié)腸炎，降低結(jié)腸癌的發(fā)病風(fēng)險(xiǎn)。沒食子酸可能是通過激活Keap1-Nrf2 通路，但在畜禽上的具體作用機(jī)制未見報(bào)道。

2.3 沒食子酸緩解炎癥作用機(jī)制

核轉(zhuǎn)錄因κB信號(hào)（Nuclear factor kappa beta，NFκB）通路在免疫調(diào)節(jié)、炎癥、應(yīng)激反應(yīng)和細(xì)胞凋亡等方面發(fā)揮著重要作用。在病原刺激過程中，白細(xì)胞介素-1β（interleukin，IL-1β）和腫瘤壞死因子-α（tumor necrosis factor，TNF-α）等炎癥因子刺激髓核細(xì)胞激活I(lǐng)-κB激酶，使I-κB蛋白在泛素化和磷酸化后降解，并暴露于NF-κB 二聚體，特別是二聚體p65-p50。然后，p65 被磷酸化，p65-p50 被導(dǎo)入細(xì)胞核，二聚體p65-p50 在進(jìn)入細(xì)胞核后激活轉(zhuǎn)錄因子，同時(shí)在細(xì)胞核內(nèi)被組蛋白乙酰轉(zhuǎn)移酶（HATS）乙?；Ｒ阴；膒65抑制了其與IκBα的結(jié)合能力，導(dǎo)致NF-κB信號(hào)通路的持續(xù)激活[32]。有研究發(fā)現(xiàn)，沒食子酸可以抑制NF-κB途徑上游的促炎因子TNF-α和IL-1β/6誘導(dǎo)的p65磷酸化，抑制p65-p50向細(xì)胞核的轉(zhuǎn)移，阻抑NFκB 途徑的激活，降低血栓形成素4、分解素和金屬蛋白酶的分泌，防止腰椎間盤退變[33]，抑制IL-4/10 釋放，則可以降低結(jié)腸炎肺炎和肺氣腫，酒精性肝炎和酒精性胃潰瘍的發(fā)病風(fēng)險(xiǎn)[17]。Yang等[34]發(fā)現(xiàn)5 μg/mL沒食子酸可通過抑制A549 肺癌細(xì)胞的p65 乙酰化抑制LPS誘導(dǎo)的NF-κB信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)從而抑制誘導(dǎo)型一氧化氮合酶（inducible nitric oxide synthase，iNOS）和環(huán)氧化酶-2（cyclooxygenase-2，COX-2）的表達(dá)。Liu等[19]使用5%右旋糖酐硫酸鈉建立潰瘍性結(jié)腸炎模型的大鼠經(jīng)1、2 mL/kg和10 mL/kg沒食子酸處理后，發(fā)現(xiàn)沒食子酸處理減緩了右旋糖酐硫酸鈉誘導(dǎo)的TLR依賴的磷酸化PI3K/AKT/NF-κB 的表達(dá)水平升高，從而減輕潰瘍性結(jié)腸炎損傷，降低丙二醛（Malondialdehyde，MDA）、腫瘤壞死因子α、IL-1、IL-6、TLR-4（Toll 樣受體4，Toll like reactor 4）、p-PI3K(磷酸化磷酸肌醇-3-激酶，phosphorylated phosphoinositide-3-kinases)、p-AKT（磷酸化蛋白激酶A，phosphorylated protein kinases A）、p-NF-κB 水平，升高SOD（超氧化物歧化酶，superoxide dismutase）、GSH-Px（谷胱甘肽過氧化氫酶，glutathi?one peroxidase）、CAT 和IL-10 水平，其中10 mL/kg 沒食子酸處理組效果最佳?？梢姡瑳]食子酸調(diào)節(jié)炎癥反應(yīng)的作用對(duì)維持腸道健康的策略具有重要意義。因此，進(jìn)一步研究揭示其在特定動(dòng)物及其不同生理階段下抑制動(dòng)物腸道炎癥的機(jī)制十分必要。

3 沒食子酸在畜禽養(yǎng)殖中的應(yīng)用

目前關(guān)于沒食子酸在畜禽生產(chǎn)上的研究報(bào)道較少，現(xiàn)有研究顯示，沒食子酸在改善動(dòng)物生長(zhǎng)性能和健康方面具有顯著作用。

3.1 沒食子酸改善畜禽生長(zhǎng)性能和肉、蛋品質(zhì)的作用

在飼料中添加沒食子酸，能通過改善動(dòng)物機(jī)體的代謝能力，提高生長(zhǎng)性能和改善肌肉和蛋的品質(zhì)。Samuel 等[35]在1 日齡愛拔益加肉雞飼糧中添加75～100 mg/kg 純度為90%的沒食子酸提高了飼料轉(zhuǎn)化率，當(dāng)沒食子酸的添加量為100 mg/kg和150 mg/kg時(shí)可提高42日齡肉雞胸肌率。Star?evi?等[36]在羅斯雞飼糧中添加5 g/kg沒食子酸后發(fā)現(xiàn)，35日齡羅斯雞血漿n-3多不飽和脂肪酸含量和胸肌脂肪沉積增加，同時(shí)降低肝臟膽固醇含量。Lee 等[37]研究發(fā)現(xiàn)，飼糧添加1%沒食子酸和亞麻油（1：1）混合物的35 日齡羅斯雞大腿中總酚含量、1，1-二苯基-2-吡啶酰肼（DPPH）自由基清除活性、2，2-偶氮-（3-乙基苯并噻唑啉-6-磺酸）（ABTS+）還原活性和還原力顯著提高，降低貯藏第7 d 的胸肌揮發(fā)性鹽基氮含量，同時(shí)大腿肌肉儲(chǔ)存時(shí)細(xì)菌豐度增加慢于對(duì)照組，說(shuō)明飼料添加沒食子酸后的雞肉更不易腐敗而耐儲(chǔ)存。Jung 等[38]在蛋雞飼糧中添加1%沒食子酸和亞麻油（1：1）的混合添加劑可以提高雞蛋的抗氧化能力，降低蛋黃的MDA含量，提高蛋清的總抗氧化能力，提高蛋黃的脂肪酸含量，降低膽固醇水平。

3.2 沒食子酸對(duì)畜禽機(jī)體抗氧化作用

飼料添加沒食子酸可以提高動(dòng)物機(jī)體抗氧化能力，減輕氧化損傷。Samuel等[35]在1日齡愛拔益加肉雞飼糧中添加75～100 mg/kg純度為90%的沒食子酸時(shí)，發(fā)現(xiàn)其上調(diào)21日齡肉雞血漿總抗氧化能力和總超氧化物歧化酶活性，降低了MDA含量。Al-sagheer 等[39]在新西蘭白兔飼糧中添加500 mg/kg沒食子酸，有效改善了熱應(yīng)激對(duì)白兔生長(zhǎng)性能和血液生化特性的負(fù)面影響，顯著增加了白細(xì)胞、淋巴細(xì)胞和異嗜細(xì)胞的數(shù)量，提高過氧化氫酶活性，降低谷胱甘肽過氧化物酶和丙二醛的含量，還顯著提高了其對(duì)粗蛋白的消化率。以上研究表明，日糧中添加沒食子酸能增加畜禽體內(nèi)抗氧化酶活性，清除過量自由基類物質(zhì)，減少機(jī)體氧化損傷。

3.3 沒食子酸改善腸道健康的作用

腸道健康是動(dòng)物正常生長(zhǎng)的重要保證。除了抗氧化作用，沒食子酸還能通過改善腸道微生物群落和緩解腸道炎癥來(lái)改善腸道健康。Ma?ek 等[40]發(fā)現(xiàn)，飼糧添加5 g/kg 沒食子酸能改善35 日齡羅斯雞盲腸微生物發(fā)酵狀態(tài)，使得盲腸內(nèi)容物pH 降低，甲酸、乙酸和丁酸等短鏈脂肪酸含量增加，盲腸抗病能力增強(qiáng)。Lawal 等[41]研究則發(fā)現(xiàn)，飲水中添加1～3 ml/L 沒食子酸，能有效改善黃曲霉毒素導(dǎo)致的肉雞回腸黏膜結(jié)構(gòu)的破壞和炎性浸潤(rùn)，從而緩解了黃曲霉素攻毒導(dǎo)致的肉雞腸道消化吸收功能的損傷和生長(zhǎng)性能的下降。

沒食子酸可直接作用于腸道上皮，促進(jìn)動(dòng)物腸道對(duì)其他營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的吸收。在豬小腸上皮細(xì)胞IPEC-J2上的試驗(yàn)表明，沒食子酸可能提高空腸特異性緊密連接蛋白的表達(dá)，使其完整性增加，50 μmol/L處理細(xì)胞時(shí)經(jīng)皮電阻相對(duì)減小36%，有利于物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)[41]。此外，沒食子酸對(duì)腸上皮細(xì)胞對(duì)陽(yáng)離子氨基酸、精氨酸和賴氨酸的攝取有積極影響，其機(jī)理可能為介導(dǎo)了陽(yáng)離子氨基酸轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白-1（CAT-1）的表達(dá)[21]。沒食子酸對(duì)陰離子氨基酸的轉(zhuǎn)運(yùn)有積極影響，但具體的作用機(jī)制尚待進(jìn)一步研究[11]。

綜上所述，沒食子酸可在飼料和飲水中添加提高動(dòng)物生長(zhǎng)性能和機(jī)體抗氧化能力，緩解炎癥損傷和改善盲腸微生物群落來(lái)改善腸道健康，改善肉蛋品質(zhì)，延長(zhǎng)產(chǎn)品保存時(shí)間。歐盟食品安全局（EFSA）推薦飼料中添加沒食子酸的安全劑量為不大于5 mg/kg[40]，而實(shí)際生產(chǎn)中作為飼料添加劑沒食子酸應(yīng)用研究報(bào)道均顯示有效劑量往往在此之上，且針對(duì)具體動(dòng)物品種和日齡的劑量選擇存在差異。

4 總結(jié)與展望

目前沒食子酸在人和小鼠等模式動(dòng)物上已經(jīng)有了廣泛的研究。沒食子酸本身吸收效果較差，但是對(duì)促進(jìn)其他營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的轉(zhuǎn)運(yùn)有積極效果，在促進(jìn)負(fù)電氨基酸的轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)制還需進(jìn)一步研究。

沒食子酸有廣泛的抗菌抗炎抗氧化作用，同時(shí)也具有促生長(zhǎng)作用，但是作為飼料添加劑長(zhǎng)期使用中，為了達(dá)到理想的效果可能會(huì)超過安全標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)動(dòng)物腸道和機(jī)體的不利影響并沒有得到有效評(píng)估。未來(lái)需要在特定動(dòng)物及其不同條件下研究沒食子酸對(duì)動(dòng)物腸道作用的具體機(jī)制，以便得出科學(xué)的添加量和添加劑型。