植物提取物替代抗生素在仔猪肠道中的应用

崔志娟，肖定福，陈宇光

（湖南农业大学动物科学技术学院，长沙 410128）

众所周知，抗生素作为饲料添加剂，可以增强肠道微生物的活性，改善肠道菌群，从而预防疾病，促进生长。然而，随着抗生素的应用，抗生素引起的耐药性和药物残留问题越来越严重，引起了消费者的广泛关注，许多国家已经禁止使用抗生素作为饲料添加剂[1]。因此，寻找能够有效、绿色替代抗生素的新型添加剂已迫在眉睫。植物提取物因其强大的功能和环保功能而受到研究者和农民的关注。研究开发新型植物提取物作为饲料添加剂替代抗生素已成为一种趋势。添加剂是一种天然植物提取物或各种天然植物或其部分为原料，提取由物理或生物发酵处理，有营养，促进生长，提高饲料利用率和动物产品的质量，如功效和活性成分的内容清晰，可衡量的和更稳定的人类和动物没有任何副作用的饲料添加剂。

1 植物提取物的主要化学成分

植物中含有的化学成分非常复杂，其中一些具有明显的生物活性和药用作用，通常被称为有效成分。目前，天然植物提取物的研究报道较多，包括皂苷、生物碱、多糖、挥发油、有机酸等。

1.1 皂苷

皂苷是一类广泛存在于高等植物中的苷类化合物[2]。其水溶液在摇动时会产生肥皂泡沫。皂苷的结构特点是含有甾体或三萜糖苷和一个或多个糖链（如水解后可生成糖和非糖化合物，非糖部分称为糖原，通常为酚类、蒽醌类、黄酮类等化合物）[3]。研究表明，黄酮类化合物具有抗氧化、抗炎、抗癌等作用[4]。也有报道称蒽醌具有抗氧化和抗癌作用[5-6]。日常生活中的人参含有皂苷，已被证明具有抗衰老和抗遗忘作用[7]。

1.2 生物碱

生物碱是一组复杂的含氮化合物，来源广泛，包括蚂蚁、牧豆树属、千屈菜科、羽扇豆属、黄睡莲等[8-9]。生物碱结构呈环状，不溶于水，能与酸形成盐，具有一定的旋光度和吸收光谱，且大多具有苦味。生物碱存在于生物体中，是几种主要和次要化合物的混合物[10]。被用于许多疾病的治疗，如抗癌药物、抗疟药和止痛剂，以及帕金森病、高血压和中枢神经系统疾病的治疗[8,11]。

1.3 多糖

糖类是中药及其提取物中常见的一种物质。按其组成可分为单糖、寡糖和多糖3种。从高等植物中提取的多糖大多是相对无毒的，不会引起明显的副作用[12]。研究表明，植物多糖具有抗氧化、抗肿瘤、抗炎和免疫调节作用[13-14]。茶多糖、枸杞多糖、黄芪多糖得到了广泛的关注，许多相关研究证明这些多糖具有良好的作用[15-16]。

1.4 精油

挥发油主要从芳香族植物中蒸馏而来，芳香族植物中含有多种挥发性分子，如萜类化合物、酚类化合物和脂肪族化合物。挥发油不溶于水，大多数挥发油没有固定的沸点和冰点。挥发油具有抗菌、抗氧化、抗病毒等诸多良好效果[17-18]。

1.5 有机酸

有机酸是一种酸性有机化合物，广泛分布于植物的叶子、根部，特别是中草药的果实中，如黑莓、五味子和覆盆子。常见的有机酸有草酸、苹果酸、苯甲酸、水杨酸等。一般认为，膳食有机酸或其盐降低胃的pH，导致蛋白水解酶活性和胃滞留时间的增加，从而改善蛋白质消化。有机酸在刺激胰腺分泌物的同时，还可能影响黏膜形态，在中间代谢中起底物的作用。在饲料中添加有机酸可提高断奶仔猪的生长性能、饲料利用率和肠道健康[19]。

2 植物提取物的主要功能

2.1 抗氧化作用

自由基是在动物身体的新陈代谢过程中产生的。但是过量的自由基会破坏生物膜，容易对机体造成氧化损伤，影响动物的生产性能。因此，自由基∕活性氧（ROS）与炎症、衰老和癌症密切相关[20]。自由基与多种细胞化合物发生反应，产生氧化还原反应，在病理条件下可引起正常细胞的结构和功能改变。植物提取物通过直接清除或抑制自由基，抑制氧化酶活性，提高抗氧化酶活性，螯合和钝化过渡金属离子，在抗氧化活性中发挥着重要作用。研究表明，马鞭草科植物对DPPH自由基有较强的抑制作用，这可能是由黄酮类化合物和苯丙基糖苷引起的[21]。Chen等研究发现，茶多糖具有清除羟基自由基的能力，在小鼠微粒体脂质过氧化体系和铁诱导的微粒体脂质过氧化体系中均表现出显著的抗氧化活性[15]。此外，杜仲还可以通过降低自由基的水平，改善氧化应激引起的疾病状态[22]。山楂及其黄酮类化合物能显著降低血清和肝脏丙二醛（MDA）含量，提高红细胞和肝脏超氧化物歧化酶（SOD）活性，促进谷胱甘肽过氧化物酶（GSH-Px）活性从而提高大鼠的抗氧化能力。用枸杞多糖治疗的糖尿病小鼠与未治疗的糖尿病小鼠相比，治疗后的小鼠体重增加明显，SOD活性和MDA 含量均有提高。也有研究发现，曲芦丁能显著提高d-半乳糖处理小鼠SOD、过氧化氢酶（CAT）和GSH-Px 活性的抗氧化能力，并能减轻小鼠肾脏的氧化损伤[23]。Burda 等研究结果表明，黄酮类化合物骨架c-3位具有游离羟基的黄酮醇对a-胡萝卜素氧化具有较高的抑制活性[24]。

2.2 抗菌作用

植物提取物含有多种活性因子，可干扰病原微生物的代谢，从而有效抑制和杀灭细菌和病毒。Kalemba 报道称，酚类或醛类通过干扰膜结合或相关酶蛋白而停止生产或活性，而酚类也会破坏脂多糖的外层，导致外膜的部分解体[18]。Dorman 等研究表明，金雀花醇、丁香酚、百里酚等具有酚类结构的成分对实验微生物具有较高活性[17]。金黄色葡萄球菌是一种毒性特别强的微生物，可导致多种健康状况，包括骨髓炎、心内膜炎和菌血症。许多文献报道植物中的某些成分可有效抑制金黄色葡萄球菌。植物提取物对幽门螺杆菌有明显的体外抑制作用，小茴香、小檗碱、蜂胶、巴戟天对11 株临床感染的幽门螺杆菌bb0 也有较好的抗菌活性[17,25-26]。在抗菌活性方面，诃子叶提取物总黄酮与环丙沙星、庆大霉素、卡那霉素、氧氟沙星、头孢氨苄等最有效的抗生素效果相当[27]。

2.3 促生长作用

提高畜禽生产性能对养殖业具有重要意义。畜禽生产性能低下，增长缓慢，给养殖企业带来巨大的经济损失。因此，有必要提高畜禽的生长性能。

同时，大量报道证实植物提取物能有效提高畜禽的生长性能。以百里香和肉桂为原料，结果表明，添加挥发油提取液对鸡的采食量有显著影响[28]。在哺乳母猪饲料添加辣椒、香菜和肉桂醛的混合物，21 日龄仔猪日增重明显高于其他组，得出一些植物提取物可提高断奶仔猪生长性能[29]。在仔猪饲料中添加植物甾醇也能显著降低仔猪的腹泻率和仔猪血清胆固醇和丙二醛水平[30]。Chent 等研究表明，牛膝多糖可有效提高仔猪的生长性能和防御能力，因为牛膝多糖可以降低仔猪的腹泻率，提高平均每日食物摄入量[31]。在育肥猪中，甲酸盐对提高生长性能最有效，富马酸盐次之。这些酸改善饲料中断奶仔猪和育肥仔猪的增重比。此外，Ahmed等研究表明，白藜芦醇组断奶仔猪的日增重和平均日采食量较对照组明显改善[32]。

2.4 免疫调节

植物提取物相对分子质量小，容易刺激免疫功能，具有明显免疫增强作用。植物提取物的免疫调节作用可通过促进细胞因子的产生，激活NK细胞和T、B 细胞，激活补体系统，促进抗体的产生来实现。植物多糖具有刺激巨噬细胞、淋巴细胞增殖和激活补体的作用。生物学活性实验表明，黄芪多糖对脾脏淋巴细胞增殖有抑制作用，半乳甘露聚糖在体内外均有明显吞噬增强作用。在仔猪饲料中添加牛膝多糖，可提高仔猪细胞因子、血清免疫球蛋白（IgA、IgM）、IFN-γ水平，从而提高仔猪的免疫能力[31,33]。在仔猪感染生殖呼吸综合征病毒（PRRSV）试验中，添加植物提取物显著增加仔猪第14天B细胞和T细胞与对照组相比，证明喂养植物提取物小猪可以增强其免疫反应[34]。同时，饲料中添加的甘蔗提取物也可能通过增加仔猪NK细胞的毒性作用和仔猪单核细胞的吞噬作用，对PRRS具有保护作用[35]。饲粮中添加刺五加提取物还可提高血清IgG、IgM 含量和脾脏指数，提高仔猪免疫功能。白藜芦醇和挥发油的组合在断奶仔猪中有增加IgG水平的相关文献也有被报道[32]。

2.5 抗炎作用

炎症反应是临床常见的病理过程，可发生在机体各部位的组织和器官中。当身体产生炎症反应，炎性因子NF-B、TNF-α和IL-1会上调以及iNOS和cox-2的表达增加[34,36]。Liu 等发现，植物提取物能降低仔猪血清TNF-α 和IL-1 水平，提高IL-10 水平，增强PRRSV 感染仔猪的抗炎作用[34]。此外，相关文献还报道，一些植物提取物具有不同程度的抗炎作用[37-38]。Chen等研究表明，金针菇多糖能显著降低正常和烧伤大鼠血清和结肠中CD4+、CD8+、ICAM-1和髓过氧化物酶（MPO）的水平，表明金针菇多糖对烧伤大鼠具有较强的抗炎活性[15]。在半乳糖诱导的小鼠炎症反应中，三羟色胺对iN-OS、COX-2 和EP2 的表达均有明显的抑制作用[23]。鹊肾树叶提取物和大黄酚对脂多糖诱导的小鼠炎症有抗炎作用，其作用机制可能与降低COX-2 等有关[39]。丹参种子水提物2.5～10 和2.5 g · kg-1对急、慢性炎症均有剂量依赖性作用，表现出较好的抗炎作用。此外，三七总皂苷对急性肺损伤小鼠的治疗后，发现三七总皂苷具有良好的抗炎作用[36]。

2.6 抗肿瘤

肿瘤是指在多种致瘤因素的作用下，局部组织增生形成的新生物。如果猪得了肿瘤，这些肿瘤会侵蚀猪的器官，导致这些器官功能丧失和严重营养不良。因此，预防和治疗猪肿瘤十分必要。Huang等发现，大黄中的大黄素、芦荟大黄素和大黄酸能抑制细胞增殖，影响p53 及其下游p21 通路，抑制肿瘤细胞摄取葡萄糖引起膜相关功能的改变，从而发挥抗肿瘤作用[5]。研究发现，枸杞多糖、人参多糖、黄芪多糖、香菇多糖等多糖均有一定的抗肿瘤作用[14,38]。还有研究表明，龙胆和臭柏的两种提取物通过上调FasL、caspase 3 和caspase 9 的表达而抑制Hepg-2 和K562 细胞的生长，而FasL、caspase 3 和caspase 9 的表达与细胞凋亡有关，降低细胞存活率，诱导细胞凋亡[40]。芹菜素可以通过阻断细胞周期进程和诱导凋亡来抑制人膀胱癌t-24 细胞的增殖[41]。Hofer 等研究表明，蝙蝠草提取物具有抗增殖和促凋亡的作用[42]。有研究发现，高剂量的马鞭草和生姜中的[6]-姜辣素和[6]-姜酮酚也能产生抗肿瘤增强作用[43]。柳树提取物中的代谢产物可作为肿瘤抑制剂，促进细胞凋亡，引起DNA 损伤，并影响细胞膜或变性蛋白。由此可见，植物提取物作为抗肿瘤物质具有广阔的应用前景。

2.7 抗应激

许多研究表明，植物提取物在动物应激中起着重要作用。Bishayee等用薇甘菊根提取物预处理的小鼠能抵抗各种应激条件，如游泳时间和对低氧的耐受性[44]。同时，石菖蒲提取物通过提高免疫细胞的抗氧化能力来调节应激减弱的免疫应答[45]。芦笋、孜然、人参提取物在不同胁迫模式下均有抗应激作用[46-47]。将香芹酚、辣椒油树脂与肉桂醛的混合物提取物（浓度为271.2 mg·kg-1）添加到猪饲料中，能有效地保护猪血液淋巴细胞免受 DNA 氧化损伤，在饲粮提示引起的氧化应激下，对免疫系统具有潜在的有益影响[48]。

3 植物提取物在仔猪肠道中的应用

仔猪的肠道机制尚未完全发育，其全部或部分营养物质在断奶前由母乳提供。事实上，肠道是胃肠道（GIT）的重要组成部分，是消化、吸收养分和水以及矿物质交换的主要场所。其有一个复杂的微生物群和一个高度进化的黏膜免疫系统[49]。然而，断奶后仔猪面临饲料、环境等各种外部环境因素的压力，使仔猪经常出现食欲不振、消化功能紊乱，引起肠道屏障受损，肠道形态发生改变，导致腹泻和生长缓慢的现象[50-51]。

大量研究发现，植物提取物可以改善断奶仔猪的肠道损伤。Hu 等研究表明，添加植物甾醇0.2 g · kg-1可显著降低仔猪腹泻率，改善仔猪肠道形态，提高十二指肠和空肠绒毛高度和隐窝深度比[30]。某些植物提取物的混合物还可通过改善小肠中的微生物和绒毛高度改善肠道健康[52]。Bontempo 等研究表明，使用基于绿茶和石榴皮的植物提取物改善了断奶仔猪的肠道健康和微生物生态，从而降低了大肠杆菌感染的严重程度[53]。研究发现，山茶全草提取物还能降低仔猪肠道内某些潜在致病菌的数量，从而改善动物健康。海藻提取物、单宁和中药提取物可改善肠道功能[54-55]。饲粮中添加决明子多糖和桑叶多糖对仔猪有一定的作用，能促进仔猪肠道乳酸杆菌的生长，减少大肠杆菌的产生，其中决明子的添加量为8%，桑叶多糖的添加量为0.9 g·kg-1效果最好[56]。Li等研究发现，精油能提高空肠绒毛高度与隐窝深度的比值，增加结肠中乳酸菌与大肠杆菌的比例[57]。精油还能提高空肠胰蛋白酶和糜蛋白酶的活性。饲料中添加有机酸还可以降低肠道pH，提高饲料的消化率。苯甲酸能降低小肠pH，增加绒毛高度与隐窝深度之比，减少隐窝深度，减少大肠埃希菌[58-60]。