植物类化学物质对家禽氧化应激和免疫反应的潜在功能

安芳芳，徐端红

（河南农业职业学院，河南郑州 451450）

1 前言

植物化学物质是一种从植物和真菌等自然资源中提取的无营养但功能强大的化合物，将植物化合物分为4大类：多酚类、萜类、生物碱类和含硫植物化学物质。尽管它们对常规的机体功能不是必需的，但在哺乳动物研究中，其具有改善健康状态，缓解疾病的作用，使其成为家禽工业中有前景的天然饲料添加剂。

影响动物生产、繁殖性能及福利的因素很多，其中包括各种应激源和炎症反应。Gessner等（2017）对植物多酚的抗氧化和抗炎能力进行综述，提出氧化应激与农场动物炎症之间可能存在联系。有趣的是，许多哺乳动物研究中都讨论了氧化应激和炎症之间的潜在相互作用，特别是在了解特定疾病病理过程中，或评估某些药物治疗某些疾病的有效性方面（闫安和谢云亮，2018）。尽管这些哺乳动物的研究是农场动物领域的一个新的研究课题，但其为转诊提供了一个详细的平台。

应激是一个包括很多步骤的过程，可以通过各种因素刺激和激活，其中氧化应激和炎症损伤是多阶段过程，任何积极的营养调控作用可能是几种不同机制的总和以及针对信号转导通路的组成，因此研究这一过程具有重要意义（Calabrese等，2008）。转录因子是一种蛋白质复合物，通过结合特定的DNA序列，在生物和环境刺激下作用于信号级联下游，调控基因信息从DNA到mRNA的转录，因此，转录因子在启动、刺激或终止基因转录过程中是有效的（Haddad等，2002）。氧化应激相关基因的转录调控主要是两个氧化还原敏感转录因子（Nrf2）和核转录因子（NF-κB）。在蛋白质水平上激活Nrf2和抑制NF-κB进一步说明免疫调节机制与抗氧化机制密切相关，具有这种调节作用的植物化学物质值得探讨。考虑到上述观点，本文讨论了现有的和有潜力的植物化学物质对抗氧化和免疫调节的功效，并进一步综述植物化学物质诱导Nrf2和NF-κB通路的变化，开发有效的方法来解决或缓解这些复杂情况成为现代畜牧业的一个新挑战。

2 家禽业面临的氧化应激和炎症挑战

应激的概念最早由Selye（1936）提出，定义为“身体对任何需求的非特异性反应”。其定义一直被其他科学家不断修订和发展，如Koolhaas等（2011）进一步提出应激概念，认为应激是负面事件，当反应超出机体现有适应能力时就可以视为应激。应激是当前家禽养殖业中不可避免的一种现象，商业肉鸡生产正面临着各种应激因素，导致生长肉鸡和蛋鸡的生产性能下降。氧化应激定义为机体氧化、还原不平衡形成的细胞损伤，是现代家禽业面临的严重问题之一。在家禽发育过程中，氧化应激往往会对脂质、DNA、蛋白质等细胞成分造成损伤，严重破坏细胞完整性，甚至组织损伤（张婵娟和刘永福，2017）。热应激是引起氧化应激的主要因素，家禽散热能力差是导致其无法避免热应激的先天限制。此外，饲料变质可能导致热应激负面效应更加恶化。

炎症是一种基本的、局部的生理过程，经常引起动物体内氧化状态失衡，是对感染、创伤、致病菌侵入、物理、化学或热应激等形式的伤害性刺激的保护性反应。炎症反应是一系列由特定血管、体液和细胞组成的动态协调反应，其特征是液体、血浆和炎症性白细胞（包括中性粒细胞、嗜碱性细胞和巨噬细胞）向炎症部位运动（Huang和Lee，2018）。

在动物体内，炎症过程就像一把双刃剑。潜在的病理情况不可避免，在家禽生产工业中，一旦暴露于外部应激，适度的炎症反应是必要的，以保护动物免受应激的即时威胁。但炎症过程需要消耗大量能量。Lee等（2017）发现，脂多糖注射液可降低肉鸡日增重高达22%，其中41%的损失来自于参与免疫反应，其余59%来自于饲料采食量的减少。同时，急性期反应发生导致采食受到抑制，这些都会降低养殖盈利和产品质量，甚至危及动物健康。据报道，为了追求商业肉鸡的最佳生长性能而进行遗传选择，导致机体免疫潜力降低，因为建立强大的免疫反应将为生长重新分配能量。现代家禽的饲养密度大，炎症加剧且频繁发生，特别是在抗生素禁用后。因此，平衡生长表现和增强免疫力至关重要，而炎症是一种基本的、局部的生理过程，是机体对感染、创伤、病原体等形式刺激的保护性反应。

3 植物化学物质对家禽氧化状态和免疫抑制的改善作用

3.1 葡萄果渣 葡萄渣主要是葡萄酒工业残留产物。随着对工业副产物生物活性成分的日益重视，葡萄渣中酚类物质因其具有较强的自由基清除作用和抗氧化作用而得到广泛研究和应用。此外，葡萄渣中酚类物质还具有良好的免疫调节潜力，尤其是在帮助家禽对抗新城疫病毒方面。Iqbal等（2015）研究了葡萄多酚作为维生素E替代品的抗氧化和免疫修饰活性潜力，结果表明，肉鸡胸部和腿部肌肉中总酚含量从50 mg/kg线性增加到75 mg/kg，并伴有硫代巴比妥酸含量的降低。此外，在葡萄多酚含量低或高（25和75 mg/kg）的情况下，与相应的对照组相比，新城疫抗体滴度增加。同时，组织病理学检查显示，在日粮中添加25 mg/kg葡萄多酚对鸡肝脏和肾脏没有不良影响，说明葡萄多酚可以刺激细菌抗体的产生，但不会对宿主免疫器官造成损害。同样，Ebrahimzadeh等（2018）研究发现，与维生素E补充剂组相比，日粮添加7.5%葡萄渣可提高血清抗氧化指数，如超氧化物歧化酶、谷胱甘肽过氧化物酶活性和降低丙二醛浓度。

3.2 姜黄素 姜黄素是姜黄根茎中主要的具有生物活性的多酚类化合物，通过其强大的抗氧化活性调节机体抗氧化和免疫状态。有研究认为，黄曲霉毒素对家禽业的负面影响可以通过姜黄素来解决，如Yarru等（2009）研究表明，添加0.5%姜黄粉（饲料中姜黄素为74 mg/kg）可减轻黄曲霉毒素对鸡肝脏超氧化物歧化酶和谷胱甘肽s-转移酶基因的抑制作用，而黄曲霉毒素引起的促炎白细胞介素-6基因表达增加也因其抗炎活性而下调。Gowda等（2008）研究显示，与对照组相比，444 mg/kg姜黄素组血清总抗氧化水平升高，同时提高了血清白蛋白浓度。此外，由于淋巴细胞增殖是检验鸡细胞免疫的另一指标，姜黄素组脾脏B淋巴细胞和T淋巴细胞增殖增强，提示姜黄素对免疫器官具有免疫调节作用。

3.3 蘑菇 蘑菇作为食物已有几个世纪的历史，因为它们有较好的口感和很高的营养价值，含有大量生物活性物质，如酚类、多糖和有机酸，在疾病治疗和预防方面广受关注，尤其是抗氧化、免疫调节，甚至抗肿瘤功能。Vargas-Sanchez等（2018）研究表明，平菇总酚含量为30.0 g/kg，总黄酮含量为25.0 g/kg，多糖含量为340.0 g/kg，在鹌鹑日粮中添加平菇粉具有清除自由基的效果，且在不影响生长性能的情况下改善肉质。哺乳动物和家禽研究中蘑菇多糖因其免疫调节作用而被广泛研究。从平菇中提取的多糖在抗绵羊红细胞一次和二次注射后的第7天和第14天增强了抗体效价，如总免疫球蛋白、免疫球蛋白M和G浓度。此外，这些多糖提取物还能减少因艾美耳菌属混合感染引起的卵囊数。另一方面，胃肠道在抵抗动物体内潜在的免疫抑制应激源方面具有重要作用，提示肠道参数是评价动物免疫健康状况的潜在指标，而食用菌中多糖对空肠绒毛高度和隐窝深度的增加有一定促进作用（Fard等，2014）。

3.4 灵芝 灵芝是一种真菌，已有2000多年的历史，其药理作用包括抗氧化、抗炎、抗菌和免疫调节作用，这些主要来自其活性成分，如多糖和三萜。由于黄曲霉毒素被认为是家禽生产中最常见的霉菌毒素之一，已有研究利用黄曲霉毒素的促氧化产生氧化应激和免疫抑制作用，研究饲粮中添加灵芝对机体的改善作用。如在饲粮中添加黄曲霉毒素B1后，鸡肝脏过氧化氢和丙二醛水平明显升高，血清免疫球蛋白受到抑制，但在饲粮中添加灵芝粉后，这些负面影响得到改善。另一方面，血清免疫球蛋白G和A水平高于对照组，结果表明，在黄曲霉毒素B1污染的日粮中添加灵芝粉可有效改善黄曲霉毒素B1带来的影响（Liu等，2016）。AL-Zuhariy等（2017）研究表明，与添加黄曲霉毒素B1的对照组相比，在饲料中添加0.2%灵芝粉45 d后，肝脏和脾脏过氧化氢和丙二醛浓度最低，抗氧化指数提高。这些研究表明，灵芝多糖具有减轻免疫抑制、提高抗氧化能力、减轻黄曲霉毒素B1对家禽的负面影响。

3.5 连翘 连翘是一种药用植物，分布在中国、日本和韩国，近年来，其抗氧化作用得到广泛研究。Wang等（2008）报道，与对照组相比，日粮添加100 mg/kg连翘提取物提高了高温条件下肉鸡血清总抗氧化能，降低了丙二醛浓度，同时改善了肉鸡的饲料转化率。皮质酮是肉鸡应激反应的一种常用刺激物，据报道，添加连起提取物可改善皮质酮引起的肉鸡平均日增重和饲料转化率下降，同时降低血清丙二醛水平，提高超氧化物歧化酶和总抗氧化力（Pan等，2018）。

4 家禽氧化应激和炎症有关的转录因子

4.1 核因子（红血球源性2） Nrf2转录因子作为编码抗氧化反应的结合抗氧化反应元素，位于启动子区域，转录基因编码抗氧化酶和几个排毒蛋白质，包括血红素、氧合酶、谷氨酸、半胱氨酸连接酶等。在基础条件下，Nrf2被其抑制蛋白kelch样ech相关蛋白1（Keap1）隔离在细胞质中。在氧化应激反应时，Nrf2之间交互，Keap1中断，然后Nrf2会把从细胞质到细胞核，导致细胞保护响应特征是提高抗氧化酶敏感性和降低氧化损伤（Nguyen 等，2009）。

4.2 核因子Kappa B 它是一种对各种刺激炎症反应主要促炎的转录因子（NF-κB）。因为它是一种氧化还原敏感转录因子，NF-κB可以刺激活性氧。在正常情况下，NF-κB被绑定、隐藏在细胞质κB的抑制蛋白（IκB）。此外，IκB是激酶激活的信号整合中心，主要作用是将信号从所有NF-κB激活刺激来促进各种IκB和NF-κB蛋白质的磷酸化以及其他底物。当其被应激、日粮改变、自由基、炎症刺激、细胞因子和致癌物质激活后，NF-κB转移到细胞核，导致不同的炎性细胞因子和趋化因子的表达（Gupta等，2010）。

5 氧化应激和炎症的联系

大量文献证实并支持炎症与氧化应激之间相互依赖的关系，如在炎症过程中，活化的吞噬细胞（如中性粒细胞和巨噬细胞）产生大量活性氧、活性氮和活性羰基来消灭入侵因子（Castellani等，2014）。非吞噬细胞除了通过特异性吞噬细胞直接产生反应性物质外，还可以对促炎细胞因子产生反应性物质，相关研究应用抗氧化剂激活免疫系统，增强抗氧化能力，以保护鸡免受黄曲霉B1的毒害（AL-Zuhariy等，2017）。此外，家禽热应激不仅破坏抗氧化状态，也抑制免疫系统分泌的炎症标志物水平，减少动物机体相关的维生素和矿物质水平。热应激产生的活性氧会扰乱膜电子传递，进一步调节激活Nrf2和 NF-κB，导致氧化和免疫分子的变化（Li等，2014）。上述研究提示，炎症过程可以诱导氧化应激，氧化应激也可以通过激活多种途径刺激炎症反应。因此，从治疗角度上看，植物化学物质的抗炎活性与诱导抗氧化基因表达能力呈正相关。

6 结论

从植物中提取的植物化学物质以其抗氧化、抗炎等生物活性作用而闻名，但值得注意的是，植物化学物质的抗氧化作用和抑制炎症损伤能力的相关性越来越受到人们重视。由内部或外部多种因素引起的氧化应激可能是严重的，炎症可视为其产生的负面作用之一。转录因子包括Nrf2和NF-κB是抗氧化和炎症反应的主要通路，这两种途径在家禽上的表现可能相互作用。因此，为了防止氧化应激和炎症水平的升高，研究植物化学物质引起的分子变化可以帮助了解其作用机制，并开发出相应策略来解决当前家禽业中严重的氧化应激和炎症反应。