人参皂苷Rg1 的生物学功能及其在畜禽生产中的应用探讨

谢凯桓 ，张云露，胡 益，张海涵，贺 喜，范志勇，宋泽和*

（1.湖南农业大学动物科学技术学院，湖南长沙 410128；2.饲料安全与高效利用教育部工程研究中心，湖南家禽安全生产工程技术研究中心，湖南畜禽安全生产协同创新中心，湖南长沙 410128）

人参别称为黄参、地精，主要产地为中国东北、朝鲜、韩国、日本、俄罗斯东部。2018 年，我国鲜参产量达到3.8 万t，占世界总产量的70%左右[1]。人参被称为“百草之王”，在中国用药史上历史悠久，是名贵的中药材，也是国内外研究最多的中药之一[2]。人参补气和抗衰老的作用在《伤寒论》、《本草纲目》和清代以来的许多中草药书籍中均有记载[3-4]。人参含人参皂苷、人参多糖、聚乙炔醇和脂肪酸等多种活性物质，人参皂苷是其发挥药理作用的主要成分，现已确定的人参皂苷单体约有60 余种[5]。人参的入药部位主要为人参根，对人参茎叶的利用很少。在实际生产中，种植户在人参成熟时往往只对其根部进行采摘、保存及出售，而将尚有利用价值的茎、叶和花丢弃，造成资源浪费。近年来研究发现，人参茎叶也有着与人参根相差无几的药理作用，甚至人参茎叶中的人参皂苷总量高于人参根，并且人参茎叶价格相对较低，在畜禽生产中更具开发潜力[6]。人参皂苷Rg1 作为人参皂苷中含量较高的成分之一，具有抗氧化、免疫调节、抗炎和促进血管生成等多种生物学功能。本文对近年来人参皂苷Rg1 的提取方法和生物学功能进行综述，为人参皂苷Rg1 在畜禽生产中的进一步开发提供科学依据。

1 人参皂苷Rg1 的物化性质和分布

人参皂苷Rg1（C42H72O14）的化学结构如图1 所示，其相对分子质量为801.01，为白色粉末，易溶于水、甲醇、乙醇，不溶于乙醚、苯[7]。人参皂苷Rg1 是一种三萜皂苷类化合物，其最终产物为原人参三醇，因此属于原人参三醇型皂苷[8]。

图1 人参皂苷Rg1 的化学结构式

人参皂苷单体化合物中Rg1、Rd、Re 和Rb1 的含量较高，被作为人参功效的定量指标[9]。人参皂苷Rg1不仅存在于人参的根中，在其非药用部位（茎、叶、花和果中）也有较高的含量，人参不同部位提取物中的单体皂苷含量见表1[10-12]。

表1 人参不同部位提取物中单体皂苷含量 %

有学者研究证明，人参皂苷Rg1 水解后产生的代谢产物是人参皂苷F1 和Rh1[13-14]；Lee 等[15]试验发现，人参皂苷Rg1 在结肠炎大鼠体内会被肠道菌群分解成中间产物人参皂苷Rh1 和F1，最后代谢转化为20（S）-原人参三醇。

2 人参皂苷Rg1 的提取

人参皂苷Rg1 有多种提取方法，如酶提取法、微波辅助萃取（MAE）和脉冲电提取等[16-18]。人参皂苷Rg1 的疏水性强，导致其分离难度较大。酶提取法虽时间短、效率高，但所需条件严苛；MAE 法提取率高、耗能低，但操作过程难以控制；脉冲电提取法耗能低，但仍处于发展阶段[19]。高效液相色谱法（HPLC）因其稳定性好、提取率高，在分离和分析人参皂苷方面得到广泛应用，HPLC 大多数使用C18 平稳相和梯度溶液，由于人参皂苷中的色素团很少，因此检测到的波长通常也接近紫外线（UV）范围，即196～205 nm。另一方面，使用HPLC 还可以定量测定中性、酸性人参皂苷以及其他不太亲水的成分[20-21]。人参皂苷Rg1 属于小分子化合物，作为人参品质的标志，它也是人参皂苷中难以分离的成分之一。以往的研究表明，即使使用超高液相色谱（UPLC）也无法获得令人满意的提取结果[22-23]。Zhang 等[24]使用HPLC 等比梯度法快速而简单地将人参皂苷Rg1、Re、Rh1 和Rg2 进行了分离，特别是其中原本难以分离的人参皂甙Re 和Rg1 也得到了明显的分离效果，同时将分析时间缩短到原来的四分之一，并且在优化梯度洗脱条件后，使得人参皂苷Rg1 与Rf 也完全分离，与现有的人参皂苷分析方法相比，可以省略复杂的固相萃取；Wu 等[25]使用高效液相色谱-串联质谱法（HPLC-MS/MS）方法分离到人参皂苷Rg1，并且回收率达到91.5%～92.4%；Lin 等[26]还开发了一种基于离子液体的超声辅助萃取（ILUAE）方法，能够用于从人参根中提取人参皂苷Rg1，相比常规的超声波辅助提取（UAE），该方法的效率提高了3.16 倍，提取时间缩短33%，结果表明ILUAE 法可以明显提高人参皂苷Rg1 的提取效率。尽管工业条件在不断升级，学者们对提取方法不断地进行优化，人参皂苷Rg1 的生产成本依然很高，而不仅仅是由于人参本身的珍贵所造成的。

3 人参皂苷Rg1 的生物学功能

3.1 抗氧化 目前，产业中大规模养殖的动物都是经过长时间选育出来的，能够表现出较高的生产性能，但是抗氧化能力参差不齐，极易在实际生产中发生氧化应激反应，进而导致采食量和生产性能下降；氧化应激的发生会使机体内自由基含量上升，进而增加对组织器官的损伤，在胃肠道发生氧化损伤时，畜禽的饲料转化率会下降，甚至引起肠道病原感染[27-28]。陈羡人等[29]、Yu等[30]研究表明，人参皂苷Rg1 通过提高体内抗氧化酶的活性使血清和心肌丙二醛（MDA）水平明显降低，有效缓解了糖尿病大鼠体内的氧化应激反应。人参皂苷Rg1 还能通过上调核因子E2 相关因子2（Nrf2）和血红素加氧酶-1（HO-1）蛋白表达维持组织细胞内氧化还原的平衡[31]；Li 等[32]研究表明，在H/R 诱导的H9c2 心肌细胞氧化应激损伤模型中，人参皂苷Rg1 可以激活Nrf2/HO-1 信号通路并抑制H9C2 心肌细胞中的JNK 通路，防止细胞发生氧化应激。人参皂苷Rg1 还可以通过显著提高超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化氢酶（CAT）和谷胱甘肽过氧化物酶（GSH-Px）活性提高机体抗氧化能力[33]。Shi 等[34]证明，在过氧化氢（H2O2）诱导脾脏淋巴细胞中，人参皂苷Rg1 可能通过调节淋巴组织表达受体（RELT）、外异蛋白A2 受体（EDA2R）、Toll 样受体4（TLR4）等基因的表达，并作为抗氧化剂保护由活性氧（ROS）过量引起的脾脏淋巴细胞损伤。另外，Li 等[35]试验发现，人参皂苷Rg1 可抑制氧化应激和过度激活Wnt/β-catenin 信号通路来改善D-半乳糖（D-gal）诱导的衰老小鼠模型中Sca-1+造血干/祖细胞（HSC/HPC）的抗性，并减少DNA 损伤反应、p16Ink4a-Rb 和p53-p21Cip1/Waf1 信号转导。然而，由于目前人参皂苷Rg1 在畜禽上的研究应用极少，在畜禽上的抗氧化效果有待验证。

3.2 免疫调节 动物机体的免疫低下往往会造成抗病力和抗逆性下降，使动物生产性能降低。人参皂苷Rg1能够直接提高免疫器官的重量和免疫细胞的活性，影响免疫细胞的增殖分化并促使免疫细胞合成免疫球蛋白和补体[36]。还有学者证明人参皂苷Rg1 在一定程度上可以通过减轻T 细胞的毒性作用，提高细胞免疫应答中T细胞和自然杀伤（NK）细胞的活性等，防止小鼠受到免疫性肝损伤的危害[37-38]。Park 等[39]研究发现，人参皂苷Rg1 可通过选择性诱导生殖系转录本（GLTα）表达来诱导B 细胞分化为IgA 产生细胞；Su 等[40]研究表明，人参皂苷Rg1 注射到C3H/HeJ 小鼠体内时，模型抗原OVA 会诱导强烈的IgG 反应，使脾细胞增殖以及转录因子GATA-3 和T-bet 的mRNA 表达量增加，其免疫增强的原因与核因子κB（NF-κB）p65 的活化磷酸化有关。另外，Zou 等[41]以盲肠结扎穿孔诱导的脓毒症小鼠为模型，发现人参皂苷Rg1 能够通过增强先天免疫和适应性免疫来发挥其对小鼠的保护作用，并且提高了小鼠的生存率。Wang 等[42]进一步证明人参皂苷Rg1 是通过NF-κB 和蛋白激酶B/雷帕霉素靶蛋白（Akt/mTOR）途径对其先天性免疫应答发挥调节作用。人参皂苷Rg1 还可作为疫苗的佐剂，促进机体对抗原的免疫应答。Shi 等[43]试验证明，口服人参皂苷Rg1 可改善鸡对感染性法氏囊病疫苗的免疫应答[43]；Qu 等[44]证明了人参皂苷Rg1 能够协助重组蛋白（TgSAG1）改善免疫反应，提高对弓形虫重组表面抗原1（rSAG1）的特异性抗体反应水平，促进脾细胞增殖，并保护感染弓形虫的小鼠免于死亡，并且反映出人参皂苷Rg1 可作为抗弓形虫病的疫苗佐剂，值得进一步开发。

3.3 抗炎 目前，各种环境条件变化诱发病原感染都会导致炎症的产生，给畜禽养殖带了许多不利影响。人参皂苷Rg1 可以通过调控组织细胞中的细胞因子表达从而抑制炎症反应的发生[45]。Tao 等[46]研究发现，人参皂苷Rg1 预处理能够下调小鼠肝脏中细胞因子TNF-α、干扰素-γ（IFN-γ）和白介素-6（IL-6）的含量，减轻缺血再灌注所致的机体损伤；同样，Su 等[47]在对脂多糖（LPS）诱导的小鼠败血症模型研究中发现，人参皂苷Rg1 的预处理可以降低小鼠血清中肿瘤坏死因子-α（TNF-α）、白介素-1β（IL-1β）、IL-6 和前列腺素E2（PGE2）的含量，对LPS 诱导的小鼠败血症能够起到有效预防和治疗的作用。另外，人参皂苷Rg1 还能通过调控NF-κB 信号通路，减轻肝炎以及肺炎等炎症性疾病。Gao 等[48]研究表明，人参皂苷Rg1 可能调节糖皮质激素受体（GR）介导NF-κB 信号通路，抑制小鼠血清中炎性细胞因子的过度产生，从而减轻酒精性肝炎小鼠的炎症反应。Bao 等[49]研究发现，经人参皂苷Rg1 预处理后的小鼠可以抑制机体内NF-κB 和半胱氨酸蛋白酶-3（caspase-3）激活，减少炎性因子的产生，并调节活化巨噬细胞的浸润和抑制肺部的细胞凋亡，从而保护脂多糖诱导的小鼠急性肺损伤。在目前的研究中，人参皂苷Rg1 展现出了明显的抗炎作用，其是否也具有解决畜禽生产中所发生的肠炎和肝炎等重点问题的潜力，还需要深入研究。

3.4 促进血管再生 在人类医学上，血管内皮细胞功能障碍是许多心血管疾病的早期表现，分化新的内皮细胞是维持血管内膜功能完整性的关键途径。在家禽生产中，白羽肉鸡生长过快会使胸肌甚至腿肌上产生白色条纹，造成白色条纹的主要原因是肌肉中的毛细血管生长过慢，跟不上肉鸡生长速度，导致血管损伤或局部缺氧，从而形成木质化鸡胸肉[50-51]。而在妊娠母猪上，胎盘血管密度也是影响营养物质在母体和胎儿间运输效率的关键指标，胎盘血管的发育及血流对胎儿的生长发育至关重要。而妊娠期母猪背膘过厚等因素常诱发胎盘“脂毒性”，使母猪胎盘中血管密度和血管内皮生长因子（VEGF）含量随背膘厚度增加而降低，导致产仔数减少和断奶时产仔体重下降，严重影响母猪繁殖性能[52]。在泌乳期母猪中，乳腺组织血管数量和直径能直接影响母猪的泌乳量，而泌乳量过少和营养摄入不足会直接影响仔猪的存活率、断奶重以及断奶后的生长性能[53]。可见，血管的生成在动物生产上对特定动物群体具有重要意义。人参皂苷Rg1 在模型动物上被验证具有促血管生成的作用，对解决此类血管问题具有潜在的应用价值。王晓丽等[54]证明了人参皂苷Rg1 可以加快小鼠缺血肢体中血液的流动，同时增加缺血组织中NO 含量，并抑制细胞凋亡，促进小鼠下肢缺血部位的血管迅速新生及血流灌注。胡安玲[55]探究发现，人参皂苷Rg1 能调控钙敏感受体的表达，促进大鼠内皮祖细胞对血管内皮进行修复，并抑制血管内膜增生和血管再狭窄。此外，人参皂苷Rg1 可以激活GR，在体内和体外条件下促进血管内皮细胞的生成[56]。Cheung 等[57]进一步研究证明，人参皂苷Rg1 可激活GR 和磷脂酰肌醇3 激酶/蛋白激酶B/ 内皮型一氧化氮合酶（PI3K/Akt/eNOS）途径诱导血管生成。综上所述，人参皂苷Rg1 有望用于改善白羽肉鸡的木质化鸡胸肉、妊娠母猪胎盘以及泌乳母猪乳腺组织血管密度低等问题。

4 人参皂苷Rg1 在畜禽生产中的应用探讨

至今为止，人参皂苷Rg1 在畜禽生产中的研究仍较少，在对其有限的研究中发现，人参皂苷Rg1 具有提高畜禽黏膜免疫、促进生长、提高抗病力和抗应激的能力。毕师诚等[58]在连续注射环磷酰胺（Cy）诱导免疫抑制的母鸡饮水中连续7 d 加入1 mg/kg 人参皂苷Rg1，而后进行传染性法氏囊病毒（IBDV）免疫，结果表明饮水中添加1 mg/kg 人参皂苷Rg1 能提高IBDV 抗体阳性率，显著提高脾脏、法氏囊指数、肠道总sIgA和特异性sIgA 含量。Kim 等[59]使用20 μg/mL 人参皂苷Rg1 体外处理猪胚胎可以增加其对葡萄糖的摄取，从而提高了在高氧条件下胚胎发育的质量。此外，人参皂苷Rg1 对于治疗猪繁殖与呼吸综合征病毒（PRRSV）有一定的作用效果。Yu 等[60]研究表明，人参皂苷Rg1在体外和仔猪体内均具有低细胞毒性和抗PRRSV 活性，还能抑制不同的2 型PRRSV 感染谱系，证明了人参皂苷Rg1 可作为一种潜在对抗猪繁殖与呼吸综合征（PRRS）的免疫调节和抗病毒剂。此外，人参皂苷Rg1 在治疗畜禽炎症方面也有所报道。王越珉[61]研究发现，静脉注射2.5 mg/kg 体重剂量的人参皂苷Rg1 对LPS 诱导的奶山羊乳房炎有治疗作用，可能与人参皂苷Rg1 的抗炎作用和对乳腺的保护作用有关，因此临床上采用人参皂苷Rg1 治疗反刍动物大肠杆菌性乳房炎值得进一步研究。宋玉琴等[62]使用含0.45 mg/g 人参皂苷Rg1 的人参药渣以0.53% 的添加量饲喂家兔，可促进家兔体重增长，提高全净膛率。人参皂苷Rg1 在猪、鸡和羊等畜禽中均有应用且效果显著，但报道较少，其添加方法及添加剂量等问题仍需进一步研究探讨。

5 小 结

近年来，研究已发现人参皂苷Rg1 具有抗氧化、免疫调节、抗炎和促进血管生成等生物学功能，但是主要集中在细胞和老鼠等模型动物上，在畜禽生产上的研究较少。因此，人参皂苷Rg1 要应用于畜禽生产还面临着诸多问题。首先，要优化出简单高效的人参皂苷Rg1 提取方法；其次，还需要开展大量试验来确定人参皂苷Rg1 在实际生产中的适宜添加剂量、添加方式；最后，人参皂苷Rg1 在畜禽生产中的具体作用途径仍需深入研究。