植物提取物对幼龄动物腹泻和肠道健康的作用

■卢 猛 胡凤明 屠 焰刁其玉

（中国农业科学院饲料研究所，北京 100081）

幼龄动物常因不适应外界环境而出现消化不良、腹泻等消化道疾病[1]。腹泻多发于初春及夏末秋初，发病动物伴有体温升高、腹泻、脱水、自体中毒及心力衰竭等症状[2]。腹泻不仅威胁着幼龄动物的健康，同时也给畜牧业的发展带来了巨大的经济损失[3]。饲用抗生素在过去数十年间有效保障了动物健康，但长期在饲料中添加抗生素会使动物体内产生具有耐药性的超级细菌，同时抗生素还会残留在动物体内，这不但危害了动物健康，甚至也严重威胁着人类的健康。根据农业农村部第194号公告显示，我国饲料行业已经进入无抗时代，饲用抗生素替代品的研究也将成为今后的研究热点。植物提取物含有皂苷、多糖、生物碱、黄酮以及植物精油等多种成分，具有抑制病原体生长、促进胰腺和小肠酶分泌、增加胆汁生成和分泌的能力，在提高机体免疫力和促进肠道健康等方面发挥重要作用[4]，在畜牧养殖业中具有深度开发利用的潜力。

1 植物提取物的概述及有效成分

有关植物提取物的解释目前还存在着很多分歧，例如植物提取物的英文名称就包括phytogenic feed additive、herbs、plant extracts等。从广义上来讲，植物提取物是指采用萃取和蒸馏等手段，以分离、纯化植物原叶所得的一种或多种以生物小分子或高分子为主体的植物性产品；从狭义上来说，植物提取物就是从植物中获取、用于添加到动物饲料中的植物源性添加剂，具有促进动物生产性能、提高机体免疫力和改善动物性产品品质等功能[5]。

植物提取物含有多种有效成分，主要包括皂苷、多糖、黄酮等。皂苷是一类结构复杂的苷类化合物，广泛存在于植物界，是许多天然植物发挥药理作用的基础。例如三萜皂苷是中药白头翁中的主要成分，也是其发挥抗肿瘤、抗炎等生物活性的基础[6]。白头翁三萜皂苷主要包括白头翁皂苷B4、白头翁皂苷A3和23-羟基白桦酸，其中白头翁皂苷B4（anemoside B4）是主要活性成分且含量最高，化学式为C59H96O26（见图1），具有抗菌[7]、抗炎和增强免疫力等作用[8]。多糖作为一种大分子物质，具有良好的生物活性，它由10个以上的单糖分子通过糖苷键连接而成，具有抗菌消炎、抗病毒、抗氧化、抗肿瘤、提高机体免疫力等作用[9]。以黄芪为例，黄芪多糖（Astragalus polysaccharides，APS）是中药黄芪的主要活性成分，化学式为C10H7ClN2O2S（见图1），具有抗肿瘤、抗病毒、抗氧化、抗衰老、降低血糖等生物学功能[10]，能够改善肠道功能，提高营养物质利用率，增加免疫器官指数，提高动物机体免疫功能，提高动物生长性能，改善畜禽产品品质[11]。黄酮类化合物是广泛分布在植物中的一种多酚类化合物，具有抗氧化、抗菌消炎等多种药理作用，对改善动物的生长性能和微生物安全具有特别重要的意义[12]。例如从黄芩干燥根中提取分离出来的黄芩苷（baicalin）就是一种黄酮类化合物（见图1），具有抑菌、抗炎、抗肿瘤、抗病原体等显著的生物活性[13]，在临床上被广泛应用于治疗肺热咳嗽、湿热泻痢和目赤肿痛等。

图1 白头翁皂苷B4、黄芪多糖和黄芩苷的化学结构式[13-15]

2 植物提取物对幼龄动物腹泻的作用

2.1 作用效果

动物肠道既是营养物质消化和吸收的主要场所，也是机体一道重要的免疫屏障，其中存在着大量的微生物菌群，既有保证机体健康的有益菌，也有破坏机体健康的病原菌，平常所说的有益菌主要包括双歧杆菌、乳酸杆菌和肠球菌，这类细菌占肠道总菌数的90%以上[16]，肠道有害菌一般包括大肠杆菌和沙门氏菌等，比例相对较小，但是对动物体的影响同样非常大。在正常情况下，肠道中的有益菌和病原菌处于动态平衡状态。当机体出现病态时，病原菌大量繁殖，有益菌逐渐死亡，而肠道的小肠形态结构和微生物菌群平衡是衡量肠道功能的两个重要指标。

2.1.1 抑菌作用

植物提取物具有广泛的抑菌作用。迄今为止，有关植物提取物体外抑菌的报道较多，表1列出了24种植物来源的提取物对大肠杆菌、金黄色葡萄球菌、枯草芽孢杆菌和铜绿假单胞菌的抑制效果[17]。体外抑菌试验发现，茶树、芫荽、马郁兰和止痢草的提取物对大肠杆菌、沙门氏菌和金黄色葡萄球菌具有强烈的抑制作用[18]。从白屈菜的根、茎和叶提取出的生物碱对枯草芽孢杆菌和大肠杆菌有抑制作用[19]，从白头翁根部提取的白头翁总皂苷对大肠杆菌、金黄色葡萄球菌、绿脓杆菌、副伤寒杆菌有抑制作用，但低浓度时抑菌作用较弱[20]，白头翁皂苷B4也可以抑制大肠杆菌、无色杆菌、铜绿假单胞杆菌和克雷伯氏肺炎菌的生长[7]，而从香柠檬、柠檬和甜橙中提取得到芳樟醇和柠檬醛对金黄色葡萄球菌、空肠弯曲菌、大肠杆菌O157、单增李斯特菌和蜡状芽孢杆菌活性也具有抑制效果[21]。Ghasemzadeh等[22]从火炬姜(Etlingera elatior)的花中提取出单宁成分，发现其对金黄色葡萄球菌、枯草芽孢杆菌和大肠杆菌等有抑制作用。苦瓜黄酮抑制大肠杆菌、绿脓杆菌、志贺氏菌、沙门氏菌、金黄色葡萄球菌和枯草芽孢杆菌生长，其中对枯草芽孢杆菌的抑菌作用最佳，对前3种菌最低抑菌浓度(MIC)值均为0.250 mg/mL，对后3种菌MIC值均为0.125 mg/mL[23]。连翘提取物可以降低仔猪粪便中大肠杆菌的数量，与对照组相比，饲喂连翘提取物的仔猪在1～14 d的腹泻率降低约61%[24]。

表1 不同来源的植物提取物对细菌的抑菌圈直径（mm）[17]

随着植物提取物浓度增加其抑菌效果提高。枸杞多糖在合适的浓度下能抑制大肠杆菌、沙门氏菌、金黄色葡萄球菌等肠道致病菌生长，且随着枸杞多糖浓度的增加，其对病原菌的抑制作用更强[25]。不同体积分数的芦荟植物提取稀释液可以抑制不同细菌的生长，其中体积分数为5%的芦荟提取稀释液可以有效抑制大肠杆菌和白色念球菌的生长，而当稀释液的体积分数为20%时，金黄色葡萄球菌的生长得到较好的抑制[26]。

植物提取物中的活性成分可降低肠道食糜中细菌群落数量和生物胺浓度，从而降低回肠、空肠和盲肠内的细菌活性，促进机体肠道内健康微生物菌群的稳定，因此植物提取物也逐渐被应用于促进动物肠道健康。在仔猪日粮中添加香芹酚、肉桂醛和辣椒素的混合物可以降低空肠的大肠杆菌数，增加乳酸杆菌和双歧杆菌的数量，降低仔猪的腹泻指数，腹泻率比对照组降低了1.45%[27]；0.25%的苜蓿皂苷可以显著增加仔猪十二指肠、空肠和盲肠乳酸杆菌数[28]，0.3%或0.6%的黄芪多糖也可以降低仔鸡盲肠中大肠杆菌和沙门氏菌的数量，增加乳酸杆菌和双歧杆菌的数量，且添加量为0.6%的效果更明显[29]。

植物提取物作为一种新型的饲料添加剂，具有广泛的抑菌活性，国内外对此进行了一定的研究并取得了相应的成果。值得一提的是，国内外对植物提取物的抑菌研究还停留在粗提物的阶段，对其单体成分的研究较少，这导致植物提取物的添加量没有明确的标准。因此，有关植物提取物中的单体成分对细菌的抑制作用，及其在畜禽日粮中的适宜添加量的研究显得尤为重要。

2.1.2 促进肠道健康

植物提取物除了可以增加动物肠道有益菌和抑制有害菌外，还可以改善肠道组织形态结构、促进肠黏膜修复因子蛋白表达、降低肠道炎症因子水平、促进动物机体对营养物质的吸收利用率，保证肠道健康。例如，在鲜牛乳中添加1 g/kg的刺五加化微粉和1 g/kg的刺五加超微粉可以显著提高哺乳期犊牛十二指肠、空肠、回肠绒毛长度、绒毛个数，有效减少了犊牛腹泻的发生，增进肠道健康[30]；在仔猪日粮中添加0.2 g/kg的植物甾醇可以显著增加仔猪十二指肠和空肠绒毛高度和隐窝深度比，仔猪的肠道形态得到有效改善，仔猪腹泻率也有所下降[31]；白头翁素可以有效增加腹泻小鼠肠黏膜修复因子EGFR和TGFβ1的蛋白表达量[32]，极显著降低腹泻仔兔肠道组织NF-κB p65 mRNA及其蛋白表达量[33]。丝兰提取物可以增加盲肠菌群的多样性，维持肠道组织的结构完整性并调节肠道pH，以维持相关免疫蛋白水平，促进肠道健康[34]。在断奶仔猪基础日粮中添加100 mg/kg的葡萄籽花青素可以显著增加十二指肠和空肠的绒毛高度，显著降低十二指肠和回肠的隐窝深度，改善小肠黏膜形态，促进小肠发育[35]。丁子香酚可以通过增加小鼠结肠内部黏液层的厚度来增强黏膜屏障，有效防止病原体和疾病的入侵[36]。

植物提取物作为一种新型的功能性饲料添加剂，具有促进动物肠道健康功能。但目前对植物提取物在畜禽肠道健康上的研究主要集中在肠道内环境、形态结构和微生物菌群等方面，在改善肠道屏障、黏膜免疫，特别是紧密连接蛋白在内的深层机理的研究较少，在之后的研究中可以对其进行一定的探索。

2.1.3 增强免疫力

植物提取物含有多糖、皂苷、生物碱、精油和有机酸等免疫有效活性成分，可以促进免疫器官的发育，增加免疫器官的重量，还可以与免疫细胞膜上的特异受体结合，调节T淋巴细胞、B淋巴细胞和巨噬细胞的分泌，增强动物的免疫力[37]。200 mg/kg的苦瓜叶提取物可以显著增加大鼠血清IFN-γ和TNF-α水平，刺激细胞介导的免疫反应，从而具有增强免疫的特性，50 mg/kg和100 mg/kg的苦瓜叶提取物可以显著升高血清TGF-β水平，增强机体的抗炎能力[38]。白头翁和白头翁皂苷可以提高断奶仔猪血清TNF-α和IL-1β含量，以及血清中IgG、IgM的含量，且当白头翁和白头翁皂苷的添加浓度分别为300、12.5 mg/kg时效果最好[39]。含肉桂油和柠檬酸的植物素可以极显著降低肉仔鸡小肠真菌、好氧菌和大肠杆菌的数量，极显著增加小肠绒毛高度和隐窝深度，提高肉仔鸡免疫力[40]。

天然植物提取物中含有多糖、皂苷、生物碱、精油和有机酸等免疫有效活性成分，可以有效增强动物机体的免疫力。但对植物提取物如何作用于靶器官、进而调控机体免疫等各生物学功能的作用机制的研究还处于初级阶段，需要进一步从细胞和分子水平进行阐明。

2.2 作用机制

2.2.1 植物提取物的抑菌机制

植物提取物对细菌具有显著的抑制作用，抑制机理主要包括：①植物提取物可以与细菌细胞膜或细胞壁产生作用，降解菌体细胞壁结构，使细胞膜的通透性增大，导致细胞内大分子内容物渗出细胞和细胞质发生凝聚，减弱质子的运动力，最终引起细菌失活死亡[41-42]；②抑制菌体DNA、RNA和蛋白质的生物合成，导致细菌死亡[43]；③植物提取物中有效物质能够进入细胞内，破坏细胞内线粒体等结构，抑制细胞呼吸作用，影响ATP合成途径，抑制细菌正常的生理活动，导致细菌死亡[44-46]；④植物提取物可以通过促进CAT等抗氧化酶活性，一直与自由基生成相关的氧化酶来促进自由基的催化与减少自由基的产生[47-49]；⑤干扰细菌肽聚糖的合成，破坏细菌的形态结构，抑制细菌的生长[50]；⑥提高机体对病菌的抵抗力，间接发挥抑菌作用[51]。植物提取物的抑菌机制详见图2。

图2 植物提取物抑菌机制[52]

从现有资料来看，植物提取物的抑菌机制未完全确立，原因在于植物提取物中含有多种抑菌活性成分，抑菌机制复杂，且不同的机制间存在协同和叠加效应。前人对此进行了一定的研究，但都集中在粗提物水平以及体外试验中，对植物提取物单体和体内试验的研究较少，在以后的试验中可以对其做进一步的研究。

2.2.2 植物提取物促进肠道健康的机制

多糖类、多酚类、皂苷、精油及醇类提取物被证明有着显著改善机体肠道健康、提高肠道免疫的功能。其对肠道的改善作用主要包括：①提高十二指肠、空肠和回肠绒毛高度及绒毛高度和隐窝深度的比值，有效地改善机体的小肠黏膜形态，促进肠道发育[30]；②改善肠道环境，刺激消化酶的分泌，增强消化酶活性,改善动物肠道消化机能[52]；③增加肠道内双歧杆菌、乳酸菌等益生菌的生长，抑制有害菌的繁殖，维持肠道内菌群的稳定，促进肠道健康[53-54]；④结合免疫细胞膜上的特异性受体，介导免疫细胞激活的信号通路，促进T/B淋巴细胞、巨噬细胞等细胞因子的分泌，维护肠道健康[37,55]；⑤促进肠黏膜修复因子（EGFR、PCNA、TGFβ1）[32]和紧密连接蛋白（Occludin、Claudin-1、ZO-1）[56]mRNA的表达量，促进肠道修复，维护肠道健康。植物提取物促进动物肠道健康机制见图3。

图3 植物提取物促进肠道健康机制

肠道健康是动物健康生长的关键，维护畜禽肠道健康是畜禽养殖过程中的重要使命。目前，有关植物提取物调控畜禽肠道健康机制的研究已有大量的报道，但这些研究都集中于粗提物，关于植物提取物单体调控动物肠道健康机制的研究还处于初级阶段，有待于进一步探索。

3 影响植物提取物抗腹泻效果的因素

3.1 动物的种类

植物提取物抗腹泻效果受到动物种类、体重的影响。例如，黄芪多糖可以有效降低犊牛和仔猪的腹泻发生率，但是腹泻率有所不同。邓绍基[57]和李春生[58]分别给断奶仔猪和犊牛颈部注射黄芪多糖注射液3 mL和4 mL，连续注射3 d，并在100 kg基础日粮中添加黄芪多糖粉剂20 g，连喂7 d。结果显示，在处理条件基本一致的情况下，犊牛和仔猪的腹泻率分别为5.5%和8.6%，犊牛腹泻率比仔猪降低了36%。

3.2 植物提取物的种类

不同的植物提取物对动物腹泻的抑制效果不同。Lu等[59]在断奶仔猪复方Ⅰ～Ⅲ组的基础日粮中添加1 kg/t的复方天然植物提取物，该复方由山银花、黄芪、连翘、山茱萸、黄连、黄芪等按不同比例配制而成。通过观察发现饲喂不同复方后仔猪腹泻率从1.96%至2.26%，存在着差异，其中复方Ⅱ组在降低仔猪腹泻率及腹泻评分的效果方面最为显著。给断奶仔猪饲喂大蒜植物油、姜黄油性树脂和辣椒油树脂可以有效降低腹泻率，饲喂大蒜植物油和姜黄油性树脂对断奶仔猪腹泻的抑制作用优于辣椒油树脂[60]。

3.3 植物中有效成分的含量

植物中有效成分的含量会直接影响防治动物腹泻的效果，它受到植物产地、生长环境、采样部位及收获期等因素的影响。例如，山西和黑龙江等地区黄芪中黄芪多糖的含量不同，山西所产黄芪中黄芪多糖的含量明显高于黑龙江所产[61]；圆齿野鸦椿中总三萜类化合物的含量受到生长地点海拔、气温、降水量及无霜期的影响，其中叶片中总三萜类化合物的含量与其存在极显著的相关性。圆齿野鸦椿不同部位中总三萜化合物含量不同，叶片中总三萜化合物的含量最高，其次是枝条、果皮和种子[62]；8～9月采集的蓝莓叶中总黄酮的含量显著高于5～6月采集的，且9月采集的总黄酮含量最高[63]。

3.4 植物提取物的添加量

植物提取物可以有效降低幼龄动物的平均腹泻率，在一定添加量范围内，腹泻频率随着植物提取物添加量的增加而逐渐降低。例如，李同洲等[64]发现，在断奶仔猪基础日粮中添加0.02%、0.05%和0.1%的黄芪多糖使仔猪的腹泻率分别降低了12.50%、18.75%和31.25%；口服50～400 mg/kg的金丝桃树皮提取物可以有效降低小鼠腹泻率，其中400 mg/kg的口服量对腹泻的抑制效果最为显著[65]。

4 未来应用展望

植物提取物作为一种天然的绿色饲料添加剂，具有杀菌、抗病毒、提高机体免疫力和改善动物肠道健康等作用，在畜禽养殖中具有广阔的应用前景。在全面禁止添加抗生素饲用的大背景下，植物提取物作为抗生素的一种有效替代物，越来越受到人们的关注。从现有的研究结果来看，无论是体外的抑菌试验还是临床应用，植物提取物在防治幼龄动物腹泻和改善肠道健康方面都获得了较良好的结果，且治疗效果优于抗生素。但是幼龄反刍动物处于瘤胃快速发育阶段，与仔猪和雏鸡消化道有着极大的差异，以植物提取物作为饲料添加剂防治幼龄动物腹泻和促进肠道健康的研究还处于初级水平，尚未得到大范围的推广。因此，在今后的研究中，需要针对反刍动物消化道发育的特点，有目的地筛选植物提取物，建立起犊牛、羔羊精准饲养模式，结合机体生理学特征和生物学基本规律，促进肠道健康，降低腹泻率，提高饲料利用率，改善动物健康，从而提高养殖经济效益。