穗花杉双黄酮的生理功能及作用机制研究进展

李柏珍，胡睿智，谌 晖，伍树松,2*

（1.湖南农业大学动物科学技术学院，湖南长沙 410128；2.湖南省畜禽安全生产协同创新中心，湖南长沙 410128）

动物在生长过程中不可避免地会受到饲养环境、日粮变化、病原体等外界不良因素的刺激引起肠道功能失调、代谢紊乱等一系列病理变化，从而导致畜禽生长发育受阻、抗病能力下降，影响生产性能及养殖效益[1]。传统饲养过程中主要依靠抗生素来改善这些问题，但长期大规模使用抗生素带来的抗药残留及环境污染等危害已严重影响到人类的健康和安全。我国农业农村部194号公告规定自2020 年开始“退出除中药外的所有促生长类药物饲料添加剂”。在此背景下，开发绿色、安全、无公害的饲料及添加剂产品迫在眉睫。植物活性成分具有抗氧化、抗炎、抑菌、提高动物机体免疫力等多种功效[2]，且不会造成药物残留和环境污染等问题，因此在畜禽生产上有巨大的应用价值。穗花杉双黄酮（Amentoflavone）是卷柏属植物中主要的活性成分之一，具有抗氧化、抗炎、抑菌、抗癌等多种生物学功能，已在医药、保健等领域有所应用[3-5]，有望在畜禽生产中得以开发利用。本文就穗花杉双黄酮的生理功能及其在畜禽生产中的应用前景进行综述，为其在新型饲料及添加剂中的应用提供理论依据与参考。

1 穗花杉双黄酮

穗花杉双黄酮又称阿曼托黄酮，是一种在植物界中分布极为广泛的黄酮类物质，分子式为C30H18O10，分子量为538.46，熔点为256℃，是一种由C30连接的芹菜素二聚体，其结构式见图1。

图1 穗花杉双黄酮结构式

1.1 穗花杉双黄酮的来源 穗花杉双黄酮以卷柏科卷柏属[Selaginella tamariscina（Beauv.）Spring]植物中含量最高。我国的穗花杉双黄酮资源丰富，常见的卷柏科卷柏属植物有卷柏（Selaginella tamariscina）、垫状卷柏（Selaginella pulvinata）、深绿卷柏（Selaginella doederleinii）、江南卷柏（Selaginella moelledndorffii）、翠云草（Selaginella uncinata）等70 余种[6]，广泛分布于我国东北、华北、华东、中南及陕西、四川等地。孙冬梅等[7]利用HPLC 法对11 种卷柏属植物中穗花杉双黄酮的含量进行测定，发现二型卷柏（S.biformis A.Br.）、兖州卷柏（S.involvens（Sw.）Spring）和江南卷柏（S.moellendorfii Hieron）中的穗花杉双黄酮含量最高，分别为4.46、4.40、3.15 mg/g；卷柏[S.tamariscina（Beauv.）Spring]、单籽卷柏（S.monspors Spring）和粗叶卷柏（S.trachyphylla A Br）次之，分别为2.79、2.51、2.15 mg/g；深绿卷柏（S.doederileinii Hieron）、黑顶卷柏（S.picata A Br.）、簿叶卷柏[S.delicatula（Desv.）Alston]和翠云草[S.uncinata（Desv.）Spring]中含量则分别只有1.47、1.08、0.56、0.36 mg/g。

1.2 穗花杉双黄酮的制备工艺 有机溶剂浸提法、微波辅助提取法、超声波辅助提取法和超临界流体萃取法是穗花杉双黄酮主要的制备方法（表1）。这些方法各有利弊，有机溶剂提取法操作、设备简单，但存在耗时长，废液易燃易爆、污染环境等问题[8-9]；微波辅助提取法[11]和超声波辅助提取法[12]是利用微波和超声波加快植物中有效物质溢出，可提高提取效率，减少溶剂消耗，但能耗大、成本高，微波产生的高温和超声波还容易破坏穗花杉双黄酮的多酚结构，难以应用于大规模工业化生产；超临界流体萃取法[13]工艺流程短，提取效率高，绿色环保，但对提取压力、温度要求较高，设备昂贵，成本高。

表1 穗花杉双黄酮的提取方法

2 穗花杉双黄酮的生理功能及潜在作用机制

2.1 抗氧化和抗炎 正常情况下，机体NADPH 氧化酶（NADPH oxidase，NOX）产生的活性氧（Reactive oxy Gen Species，ROS）等自由基可在抗氧化酶的作用下，通过氧化还原作用将自由基维持在正常水平范围内，但是在机体遭受疾病或外源异物的刺激时，自由基迅速增加会引起机体氧化应激，影响炎症信号通路，促进炎症反应[14-16]。穗花杉双黄酮能够上调机体抗氧化酶活性，具有极强清除ROS 的能力，已受到各界学者的广泛关注[17-19]。体外研究表明，穗花杉双黄酮可能通过提高超氧化物歧化酶（SOD）、谷胱甘肽还原酶（GR）、过氧化氢酶（CAT）以及谷胱甘肽过氧化物酶（GSH-Px）活性[20]，抑制超氧阴离子O2·-的产生和脂质过氧化物丙二醛（Malondiadehyde，MDA）水平来降低ROS 的生成[21]。

此外，穗花杉双黄酮还可通过抑制核因子-кB（NF-кB）和丝裂原活化蛋白激酶（MAPK）信号通路发挥抗氧化和抗炎作用，其潜在作用机理见图2[18-26]。外界刺激因子（如LPS）通过激活Toll 样受体（TLRs）等膜受体，进而活化炎症信号通路，导致机体氧化应激和炎症损伤。诱导性一氧化氮合成酶（Inducible Nitric Oxide Synthase，iNOS）的过量表达所产生的大量一氧化氮（Nitric Oxide，NO）以及环氧合酶-2（Cyclooxygenase-2，COX-2）的典型合成产物之一的前列腺素E2（Prostaglandin，PGE2）均可诱发氧化应激和炎症反应。体外研究表明，穗花杉双黄酮可抑制TLR4 的受体，介导iNOS、COX-2 表达量，进而抑制NO、PGE2、肿瘤坏死因子-α（TNF-α）、白介素-1β（IL-1β）等促炎因子的产生[22,24-25]。其潜在作用机理是穗花杉双黄酮可通过抑制NF-κB 抑制因子IκB 的磷酸化和降解，阻断NF-кB 亚基p65 和p50 的激活与核易位，抑制iNOS 的表达和NO 的产生[23]。此外，穗花杉双黄酮可抑制胞外信号调节激酶（Extracellular Signal-Regulated Kinases，ERK）、下游激活蛋白-1（Activator Protein 1，AP-1）的活性，阻断ERK 信号通路，抑制PGE2和ROS 生成[22,26]。以上研究结果提示，穗花杉双黄酮抗氧化和抗炎的潜在作用机制主要是通过抑制IκB 介导的NF-κB 信号通路以及ERK 信号通路。

图2 穗花杉双黄酮抗氧化及抗炎的潜在作用机理

2.2 抑菌 细菌的细胞壁和细胞膜保持完整是维持细菌正常代谢的基本前提，线粒体是细胞凋亡过程中的调控中心，当线粒体受到凋亡信号分子调控或膜结构遭到破坏时，细胞色素C 等促凋亡因子会释放出来，加速细菌凋亡[27-28]。穗花杉双黄酮可通过改变菌体细胞膜结构和通透性，诱导多种促凋亡因子生成，抑制毒性物质产生，从而抑制猪链球菌、大肠杆菌、白色念珠菌等多种革兰氏阳性菌、革兰氏阴性菌和真菌的生长（表2）。研究发现，穗花杉双黄酮可通过破坏猪链球菌溶血素的分子构象，降低其寡聚物的形成，进而有效抑制猪链球菌溶血素的溶血活性，降低二型猪链球菌的活性[29]。穗花杉双黄酮还可破坏金黄色葡萄球菌和大肠杆菌的细胞膜结构，促进细胞必需离子K+流失和胞外ATP 的释放，诱导细菌死亡[30]。此外，穗花杉双黄酮可使白色念球菌细胞的线粒体膜电位去极化，改变其结构和通透性，导致细胞色素C 进入细胞质，诱导细胞内羟基自由基-OH 增加，使ROS 增多，激活Caspases，诱导白色念球菌细胞凋亡[35]。由此可见，穗花杉双黄酮具有广谱抑菌作用，这可能与其对细菌膜通透性的影响有关，具体的分子机制还有待进一步研究。

表2 穗花杉双黄酮抑菌效果

2.3 其他生理功能 穗花杉双黄酮还具有抗癌、抗病毒、保护神经、降血糖等多种生理功能。研究表明，穗花杉双黄酮通过调控多种癌细胞凋亡因子，对多种癌细胞有显著抑制作用[36-41]。Lee 等[42]研究发现，穗花杉双黄酮能通过抑制脂肪酸合成酶（Fatty Acid Synthase，FAS）的mRNA 水平和蛋白质的表达，从而抑制乳腺癌细胞生长并诱导其凋亡。Wang 等[43]研究发现，用穗花杉双黄酮可显著提高胶质瘤细胞miR-124-3p 基因的表达量，促进胶质瘤细胞的凋亡。Tsai 等[44]研究发现，穗花杉双黄酮可显著抑制肝癌细胞ERK/AKT 磷酸化、抗凋亡蛋白（MCL-1、C-FLIP、XIAP）的表达和肿瘤细胞生长，并协同抗癌药物索拉非尼诱导癌细胞凋亡。此外，穗花杉双黄酮能显著抑制机体感染单纯疱疹病毒一型（Herpes simplex virus-1，HSV-1）和其抗阿昔洛韦病毒株[45-46]。Chen 等[47]用小鼠进行Morris 水迷宫实验研究穗花杉双黄酮对神经认知功能的影响，发现穗花杉双黄酮能极显著抑制β-淀粉样蛋白（Amyloidβ-protein，Aβ）对小鼠神经功能的破坏，并通过AMPK 信号激活Nrf2 抗氧化通路，抑制Aβ1-42 神经毒性的诱导，进而抑制阿尔茨海默症的发生。Su 等[48]和Ighodaro 等[49]研究发现，穗花杉双黄酮可显著降低动物体内血糖水平、总胆固醇水平、甘油三酯（Triglyceride，TG）、低密度脂蛋白胆固醇（Low Density Lipoprotein Cholesterol，LDL-C）以及胰高血糖素水平，提升高密度脂蛋白胆固醇（High-Density Lipoprotein Cholesterol，HDL-C）和胰岛素水平，同时增加葡萄糖激酶（Glucokinase regulatory，GCK）、磷酸果糖激酶-1（Phosphofructokinase-1，PFK-1）和丙酮酸的活性，促进糖降解。以上研究提示，穗花杉双黄酮对动物免疫及糖脂代谢具有一定的改善作用。

3 穗花杉双黄酮在畜禽生产中的应用前景

仔猪断奶引起的断奶应激、高温造成的热应激以及集约化生产下饲养密度过高均会导致机体氧化还原系统失衡，诱发机体氧化应激，导致采食量下降、免疫力降低和生长发育受阻等一系列问题，给养猪业造成巨大的经济损失[50-51]。研究表明，猪应激时，体内的SOD、GSH-Px 等抗氧化酶活性明显受到抑制，过量的ROS无法得到及时清除，加剧机体氧化应激和损伤[53-54]。穗花杉双黄酮能直接清除体内ROS，激活抗氧化酶信号通路，提高多种抗氧化酶活性，从而提高机体抗氧化能力，具有缓解畜禽生产氧化应激的潜力。

此外，畜禽养殖过程中易被病原菌感染而诱发多种疾病，如大肠杆菌引起的仔猪腹泻[55-56]，致病性沙门氏菌引起的鸡白痢、副伤寒[57]，金黄色葡萄球菌造成的奶牛乳房炎[58-59]等，严重阻碍畜禽养殖业经济的发展及经济效益。穗花杉双黄酮可通过破坏多种致病菌细胞壁和细胞膜结构与通透性，抑制细菌生长或诱导其死亡，具有改善动物机体免疫和抗病能力，提高畜禽生产性能的潜在功效。

4 小 结

综上所述，穗花杉双黄酮具有抗炎、抗氧化和抑菌等生理功能，在缓解动物应激、减少炎症损伤、提高动物抵抗致病菌的能力等方面具有巨大潜力，且其来源广泛，具有作为天然饲料添加剂的应用前景。然而目前有关穗花杉双黄酮的报道多见于小鼠等模型动物上，在畜禽生产上的应用鲜有报道，且其药理、毒理作用尚未明确。笔者认为，今后的研究应关注穗花杉双黄酮的药理作用及安全性评价，包括穗花杉双黄酮与肠道微生物的调控机制以及在不同畜禽动物饲粮中最佳添加比例和作用机制均有待进一步探究，为穗花杉双黄酮作为新型绿色饲料添加剂提供强有力的理论依据。