黄芩苷的生物学功能及其在动物生产上的应用研究进展

韩好奇，王明燕，李继超，申 颖，付 彤

（河南农业大学动物科技学院，河南郑州 450046）

随着抗生素在世界范围内的限制或禁止使用，寻找抗生素类药物的替代品对养殖业发展尤为重要。中草药与传统抗生素相比具有安全性高、副作用小、功能全面等[1]优点，采用中草药或中草药制剂治疗和预防动物疾病逐渐成为科研热点。

黄芩别名山茶根，是唇形科植物黄芩属多年生草本植物，中医上主要用作黄疸、肺热咳嗽、痈肿疮毒、腹泻痢疾、胎动不安等疾病的治疗。黄芩中所含化学物质丰富，包括黄酮类、挥发油、酚酸类、苯乙醇和多种微量元素[2]。黄芩的有效物质主要为黄芩苷和黄芩素。研究表明，黄芩苷具有抗菌、抗炎、抗病毒、抗氧化、抗肿瘤、增强机体免疫力等作用[3-4]，但由于黄芩苷特殊的分子结构，导致机体对黄芩苷的利用度较低，极大限制了其临床上的应用。目前黄芩苷在临床上主要应用于人类牙周炎[5]、肝炎[6]、心血管[7]、癌症等疾病的治疗，动物上主要集中在提高畜禽的生产性能和治疗乳房炎、子宫内膜炎、腹泻等疾病，但一些机制和代谢途径尚不明确，因此探讨黄芩苷在动物疾病预防和治疗中的机制和代谢途径具有较大意义。本文主要从黄芩苷的理化性质、生物学功能及其在动物生产中的应用进行综述，以期为黄芩苷的应用和普及提供参考。

1 黄芩苷的理化性质

黄芩苷是从干燥的黄芩根中提取的黄酮类化合物，化学式为C21H18O11，在酸性环境和有机溶剂中较稳定，在碱性环境中不稳定；水解后产生黄芩素和葡萄糖醛酸，在一定条件下黄芩苷和黄芩素可相互转换。但由于黄芩苷分子结构上的糖基（图1），导致其水溶性和脂溶性较差，口服后机体利用度较低，限制了其临床上的应用[8]，相较于口服，采用静脉注射，治疗效果更好。Liu 等[9]设计了一种聚山梨酯和天然维生素E（TPGS）复合修饰的黄芩苷纳米晶体，体内药代动力学证明，被设计过的黄芩苷纳米晶体更容易通过血脑屏障到达病变部位。此外，采用现代生物技术可以对黄芩苷进行包被或采用纳米制剂、脂质体制剂、磷脂复合物等其他新技术手段，提高黄芩苷在动物机体内的利用率[10]。

图1 黄芩苷的结构式

2 黄芩苷生物学功能及作用机制

2.1 黄芩苷的抗菌作用 黄芩苷具有广谱抗菌、抗病毒的特性，对大肠杆菌、葡萄球菌、铜绿假单胞菌、嗜血杆菌、链球菌、分枝杆菌、绿脓杆菌、支原体等多种细菌、真菌、病毒具有显著的抑制或杀灭作用[11]。黄芩苷可以通过破坏菌体细胞膜、细胞壁的完整性，降低细胞壁的防御功能、抑制细胞膜的运输功能和信息传递功能，从而达到抑菌效果。周清[12]通过电镜法观察了黄芩苷作用前后结核分枝杆菌的细胞形态变化，发现黄芩苷在6 mg/mL 时抑制结核分枝杆菌的效果最好，随着黄芩苷浓度的增加，结核分枝杆菌的丝状DNA 逐渐消失、细胞壁及细胞膜逐渐降解、核质浓缩，由此推测细菌死亡的原因可能是在黄芩苷的作用下菌体细胞膜和细胞壁被破坏，从而导致菌体的降解。黄芩苷抑制病原菌的生长和增殖还可能与抑制病原菌遗传物质的合成有关。熊英等[13]在测定黄芩苷对白念珠菌抑菌浓度与杀菌浓度的试验中发现，黄芩苷对白念珠菌的DNA、RNA、蛋白质的合成具有抑制作用，由此推测黄芩苷抑制或杀灭白念珠菌可能是黄芩苷抑制了白念珠菌的遗传物质合成与表达。Peng 等[14]研究发现，黄芩苷能够有效缓解大肠杆菌引起的炎症，降低细胞损伤，对大肠杆菌具有抑制作用，其治疗机制可能是黄芩苷抑制了大肠杆菌毒力基因的表达，减弱了大肠杆菌的吸附能力，降低大肠杆菌诱导的NF-κB 信号通路抑制炎症因子的释放。综合研究表明，黄芩苷通过抑制病原菌遗传物质的合成、破坏细胞膜、细胞壁的结构、细胞的信号传递、酶的活性来抑制病原菌生长和增殖。

2.2 黄芩苷的抗病毒作用 在抗病毒方面，张沛等[15]在研究黄芩苷对呼吸道合胞病毒（Respiratory Syncytial Virus，RSV）感染大鼠I 型干扰素（Interferon，I-IFN）及细胞因子信号传导抑制因子（Suppressor of Cytokine Signaling，SOCS）的表达时发现，在黄芩苷的作用下RSV 感染小鼠肺组织病变显著改善，其治疗机制可能是黄芩苷通过上调感染大鼠体内I-IFN的表达、下调IL-6和IL-12 的水平来抑制SOCS 的表达，从而达到抗病毒、治疗RSV 感染小鼠的作用。Pang 等[16]利用黄芩苷治疗肺部感染甲型流感病毒（Influenza A Virus，IAV）的小鼠时发现，黄芩苷可以通过下调TLRs 信号通路的信号因子，降低肺组织中高表达的炎性细胞因子，进而降低Th1/Th2 和Th17/Treg 的比值，抑制病毒的复制，达到治疗小鼠肺部感染的作用。在2019 年全民对新冠病毒（COVID-19）疫情的预防和治疗中，湖北发布含有黄芩的“肺炎一号”方剂对预防和治疗COVID-19 效果较好，为国家预防和治疗COVID-19 作出了突出贡献；Song 等[17]对黄芩苷预防和治疗COVID-19 进行了临床前的研究发现，黄芩苷改善了小鼠的呼吸功能、抑制新冠病毒诱导的细胞损伤和病毒复制，因此可以推测黄芩苷或者含有黄芩苷成分的中草药可能是预防和治疗COVID-19 的有效药物。综合研究表明，黄芩苷可通过抑制病毒复制、调控宿主细胞功能蛋白表达等来抑制病毒的增殖或对其进行杀灭。

2.3 黄芩苷的抗氧化作用 黄芩苷含有酚羟基，具有较高的抗氧化能力，对清除自由基、保护细胞和机体组织具有较好的效果。He 等[18]在研究黄芩苷对小鼠酒精性肝损伤的作用及机制时发现，黄芩苷改善了由酒精引起的氧化应激、肝细胞凋亡、脂肪变性和炎症，其治疗机制可能是黄芩苷抑制乙醇诱导的促炎因子和NF-κB的活化。曹惠敏等[19]在研究黄芩苷对阿尔茨海默病（Alzheimer's Disease，AD）转基因N2a/APPswe 细胞的保护作用时发现，黄芩苷能促进N2a/APPswe 细胞增殖，提高细胞超氧化物歧化酶的活性，且呈量性关系，其机制可能是黄芩苷促进了Nrf2 的活化，从而降低氧化应激损伤。Kong 等[20]在研究黄芩苷对离体大鼠心肌缺血再灌注损伤的保护作用及机制时发现，黄芩苷作用后的左心室功能改善、血管密度增大、冠状动脉中乳酸脱氢酶（Lactate Dehydrogenase，LDH）、肌酸激酶（Creatine Kinase，CK）活性显著降低，试验组细胞凋亡显著低于对照组，且呈现量性关系，其治疗机制可能与黄芩苷的抗氧化性和抗凋亡性有关。综合研究表明，黄芩苷抗氧化的核心是通过调控Nrf2 因子，影响抗氧化蛋白的转录，调控相关基因的表达，从而达到清除自由基、保护细胞、降低细胞损伤的目的。

2.4 黄芩苷的抗炎作用 黄酮类化合物具有抗炎镇痛的作用，医学上可用于脓肿溃疡、炎症等疾病的治疗[21]。宁康健等[22]利用不同浓度的黄芩苷分别对小鼠腹腔注射和口服治疗，结果表明无论是腹腔注射还是口服均具有一定的抗炎作用，呈现量性关系，且腹腔注射效果高于口服效果，其抗炎机制可能是黄芩苷能对前列腺素E2（PGE2）、白三烯B4（LTB4）、白三烯C4（LTC4）等部分或全部炎性效应因子的合成产生抑制作用。Guo等[23]在研究金黄色葡萄球菌导致的乳腺炎小鼠模型中发现，黄芩苷可以抑制核转录因子-κB（NF-κB）和p38 的磷酸化及mRNA 的表达、减少炎症细胞浸润。Ishfaq 等[24]在探究黄芩苷治疗支原体诱导的炎症和细胞凋亡作用及机制时发现，使用黄芩苷后可缓解支原体（Mycoplasma Gallisepticum，MG）诱导鸡肺炎症、细胞凋亡、能量代谢障碍，其治疗机制可能是黄芩苷调节鸡肺内Nrf2 和NF-κB 通路，提高了MG 感染鸡肺组织中的ATP 酶活性和与能量代谢相关基因的mRNA 和蛋白的表达有关。Zhang 等[25]通过使用黄芩苷对慢性溃疡性结肠炎（chronic Ulcerative Colitis，UC）小鼠进行灌注后发现，患病小鼠的健康状态明显改善，对右旋糖酐硫酸脂酯钠（Dextran Sodium Sulfate，DSS）诱导的慢性溃疡性结肠炎有效，其治疗机制可能是黄芩苷降低了炎症因子的水平、抑制了IL-33的表达和NF-κB的活化。综合研究表明，黄芩苷通过抑制炎症细胞的发展和扩散，抑制促炎细胞因子的生物合成与活性，调节相关基因mRNA 的表达从而达到抗炎效果。

2.5 黄芩苷的抗肿瘤作用 2020 年全球癌症统计报告表明，人类肿瘤患病率呈逐年递增且呈低龄化发展态势，严重危害人类健康[26]。研究显示黄芩苷或含有黄芩苷成分的中草药对肿瘤具有较好的治疗效果。Chen 等[27]研究发现，黄芩苷和黄芩素可明显抑制2 种卵巢癌细胞的活力，对卵巢癌的治疗具有较大潜力，其治疗机制可能是黄芩苷和黄芩素抑制血管内皮生长因子（Vascular Endothelial Growth Factor，VEGF）、低氧诱导因子（Hypoxia-Inducible Factor 1，HIF-1α）、NF-κB 等 促癌基因的表达来抑制细胞活力。Wan 等[28]研究发现，黄芩苷对人骨肉瘤细胞的增殖具有抑制作用，且呈量性关系，其治疗机制可能是黄芩苷通过活性氧介导的线粒体途径诱导人骨肉瘤癌细胞凋亡。综合研究表明，黄芩苷主要通过阻滞细胞周期、诱导肿瘤细胞凋亡、抑制肿瘤细胞迁移来预防和治疗肿瘤。

3 黄芩苷在动物生产上的应用

黄芩苷在人类的疾病治疗和预防中应用较为广泛，随着科学研究的深入，黄芩苷在动物生产领域逐渐受到重视，利用黄芩苷或含有黄芩苷成分研发的清瘟解毒口服液、麻黄鱼腥草散、龙胆泻肝散等兽药已经开始应用到动物疾病的预防和治疗。

3.1 黄芩苷在禽类生产中的应用 目前黄芩苷主要应用在家禽的鸡支原体、鸭甲型肝炎病毒等疾病的治疗。Wu 等[29]在探讨黄芩苷对鸡毒支原体和大肠杆菌联合感染的保护作用及机制时发现，合并感染可引起鸡肺组织和气管严重病变，而使用黄芩苷饲喂后鸡肺泡间隙恢复、黏膜增厚、症状明显缓解，说明黄芩苷在鸡毒支原体感染或大肠杆菌等导致的鸡支气管炎症具有治疗效果和良好的应用潜力。Chen 等[30]研究发现，磷脂复合修饰后的黄芩苷抑制了鸭甲型肝炎病毒1 型（Duck Hepatitis A Virus Type 1，DHAV-1）的吸附、增殖和释放，同时具有较高的抗氧化能力和增强机体免疫力的作用。黄芩苷除了对鸡支原体、鸭甲型肝炎病毒等造成的疾病具有积极的治疗作用外，还在提高蛋鸡生产水平[31]、促进肉仔鸡生长[32]等方面具有较好的效果。

3.2 黄芩苷在猪生产中的应用 黄芩苷在猪生产中的应用相对广泛。张佳诚等[33]探究不同剂量黄芩苷对感染副猪嗜血杆菌（Haemophilus Parasuis，HPS）的仔猪血液生化指标的影响时发现，仔猪在感染HPS 后血液生化指标发生变化，使用黄芩苷注射治疗可以有效缓解仔猪的血液生化指标的变化，且黄芩苷在保护血管损伤和止血方面具有一定效果。Guo 等[34]研究发现，黄芩苷可以显著提高猪卵母细胞的体外成熟能力，且在培养过程中黄芩苷处理组囊胚细胞的凋亡显著低于对照组，猪胚胎发育能力显著高于对照组，其机制可能是黄芩苷通过抑制活性氧的产生、调节线粒体活性、激活相关因子的信号通路提高了猪胚胎的体外发育能力，由此推测黄芩苷可能对母猪体内卵细胞的成熟、胚胎的发育、母猪繁殖性能的提高具有积极作用。此外，黄芩苷还在提高仔猪生长性能、降低仔猪腹泻等方面具有较好的疗效[35-36]。

3.3 黄芩苷在牛生产中的应用 黄芩苷在治疗和预防奶牛乳房炎、子宫内膜炎等疾病方面效果较好。郭梦尧等[37]研究发现，黄芩苷可降低小鼠乳房炎症、保护乳腺细胞，对金黄色葡萄球菌具有抑制和杀灭作用，其治疗机制可能与黄芩苷抑制了Toll 2 样受体（Toll-Like Receptors 2，TLR 2）的表达、增强了溶酶菌对金黄的葡萄球菌的作用有关，这与赵永旺[38]在研究黄芩苷对奶牛乳房炎的治疗作用的结果一致。张琳等[39]研究发现，含有黄芩苷的黄芩茎叶对金黄色葡萄球菌、痢疾杆菌等具有较好的抑制作用，降低了小鼠的乳腺损伤及乳腺炎症因子IL-6 水平，对金黄色葡萄球菌型乳房炎感染小鼠具有较好的治疗作用。Zhao 等[40]研究发现，黄芩苷对牛奶中大肠杆菌的增殖具有抑制作用，降低了大肠杆菌的耐药性，这对奶牛乳房炎的治疗、提高牛奶的品质具有积极作用。周红潮等[41]研究发现，黄芩苷及其酯类衍生物能够有效抑制牛病毒腹泻病毒（Bovine Viral Diarrhea Virus，BVDV）在细胞中的复制，达到抗病毒作用，从而治疗牛病毒腹泻黏膜病（Bovine Viral Diarrhea Disease，BVD）。Miao 等[42]通过建立代表奶牛子宫内膜炎的兔子宫内膜炎模型，并利用黄芩苷对其进行治疗，证实了黄芩苷对细菌性子宫内膜炎具有预防和治疗作用，其机制可能是通过抑制转录因子NF-κB 和其下游基因，改善细菌引起的炎症反应。

黄芩苷对牛其他生产性能也有较好的改善效果。Guo 等[43]在研究黄芩苷对热应激诱导的公牛睾丸细胞凋亡的保护作用及机制时发现，处理后的睾丸细胞凋亡数量随黄芩苷浓度的增加而减少，改善了高温环境下公牛的生殖性能，其机制可能与黄芩苷激活Fas/FasL 的通路和上调热应激诱导的牛睾丸细胞Hsp 72 的表达有关。Yang 等[44]在探索黄芩苷对脂多糖（Lipopolysaccharide，LPS）诱导的牛乳腺上皮细胞凋亡的保护机制时发现，黄芩苷作用后牛乳腺炎症降低、细胞活力增加，减少了细胞凋亡，其治疗机制可能是黄芩苷抑制了NF-κB、上调了Hsp 72 的表达，从而减轻了乳腺上皮炎症和细胞凋亡。黄芩苷除了在预防和治疗奶牛乳房炎、改善公牛的生精性能、病毒性腹泻、牛子宫内膜炎方面具有较好的效果，还在治疗肝炎和肠炎、降低奶牛热应激、提高牛奶品质等方面具有良好的应用效果[35]。

3.4 黄芩苷在水产动物中的应用 黄芩苷在水产动物中的应用主要集中在罗非鱼、对虾、异育银鲫等的生长性能、抗氧化、治疗炎症方面。Jia 等[45]研究发现，不同剂量黄芩苷均能提高罗非鱼的饲料转化率，提高罗非鱼的抗氧化能力，并减轻了罗非鱼的肝损伤，黄芩苷对肝脏的保护作用可能是通过其调节Toll 样受体4（TLR 4）髓样分化因子88（MyD 88）-核转录因子κB（NF-κB）信号的通路改善了抗氧化应激状态、降低脂质氧化、抑制炎症有关。Wang 等[46]探究黄芩苷对无乳链球菌型感染的罗非鱼治疗作用及机制，并采用40 余种植物提取物对无乳链球菌毒力因子的影响发现，40 种提取物只有黄芩苷同时对5 种无乳链球菌的毒力因子有明显的抑制作用，体内治疗表明黄芩苷可明显降低无乳链球菌感染的罗非鱼死亡率，对无乳链球菌感染的罗非鱼具有较好的治疗作用。此外，黄芩苷消除诺氟沙星等其他抗生素在水产动物中的残留效果较好。

4 小结及展望

黄芩苷作为黄芩的有效成分之一，在动物疾病预防和治疗以及提高生产性能、缓解应激、提高机体免疫力等方面具有良好的效果，并且毒副作用小、无残留，因此黄芩苷作为绿色添加剂具有较大的利用价值和应用前景。受制于黄芩苷的分子结构，在实际应用中可以采用包被等新的技术方法改善黄芩苷的物理性质，提高机体对黄芩苷的利用率。但目前黄芩苷在动物机体内的代谢途径、发挥作用的机理等尚不明确，应加强相关方面研究，为黄芩苷在动物生产中的应用提供指导。