α-茄碱、α-卡茄碱在动物生产中的抗营养作用及毒性研究进展

何玉华，张立峰，孙学钊

（吉林农业科技学院，吉林省反刍动物精准营养与智慧生态养殖跨区域合作科技创新中心，吉林左家132109）

世界上80%以上的国家种植马铃薯，但目前马铃薯的副产品还没有进行很好的开发和利用，而且马铃薯中的糖苷生物碱也是影响其利用的主要因素。马铃薯含有不同程度的糖苷生物碱，其含量取决于品种、贮存条件、加工处理方法、光照等。马铃薯中糖苷生物碱在天然水平上具有潜在的毒性。α-茄碱（α-solanine）、α-卡茄碱（α-chaconine）是马铃薯糖苷生物碱的主要组成成分，占糖苷生物碱总量的95%左右（董晓茹，2013），α-茄碱和α-卡茄碱的比例为1：2～1：7（Jarmila Skarkova等，2008），其可决定马铃薯中糖苷生物碱毒性的程度和性质，因为这两种生物碱的毒性是协同作用的（Langkilde等，2009）。α-茄碱和α-卡茄碱的抗营养作用及毒性一直备受动物营养等领域研究学者的关注。近年来，关于α-茄碱、α-卡茄碱对动物的影响已经成为动物营养、疾病和繁殖等方面的一个新的研究方向。本文对α-茄碱、α-卡茄碱在动物生产中的应用情况进行了综述。

1 α-茄碱、α-卡茄碱在马铃薯及其副产品中的含量

在正常成熟、没有受到光照的情况下，马铃薯中糖苷生物碱的含量一般为10～100 mg/kg（Knuthsen等，2009）。有关资料报道马铃薯淀粉渣中α-茄碱含量为0.0474 mg/100 g（何玉华，2017；何玉华，2016），用混菌固态发酵马铃薯淀粉渣，观测发酵过程中龙葵碱含量的变化。结果表明，随着发酵时间的增加，α-茄碱含量逐渐降低；发酵前的含量为0.0474 mg/100 g，发酵后为0（江成英，2010）。

在马铃薯茎叶中添加甲酸进行发酵，发酵后马铃薯茎叶中α-茄碱的含量降到0.02%（占干物质），和发酵之前相比降低很多。研究表明，α-茄碱的含量和pH有很大的关系，酸性条件能够导致α-茄碱的分解（张敏，2014）。

2 α-茄碱、α-卡茄碱对动物生产的影响

2.1 α-茄碱、α-卡茄碱对动物采食量的影响α-茄碱和α-卡茄碱有苦涩的味道，会影响动物的采食。α-茄碱和α-卡茄碱对蜗牛的采食具有协同抑制作用，但单独作用时α-卡茄碱比α-茄碱的抑制作用更明显（Smith等，2001）。由此可见α-茄碱和α-卡茄碱具有降低动物采食量的作用。α-卡茄碱和α-茄碱作用于卡普拉甲虫的试验中使用面粉圆盘生物测定法进行的营养研究显示，卡普拉甲虫生长率（RGR）和食物消耗率（RCR）显著降低，当食物中浓度为20～30 mg/g时，其食物利用率（ECI）达到82.4%。当二者混合时，糖苷生物碱的毒性和拒食性增强（Nenaah等，2011），表明α-卡茄碱和α-茄碱之间存在协同作用，也说明这类化合物有可能用于保护储藏的谷物避免昆虫的侵扰。

2.2 α-茄碱、α-卡茄碱对动物生长性能的影响α-卡茄碱和α-茄碱对动物生长性能也会产生抑制作用。季宇彬（2009）的试验结果表明，通过给小鼠灌胃α-茄碱，低剂量组（177、236 mg/kg）未发生致死情况，随着剂量的逐渐增加（315、420、560 mg/kg），小鼠死亡数量也随之增加，当剂量增加到747 mg/kg时，三天之内全部死亡，整个试验期间未死亡的小鼠出现轻度的胃肠炎症状，食欲也逐渐下降，出现便秘、呕吐、流涎等现象。死亡小鼠呈现头部肿胀、体温升高、腹泻、便血的症状。在一定程度上说明α-茄碱和α-卡茄碱对小鼠生长发育有一定的抑制作用（何玉华，2017；陈艳，2006）。α-卡茄碱在蜡蛾日粮中添加量为1.5 mg/100 g时，蜡蛾的存活率、繁殖力和生育能力显著下降（Ender Büyükgüzel等，2013）。

2.3 α-茄碱、α-卡茄碱对动物消化系统的影响

α-茄碱、α-卡茄碱进入动物机体之后，在消化系统上会有一系列的症状，主要表现为：不同程度的口腔干燥，口腔、咽喉处有疼痛感，咽喉发紧，并且出现恶心、呕吐、腹痛、腹泻的症状。严重的呕吐和腹泻可导致电解质失衡、脱水、血压下降等，引起肠源性的青紫病（何玉华，2017）。α-茄碱、α-卡茄碱以1：3.7和1：70的比例给叙利亚金仓鼠灌服28 d，每天灌服总糖生物碱量的最高剂量为33.3 mg/kg体重的时候导致小肠和胃扩张充满液体；以1：3.7的比例喂养仓鼠，其上皮刮片中观察到更多的差异基因表达，表明脂质代谢和能量代谢途径主要受1：3.7的影响（Langkilde等，2009）。

2.4 α-茄碱、α-卡茄碱对肠道机械屏障功能的影响 马铃薯中天然存在的α-卡茄碱、α-茄碱使结肠中促炎细胞因子IFN-c、TNF-a和IL-17水平升高，结肠通透性增强，从而加重了两种肠道炎症模型小鼠的肠道炎症（Iablokov等，2010）。α-卡茄碱、α-茄碱在体外存在抗炎作用，亚细胞毒性浓度的α-卡茄碱、α-茄碱对Jurkat和Raw 264.7小鼠巨噬细胞具有抗炎作用，通过进一步的研究表明其可能有助于预防消炎性疾病（Kenny等，2013）。上皮屏障完整性的破坏在炎症性肠病（IBD）的发生和病因中起着重要作用（李璐，2019）。α-卡茄碱、α-茄碱可与细胞膜上的胆固醇结合而破坏细胞膜的结构，导致肠道机械屏障功能的破坏（Bijal Patel等，2002）。α-卡茄碱、α-茄碱使细胞内的Ca2+浓度呈剂量依赖性升高，在马铃薯糖苷生物碱中α-卡茄碱比α-茄碱的作用更明显，Ca2+内流是由细胞膜不稳定引起的（Toyoda等，1991）。

2.5 α-茄碱、α-卡茄碱对动物其他组织器官的影响

2.5.1 心脏 李永华（2003）研究结果表明，人误食发芽的马铃薯，在6 h之后表现出了四肢麻痹及咽喉痒痛，同时出现呼吸急促的情况，在24 h之后出现精神倦怠、恍惚的症状，心电图结果显示，中毒者的心肌已经被损伤，出现心跳加速、心律失常的现象，导致心肌酶的图谱升高。余晖等（2004）的报道也出现了上述症状。80μg/mL浓度的α-卡茄碱可以使心脏细胞在几分钟内停止跳动；浓度降低一半的时候可使心肌细胞的收缩频率增加，至少持续2 h（Bergers等，1980）。

2.5.2 肝脏 可以用减轻的肝脏重量来评估α-卡茄碱对小鼠的潜在毒性。在成年雌性瑞士韦氏大鼠的日粮中添加2.4 mmol/kg剂量的α-卡茄碱，饲喂7 d后肝脏的相对重量比对照组降低8%（Friedman等，1996）。

2.5.3 其他 除了对心脏、肝脏的影响外，α-卡茄碱还可以导致仓鼠颅面畸形（Tafadzwa Mandimika等，2008）。

2.6 α-茄碱、α-卡茄碱对动物抗氧化机能的影响 当日粮中α-卡茄碱含量为0.015、0.15、1.5 mg/100 g时，均可导致蜡蛾中肠和脂肪中的丙二醛和蛋白质羰基含量呈剂量依赖性增加；可提高中肠谷胱甘肽S-转移酶活性，降低脂肪体谷胱甘肽S-转移酶活性（Ender Büyükgüzel等，2013）。可见α-卡茄碱能够使肠道和脂肪组织的抗氧化能力降低。α-茄碱还可以导致动物生殖系统的氧化损伤，α-茄碱能够使小鼠睾丸生殖细胞的琥珀酸脱氢酶（SDH）、丙二醛（MDA）、超氧化物歧化酶（SOD）、谷胱甘肽（GSH）活性消失，使活性氧自由基数量上升，呼吸链和氧化磷酸化脱偶联，三羧酸循环出现中断，线粒体基质渗透压升高，内膜肿胀，导致线粒体的功能出现障碍，线粒体氧化损伤（季宇彬，2005）。

2.7 α-茄碱、α-卡茄碱对细胞膜的影响 马铃薯糖苷生物碱最为普遍的毒性作用机理之一，破坏膜的完整性（Roddick等，1988），α-卡茄碱可以使细胞膜的结构发生改变，破坏细胞膜的离子通道，这是由于糖生物碱的亲脂部分和膜中的胆固醇之间形成不稳定的复合物引起的（Tafadzwa等，2008）。α-卡茄碱、α-茄碱的混合物在溶解兔红细胞中起协同作用（James等，2002）。据推测可能是碳水化合物侧链的性质影响了细胞分裂过程，细胞分裂似乎和糖生物碱与膜甾体的结合没有直接关系。

研究表明，α-卡茄碱对白化蛙胚胎膜电位的改变是α-茄碱的4倍左右，EC50值接近公布的胎儿畸形（青蛙胚胎致畸性）值（James等，2002）。α-卡茄碱、α-茄碱的混合物浓度为1：1时（均为20μM），对C6大鼠胶质瘤细胞的细胞毒性作用最强，并且在30 min后保持恒定（Yamashoji等，2013），可能是对细胞的损伤导致了致命的代谢紊乱。α-卡茄碱是马铃薯中一种有毒的糖苷生物碱，其能与各种组织的细胞匀浆结合，但是和分离的DNA或RNA不结合（Sharma等，1983）。

2.8 α-茄碱、α-卡茄碱对细胞增殖凋亡的影响α-卡茄碱和α-茄碱对癌细胞有抑制作用，但需要和其他多种活性成分联合作用。

α-卡茄碱、α-茄碱可通过减少Akt（Ser473）和ERα（Ser167）的表达来抑制RL95-2子宫内膜癌细胞增殖（Karabog∨a等，2018）。α-卡茄碱通过Caspase-3激活和抑制erk1/2磷酸化诱导HT-29人结肠癌细胞凋亡（Seun-Ah Yang等，2005）。通过触发自噬/凋亡和促进表观遗传修饰来影响猪卵母细胞的发育成熟和质量，抑制随后的胚胎发育，降低胚胎质量（Tao等，2018）。α-茄碱通过降低基质金属蛋白酶-2/9活性而抑制人黑色素瘤细胞的迁移和侵袭（Lu等，2010）。α-茄碱通过降低细胞膜电位，打开HepG2细胞膜内的PT通道，使Ca2+向下转运浓度梯度，进而导致细胞内Ca2+浓度升高，开启细胞凋亡机制（梁可道，2008；Gao等，2007）。α-茄碱诱导HepG2细胞凋亡似乎是通过抑制Bcl-2蛋白的表达而介导的（Ji等，2008）。α-茄碱通过诱导微小RNA-138的表达来提高食管癌细胞化疗的敏感性 （Wu等，2018）。α-茄碱可通过调节GAS5/miR-18a通路抑制PCa细胞增殖，促进放射敏感性（Yang等，2019）。

3 小结

随着马铃薯及其副产品在动物生产中的应用越来越多和对其研究的不断深入，α-茄碱和α-卡茄碱引起的安全问题越来越备受关注，因此合理的利用马铃薯及其副产品将是今后动物生产领域研究的热点问题。