异喹啉类生物碱的生物学功能及其在反刍动物生产中的应用

王玉雯,闫景彩,万发春,沈维军,王 祚

(湖南农业大学 动物科学技术学院学院，湖南 长沙 410128)

抗生素对提高饲料利用率、促进动物生长发育、动物疾病的防治等方面起到了积极作用，同时也提高了饲养业的经济效益。但是，频繁使用抗生素类饲料添加剂会大幅提升畜禽胃肠道内的有害细菌耐药性，并会造成药物残留和环境污染等问题，对食品安全、环境安全以及人类健康造成严重威胁。当前，我国已全面禁止抗生素类饲料添加剂的使用，因此急需寻求安全、有效、绿色的抗生素添加剂替代品，为畜牧业的绿色发展开辟出一条新的路径。

异喹啉类生物碱是自然界中广泛存在的一类天然活性物质，也是种类最为丰富的一类生物碱，主要分布于小檗科()、防己科()、毛茛科()和罂粟科()等植物中。异喹啉类生物碱具有抗炎、抗氧化、免疫调节和镇痛等多种生物功能。根据结构的不同，异喹啉类生物碱可分为简单异喹啉类、苯菲啶类、普罗托品类、阿朴菲类、小檗碱类等。此类生物碱来源广泛、成本低廉、活性强、副作用小、使用安全，近年来被广泛研究。部分异喹啉类生物碱已被证明可提高动物生产性能、增强动物抗病能力，显示出替代饲用抗生素的良好潜质和应用前景。

本文重点阐述异喹啉类生物碱在抗炎、抗氧化、抑菌方面的生物学功能及其在反刍动物生产中的应用效果，为异喹啉类生物碱在反刍动物生产中的应用提供参考。

1 异喹啉类生物碱的生物学功能

1.1 抗炎作用

炎症是机体受到刺激后产生的一种防御反应，过多的促炎因子会导致机体组织受损，进而引起器官的衰竭，若治疗不及时甚至能造成死亡。数种异喹啉类生物碱已被证明具有良好的抗炎效果。核转录因子(NF-κB,)是一种重要的细胞转录调节因子，正常生理状态下，NF-κB与抑制蛋白κB(IκB)结合。但在促炎因子的诱导下，NF-κB被激活，使其与IκB解离，促进炎性基因的表达。腺苷酸活化蛋白激酶(AMPK)可阻止NF-κB活化。小檗碱(小檗碱类，BBR)在激活AMPK后，抑制了NF-κB信号传导，降低了促炎因子的基因表达。BBR还可以通过AMPK/mTOR(雷帕霉素靶蛋白)信号通路来刺激巨噬细胞自噬从而达到减轻炎症反应的效果。去亚甲基小檗碱可通过调节NF-κB信号和辅助性T细胞(Th细胞)稳态，缓解小鼠炎症性结肠炎。血根碱(苯菲啶类生物碱，SG)能够抑制丝裂原活化蛋白激酶(MAPK)的激活，进而改变体外炎症介质的合成与释放。据Chen等研究表明，粉防己碱(双苄基异喹啉类生物碱,Tet)能减弱树突状细胞介导的同种免疫，保护小鼠皮肤移植物免受排斥反应，进一步分析表明，Tet显著下调CD80和CD86分子表达、上调IL-10的分泌。在葡聚糖硫酸钠诱导的小鼠结肠炎模型试验中，波尔定(阿朴菲类生物碱)通过调节促炎细胞因子(肿瘤坏死因子-α、白细胞介素-6、白细胞介素-17)、NF-κB和STAT3信号显著抑制结肠炎症。Zhou等报道，盐酸千金藤碱(阿朴菲类生物碱)可通过调节肠道微生物的结构和功能、激活TLR4-MyD88先天免疫信号，维持肠道微环境稳态，对食管癌具有更好地化疗反应。另外，千金藤对树突状细胞诱导的T细胞增殖和人扁桃体中淋巴细胞增殖具有一定抑制作用，并且促进B淋巴细胞产生抗体。

1.2 抗氧化作用

氧化自由基(ROS)是所有生化过程的基础，是有氧生活和新陈代谢的重要组成部分，是由呼吸作用和一些细胞介导的免疫功能持续产生的。在机体内产生的自由基与抗氧化剂之间具有动态平衡，当这种平衡被打破，就会引发氧化应激等一系列疾病。研究表明，小檗碱可有效清除一氧化氮(NO)、2,2'-联氮-双-(3-乙基-苯并噻唑-6-磺酸)(ABTS)、1,1-二苯基-2-苦基肼(DPPH)及超氧化物等自由基。Shirwaikar等研究了BBR的抗氧化活性，体外抗氧化模型试验结果显示BBR浓度越高，其清除自由基能力随之增强。BBR也可以通过抑制烟酰胺腺嘌呤二核苷磷酸(NADPH)氧化酶亚基的表达，减少超氧阴离子及下游产物等活性氧的生成。同样的，在SG的抗氧化活性试验中，SG可通过阻碍NADPH氧化酶的活性发挥其抗氧化功能，而且SG可有效清除DPPH自由基，该作用随着浓度的增加而增强。许多阿朴菲类生物碱，如海罂粟碱、异波尔定碱、木兰花碱、番荔枝碱等被证实可以通过清除ROS和其他自由基，阻止次黄嘌呤-黄嘌呤氧化酶体系而发挥抗氧化活性。综上，大量文献表明，异喹啉类生物碱可通过清除氧自由基、减少活性氧的生成、减轻脂质过氧化反应、增强抗氧化酶活性等途径来实现抗氧化作用。

1.3 抑菌作用

异喹啉类生物碱的药理作用广泛，近年来对其抑菌效果的报道较多。研究发现BBR对痢疾杆菌、霍乱杆菌、大肠杆菌、幽门螺旋杆菌等病原菌具有较强的抑制作用，而对肠道有益菌的抑制效果较弱。郑洪艳等研究了不同原小檗碱型生物碱对致病菌的抑菌效果，发现BBR具有的抗菌活性与其结构有关，其季铵结构可抑制细菌核蛋白体30s亚基，进而阻碍细菌蛋白质合成。Peng等研究发现，BBR可破坏无乳链球菌细胞膜的结构以及抑制其蛋白质及DNA的合成，从而起到杀菌作用。另有报道，BBR能够抑制拓扑异构酶(Topo)Ⅰ/Ⅱ的活性，阻止TopoⅠ与TopoⅠ-DNA结合，阻止DNA的合成。BBR能够阻止病菌与红血球、上皮细胞的黏附，使病菌与受感染体之间失去介质，从而降低病原菌的感染力。据报道，生物被膜对抗生素有着极强的抵抗力，其可以减缓抗菌药物对细菌的杀伤作用，妨碍了肠道炎症的治疗。王静慧等在管碟法体外抑菌试验中发现SG对于沙门氏菌、金黄色葡萄球菌、大肠埃希氏菌表现出强烈的抑制作用，并且随着浓度增加抑菌效果更强。进一步试验发现，当SG浓度达到0.16 g/L时可完全清除大肠杆菌与沙门氏菌生物被膜。潘萌等研究证明，白屈菜红碱对动物大肠杆菌和金黄色葡萄球菌具有良好抑制作用。徐冬雪等通过透射电镜试验发现，白屈菜红碱可通过抑制变形链球菌的细胞分裂抑制其生长，并对荚膜、细胞壁和细胞膜等产生影响。目前，小檗碱、血根碱、白屈菜红碱、海罂粟碱已被报道对细菌和真菌具有明显抑制效果，对异喹啉类生物碱的抑菌机理主要归结为破坏细胞膜结构、抑制菌体核酸、抑制细菌酶蛋白活性以及其自身结构所起到的作用等。

2 异喹啉类生物碱在生产中的应用

2.1 对反刍动物生产性能的影响

大量研究表明，在饲粮中添加异喹啉类生物碱可增加单胃动物的日增重，对单胃动物的生产性能起到了积极作用。Goodarzi与张卫兵等对3～23日龄犊牛的研究表明，在代乳剂中添加5 g异喹啉类生物碱对犊牛体重增加具有积极作用。在添加SG对公牛生产性能和胴体性状的影响试验中，Alex等研究发现，与对照组相比， SG组公牛的胴体产量更高且皮重较低。说明SG能够提高干物质向胴体转化的效率和胴体产量，其可能原因是SG提高了小肠中非氨氮的供应量, 进而减少了瘤胃中饲料蛋白质的降解以及增加了微生物蛋白质的合成。SG还可去除瘤胃中的原生动物，同样造成微生物蛋白质合成增加。Estrada-Angulo等发现，在母羊的高能量日粮中添加博落回提取物(MCE)可提高母羊对炎热环境的耐受力，减轻热环境对母羊生长性能造成的不良影响，提高母羊的增重效率。这种作用可能是由于MCE具有抗炎作用以及相应的营养吸收增强而实现的。

2.2 对反刍动物瘤胃发酵的影响

甲烷是一种动物不能利用的高能物质，甲烷的释放伴随着能量的损失。有研究指出，反刍动物释放甲烷所损失的能量占饲料总能的7%。因此，控制甲烷的生成是瘤胃发酵调控的重要内容之一。在湖羊瘤胃体外试验中，张志红等发现低浓度MCE(有效成分为血根碱和白屈菜红碱)会提高甲烷的生成量，高浓度MCE会减少产甲烷量，并且MCE促进湖羊瘤胃发酵模式由乙酸型转变成丙酸型。其原因在于低浓度MCE增加了产甲烷菌等微生物活性使产气量和甲烷产量增加，而高浓度MCE在降低产甲烷菌活性的同时也影响了瘤胃中纤维降解菌、原虫等活动，降低了产甲烷量。Aguilar等发现在肉牛的精料中添加异喹啉类生物碱，可提高育肥牛对氮的利用效率。其部分原因是提高了瘤胃微生物效率，降低了饲料氮的瘤胃降解，促进了瘤胃后氮消化。

2.3 对反刍动物抗病能力的影响

亚急性瘤胃酸中毒(SARA)是一种奶牛高发病，可增加炎症水平，诱发奶牛瘤胃炎。Zhao等研究探讨BBR对脂多糖(LPS)刺激的瘤胃上皮细胞(REC)的抗炎作用， 结果表明，BBR对Toll样受体4 (TLR4)和髓系分化初级反应蛋白(MyD88) 的表达具有显著抑制作用，故对LPS诱导的REC炎症反应具有良好保护作用。

脂肪肝是围产期奶牛主要的脂质代谢疾病，主要表现为胰岛素抵抗、非酯化脂肪酸(NEFA)水平高和肝脏TG积累。Shi等研究表明，奶牛脂肪肝表现出线粒体呼吸链功能和胰岛素信号的损伤。高水平的NEFA可损害牛肝细胞线粒体呼吸链功能和胰岛素信号转导。而BBR显著改善了这种状况，为预防和治疗奶牛脂肪肝，特别是轻、中度脂肪肝提供了一种新的治疗策略。

Zhou等研究表明，BBR与常用抗生素联合使用对表皮葡萄球菌多重耐药菌株具有良好的协同作用，可单独或与其它抗微生物剂联合使用，预防和治疗由葡萄球菌引起的奶牛乳腺炎。Bandyopadhyay等发现,BBR对导致牦牛出血性腹泻的多重耐药性大肠杆菌具有显著的抑制作用，表明BBR可作为一种有效的抗耐药大肠杆菌的抗菌剂。

3 小 结

目前对异喹啉类生物碱的药理特性及生物学活性等方面的研究较多，发现其具有抗氧化、抗菌抗炎、镇痛止咳及抗癌等作用。在动物生产中的应用研究表明，异喹啉类生物碱能够增强动物免疫功能、提高动物生长性能以及改善动物产品品质，是一类很有潜质的饲用抗生素替代品。近年来，以血根碱为主要成分的博落回提取物在动物生产生产中起到了良好的作用效果，但是仅批准用于猪禽，并未涉及反刍动物。有关异喹啉类生物碱在反刍动物生产中的应用研究较少，现在仍处于初级阶段。其一是因为反刍动物复杂的瘤胃微生物环境，其二是异喹啉类生物碱提取于中草药，而中草药本身具有毒副作用，以及中草药组方之间存在配伍禁忌，可能会对动物产生危害。因此，还需进一步对异喹啉类生物碱在反刍动物生产中应用的有效性与潜在性进行挖掘，深入研究其作用机制。