槲皮素在畜牧生产中的应用研究进展

朱秋凤 邵彩梅 张永静 张学芳

（1．中国农业大学动物科技学院，北京 100193；2．禾丰食品股份有限公司，辽宁 沈阳 110164）

在饲料禁抗、集约化养殖条件下，动物健康面临重大挑战，如应激综合征引起的高腹泻率、生产性能下降和死淘率增加等一系列生产问题，给养殖业带来巨大的经济损失。寻找可替代抗生素的绿色新型饲料添加剂愈发受到关注。槲皮素是植物界广泛存在的一类黄酮小分子化合物，具有来源广泛、安全性高、不良反应少等优点，并具有抗炎、抗氧化、抗癌和提高机体免疫力等生理作用。目前，槲皮素作为食品添加剂和医药主功效成分，在食品健康和医疗等领域发挥重要作用，但在畜牧饲料添加剂领域的应用研究较少。研究表明，槲皮素可以提高肉鸡抗氧化能力和生产性能[1]，降低断奶仔猪腹泻率，改善生长性能[2]。槲皮素在畜牧生产中具有良好的应用前景和经济效益，具体机理还有待深入研究。本文通过对槲皮素的性质、来源、生物活性及在畜牧生产中的应用进行总结，以期为推动槲皮素作为新型饲料添加剂的开发与合理应用提供参考。

1 槲皮素概述

1.1 槲皮素性质

槲皮素自1857 年被命名以来，被归类为黄酮醇，是类黄酮化合物的6个亚类之一，化学名称3,3',4',5,7-五羟基黄酮（C15H10O7）[3]，表示在位置3、5、7、3'和4'各连接一个OH基团，完全不溶于冷水，难溶于热水，溶于甲醇、冰醋酸、丙酮和碱等。槲皮素具有多种生物学活性，如抗癌、抗炎、抗病毒、抗氧化、抑制血小板聚集，并刺激线粒体生物发生[4]。槲皮素化学结构见图1。

图1 槲皮素化学结构

1.2 槲皮素来源

槲皮素广泛存在于许多植物的茎、皮、花、叶、芽、种子、果实中，多以糖苷的形式存在，如芦丁、槲皮苷等，经酸水解可得到槲皮素。槲皮素存在于多种食物中，如洋葱、细葱、芦笋、卷心菜、芥菜、青椒、菊苣、葡萄柚、莴苣、苹果、红葡萄、西兰花、樱桃、茶、红酒中[5-6]。此外，约100 多种药用植物（如槐米、侧柏叶、高良姜、款冬花、桑寄生、三七、银杏、接骨木等）中也含有槲皮素。

2 槲皮素的生物活性功能

2.1 抗炎及调节免疫

大量研究表明，槲皮素在机体抗炎方面发挥重要作用[7-10]。槲皮素对鼠炎症和免疫功能的影响见表1。有研究发现，槲皮素可改善高脂饮食引起的炎症反应，减少内脏脂肪组织肿瘤坏死因子-α （TNF-α）和一氧化氮产生，降低一氧化氮合酶在肥胖大鼠组织中的表达[11]。槲皮素阻断TNF-α 介导的炎症作用机制见图2[12]。槲皮素在体外抗炎和提高免疫功能的作用机制可能是其通过直接激活细胞外信号调节激酶ERK、c-Jun 氨基端激酶（JNK） 和核转录因子（NF-κB）的活性而阻断TNF-α。此外，槲皮素可通过增加过氧化物酶体增殖物活化受体γ（PPARγ）活性间接缓解炎症，从而拮抗炎症基因NF-κB 或激活蛋白-1（AP-1）的转录。

表1 槲皮素对鼠炎症和免疫功能的影响

图2 槲皮素阻断TNF-α介导的炎症作用机制

2.2 抗氧化

2.2.1 槲皮素对相关抗氧化酶活性的影响

槲皮素由于其酚类化学结构表现出强大的自由基清除能力，从而发挥抗氧化功能。槲皮素可诱导谷胱甘肽合成，提高机体抗氧化能力[13-14]。研究发现，槲皮素治疗肾缺血/再灌注（I/R）可提高谷胱甘肽水平，增强了大鼠抗氧化能力[15]。进一步研究发现，槲皮素可减轻锰诱导的抗氧化酶活性下降，从而有效预防锰中毒的功效[16]。还有研究报道，槲皮素预处理显著提高了缺血性损伤动物海马体CA1 锥体神经元内源性抗氧化酶，如铜锌超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化氢酶（CAT）和谷胱甘肽过氧化物酶（GSH-Px）表达水平[17]。杨波等[18]研究发现，疲劳大鼠饲喂槲皮素可提高其血清抗氧化酶活性，减少脂质过氧化反应。因而提示槲皮素可能通过影响谷胱甘肽水平、相关抗氧化酶活性及抗氧化酶基因表达发挥抗氧化作用。

2.2.2 槲皮素对抗氧化信号传导通路的影响

槲皮素可改善机体的抗氧化状态和修复损伤，如脊髓损伤、铅或镉中毒等。槲皮素调节机体抗氧化信号途径见图3。环境因素会诱导机体产生更多的活性氧（ROS）。线粒体电子生物传递链是细胞内ROS 产生的另一个强大来源。槲皮素可调节酶介导的抗氧化防御系统和非酶依赖的抗氧化防御系统，还可以调节ROS 介导的AMP 依赖的蛋白激酶（AMPK）和丝裂原活化蛋白激酶（MAPK）等信号通路，提升抗氧化剂防御系统和维持氧化平衡。ROS 能够促进脱嘌呤/脱嘧啶核酸内切酶1/氧还因子-1（APE1/Ref1）、MAPK 途径、核因子相关因子2（NRF2）介导的相关抗氧化反应元件（ARE）以及NF-κB基因激活[19]。

图3 槲皮素调节机体抗氧化信号途径

2.3 抑菌

关于槲皮素的抑菌功能受到越来越多的关注。秦晓蓉等[20]以大肠杆菌、金黄色葡萄球菌等为试验菌株，发现槲皮素具有广谱抗菌的特征，但对革兰氏阴性菌效果更好。通过体外抑菌试验发现，槲皮素对革兰氏阳性菌的抑菌性更强[21]。

关于槲皮素的抑菌机制目前认为主要包括：损伤细菌细胞壁，改变细胞的通透性；阻碍细菌内蛋白质和核酸的合成，干扰细菌复制；作为抗代谢物，抑制菌体内酶的作用，抑制菌体生长[22]。

2.4 其他功能

槲皮素可诱导肿瘤细胞凋亡，但对正常组织细胞的影响很小，在诱导癌细胞凋亡同时，通过对抗致癌和促癌因子抑制癌细胞生长增殖[23]。槲皮素对多种癌症，如乳腺癌、宫颈癌等均具有良好的抑制作用。槲皮素具有促进细胞自我更新和分化特性，能够减轻人骨髓间充质干细胞衰老，还可恢复人骨髓间充质干细胞（HMSC）中异染色质结构。因此，槲皮素被认为是一种抗早衰药物[24]。此外，槲皮素还具有保护心脑血管、保护肝脏、调节脂肪代谢和抗病毒等作用[25-26]。

3 槲皮素在畜牧生产中的应用

3.1 槲皮素在家禽生产中的应用

槲皮素对家禽生长性能、肌肉品质、蛋品质、抗氧化力和调节肠道菌群等方面的影响研究较多。Liu等[27]在蛋鸡日粮中添加0、0.02%、0.04%和0.06%槲皮素，发现槲皮素适宜添加量为0.04%，与未添加槲皮素组相比，产蛋率提高8.14%，饲料利用率提高10.28%，蛋重提高2.27%，软蛋破蛋率降低58.79%，表明槲皮素有利于提高蛋鸡生产性能和蛋品质。但Iskender等[28]研究表明，添加槲皮素不影响蛋鸡的产蛋性能和蛋壳质量。张琳[29]研究表明，槲皮素适宜添加量也为0.04%，同时通过调节蛋鸡激素水平可提高蛋鸡生产性能和蛋黄中卵磷脂含量，此结果与孙丹彤等[30]推荐的槲皮素添加量一致。也有研究发现，当蛋鸡日粮添加0、0.02%、0.04%和0.06%槲皮素时，饲料转化率随着槲皮素添加水平的增加而降低，添加量为0.02%时蛋鸡产蛋率最高，槲皮素不同添加水平对蛋品质无影响[31]。在蛋鸡日粮中添加0.5%桑叶槲皮素可提高蛋鸡抗氧化力[32]。槲皮素在肉鸡生产中的部分研究结果见表2。

表2 槲皮素在肉鸡生产中的部分研究结果

3.2 槲皮素在猪生产中的应用

母猪是一个猪场核心的群体，其良好的生产性能是猪场经济效益的基础和保证。Santini 等[40]研究发现，槲皮素可抑制母猪体内黄体酮和雌二醇的产生，对卵巢功能造成负面影响，但其对体内生殖功能的影响需进一步研究。有研究在母猪产前1周开始饲喂含0.03%槲皮素的日粮，结果发现，与对照组相比，母猪血液中游离脂肪酸浓度提高29.14%，增加了乳脂合成，免疫球蛋白G 含量提高4.20%，显著提高仔猪断奶重和哺乳期日增重[41]。母猪产程过长可能会导致仔猪死胎率增加、初生仔猪活力降低、母猪易感染疾病等不良后果。研究发现，槲皮素可使妊娠母猪子宫肌松弛，提示槲皮素可能具有助产作用[42]。

目前集约化养殖环境使猪群极易受到各种应激因素影响，包括仔猪断奶、猪群密度大、畜舍消毒频次高、猪舍温差大、运输调运等，进而导致肠道屏障功能受损。姚佳颖[43]探讨了槲皮素对猪肠上皮细胞利用蛋白质的作用机制，结果表明，培养液添加1.6 mg/L 槲皮素可促进细胞增殖，提高胞内蛋白质含量，作用途径可能是通过促进氨基酸和小肽转运载体表达以及激活m TOR信号通路。汪曼丽等[44]给幼龄仔猪灌服10 mg/kg体重槲皮素+猪流行性腹泻病毒（PEDV），与感染PEDV 猪相比，灌服槲皮素组仔猪平均日增重提高44.65%，血液中肌酐和尿素氮含量显著降低，增加了空肠villin、claudin-1和iFABPA基因相对表达量，减轻了肠道损伤。梅华迪等[45]研究表明，0.04%槲皮素对断奶仔猪肠道乃至整个机体健康具有益生作用，从而提高了仔猪生长性能。张卫辉等[2]在断奶仔猪日粮中分别添加0.02%和0.04%槲皮素，与对照组相比，添加槲皮素后断奶仔猪腹泻率分别降低27.41% 和44.90%，平均日增重分别提高9.57% 和18.38%，显著增强仔猪肠道黏膜中GSH-Px、SOD 和CAT活性，显著降低丙二醛（MDA）含量，增强肠道抗氧化功能，促进抗炎因子分泌，并抑制促炎因子分泌，显著上调肠道紧密连接蛋白相关基因表达。日粮中添加一定量的槲皮素可显著降低育肥猪肌肉的滴水损失，提高肌肉SOD 和GSH-Px 活性，缓解运输途中氧化应激[46-47]。

3.3 槲皮素在反刍动物生产中的应用

牛奶中乳脂率、乳蛋白、体细胞数等是影响牛奶品质和经济效益的重要因素。袁天翔[48]研究发现，添加0.02%槲皮素可提高牛奶中总固形物含量，粗脂肪和酸性洗涤纤维消化率明显提高，奶牛免疫功能提高。有研究给哺乳后期奶牛灌服36 mg/kg 体重槲皮素，与未灌服时相比，灌服槲皮素第4 周牛奶中乳蛋白含量提高5.04%，但乳脂和乳糖含量无影响[49]。奶牛日粮中添加槲皮素能够有效控制牛乳中体细胞数，对奶品质具有积极影响[50]。陈静[51]使用12.5、25.0、50.0、100.0、200.0 μmol/L 槲皮素饲喂奶牛，发现当槲皮素浓度为50.0 μmol/L 时，SOD活性比未添加组提高9.97%；MDA 含量比未添加组降低36.73%，表明槲皮素对乳腺上皮细胞能够发挥预防氧化应激作用。有研究发现，通过十二指肠瘘管以36 mg/kg体重槲皮素28 d，对奶牛SOD、GSH-Px 和CAT 活性均无显著影响。槲皮素在提高幼畜健康度方面也具有积极作用。Maciej 等[52]给犊牛口服槲皮糖苷或芦丁，检测犊牛出生第2、29 d 的槲皮素代谢物浓度，发现第2 d 血浆中槲皮素浓度高于第29 d，且槲皮糖苷形式组高于芦丁组；第2、29 d时，芦丁组总黄酮醇相对生物利用率分别为72.5%和49.6%，槲皮糖苷组黄酮醇相对生物利用率则为100.0%。

槲皮素在羊生产中也可发挥较好的抗氧化和抗炎功能。杨璐恺等[53]冷冻羊卵巢组织并在冷冻保护剂中分别添加1、5、10 μmol/L槲皮素，结果表明，低浓度槲皮素可提高冷冻复苏卵巢组织内SOD和CAT活性，减轻卵巢组织氧化损伤，保存卵泡活性，但过高浓度槲皮素对卵泡活性有害。占今舜等[54]研究发现，山羊瘤胃上皮细胞在1 mg/L 脂多糖刺激下，添加80 mg/L 槲皮素可提高上皮细胞的总抗氧化力（T-AOC） 以及CAT、SOD、GSH-Px活性，同时可促进细胞增殖。

4 结论

槲皮素具有抗炎、抗氧化、抗癌、提高免疫力等生理作用。槲皮素在动物体内代谢较快、水溶性较差、半衰期短，导致生物利用效率低。因此需研究槲皮素在不同动物不同阶段中的最适添加量、抗氧化和免疫功能调节作用机制，并克服生产工艺完善、提升产品性价比等难题。随着未来研究深入化、产品系列化、质量标准化、高效多能化和经济环保化，槲皮素产品具有更广阔的应用前景。