槲皮素的生物学功能及其在动物生产中应用研究进展

■ 邵香敏 李 珂 冯 爽 冯亚莉 翟广玉

（郑州工业应用技术学院药学与化学工程学院，河南郑州 410015）

使用抗生素、促生长类饲料添加剂可以有效促进动物生长并提高养殖效率，但长期使用会对食品安全和环境污染带来隐患，严重制约我国畜牧业和饲料产业发展。从2020年1月起，我国明确规定禁止在畜禽饲料中使用药物类添加剂，目前，亟需寻找绿色的抗生素替代品作为饲料添加剂，使畜禽健康生长。植物提取物等活性成分逐渐被越来越多的饲料企业所重视并进行合理使用。槲皮素（quercetin）是最常见的从植物中提取的黄酮类化合物（见图1），在很多中草药、食用植物以及水果中广泛存在，来源广泛，价格低廉，具有抗氧化、抗菌消炎、提高免疫力、抗肿瘤等药理作用，可作为替代抗生素的绿色饲料添加剂应用于畜牧生产。其作为食品添加剂或营养补充剂，具有促进动物消化的作用[1]。动物机体的生命活动会有大量的自由基产生，自由基含有未配对电子的原子或基团，非常活泼，很容易与其他物质结合[2-3]。槲皮素是天然的抗氧化剂，可以清除体内的自由基，通过不同的信号通路刺激免疫系统，调节酶活性，改变有丝分裂周期，改变基因表达，抑制、逆转或延缓疾病的发生[4]。槲皮素是亲脂性的，可以很容易地穿过血脑屏障，防止神经退行性疾病发生。槲皮素在细胞周期变化和细胞信号转导途径调控中发挥着关键作用，从而产生预防疾病、促进机体健康的作用[5-6]。文章对槲皮素生物学功能及其在动物生产中的应用进行综述，为今后畜禽饲养中安全、有效、绿色饲料添加剂应用提供理论依据。

图1 槲皮素的结构

1 槲皮素的来源

槲皮素广泛分布于膳食植物中，如蔬菜、水果、中草药等。郭长江等[7-8]研究了我国常见蔬菜和水果中的槲皮素含量，见表1、表2。槲皮素是蔬菜中最为常见的类黄酮物质。

表1 常见蔬菜中槲皮素的含量(mg/100 g)[7]

表2 常见水果中槲皮素的含量(mg/100 g)[8]

许多中草药含有槲皮素，如银杏叶、桑叶、菟丝子、金荞麦、连翘、三七、地锦草、刺五加、满山红、罗布麻、侧柏叶、款冬花、桑寄生、槐米、白花蛇舌草、丹皮、菊花、车前子、仙鹤草、番石榴叶、绞股蓝、山楂、鸡冠花、鱼腥草等[9]。

2 槲皮素的生物学功能

2.1 抗氧化

槲皮素是天然的抗氧化剂，保护机体免受自由基的伤害[10-11]。Wang 等[12]研究了槲皮素对绝经大鼠卵巢衰老的抗氧化能力的影响。给雌性更年期大鼠灌胃给药（12.5、25、50 mg/kg 槲皮素）90 d，阴道涂片用于确定发情周期；取培养的大鼠卵巢细胞，分别用400 μmol/L 的H2O2和5、20、50 μmol/L 的H2O2+槲皮素处理，进行体外试验，用放射免疫法测定黄体生成素、卵泡刺激素、孕酮和雌二醇水平。结果表明，在H2O2诱导的氧化应激作用下，槲皮素能明显增强细胞活力，并能增强H2O2诱导的氧化应激相关蛋白表达的降低，槲皮素对卵巢的形态、激素分泌或发情周期没有影响，但低剂量的槲皮素能引起更年期大鼠卵巢中氧化应激相关基因的上调，从而增加卵巢的抗氧化能力，延缓卵巢的衰老。

抗氧化剂会影响衰老过程。槲皮素由于具有促进自我更新和分化的特性，可以缓解骨髓间充质干细胞的衰老；它还可以恢复骨髓间充质干细胞的异染色质结构。由于这些有益的特性，槲皮素被认为是一种防止过早衰老的保护剂[13]。Kampkötter等[14]使用已建立的模式生物秀丽线虫来阐明槲皮素的体内保护作用。蠕虫摄取槲皮素后，增强了线虫对氧化应激的抵抗力，使线虫的平均寿命延长了15%。槲皮素被证明是一种强大的自由基清除剂，可能通过减少对维持细胞氧化还原动态平衡的抗氧化酶的需求，来解释观察到的线粒体超氧化物歧化酶下调的原因。槲皮素处理还导致线虫FoxO 转录因子DAF-16 移位到细胞核中，这种状态通常与应激反应和寿命有关。试验结果显示，槲皮素的保护和延长寿命的作用不仅是由于其强大的抗氧化能力，还可能通过调节信号通路而起作用。这项研究证明了槲皮素不仅对氧化应激具有保护作用，而且还延长了线虫的寿命[15]。

2.2 抗菌

Pahal 等[16]从药用植物中提取槲皮素，进行了抗菌研究，用不同的有机提取物对金黄色葡萄球菌进行体外抗菌试验，并对4 种重要的细菌酶进行了体外试验。体外试验结果表明，20 mg/mL 的槲皮素甲醇提取物对金黄色葡萄球菌的生长有完全抑制作用。Da Costa 等[17]报道了槲皮素对耐药金黄色葡萄球菌和腐生葡萄球菌的抗菌性能，采用微量稀释法测定了最低抑菌浓度（MIC）值，结果表明，槲皮素对金黄色葡萄球菌（MSSA）、耐甲氧西林金黄色葡萄球菌（MRSA）、万古霉素中间体金黄色葡萄球菌（VISA）等均有一定的抗菌活性。对金黄色葡萄球菌生物膜的抑制率为（46.5±2.7）%，对MIC/4（标准抑制浓度的四分之一时的抑制率）的抑制率为（39.4±4.3）%；对腐生葡萄球菌生物膜的抑制率为（51.7±5.5）%。说明槲皮素是一种天然的抗菌剂。

Li 等[18]报道了一种由壳聚糖儿茶素和槲皮素组成的纳米颗粒的新型络合物。采用离子凝胶法将壳聚糖与儿茶素，槲皮素和三聚磷酸钠反应合成了络合物。其目的是提高儿茶素和槲皮素的抗菌和抗氧化能力。在体外，药物释放表现为药物从纳米粒中缓释。研究表明，该纳米粒子对DPPH（1，1-二苯基-2-三硝基苯肼，1,1-diphenyl-2-picrylhydrazyl）、OH 和O2自由基具有较强的清除能力。对金黄色葡萄球菌、枯草杆菌和大肠杆菌3 株细菌进行了纯化合物、空白纳米粒和载药纳米粒的抑菌试验（最低抑菌浓度和抑菌圈）。结果证实了壳聚糖纳米粒负载的槲皮素和儿茶素具有增强的抗菌谱。因此，聚合物颗粒是治疗细菌感染的药物传递系统的一个很好的选择[19]。

2.3 抗病毒

登革病毒感染（DENV）因为没有专用的抗病毒药物，研究抗DENV 药物是当务之急。Dewi 等[20]研究了槲皮素对DENV 的抗病毒活性。用DENV-2 新几内亚感染细胞株Huh-7it-1，MTT[噻唑蓝染色法，3-（4，5）-dimethylthiahiazo（-z-y1）-3,5-di-phenytetrazoliumromide]法测得槲皮素的IC50值（半数抑制浓度)为18.41 μg/mL。结果证实槲皮素是一种有效的抗DENV-2 的药物。Rojas 等[21]研究了槲皮素的抗丙型肝炎病毒（HCV）活性。在HCVcc 感染的Huh-7.5 细胞和原代肝细胞（PHH）中，观察了在不同丙型肝炎病毒生命周期的不同阶段槲皮素的抗病毒作用。在两种细胞中都观察到显著的病毒载量降低，关键指标Huh-7.5 和PHH 分别达到85%和92%。当将槲皮素直接应用到病毒颗粒上时，传染性降低了65%。有趣的是，槲皮素还阻止了甘油酰基转移酶的上调和丙型肝炎病毒中心蛋白在表面的定位。Wong 等[22]研究了一种含有糖苷分子的槲皮素衍生物[槲皮素-3-β-OD-葡萄糖苷（Q3G）]的体内外抗病毒活性，半数最大有效浓度（EC50）结果显示，Q3G 在1.2～1.3 μmol/L 范围内均有明显的细胞病变效应。说明服用Q3G 后动物存活率更高，体重减轻更少[23]。

2.4 抗癌

槲皮素通过调节氧化应激因子作用于信号转导通路，作为调节剂来预防、抑制或逆转癌变。通过这种作用表现出许多活性，如凋亡、细胞迁移、分化和增殖、氧化平衡和炎症，并抑制激活致癌物的酶，预防癌症，或者防止各种癌症的扩散[24]。

槲皮素通过下调生长中期因子（MK）的表达抑制前列腺癌（PCa）干细胞的增殖，减少细胞迁移，从而控制前列腺癌的发生；基因干扰（MK siRNA）和槲皮素联合用药比单独用药能更有效地降低细胞存活率，诱导细胞凋亡，使细胞周期停滞于G1 期，抑制细胞迁移，从而有效地清除肿瘤干细胞。据报道，MK表达的下调与槲皮素联合限制了CD44+/CD133+细胞以及PCa 细胞的迁移能力、肿瘤发生和进展。因此，结合MK 基因敲除策略的槲皮素治疗有可能靶向作用于CD44+/CD133+细胞，从而防止癌症复发[25]。

Singhal 等[26]使用槲皮素治疗不能手术的复发乳腺癌病例。在高侵袭性乳腺癌细胞中，槲皮素与阿霉素一起使用，发现它可以增强合成药物的抗肿瘤作用。通过将这两种物质结合在一起，证明槲皮素可以减少合成药物在非肿瘤细胞中的副作用；因此，它被认为是开发乳腺癌化疗组合的一种有前途的药物。

卵巢癌是一种致命的生殖性癌症，因为它症状不明显，发现较晚。槲皮素对癌细胞有一定的细胞毒性，但对正常细胞无不良影响，具有抗炎、促氧化、促凋亡、诱导细胞周期阻滞和抗增殖作用，是一种理想的药物，特别是与其他抗癌药物联合使用效果较好。在卵巢癌的治疗中，通常使用铂类药物（即顺铂、奥沙利铂），然而，这些药物有副作用，还会导致耐药性发生[27]。Xu等[28]将槲皮素作为抗癌剂，基于纳米技术制备了负载槲皮素的热敏可注射水凝胶系统（Qu-M-hydrogel）。槲皮素使用MPEG（聚乙二醇）-PCL（聚ε-己内酯）进行封装，然后添加到热敏水凝胶中，槲皮素在体内释放较慢。Qu-M-hydrogel对卵巢癌小鼠模型（SKOV-3）显示出促进凋亡和细胞生长抑制作用。

2.5 抗炎

Karliana 等[29]将卵磷脂-槲皮素组成的纳米颗粒凝胶注射到壳聚糖-生育酚聚乙二醇琥珀酸酯（TPGS）中，以研究其对骨关节炎的影响。使用体重为200～300 g 的白色雄性大鼠（2～3 月龄），分为5 组。在0.9%生理盐水中加入3 mg/0.05 mL 碘乙酸单酯可诱发骨关节炎。通过槲皮素含量分别为0.84、1.68、3.37 mg/g 纳米颗粒凝胶给药。凝胶剂量为3.37 mg/g时炎症和水肿显著减轻，证实了槲皮素在软骨预防和炎症减轻中的作用。Lesjak等[30]报道了槲皮素的抗炎活性，使用人血小板进行的体外环氧化酶（COX-1）和12-脂氧合酶（12-LOX）用于评估抗炎潜力。该方法基于炎症酶反应、COX-1 和12-LOX 催化的类二十烷酸和前列腺素等化合物的抑制潜力。结果显示，槲皮素具有显著的抗炎活性。内皮细胞功能受细胞因子和促炎症刺激物（如高血糖水平）的影响。槲皮素可以降低高血糖和炎症对血管内皮的有害影响。

3 槲皮素在动物生产中的应用

3.1 在反刍动物中的应用

槲皮素对炎症、血管生成和血管炎症有作用。Burmańczuk等[31]研究了临床乳房炎奶牛多次治疗后对槲皮素的耐受性及槲皮素对体细胞计数（SCC）的影响。根据SCC和临床调查结果，选取1/4临床乳房炎奶牛9头作为试验研究对象。所有奶牛在第一次注射前3天（B1～B3）每隔24 h进行一次基线分析（血液学、肿瘤坏死因子、体细胞计数）。基线监测（B1～B3）后第8 天（d1～d8）分别给予大剂量和小剂量治疗。对所选血液参数进行分析。从d1 至d8，SCC 相对于基线呈下降趋势。治疗8 d 后发现，槲皮素可显著降低患乳房炎奶牛乳中的体细胞率。

槲皮素具有保护肝脏的潜力，并能够防止或减少肝脏中的脂质积聚。Stoldt 等[32]研究槲皮素对围产期奶牛脂肪代谢和护肝作用是否有益。结果显示，槲皮素组奶牛血浆中的类黄酮含量高于对照组，产后比产前血浆类黄酮水平有升高的趋势，槲皮素对能量消耗没有影响，但从产前到产后，奶牛的呼吸商略有下降，表明肝脏损伤减轻。

袁天翔[33]通过对比试验发现，在饲料中添加槲皮素对奶牛产奶能力和抗病性的提高均具有积极作用，具体表现为：可以有效提高奶牛免疫功能，提高产奶量、乳脂率、乳蛋白率以及乳糖率，有效降低牛奶中尿素氮的含量，增强奶牛对营养物质的消化率。综上所述，通过在奶牛饲料中添加适量槲皮素，能够有效提高奶牛产奶量、增强乳品质，提高奶牛抗病能力[34]。

Andrés等[35]试验选用32只美利奴羔羊，分别饲喂大麦秸秆和棕榈油精料（CTRL 组）或亚麻籽精料（LS组），分别单独饲喂或添加槲皮素（QCT 组或LS+QCT组），以评价这些日粮添加剂对肉质性状的影响。结果显示，在亚麻籽日粮中添加槲皮素可能有助于羔羊生产出更健康的肉制品，改善肉的营养状况，可以减少肉的脂质过氧化，从而延长产品的货架期[36-38]。

3.2 在猪饲料中的应用

围产期窒息是新生儿死亡和神经系统疾病的主要原因，而氧化应激是导致这种病理中永久性脑损伤的关键机制之一。在这方面，Degroote 等[39]选择槲皮素研究其治疗由大脑严重缺氧引起的大脑损伤的可能性。为了克服槲皮素进入大脑的困难，开发了卵磷脂/胆固醇/环糊精纳米体作为一种安全载体。将纳米粒制剂应用于发生严重缺氧的新生仔猪，并分别跟踪观察8、72 h。无论是在缺氧后8 h，还是在缺氧后72 h，服用槲皮素后均使动物血压稳定，恢复了自主呼吸，哺乳能力和步行能力明显恢复。病理学研究显示，与缺氧组相比，治疗组新生仔猪的大脑没有明显的差异。在试验性围产期窒息中，槲皮素纳米粒制剂的治疗是治疗受损大脑的有效方法。

Huang 等[40]研究旨在探讨二甲双胍对新生仔猪产热、肌肉代谢和肌纤维类型的影响。结果表明，与对照组相比，断奶期间饲喂二甲双胍和槲皮素可提高断奶仔猪的直肠产热能力，并影响肌肉代谢和肌纤维类型相关的基因表达。

最近的证据表明，槲皮素在啮齿动物模型中作为抗炎或抗氧化药物发挥作用时，可以重塑肠道微生物区系。然而，饲料中添加槲皮素对断奶仔猪肠道疾病和肠道微生物区系的影响及肠道微生物区系在这种影响中的作用尚不清楚。Xu 等[41]通过将处理过的粪便微生物群转移到受体仔猪身上，以确定槲皮素在缓解腹泻、肠道损伤和氧化还原失衡及肠道微生物群的作用。结果表明，添加槲皮素可降低仔猪粪便评分，增加紧密连接蛋白含量，降低隐窝深度和肠上皮细胞凋亡率，从而改善肠道损伤。从处理过的仔猪身上移植粪便微生物区系（FMT），在改善肠道损伤和抗氧化能力方面的效果与日粮中添加槲皮素的效果相当。利用16S rDNA 测序对肠道微生物区系进行进一步分析，结果表明，饲料中添加槲皮素或FMT 改变了肠道微生物区系的结构，增加了肠道微生物区系的多样性。尤其是添加槲皮素和FMT后，肠道微生物区系的厌氧特性和碳水化合物代谢功能提高，这可能是由于肠道抗氧化能力的提高所致。总体而言，日粮中添加槲皮素可通过提高抗氧化能力和调节肠道微生物结构和代谢来减轻仔猪的腹泻和肠道损伤[42]。

梅华迪等[43]研究发现，与对照组相比，日粮中添加400 mg/kg 的槲皮素使仔猪平均日增重提高了14.3%，干物质和钙表观消化率显著提高，血清尿素氮含量和粪便大肠杆菌数量降低。张卫辉等[44]研究发现，与对照组相比，200 mg/kg 槲皮素组和400 mg/kg槲皮素组仔猪料重比分别降低了2.74%和3.42%，抗氧化酶活性及紧密连接蛋白的相对表达量显著提高，腹泻率显著降低，并抑制了促炎因子的分泌。研究表明，每天口腔灌服10 mg/kg 的槲皮素可有效缓解猪流行性腹泻病毒（PEDV）感染导致的仔猪肠道损伤，提高肠道抗氧化以及空肠脂质代谢能力[45-47]。

3.3 在鸡饲养中的应用

Wang 等[48]研究旨在探讨槲皮素对肉鸡品质的影响及其作用机制理。与对照组相比，添加0.4 g 槲皮素显著提高了大腿肌肉的pH，降低了大腿肌肉和胸肌的剪切力和大腿肌肉的滴水损失；肉色、嫩度、多汁等感官评分也随浓度的增加而提高，肉仔鸡胸肌和腿肌中肌苷酸的含量显著提高。槲皮素通过调节胸肌PI3K/PKB/AMPK（α1）信号通路，改善了肉鸡的肉质，防止了脂肪氧化和沉积。

肉鸡腹泻一直是家禽生产中的健康问题，由于抗生素的过度使用和耐药性，其治疗变得越来越困难。槲皮素可以减轻脂多糖诱导的十二指肠炎症的机制尚不清楚。Yu 等[49]研究发现，与对照组相比，槲皮素可促进肠黏膜炎性细胞的浸润。这些炎症相关因子（TLR4、IL-1β、MMP3、MMP9、NFKB1、干扰素-γ、IL-8、IL-6）的表达可被槲皮素完全阻断。这一证据表明，槲皮素能通过调节自噬、细胞程序性死亡、肠道屏障功能来减轻内毒素诱导的十二指肠炎症。

老年雄鸡在精子生成、抗氧化能力、免疫力和激素合成方面都会迅速下降。维生素E 在动物的生殖、神经系统功能和抗病能力方面发挥着重要作用。此外，槲皮素还具有抗氧化、免疫刺激、保护精子质膜等多种生物学效应。Amevor 等[50]研究探讨了联合添加槲皮素和维生素E（VE）对老年雄鸡精子质量、抗氧化能力、免疫功能以及与生精、免疫、细胞凋亡和炎症相关基因表达的影响。结果表明，与VE 合用能显著提高老年雄鸡精子数和活动率，提高睾酮、卵泡刺激素和黄体生成素水平，提高抗氧化酶(超氧化物歧化酶、谷胱甘肽和总抗氧化能力)和血清免疫球蛋白(IgA 和IgM)水平，对肝脏损伤有保护作用。联合使用槲皮素和VE可以改善老年雄鸡的生殖特性，如精子发生、精子质量和激素调节，并促进抗氧化防御、肝脏保护能力和免疫反应，而不会产生任何不利影响[51]。

Zhang等[52]以肉鸡为试验对象，研究了添加槲皮素对肉鸡生产性能、肉品稳定性、排泄物排泄量和免疫功能的影响。研究发现，与对照组相比，日粮中添加槲皮素可以提高肉仔鸡的体重，反映了其对生长性能的有利作用。在槲皮素0～1 000 mg/kg剂量范围内，可线性提高肉品中总抗氧化能力和总超氧化物歧化酶的含量，降低丙二醛的含量，反映出槲皮素添加量的增加可以提高肉品的稳定性。此外，添加槲皮素能提高肉鸡血清中的肿瘤坏死因子-α水平，表明其具有增强肉鸡免疫功能的作用。索艳丽等[53]在29 周龄蛋鸡基础日粮中添加槲皮素，结果表明，与对照组相比，产蛋高峰期添加槲皮素组蛋壳相对重显著提高；在产蛋后期蛋壳厚度显著提高，鸡蛋破软壳率显著降低。

4 小结与展望

槲皮素在很多中草药植物以及蔬菜水果中广泛存在，来源广泛，价格低廉，具有抗氧化、抗菌消炎、提高免疫力、抗肿瘤等药理作用，可作为替代抗生素的绿色饲料添加剂应用于畜牧生产。其作为食品添加剂或营养补充剂，具有促进动物消化吸收、提高机体免疫机能、改善畜禽胴体品质等功能。

在动物饲料中添加槲皮素，可以有效提高奶牛免疫功能，提高产奶量，增强奶牛对营养物质的消化率；可以减少羔羊肉的脂质过氧化，延长货架期，减少肉的变色和细菌数量；可提高抗氧化能力和调节肠道微生物结构，减轻仔猪的腹泻和肠道损伤，仔猪平均日增重提高；可以提高肉仔鸡的体重，改善肉鸡的肉质，防止脂肪氧化和沉积；蛋壳相对重显著提高，鸡蛋破软壳率显著降低。

在畜禽生产中，可以在饲料中单独添加槲皮素，也可以喂养槲皮素含量较高的蔬菜水果，以增强畜禽的免疫能力，使畜禽健康生长。