黄芩苷和黄芩素的生物学功能及其在动物生产中的应用

代重山， 汤树生， 张青杰， 李道稳， 肖希龙

（中国农业大学动物医学院，北京海淀 100193）

黄芩属唇形科黄芩属多年生草本植物，黄芩苷和黄芩素是其主要活性成分。研究表明，黄芩苷口服不易吸收，需在肠道经酶水解为黄芩素后方可吸收入血，黄芩素进入动物体内后，在血液中迅速转化为黄芩苷及其他代谢物，二者往往同时存在、相互转化，并具有多种生物学功能（辛文妤等，2013）。本文就黄芩苷和黄芩素的抗氧化、抗炎及抗微生物等生物学功能及其作为饲料添加剂在动物生产中的应用作一综述。

1 黄芩苷及黄芩素的生物学功能

1.1 抗氧化功能 黄芩素分子结构内含有3个羟基，黄芩苷的A环中含有邻二酚结构，因此，黄芩素和黄芩苷均具有较强的自由基清除功能，且黄芩素的自由基清除能力强于黄芩苷（辛文妤等，2013）。研究证实，黄芩素和黄芩苷对超氧阴离子、烷过氧自由基及1，1-二苯基-2-苦肼基等自由基有较强的清除作用，远高于黄芩中其他化学成分（Gao等，1999）。此外，在生理条件下，黄芩素也是一种较强的铁离子螯合剂，一方面能够抑制氧自由基的生成，减轻氧化应激损伤，另一方面可调节机体铁离子稳态，保肝护胆（Perez等，2009）。黄芩素还可通过抑制黄嘌呤氧化酶活性而抑制其代谢过程中氧自由基的产生。因此，黄芩苷和黄芩素可作为有效的自由基清除剂及抗氧化剂用于治疗与自由基及氧化应激相关的疾病，如黄芩素可通过上调机体内超氧化物歧化酶、过氧化氢酶及谷胱甘肽水平，降低肝脏脂质过氧化水平，对乙酰氨基酚、四氯化碳、D-氨基半乳糖/内毒素诱导急性肝衰竭具有明显的预防和治疗作用 （Huang等，2012；董梅 2009）。

最新研究发现，黄芩素和黄芩苷发挥抗氧化应激能力，不仅依赖于其直接清除自由基能力，也可能与其他信号通路的调控相关。如黄芩苷和黄芩素均可通过上调细胞内依赖于NF-E2相关因子2（Nrf2）调控的Ⅱ相酶表达，如单加氧酶1（HO-1）、NADPH 醌氧化还原酶 1 （NQO-1），进而促进活性氧（ROS）清除，抑制线粒体变性介导的细胞凋亡（Yeh 等，2015；Lin 等，2014）。 Huang等（2014）研究发现，黄芩素能够促进细胞线粒体蛋白激酶 B（Akt）、糖原合成激酶 3β（GSK-3β）磷酸化，同时抑制c-Jun氨基末端激酶（JNK）的激活，从而抑制过氧化氢诱导的线粒体变性，促进细胞存活。

1.2 抗炎功能 体内外研究均表明黄芩素和黄芩苷具有较强的抗炎功能，涉及多种炎症因子的调控。黄芩素和黄芩苷均可通过抑制核因子（NF）-κB，进而抑制诱导性一氧化氮合酶（iNOS）、一氧化氮（NO）、白介素（IL）-1、白介素 6、白介素 8、白介素12及肿瘤坏死因子（TNF）-α的产生，从而发挥其抗炎作用 （Liu 等，2015；Hsieh 等，2007）。此外，黄芩素能够直接通过抑制CCAAT/增强结合蛋白（C/EBP）β的DNA结合能力，进而抑制环氧合酶 （COX）-2的基因表达发挥抗炎功能（Woo等，2006）。陈炜平（2013）研究发现，大鼠鞘内注射100 μg黄芩素可明显抑制脊髓炎性细胞因子IL-6、TNF-a表达，磷酸化（p）-丝裂原活化蛋白激酶38（p38）、p-JNK激活和脂氧合酶5的上调，从而缓解骨癌痛。Lee等（2015）研究发现，黄芩素和黄芩苷均可抑制血管通透性、细胞黏附分子（CAM）的蛋白表达、白细胞的黏附及迁徙能力，为治疗心血管相关疾病提供了理论依据。除此之外，Chen等（2014）研究发现，黄芩苷能够上调肠屏障功能障碍与紧密连接的重要结构蛋白闭锁连接蛋白（ZO）-1和紧密连接蛋白的表达，减弱脂多糖诱发的炎症反应。

1.3 抗微生物功能 黄芩提取物抗菌谱广，对细菌、真菌、病毒、支原体及螺旋体等多种微生物的生长均具有一定的抑制作用。黄芩素被认为是黄芩提取物中抑制细菌生长的最有效成分，其机制可能与破坏细菌核酸生成及代谢能量的产生相关，此外，黄芩素还可抑制绿脓杆菌生物膜形成，可明显降低其耐药性形成（Zeng等，2008）。张霖（2011）研究发现黄芩提取物对革兰氏阴性细菌如大肠杆菌及鼠伤寒沙门氏菌均有一定的抑制作用。Chinnam等（2010）研究证实黄芩素对大肠杆菌抑制作用的半数有效浓度（IC50）约为 78 μg/mL，其机制可能与ATP合成酶抑制相关。黄芩素对革兰氏阳性菌的抑制作用较阴性菌更强，引起研究者的浓厚兴趣，并以耐甲氧西林金黄色葡萄球菌（MRSA）为代表进行了大量的研究，其中，黄芩素对MRSA有显著的抑菌活性，最小抑菌浓度达40 μg/mL，黄芩素可与MRSA的DNA发生嵌入作用，抑制DNA拓扑异构酶的活性，使其不能进行正常的复制与转录，从而抑制菌体的生长和繁殖，被认为是其抗MRSA的主要机制之一。此外，黄芩素对MRSA细胞膜无明显损伤，但可显著降低MRSA细胞内琥珀酸脱氢酶和苹果酸脱氢酶的活性，促进细菌死亡（陈禹先等，2013；云宝仪等，2012）。近年来，研究发现黄芩素对尖孢镰刀菌和白色念珠菌等真菌同样有抑制作用，如黄芩素对敏感型白念珠菌具有抑制作用，其有效抗菌浓度 （EC） 为 2 μg/mL，32 μg/mL 的黄芩素 48 h内对白念珠菌生物被膜的抑制率高达70%，黄芩素还可降低白色念珠菌线粒体膜电位，致其发生凋亡性死亡（黄杉，2009）。研究还发现黄芩苷对衣原体和幽门螺旋杆菌的感染均具有抑制作用，同时，可改善这些微生物对机体造成的炎症反应（Hao等，2010；Wu 等，2008）。 中草药单体与化学合成抗生素联用已成为抑制细菌耐药性的有效途径之一，基于黄芩素为基础的药物联用已被广泛关注，如黄芩素与氨苄西林对抑制绿脓杆菌具有明显的协同作用（Zeng等，2008）；与庆大霉素联用，对耐万古霉素的肠球菌的具有明显的协同作用（Chang等，2007）；与氟康唑联用，对大多数耐氟康唑白色念珠菌具有很好的协同作用 （黄杉，2009）。

由于有效抗病毒药物较为匮乏，新药研发较为缓慢，且已禁用于食品动物。黄芩素及黄芩苷具有较强的抑制病毒增殖能力。如Chen等（2011）研究发现，黄芩素 0.5 μg/mL与利巴韦林5 μg/mL对禽流感病毒H1N1亚型具有较强的协同抗病毒能力，进一步证实发现，每天给予小鼠50 mg/kg利巴韦林及联合给予黄芩素200 mg/kg，连续给予14 d，可明显改善H1N1亚型禽流感病毒诱发的肺炎。Ding等（2014）通过体外抑菌试验发现黄芩苷能够明显抑制H1N1及H3N2亚型禽流感病毒的增殖，IC50分别为 43.3 μg/mL和104.9 μg/mL，进一步通过体外细胞及小鼠感染模型证实，黄芩可明显抑制禽流感病毒H1N1及H3N2亚型对细胞的侵袭作用，降低感染动物的死亡率。Moghaddam等（2014）通过体外研究发现，黄芩苷对革登热病毒增殖能力的IC50为13.5 μg/mL，对革登热病毒对宿主细胞的黏附能力的 IC50 为 18.07 μg/mL。 Zandi等（2012）体外试验发现，黄芩素对革登热病毒的抑制作用较黄芩苷强，抗增殖能力的IC50为1.55 μg/mL，抗黏附能力的IC50为7.14 μg/mL。黄芩苷能靶向抑制神经氨酸酶的活性，从而发挥抗H1N1、H3N2、H5N1亚型流感病毒的作用（Ding等，2014）。因此，黄芩苷和黄芩素的抗病毒能力在动物疾病预防中将发挥重要作用，受到国内外研究者的广泛关注。

1.4 免疫调节能力 黄芩苷和黄芩素可提高动物吞噬细胞的吞噬指数，促进T、B淋巴细胞增殖，从而增强机体抗微生物感染能力。张艳（2012）研究发现，在体外，黄芩苷和黄芩素在5～40 μmol/L能剂量依赖性地抑制刀豆蛋白A（5 μg/mL）或脂多糖（10 μg/mL）刺激的小鼠脾细胞增殖；在体内，小鼠预处理黄芩素100 mg/kg，能够明显降低刀豆蛋白A诱发的急性肝损伤，降低炎性细胞的浸润，同时增加脾脏内T、B淋巴细胞的凋亡；这表明黄芩素具有体内促进淋巴细胞凋亡和防治免疫性肝炎的作用。干扰素（IFN）-α是一类具有抗病毒活性、抗细胞增殖和免疫调节作用的蛋白质，可通过一定的作用机制启动宿主防御体系，激活一些酶和作用因子来拮抗病毒的复制、转录和转染等过程。Blach-Olszewska等（2008）研究发现，黄芩素可通过促进或抑制IFN-α及炎症因子TNF-α、IL-10、IL-12的产生，调控机体的先天免疫能力而发挥抗病毒能力。吕汝西（2014）研究发现，黄芩苷能通过调控Thl7的功能，从而通过调控IL-17A的表达，治疗人溃疡性结肠炎。此外，黄芩苷和黄芩素均可通过对巨噬细胞toll样受体4（TLR4）的调节作用，发挥对动物天然免疫能力的调节能力，并通过TLR4/NF-κB信号通路发挥抗炎功能。

1.5 其他功能 除上述功能外，大量研究发现黄芩素及黄芩苷还具有抗癌、调控脂肪细胞分化、保胎、调节机体自噬等多种生物学功能 （Aryal等，2014；Ma等，2009；Madsen 等，2003）。

2 黄芩苷和黄芩素在动物生产中的应用

2.1 提高动物生长性能 黄芩素和黄芩苷可增强动物机体的免疫力，提高肠道内有益菌群相对数量，使营养物质容易被吸收利用，改善动物生长性能。梁英等（2012a）研究发现，饲料中添加10 mg/kg黄芩总黄酮对1日龄肉鸡连续饲喂49 d，可明显提高平均体重和日增重，可改善肉仔鸡对营养物质的利用率，增加对钙的吸收能力，促进鸡生长发育。此外，黄芩黄酮可明显降低肉鸡肠道中大肠杆菌和沙门氏菌等有害菌数量，同时增加乳酸杆菌和双歧杆菌等益生菌的数量，调节肠道菌群，提高动物消化能力及免疫力 （梁英等，2012b）。Jeong和 Kim（2014）研究发现，发酵黄芩提取物能够显著提高猪生长性能及体内废弃物排泄。

2.2 提高抗病能力 黄芩素和黄芩苷对畜禽常见病原菌，如大肠杆菌、鼠伤寒沙门氏菌及金黄葡萄球菌均具有明显的抑制作用，从而降低动物细菌感染率（陈禹先等，2013；张霖，2011）。 黄芩素和黄芩苷除可直接抑制细菌生长外，还可通过提高动物抗炎作用及免疫力，降低饲养动物的死亡率。此外，脂多糖是革兰氏阴性菌的重要致病因子，它普遍存在于畜禽的生存环境中，当畜禽发生细菌感染后即可引起难以控制的全身炎症反应综合征，表现为对多脏器不同程度的损伤，尤其是对肠道、肝脏的损伤较为明显，是导致畜禽死亡的最主要原因之一。黄芩素和黄芩苷均可抑制脂多糖诱发的炎症反应 （Cui等，2014；Chen等，2014）。 梁英等（2007）研究证实，口服黄芩提取物能够明显降低肉鸡的大肠杆菌感染率、死亡率及组织病理损伤。Cho等（2013）通过给予比目鱼0.5%～5%的黄芩提取物，膳食补充8周，结果发现，2%黄芩提取物能够明显提高比目鱼的生长率，并显著提高比目鱼的免疫力和抗细菌感染能力。Kim等（2013）研究也证实，适当补充黄芩提取物能够显著提高远东鲶鱼的免疫力和抗病能力，降低饲养过程中的死亡率。MRSA是我国乃至亚洲家禽业及猪养殖业流行的最主要病原 菌 之 一 （Chuang 和 Huang，2014）。 Qiu 等（2012）研究发现，较低浓度黄芩苷可很好地抑制MRSA分泌的α-溶血素的毒力，可有效治疗MRSA造成的肺炎。

2.3 增强抗应激能力 随着全球气候变暖及养殖业向集约化、规模化发展，热应激对动物的影响日益加剧。焦玉兰（2010）复方黄芩制剂能够预防和缓解奶牛热应激。孙春玲等（2014）通过体外研究发现黄芩苷能抑制热应激条件下猪近端肾小管的细胞凋亡。此外，国晓瞳等（2015）证实黄芩苷可通过提高胶质细胞源性神经生长因子和干细胞因子表达，明显改善热应激导致的牛睾丸支持细胞的损伤作用。

3 小结

黄芩素和黄芩苷具有较强的抗氧化、抗炎、抗微生物活性，并具有毒性小、无公害、无污染等特点。因此，黄芩素和黄芩苷具有天然绿色饲料添加剂的开发前景。但目前关于黄芩素和黄芩苷的研究多在医用试验动物上开展，在畜牧生产中的相关数据还有待进一步研究。

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