蒿属植物活性成分对哺乳动物乳房炎的影响及作用机制

胡 耀 宋 洁 王丽芳 敖长金

(1.内蒙古自治区农牧业科学院，农业农村部农产品质量安全风险评估实验室(呼和浩特)，呼和浩特 2010031；2.内蒙古农业大学动物科学学院，内蒙古自治区高校动物营养与饲料科学重点实验室，呼和浩特 2010018)

乳房炎是奶牛、奶山羊等家畜常见的疾病之一，病因有营养平衡、环境卫生、管理措施、自身(如遗传)等多方面因素。从传染性病原微生物引起的乳房炎角度出发，动物先天免疫系统的相互配合能防止病原体的渗透并抑制大多数细菌的生长，而后天免疫系统则高效地、特异性地杀灭病原菌。两者共同组成了多样化且高度协调的免疫机制网络以抵御病原菌的侵入[1]。从非传染性病因引发的乳房炎角度出发，动物体内的氧自由基稳态失衡主导的氧化应激、炎症反应以及免疫失衡3方联动反应是导致乳房炎发病的主要诱因，大量临床研究表明，3个系统相互交织重叠，应视作整体进行讨论。对此，卢德勋[2-3]首次提出由自由基稳态失衡造成的氧化应激-炎症反应-免疫失衡链的系统整体联动反应新概念，认为以氧自由基稳态失衡为主导的三方联动效应是一个闭合的路径圈，包含了许多共同的细胞因子、信号通路以及化学介质，任一方都有可能引发整个体系的联动反应，甚至呈现叠加效果，从而引起乳房炎发病。关于动物健康问题营养技术策略应结合上述观点进行系统化、整体化论述，这对于动物乳房炎的防治具有极大的参考价值。由于目前国内外关于蒿属植物对乳房炎动物机体影响的报道较少，本文从蒿属植物对乳房炎家畜炎症反应、抗氧化功能及对病原微生物结构影响3个方面进行综述。

蒿属植物属于双子叶植物纲，菊科。人们熟知的蒿属植物有沙蒿、青蒿、艾蒿、猪毛蒿及苦蒿等[4-5]。蒿属植物多数是草本，仅有少数为亚灌木或小灌木，大部分皆可入药或作为食物[6]。蒿属植物种类丰富，广泛分布于世界各地，其生命力顽强，在高海拔以及极干旱的地区仍有蒿属植物生存。蒿属植物提取物中的主要活性物质有多糖类、精油、有机酸、萜类、类黄酮等，具有抗炎、免疫调节、抗肿瘤、抗菌和抗凝等作用[5-6]。邵华[7]对茎绢蒿、中亚苦蒿、大籽蒿等蒿属植物的挥发油成分进行了化学分析，鉴定出桉叶油素、侧柏酮、樟脑、月桂烯等单萜及倍半萜类化合物。黄花蒿的活性成分主要是萜类化合物(特别是倍半萜内酯)、黄酮类化合物、香豆素和其他莽草酸酯代谢物[8]。Olennikov等[9]从12种西伯利亚蒿属植物中鉴定出了112种酚类化合物，其中黄酮类化合物和香豆素类化合物含量较高。

随着抗生素的逐渐禁用，国内外学者都将目光投向寻找天然植物提取物作为抗生素替代物，蒿属植物以其显著的抗炎抗氧化以及抗寄生虫等生物学作用颇受青睐。本文综述了近年来国内外关于蒿属植物活性成分对哺乳动物乳房炎的影响及其作用机制的研究成果，旨在为蒿属植物在畜牧业的应用以其进一步开发提供参考。

1 蒿属植物活性成分对乳房炎家畜抗炎功能的影响

乳房炎是乳腺的炎症反应。前人研究发现，多糖类、类黄酮、萜类、挥发油等是蒿属植物中主要的抗炎以及免疫调节的活性物质，能修复乳房炎引发的机体损伤，降低细胞炎症因子水平，从而有效地治愈家畜乳房炎。蒿属植物及其提取物对降低乳房炎动物机体内细胞因子如白细胞介素-1β(IL-1β)、白细胞介素-2(IL-2)和肿瘤坏死因子-α(TNF-α)等促炎因子含量的影响显著。侯昆等[10]在患隐性乳房炎的奶牛饲粮中添加竹叶黄酮与青蒿提取物，结果发现奶牛产奶率和第14天乳蛋白率显著提高，且第14天竹叶黄酮组与青蒿素提取物组奶牛血清IL-1β、TNF-α含量以及乳中体细胞数显著降低。蒿属植物在临床防治动物乳房炎饲粮配方中被广泛使用，如有专利发明了一种由中草药(艾草、蒲公英等)、消化道微生态调节剂、硫辛酸等配比而成的组合物，该组合物有改善乳房炎奶牛免疫性能，降低乳中体细胞数等作用，从而抑制奶牛乳房炎发病率[11]。也有专利发明了一种包括艾草、蒲公英、金银花等天然植物的动物乳房炎防治配方，该配方有治愈率高、复发率低、且在防治奶牛乳房炎过程中不诱发内毒素血症等优点[12]。由此可见，蒿属植物能够改善乳房炎动物的生产性能以及免疫功能，从而降低患病动物带来的不利影响，具备一定替代抗生素治疗动物乳房炎的潜力。

核因子-κB(nuclear factor-κB，NF-κB)和丝裂原蛋白激酶(mitogen activated protein kinases，MAPKs)均被证实为动物机体炎症信号通路，除此之外，机体中与免疫相关的信号传导通路还有一氧化氮(NO)、微粒体前列腺素E合酶-1(microsomal prostagrandin E synthase，mPGS-1)和过氧化酶增殖因子活化受体γ(peroxisome proliferator-activated receptor γ，PPARγ)信号通路[13]。蒿属植物活性成分通过调控这些通路下游蛋白的表达或mRNA转录水平，调节免疫细胞活性和免疫因子分泌，从而增强乳房炎家畜机体免疫力，有效地抑制炎症反应。

Zhang等[14]研究发现，从艾蒿中提取的一种倍半萜内酯可通过介导炎症细胞因子如NO、前列腺素E2(PGE2)、IL-1β和TNF-α降低诱导型一氧化氮合酶(iNOS)和环氧合酶-2(COX-2)的蛋白表达量，以及抑制NF-κB通路。艾蒿多糖也能抑制平足蛋白(PDPN)活性和肿瘤细胞诱导的血小板聚集[15]。Ryu等[16]研究发现，猪毛蒿丁醇提取物显著抑制了由2，4-二硝基氟苯诱导的小鼠炎症损伤模型组的血清5-羟色胺、免疫球蛋白E(IgE)、胸腺基质淋巴细胞生成素(TSLP)、TNF-α、白细胞介素-4(IL-4)、白细胞介素-6(IL-6)含量；其他研究也指出，猪毛蒿提取物在小鼠炎症模型中具有显著的抗炎、镇痛和退热作用[5]。苦艾能调节机体的免疫反应，包括使血清免疫球蛋白M(IgM)、免疫球蛋白G(IgG)和干扰素-γ(IFN-γ)含量降低，血液白细胞数量和血清皮质醇含量减少[17]。Mizumachi等[18]认为，苦艾可能直接影响胃肠道微生物的组成，并可能通过调节肠道微生物而影响全身免疫应答。综上所述，诸多蒿属植物及其提取物都具有调节动物机体免疫因子、改善抗炎机制的作用。

Wang等[19]研究表明，桑黄素和黄芩苷抑制了Toll样受体4(TLR4)介导的NF-κB和MAPKs通路的激活，因此导致TNF-α、IL-6和IL-1β等炎症细胞因子含量减少。桑黄素和黄芩苷均是黄酮类植物提取物，由此推断，黄酮类物质可能通过抑制NF-κB和MAPKs通路而抑制了脂多糖(LPS)诱导的牛乳腺上皮细胞炎症。马国强[20]研究发现，黑沙蒿多糖提取物可提高IL-1、IL-6、NO等相关免疫因子的蛋白表达量，除多糖以外，黑沙蒿提取物中还含有黄酮类、多酚、精油等多种抗炎活性物质。张永胜[21]研究发现，在绒山羊饲粮中添加黑沙蒿可使血清TNF-α、IL-6、IFN-γ、IL-2、NO含量显著上升，同时抑制NF-κB通路相关蛋白的基因表达量。通常炎症是从急性炎症开始，急性炎症本是机体对于外界某些刺激引发的一种防御反应，同时也属于机体对外界刺激造成损伤的一种自愈机制；但是炎症反应过于剧烈或维持太久就会使急性炎症转化为慢性炎症，炎症反应由防御反应转变为致病机制。此时机体只有启动抗炎机制，释放抗炎细胞因子对炎症反应进行牵制和调节，才能使机体既能有效抵御致病因素的侵袭，又能使炎症反应不会过度强烈而损伤机体的正常功能。同时，炎症反应、细菌感染均会导致大量自由基产生造成氧化应激。因此，关于蒿属植物对乳房炎炎症反应抵御效果的研究结论不应抛开机体抗氧化、抗炎、免疫系统之间的相互联系，需结合氧自由基稳衡和免疫失衡相关指标进行系统化、动态化的讨论。

2 蒿属植物活性成分对乳房炎家畜抗氧化功能的影响

动物抗氧化机制、免疫机制以及抗炎机制联系密切、相辅相成。往往动物机体产生免疫应激的同时会伴随着抗炎、抗氧化系统的失衡。氧自由基在动物体内产生途径多种多样且大量存在，在氧化应激-炎症反应-免疫失衡联动效应体系中，氧自由基失衡是源头引爆点，并主导三方联动效应最终结局。因此，氧化应激是造成非传染性乳房炎的主要原因。这对于开发蒿属植物活性成分防治乳房炎的药物具有决定性的指导作用。

正常家畜体内活性氧自由基(ROS)和抗氧化防御机制相互对抗而形成动态稳衡，这种自然稳态会被如疾病、环境等很多因素破环，其中较为常见的就是乳房炎。蒿属植物含有天然的抗氧化剂，蒿属植物及其提取物可通过影响机体过氧化产物[丙二醛(MDA)]含量和抗氧化酶[超氧化物歧化酶(SOD)等]活性，以及抑制机体氧化应激相关通路如NF-κB、MAPKs通路等的激活增强乳房炎动物抗氧化能力，降低机体氧化损伤[10，19]。据报道，纯中药制剂(含蒲公英、金银花等)可显著降低患乳房炎奶牛血清中谷胱甘肽过氧化物酶(GSH-Px)、SOD活性，同时抑制血清中MDA含量和一氧化氮合酶(NOS)活性，因此提高了机体自由基清除能力，有效增强动物抗氧化机制[22]。相关研究表明，蒲公英结合其他中草药具有杀菌、抗氧化、抗炎、提高生产性能等作用，对乳房炎防治效果显著[23-24]。目前，国内外关于蒿属植物对动物乳房炎抗氧化功能影响的报道较少，但蒲公英、蒿属植物同为菊科，因此进一步探究蒿属植物对乳房炎动物抗氧化机制的影响仍有一定的参考意义。

黄酮类物质是黄花蒿提取物中的主要抗氧化活性物质，它可能通过清除羟基自由基、过氧自由基等呈现抗氧化活性[25-26]。据报道，猪毛蒿提取物的植物挥发油对1，1-二苯基-2-三硝基苯肼(DPPH)、羟基自由基和过氧化氢均有较强的清除能力，该植物挥发油抗氧化活性物质主要为β-月桂烯(β-myrcene)和对伞花烃(p-cymene)2种单萜[27]。Khan等[28]对猪毛蒿的14种溶剂提取物进行了生物学分析和活性物质鉴定，发现猪毛蒿乙醇提取物对DPPH有显著的清除作用，其中，东莨菪碱具有极高的抗氧化活性，其他主要活性成分有没食子酸和槲皮素等酚类物质。另外，野艾蒿，黑沙蒿等蒿属植物的提取物均能增强动物清除ROS的能力和提升血清中抗氧化酶活性，从而促进动物抗氧化机制[25-29]。综上所述，大部分蒿属植物作为抗氧化药物效果显著，人们可以通过提取蒿属植物中主要的抗氧化活性物质以深入探讨更高效抗氧化药物的开发。

黑沙蒿能上调核因子E2相关因子2(nuclear factor erythroid-2-related factor 2，Nrf2)基因的表达量，硫氧还蛋白还原酶是一种关键的抗氧化酶，该酶的抗氧化活性与Nrf2基因的表达呈正相关关系[21]。青蒿提取物同样能提高Nrf2的蛋白表达量从而正性调控Kelch样环氧氯丙烷相关蛋白-1(epoxy chloropropane Kelch sample relat ed protein-1，Keap1)和Nrf2-抗氧化反应元件(antioxidant response element，ARE)信号通路。但是，Zhang等[30]使用以双氢青蒿素醚衍生物(DHA)为基础的阳离子铋金配合物进行细胞毒性和选择性试验，结果表明，DHA显著抑制了Nrf2的转录。Nrf2在免疫反应、抗氧化应激和诱导抗氧化机制相关蛋白的表达方面有着重要的作用，它能够激活一些抗氧化信号传导通路如MAPKs和Nrf2-ARE信号通路。Nrf2抗氧化反应通路通过调控解毒酶和抗氧化酶[如血红素氧合酶-1(HO-1)、醌氧化还原酶-1(NQO-1)、γ-谷氨酰半胱氨酸合成酶(γ-GCS)]的基础表达和诱导表达，以保护动物机体免受药物毒性和应激性疾病等方面的侵扰，从而调控机体抗氧化机制[31-33]。Keap1和Nrf2-ARE信号通路被认为是机体抵御氧化应激和机体损伤最重要的内源性信号通路，Keap1能作为泛素化连接酶促进Nrf2泛素化的活性进行负调控[33]。除上述信号通路外，NF-κB信号通路也是机体抗氧化信号传导通路之一。几种信号通路之间相互作用以共同调控动物机体抗氧化机制且由此可见，炎症反应和氧化应激存在共同信号通路，那么蒿属植物活性成分调控乳房炎抗炎和抗氧化机制是否存在共用信号通路，有待进一步具体研究。

3 蒿属植物活性成分对乳房炎病原菌的影响

蒿属植物的抑菌机制依赖于其酚类、黄酮类、萜类、挥发油等活性成分。黄酮类提取物通过抑制金黄色葡萄球菌被膜生长和菌黄素生成而呈现抗菌活性[42]。槲皮素和芹菜素均是黄酮类化合物苷元的结构主体之一。秦晓蓉等[43]研究发现，当槲皮素浓度为0.006 1 μmol/mL时就对金黄色葡萄球菌表现出灭菌活性，槲皮素对大肠杆菌的MIC为0.024 2 μmol/mL，也有较为显著的抑菌活性。据报道，芹菜素对抗耐甲氧西林金黄色葡萄球菌具有抑制作用，MIC为64～256 μg/mL[44]。秦汝兰等[45]使用柳蒿多糖对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌进行抗菌试验，结果表明当柳蒿多糖浓度不低于5 mg/mL时对2种病原菌均有抑菌作用。周金沙等[46]研究发现，褐苞蒿全草精油对大肠杆菌、金黄色葡萄球菌、枯草芽孢杆菌等具有一定的抑制作用，其中主要的精油成分为桉油醇(11.30%)、樟脑(8.21%)和4-萜烯醇(7.32%)等。因此，不同蒿属植物活性成分对动物机体的抗菌作用有着积极效果，同时也为探讨结合不同蒿属植物活性物质能否发挥更显著的抑菌活性奠定了基础。

另外，蒿属植物活性成分也通过影响致病菌菌体结构以及毒力因子基因表达呈现抑菌作用。毛跟年等[47]研究野艾蒿提取物对金黄色葡萄球菌的抑菌机制，发现野艾蒿提取物不仅影响金黄色葡萄球菌细胞壁和细胞膜通透性，同时还会与该菌DNA紧密结合，从而发挥抑菌作用。超氧压力反应相关基因(soxS)在调控细菌耐药性相关蛋白合成方面有着重要的作用，据报道，双氢青蒿素与头孢呋辛联用能破环大肠杆菌细胞膜和减少细菌可溶性总蛋白含量，以及显著抑制soxS的表达[48]。目前，国内外关于蒿属植物对乳房炎致病菌毒力基因作用机制的报道较少，需进一步研究。

综上所述，对于营养代谢失衡诱发的乳房炎，蒿属植物提取物可以通过降低动物机体炎症反应、提高抗氧化水平以降低乳房炎的发病率，对于传染性微生物引起的乳房炎，蒿属植物提取物能通过改变乳房炎致病菌菌体结构和毒力基因的表达、抑制致病菌定植和扩散等防控乳房炎。因此，将抵御病原菌感染和氧化应激-炎症反应-免疫失衡三方联动反应理论进行有机整合，有利于动态化、系统化的防治动物乳房炎以及其他疾病。

4 小 结

蒿属植物在我国有着悠久的食用以及药用历史，随着近年来对天然植物替代抗生素的探索，人们对于蒿属植物的认识和研究进一步加深。前人致力于开发蒿属植物活性物质防治动物乳房炎的天然、无毒副作用新药物，以氧自由基失衡为主导的氧化应激-炎症反应-免疫失衡三方联动效应理论的提出无疑为其提供了理论依据和指导。但蒿属植物活性物质抗炎、抑菌、抗氧化等生物学作用的相关机制以及相互联系尚不明确，需要大量的基础试验和临床试验进行补充。