α-茄堿的生理功能及其在畜禽生產中的應用前景

譚繼君， 伍小松

（湖南農業大學動物科學技術學院，湖南長沙 410128）

糖苷生物堿是一種植物次級代謝產物，主要分布于茄科和百合科植物中，是具有特殊甾體結構的一類生物堿，因此也稱甾體糖苷生物堿。在植物中，糖苷生物堿能夠防御微生物、昆蟲等天敵侵襲，起到自我保護的作用，因其能結合昆蟲生物膜，與膜上的甾醇類成分連接導致生物膜形成膜孔，或將甾醇結合物從膜上拉出形成其他復合物，改變生物膜結構，引起膜破裂（Bokov等，2004)。α-茄堿是馬鈴薯糖苷生物堿的主要成分，在成熟、新鮮的馬鈴薯塊莖中含量較低，但在新生的芽、花、莖、葉以及在儲存不當而發青、發芽、發霉馬鈴薯塊莖中含量較高。近年來，α-茄堿的藥理學作用引起很多研究者的關注，特別是α-茄堿的抗腫瘤作用，讓其有望成為新型抗癌藥物的合成原料。我國作為世界上最大的馬鈴薯種植國，馬鈴薯種植面積約占全世界的1/4，其地上莖部分因含有較高的龍葵素及水分等因素，通常被用于漚肥、焚燒或直接被丟棄。但馬鈴薯地上莖同時也具有較高的營養價值，尤其是粗蛋白質含量較高，具體見表1。

此外，馬鈴薯地上莖還含有茄堿、茄尼醇、精油等有效成分，這些有效成分具有多種生理功能，可應用于不同領域，具體見表2。

表1 馬鈴薯莖葉營養價值（DM基礎）

表2 馬鈴薯地上莖有效成分及其用途

雖然馬鈴薯地上莖具有較高的營養價值并含有多種功能性成分，但調查研究表明，我國在塊莖收獲的同時伴隨著相當量地上莖的浪費。統計局數據顯示，2014年全國馬鈴薯產量為1910.30萬t，相應產生的馬鈴薯地上莖葉達637.10萬t，如果有效利用50%，就可收集相當量的α-茄堿，同時可減少馬鈴薯地上莖廢棄物對環境的污染，具有可觀的經濟和生態效益。由此可見，我國馬鈴薯地上莖資源存在非常大的回收利用潛力價值。

1 α-茄堿的理化性質和生理功能

1.1 理化性質 茄堿由葡萄糖殘基和糖苷配基（茄啶)組成，主要包含 6 種生物堿：α-茄堿、β-茄堿、γ-茄堿以及 α-卡茄堿、β-卡茄堿和 γ-卡茄堿，其中α-卡茄堿和α-茄堿最為常見，占茄堿總量的95%以上。α-茄堿由一分子D-半乳糖，一分子D-葡萄糖和一分子L-鼠李糖構成，α-卡茄堿則由一分子D-葡萄糖和兩分子L-鼠李糖構成。α-茄堿和α-卡茄堿引起中毒的主要致病機理是其能抑制膽堿酯酶的活性，使乙酰膽堿分解受阻從而引起過度累積，引發一系列中毒反應，而當α-卡茄堿和α-茄堿發生水解時，會逐個脫除糖分子，毒性也隨之降低。因此，采取一定的處理方法使α-卡茄堿和α-茄堿能從糖苷配基裂解或脫去糖分子，就能降低α-卡茄堿和α-茄堿的毒性，發揮其良好的生理作用。

1.2 生理功能 近年來，α-茄堿的生理功能受到研究者的持續關注，其在抗炎、抗菌、抗癌等方面的報道越來越多，具體見表3。

表3 α-茄堿的生理功能

1.2.1 抗炎生理功能 炎癥是機體對外界刺激的免疫應答，在抵御病原微生物和病毒感染等方面發揮著重要作用，然而持續性的炎癥反應可引發多種炎性和代謝性疾病，如支氣管炎、腸炎、類風濕性關節炎以及內臟代謝疾病等（Shin等，2016)。因此，控制過度和持續性炎癥對保護動物機體免受應激和損傷、改善動物健康水平、促進動物生長等有著至關重要的作用。茄堿又名龍葵素，而龍葵是我國傳統的中草藥，具有抗炎消腫的功效（Adamski等，2014)，已有動物試驗表明龍葵提取物有抗炎作用（Morrissey和 Osbourn，1999)。 Kang等（2011)發現，龍葵提取物能通過抑制p38、JNK和ERK1/2通路抑制小鼠腹腔巨噬細胞NO和TNF-a的產生，從而緩解脂多糖誘導的炎癥。Kenny等（2013)指出，馬鈴薯糖苷生物堿的抗炎生理功能是由糖苷配基（茄啶）決定的，但其分子機制目前尚不明確。最近研究表明，α-茄堿能提高LPS和多病原微生物誘導的膿毒癥小鼠的存活率，其潛在機制可能與α-茄堿能負調節NF-κB信號通路并降低促炎細胞因子的產生有關（Shin等，2016）。該研究還指出，α-茄堿的抗炎機制不同于α-卡茄堿，α-卡茄堿主要是抑制AP-1的信號通路，造成這種差異的原因在于二者的葡萄糖殘基不同（Shin 等，2016）。

1.2.2 抗菌生理功能 生物堿具有很好的抗菌活性，α-茄堿和α-卡茄堿對多種病菌具有抗菌活性 （趙驥民，2006；Fewell和 Roddick，1997）。 Kumar等（2009）研究發現，從茄科茄屬植物歐白英未成熟的果實、花和根中提取的茄堿、澳洲茄次堿、β-苦茄堿對產氣腸桿菌、大腸桿菌、金黃色釀膿葡萄球菌具有抑制作用，且其抗菌活性比鏈霉素還高。孫培珍（2014）通過平板涂布法發現α-茄堿對灰葡萄孢菌具有顯著抑制作用，其最小抑菌濃度為12.5μmol/L，最小殺菌濃度為18.75μmol/L，且濃度為18.75μmol/L時，抑菌率達到93.24%；體外試驗中，以濃度為50μmol/L，pH為7時α-茄堿對灰葡萄孢菌抑制效果最好，80℃以上的熱處理會降低抑制效果（α-茄堿發生水解），而金屬鹽在一定濃度范圍內能加強抑制效果。張瑋琴（2015)研究發現，茄堿和卡茄堿對白菜白斑菌和蔥紫斑菌均有抑制作用，且兩種生物堿具有協同抑菌效果，二者的混合物對病原菌的抑制率大約是各自單獨抑制率之和。

α-茄堿的抑菌機制目前尚不明確，已有研究表明其對菌體胞膜的破壞作用是主要的潛在作用機制。孫培珍（2014)通過對外滲率進行測定發現α-茄堿能顯著影響灰葡萄孢菌絲細胞的外滲率，進而影響細胞膜的完整性和通透性。Blankemeyer等（1992)研究表明，糖苷生物堿（α-茄堿，α-卡茄堿）能引起磷脂細胞膜電位變化，改變細胞膜的離子通道和離子活性，破壞細胞膜的完整性。Sanchez-Maldonado等（2016）探討了馬鈴薯的次級代謝物α-茄堿、α-卡茄堿、茄啶和咖啡酸對真菌細胞膜流動性的影響，結果發現四種代謝物均能降低真菌膜極化值，且咖啡酸與α-卡茄堿共同存在時，能顯著降低黑曲霉和禾谷鐮刀菌這兩種耐性最強的菌株的膜極化值。Sanchez-Maldonado等（2016)指出，真菌的這種抗性與其分類地位和甾醇在膜上的形態有關。

1.2.3 抗癌生理功能 α-茄堿的抗癌生理功能近年來持續得到關注，報道指出其對胰腺癌、肺癌、前列腺癌、胃腸癌、乳腺癌等多種癌癥具有抑制作用（李蘭香等，2016），這與α-茄堿能誘導癌細胞中活性氧自由基（ROS）的生成進而誘導其凋亡有關。Meng等（2016）研究表明，α-茄堿能誘導人體肝細胞癌HepG2細胞中ROS的產生，并顯著增加癌細胞凋亡率 （P＜0.0001）。Meng等（2016）進一步探討了相關分子機制，發現α-茄堿能提高HepG2細胞中ASK1和TBP-2蛋白的表達，進而激活下游信號激酶如JNK和p38，同時α-茄堿還能抑制HepG2細胞促增殖蛋白HDAC1，最終導致HepG2細胞發生凋亡。Nie等（2017）研究發現，α-茄堿能降低肺動脈的血管重塑和血管再生，對治療肺動脈高壓癥有積極作用，α-茄堿能增加軸抑制蛋白2（AXN2）的分泌，降低β-連環蛋白的活性，正調節骨骼形態學蛋白受體2型信號因子，降低Ca2+含量，負調節IL-6和 IL-8，抑制肺動脈平滑肌細胞的增殖擴散和抗凋亡能力，抑制Akt信號通路來抑制肺動脈內皮細胞的增殖擴散和管腔形成。Cheng等（2017)指出α-茄堿能提高半胱天冬酶-3的活性，從而加速肺動脈平滑肌細胞的凋亡，抑制骨骼形態學蛋白受體2型信號因子的表達，抑制白介素-6和白介素-8的產生，從而抑制肺動脈平滑肌細胞的增殖擴散，正調節軸抑制蛋白2（AXN2），負調節β-連環蛋白，共同抑制肺動脈平滑肌細胞的增殖擴散，減少管腔形成和傷口愈合，進而減少肺血管生成，減少肺動脈重塑，使肺血管耐受力降低，血壓降低。

此外，α-茄堿還能增強癌細胞對放射線等誘導因素的敏感性，從而在誘導癌細胞凋亡中發揮協同作用。Wang等（2016)研究發現，α-茄堿能增強食管癌細胞的放射敏感性，提高食管癌患者放射性治療的效果，其潛在機制可能與α-茄堿能削弱癌細胞的DNA修復能力有關。因此，α-茄堿還有望成為一種治療癌癥的放射增敏劑。

2 α-茄堿在畜禽生產中的潛在應用價值

α-茄堿這一糖苷生物堿多以有毒物質在各種報道中被人所了解，但隨著科學研究的深入，其有效的生理價值不斷被挖掘，有望成為一種新型的代替飼用抗生素飼料添加劑。龍葵等中草藥有優良的抗菌特性，能增強動物體自身免疫力，對環境無污染等優點，在人類保健和動物生產上都有很好的應用，而α-茄堿作為龍葵中的有效成分，不僅在人類抗腫瘤研究上有很大突破，其在抗菌，抗蟲方面也有良好的生理功效。α-茄堿在畜禽養殖生產上的應用缺少實例，其主要問題在于α-茄堿對單胃動物機體的毒副作用以及在反芻動物瘤胃中的具體發酵機制尚不明確，但在我國不少散養農戶都有用馬鈴薯地上莖葉飼喂家豬的習慣，并無中毒死畜現象發生，這可能與馬鈴薯地上莖葉的收割時間和飼喂量有關，可見，馬鈴薯地上莖葉適時割喂是可以用于畜禽養殖的。Parfitt等（1982）通過消化試驗對比了青貯的赤褐色伯班克馬鈴薯藤 （先用螺旋壓機將馬鈴薯中的水分從90%降至50%，再青貯）和青貯的苜蓿飼料對山羊的影響。結果發現山羊在飼用了馬鈴薯藤后并無不良反應，由此可見青貯過程或動物瘤胃內酸性環境可降低糖苷生物堿的毒性，說明α-卡茄堿和α-茄堿在酸性發酵過程中可被降解或去糖基化，讓反芻動物在飼用了馬鈴薯藤后不發生中毒反應。

3 小結

α-茄堿在畜禽生產中具有潛在的應用價值，而馬鈴薯地上莖作為α-茄堿的主要來源之一，具有成本低、來源廣泛、易于加工等特點，因此如何有效地利用馬鈴薯地上莖葉對畜禽生產具有很好的應用前景與現實意義。