青蒿素及其衍生物在畜禽生產中的應用研究進展

■張文飛 管武太* 陳 芳 張世海 鄧躍林 史合群 許國煥

（1.華南農業大學動物科學學院，廣東廣州510642；2.廣州市科虎生物技術研究開發中心，廣東廣州510620；3.廣東省微生物研究所，廣東廣州510070）

青蒿（Artemisia annua L）又名黃花蒿，屬菊科蒿屬草本植物，是一種在我國分布廣泛的天然中草藥植物，其化學成分主要包括倍半萜類、揮發油類、多糖類、黃酮類和香豆素類等多種活性成分。青蒿素是從青蒿的葉片中分離出來的一種具有過氧基團的新型倍半萜內酯類化合物，其不僅具有解熱、抗瘧等功效，現代藥理學研究結果還表明其具有很好的抗炎、殺菌、抑菌、抗球蟲及提高免疫力等功效[1-2]。

前人研究結果表明，青蒿素及其衍生物在促進畜禽健康生產方面表現出良好的應用潛力。在飼糧中添加青蒿素及其衍生物可減緩熱應激[3]，提高雞的生產性能[4]、免疫功能及腸黏膜中消化酶活性[5]，改善肉品質[6]，有效降低仔豬腹瀉[7]和提高仔豬免疫力[8]，增強抗氧化能力等[9]，是一種具有廣闊應用前景的安全、綠色、高效的抗生素替代品。

1 青蒿素的提取

青蒿素主要是從中草藥黃花蒿成年植株中提取得到，其提取工藝流程一般為：烘干→粉碎、過篩→浸泡、萃取→濃縮→結晶→精品。

青蒿素的使用效果與其提取工藝有密切的關系。目前，主要通過有機溶劑萃取法[10-11]、超臨界CO2法[12]和智能連續逆流提取法[13]等方法制得，為了提高提取效率，還采用了超聲波輔助法[14]或微波輔助法[15]等對原料進行前期處理。有機溶劑萃取法是目前普遍使用的提取方法，該方法常用的溶劑有：甲醇、乙醇、氯仿、石油醚、環己烷、乙醚等。超臨界CO2萃取法是一種近年來才使用的新方法，該方法的原理是基于CO2流體在超臨界狀態下能夠顯著提高所萃取成分的溶解能力。超聲波（微波）能夠使細胞內液態水吸收微波能量，產生的高壓穿破細胞壁和細胞膜從而形成許多微小的孔洞，持續加熱后，細胞膜表面出現大量裂紋，使細胞外溶劑順著裂紋進入細胞內溶解并釋放出細胞內容物。

梁忠生[16]研究結果顯示，微波預處理可使青蒿素的產率提高15%左右，提取率可達88%以上。張馨瑩[17]比較了不同的提取方法（加熱攪拌法、索氏提取法、超聲波提取法）和不同的提取溶劑（乙醇、正己烷、石油醚、甲醇）對青蒿素提取率的影響，研究結果顯示采用以石油醚為提取溶劑的加熱攪拌方法提取的效率最高。胡淼等[18]研究得出超臨界CO2法提取青蒿素的最佳工藝條件為：溫度50 ℃，時間4 h，壓力20 MPa，每千克原料CO2質量流量1 kg/h，萃取率高達95%以上，并且可以獲得純度為15%以上的萃取物，該方法的效果優于傳統的溶劑提取法。

2 青蒿素的理化特性

青蒿素(Artemisinin，ART)是黃花蒿的主要有效藥用成分之一，由我國科學家屠呦呦在上世紀70 年代首次從黃花蒿中分離出來的含過氧橋的新型倍半萜內酯，又名黃花蒿素、黃蒿素或黃花素。青蒿素的分子式為C15H22O5（如圖1 所示），相對分子質量為282.33，溶點為156～157 ℃，通常狀態下為無色針狀晶體，難溶于水，易溶于氯仿、苯、醋酸乙酯、冰醋酸及丙酮等，可溶于乙醇、甲醇、乙醚和石油醚等。由于青蒿素含有特殊的過氧基團結構，導致其對熱很不穩定，易受潮濕和還原性物質的影響而迅速分解[19]。青蒿素的過氧基團結構及特殊的分子結構使其具有抗瘧、解熱、抗菌、增強免疫力等藥理活性，對治療某些動物疾病（如雞球蟲病）具有顯著療效[20]。

圖1 青蒿素的化學結構

青蒿素及其衍生物蒿甲醚、雙氫青蒿素、蒿乙醚、青蒿琥酯結構式中都具有過氧橋基團，均屬于倍半萜類，該特殊結構是目前研究者普遍認為青蒿素及其衍生物具有抗瘧、抗菌等活性的重要原因[21]。青蒿素類藥物因具有高效、低毒、安全、強抗瘧性特點，是繼伯喹、氯喹、乙氨嘧啶之后最有效的抗瘧特效藥，經世界衛生組織批準，被確定為目前治療全球腦型瘧疾和惡性瘧疾的首選藥物。作為青蒿素的重大發現者，我國科學家屠呦呦于2015年10月5日獲得了諾貝爾生理學或醫學獎。

3 青蒿素及其衍生物的生物學功能

3.1 抗寄生蟲

青蒿素類注射液對豬的多種血液寄生蟲病都具有良好的防治效果，特別是對豬附紅細胞體、豬弓形體、豬巴通氏體、豬錐蟲病等都有較好的治療作用[22]，同時對雞的球蟲病等也有很好的療效[23-24]。青蒿素及其衍生物可阻斷蟲體早期階段的營養物質的消化吸收代謝，造成氨基酸缺乏，最終導致蟲體的細胞膜受損而死亡[25]。進一步的研究發現，青蒿素及其衍生物能有效抑制球蟲裂殖子微線基因相關mRNA 的轉錄和表達，從而達到減少球蟲數量的目的[26]。此外，青蒿素類還能有效促進機體內淋巴細胞的轉化，顯著增加血液中紅細胞、白細胞和血紅蛋白數量。Sen 等[27]研究結果顯示，青蒿素可改變線粒體的膜電位，使其在細胞周期的G0/G1期停滯，最終導致杜氏利什曼原蟲前鞭毛體細胞死亡。

3.2 抗瘧疾

青蒿素類藥物通過改變紅內期的瘧原蟲的超微結構而使其死亡。青蒿素的作用位點處于瘧原蟲的膜結構中，它會使瘧原蟲的線粒體出現皺縮、腫脹、內外膜分離，同時還會破壞細胞膜、質膜、核膜，阻斷宿主紅細胞為其提供的營養供給，同時也會對細胞核內染色物質產生影響，從而達到抗瘧的效果。青蒿素類藥物對瘧原蟲配子體也具有殺滅作用，能夠抑制不同階段的配子體發育，快速殺死瘧原蟲的初期配子體，同時截斷未成熟配子體的發育[28]。

此外，還有一些研究表明，青蒿素是通過影響瘧原蟲的PfATP6 酶而發揮抗瘧作用的，該酶能夠消耗胞內ATP 來調節胞漿內的Ca2+平衡[29]。青蒿素及其衍生物通過抑制蟲體內PfATP6 的酶活性來打破胞內Ca2+平衡，導致瘧原蟲胞漿內Ca2+濃度升高而最終死亡[30-31]。針對近年來青蒿素在全球部分地區出現的“抗藥性”難題，最近屠呦呦及其團隊在“抗瘧機理研究”、“抗藥性成因”、“調整治療手段”等方面取得新突破，于近期提出了新的應對“青蒿素抗藥性”難題的切實可行治療方案。

3.3 抗腫瘤

細胞凋亡有兩條途徑：①由線粒體介導的內部途徑；②死亡配體介導的外部途徑。許多研究結果表明，青蒿素及其衍生物不僅能抑制腫瘤細胞的增殖，促使其凋亡或直接殺死細胞，而且還能抑制腫瘤組織周圍血管的營養供給，從而達到殺滅腫瘤細胞的目的。青蒿素及其衍生物主要通過影響線粒體跨膜電位，促進caspase 激活及快速釋放胞內凋亡物質從而使腫瘤細胞致死。目前普遍認為青蒿素類化合物能夠發揮抗腫瘤作用主要因為：①抑制新生血管生成；②誘導細胞凋亡；③阻滯細胞周期；④Fe2+介導的細胞毒作用；⑤與致癌基因和抑癌基因相關；⑥作用于特殊靶蛋白；⑦對抗多藥耐藥。

Reungpatthanaphong 等[32]研究表明，青蒿素及其衍生物（青蒿琥酯、雙氫青蒿素等）能降低細胞內線粒體跨膜電位，使線粒體中的Ca2+流入細胞質，從而導致腫瘤細胞死亡。Handrick 等[33]研究結果表明，經雙氫青蒿素處理后的淋巴瘤Jurkat 細胞不僅可以誘導凋亡蛋白NOXA，而且能激活Bak從而促進細胞凋亡，但在Bax 和Bak 兩者都缺失的情況下，雙氫青蒿素則不會對細胞的凋亡產生影響。黃俊玲等[34]研究發現，80 μmol/l 的青蒿素對肝癌細胞株HepG2 的細胞增殖產生顯著的抑制作用，抑制率呈劑量、時間依賴效應，且HepG2 細胞在G0/S 期生長停滯，并最終誘導細胞死亡。Singh 等[35]研究表明，人白血病Mol-t4 細胞用Fe2+青蒿素處理，其不僅不會對正常細胞的生長發育造成影響，而且還能高效殺滅腫瘤細胞，顯示青蒿素對腫瘤細胞的作用具有一定的靶向性。董海鷹等[36]研究發現，青蒿素能明顯抑制體外培養的HeLa 細胞的增殖并誘導其凋亡。Disbrow等[37]研究結果表明，青蒿琥酯和雙氫青蒿素對HeLa細胞具有很強的抑制作用，其機理主要是通過激活線粒體Caspase 通路從而導致細胞自身的凋亡。

3.4 抗菌消炎和提高免疫力

青蒿素可抑制T 淋巴細胞分化成為促進炎癥反應的Th17細胞，從而達到抗炎和殺菌的目的[38]。青蒿素及青蒿琥酯還可通過阻止IL-1、LPS、INF-7、TNFα混合因子誘導的I-kB 的降解[39]、NF-kB 的核轉錄[40]從而抑制NF-kB 的活性，進而又使受NF-kB 調控的炎癥因子IL-1、IL-6、TNF-α的轉錄表達受到影響[41]。

陳蒲丹[42]研究結果顯示，復方青蒿制劑具有很好的抑菌效果，其對大腸桿菌的MIC為1.25 mg/ml，金黃色葡萄球菌的MIC為0.312 5 mg/ml。此外，復方青蒿制劑不僅對二甲苯導致的小鼠耳廓腫脹有顯著的抑制作用，而且還能夠顯著提高小鼠腹腔內巨噬細胞的吞噬活性。Yang等[43]研究結果表明，青蒿素及其衍生物不僅能夠直接作用于T淋巴細胞，而且能顯著抑制T 淋巴細胞絲裂原ConA 誘導的小鼠脾臟淋巴細胞的增殖。青蒿素的衍生物青蒿琥酯可通過降低大鼠腦水腫指數和血腦屏障通透性，阻礙內皮細胞緊密連接蛋白Occludin 和ZO-1 蛋白表達的下調，同時減輕蛛網膜下出血后模型大鼠早期腦組織損傷，提高神經功能[44]。最近屠呦呦及其團隊在“青蒿素抗藥性”研究獲新突破的同時還發現，雙氫青蒿素對治療具有高變異性的紅斑狼瘡效果獨特，對盤狀紅斑狼瘡、系統性紅斑狼瘡的治療效率分別超90%、80%。

3.5 緩解熱應激

青蒿及其衍生物對緩解熱應激也有積極效果。Song 等[45]研究結果顯示，與處于熱應激環境中相比，當飼糧中添加酶解青蒿后可以顯著提高肉雞對飼料中粗脂肪、粗蛋白和有機物的表觀利用率，使腸道中酶活性增加，對緩解雞熱應激有積極的效果。Wan等[6，9，46-47]研究結果還表明，在肉雞飼糧中添加酶解青蒿可以緩解熱應激引起的血液pH 值升高、生產性能下降及血清中皮質酮、谷丙轉氨酶、谷草轉氨酶升高，并且可以通過提高血清和肝臟抗氧化酶活性及調節相關mRNA 表達水平發揮增強抗氧化能力及緩解熱應激的作用。

4 青蒿素及衍生物在畜禽生產中的應用

青蒿素及其衍生物在畜禽生產中的應用還比較少，且使用時一般以直接添加青蒿粉、葉或青蒿提取物及其藥物制劑等方式為主。

4.1 在養雞生產中的應用

雞的球蟲病是一種以雞腸道病變為主要特征的寄生性原蟲病，主要由艾美耳屬的多種球蟲引起。該病主要感染2周～6周齡的雛雞，造成消化道黏膜的破壞損傷，生產中發病率和死亡率都非常高，對雞的生長發育造成嚴重的危害[48]。

目前，國內外大量研究表明，青蒿素及其衍生物對雞的球蟲病的預防和治療具有良好的效果。黃鑫[49]在對治療雞球蟲病的研究中發現，青蒿粉能有效減輕艾美耳球蟲感染雞盲腸所致的組織病變，減少糞便中卵囊排出數量，有較好的抗球蟲效果，但具有劑量依賴性，與牛彪等[50]和Th?fner 等[51]研究結論一致。馬飛[52]以10日齡魯茌喜雞為研究對象研究發現，青蒿復方中草藥制劑能顯著提高平均日增重及免疫力，同時能有效提高血液中紅細胞數量。戴必勝等[53]用含有青蒿的中草藥飼喂肉仔雞，結果發現，肉仔雞飼糧中添加含有青蒿的中草藥后，不僅可以顯著提高肉仔雞的平均日增重和盲腸內雙歧桿菌及乳酸菌桿菌濃度，增加回腸微絨毛高度，顯著降低料重比和盲腸內容物中的大腸桿菌數量，而且還能顯著增加胸腺、法氏囊、脾臟等免疫器官的相對重量。陳浦丹[42]在防治雞球蟲病的研究中發現，青蒿及其提取物可通過促進機體外周T 淋巴細胞IL-2 的基因表達，提高機體免疫力，抑制雞柔嫩艾美爾球蟲蟲卵囊孢子化，具有較好的抗炎、殺菌作用，能有效預防和治療雞柔嫩艾美爾球蟲對雞的損傷。

Brisibe 等[4]將青蒿葉添加到蛋雞飼糧中，發現蛋雞的采食量、產蛋量、蛋重和蛋黃顏色均有明顯改善，且具有抗球蟲的效果。Del 等[54]在飼糧中分別添加10、17 mg/kg青蒿素，結果發現，可以顯著降低雞糞便中球蟲卵囊的排泄數量，降低發病率，而且還會抑制肌漿內質網ATP 酶的表達。郭紅斌等[55]在肉雞飲水中添加黃花蒿水提液或在飼糧中添加青蒿素，研究結果顯示，該兩種方法均能降低肉雞血清中NO 含量和一氧化氮合成酶的活性，對柔嫩艾美耳球蟲均有明顯的療效[56]。

青蒿及其衍生物還被用來緩解雞的熱應激。Song等[3]研究發現，在熱應激環境條件下，當飼糧中添加酶解青蒿后可以顯著提高肉雞對粗脂肪、粗蛋白和有機物的表觀利用率，提高空腸中麥芽糖酶和蔗糖酶活性，能有效緩解雞的熱應激。Wan等[46]研究結果表明，在肉雞飼糧中分別添加0.75、1.00、1.25 g/kg 的酶解青蒿，可以有效緩解熱應激引起的生產性能下降、血液pH值升高及血清中皮質酮、谷草轉氨酶、谷丙轉氨酶的升高，并且能夠通過提高血清和肝臟中抗氧化酶活性及調節相關mRNA 表達水平來增強抗氧化能力，從而有效緩解熱應激。

4.2 在養豬生產中的應用

青蒿素在養豬生產中的應用研究較少。劉櫻等[57]研究結果顯示，青蒿及其提取物具有良好的抗豬繁殖與呼吸綜合征病毒（PRRSV）的作用，顯著抑制PRRSV 對Marc-145 細胞的損害，且在較高濃度時還會促進該細胞的生長，對母豬健康具有改善效果。葉立云等[7]研究表明，青蒿葉提取物能有效治療由結腸小袋纖毛蟲引起的仔豬腹瀉，治愈率高達100%。

豬的附紅細胞體病是一種由豬附紅細胞體引起的傳染病，導致豬出現發熱、腹瀉、紅細胞壓積降低、白細胞增多、血紅蛋白濃度降低等癥狀，該病明顯降低豬的生產性能，嚴重時會引起豬的死亡，給我國養豬業帶來重大經濟損失。宋霜等[58]在建立豬的附紅細胞體病小鼠模型的基礎上，研究了青蒿素對豬的附紅細胞體病的治療效果，發現40 mg/kg的青蒿素具有良好治療效果。程富勝等[59]以感染了豬附紅細胞體的斷奶仔豬為試驗動物，研究發現青蒿素對治療豬的附紅細胞體病有明顯效果，治愈率達82%。康紅軍等[8]研究表明，在斷奶仔豬飼糧中添加0.25%的青蒿提取物能顯著提高仔豬ADG，降低F/G，同時還能夠促進仔豬T3、T4的分泌，降低血清中尿素氮的含量，提高仔豬的免疫力，降低仔豬的腹瀉率和發病次數。劉仕碧等[60]研究了在飼糧中添加青蒿對夏季公豬精液品質的影響，結果顯示，每頭種公豬每天添加20 g 可增加精子成活率，提高采精量，其原因可能是因為其清熱解毒功效可使種公豬在高溫條件下的應激得到緩解，從而改善了精液品質。

5 總結與展望

綜上所述，青蒿素及其衍生物具有抗蟲、抗炎、殺菌和提高免疫力的效果，是一種具有應用潛力的抗生素替代品之一。雖然其在治療雞的球蟲病和緩解動物熱應激中顯示出良好的效果，但仍需進一步研究以確定其有效成分在不同畜禽種類、生理階段的最佳使用劑量和效果，使其產品和應用實現標準化，科學合理地應用于我國畜禽養殖生產中。