甘草提取物的生物學功能及其在畜禽生產中的應用

尹勝港 尤 婷 湯加勇 趙 華

(四川農業大學動物營養研究所，動物抗病營養教育部重點實驗室，成都 611130)

隨著我國飼料“禁抗令”(農業農村部發布的194號公告)的全面實施，研發安全、有效的替抗產品成為當前行業內的研究熱點[1]。植物提取物系從植物源中提取的天然活性成分，具有抗氧化、抗炎殺菌、抗病毒、增強免疫力等功效，能夠促進動物生長發育，提升動物產品品質[2]，可作為新型綠色飼料添加劑應用于畜禽生產。

甘草為豆科多年生草本植物，最早在我國古籍《神農本草經》中就有記載。本草綱目注：此草最為眾藥之主，經方少有不用者；調和眾藥有功，故有國老之號。常見的有脹果甘草、烏拉爾甘草和光果甘草，其干燥的根莖為我國常用的傳統大宗中藥材。甘草具有補氣、止咳、清熱解毒、止痛等功效。甘草提取物中的主要活性成分包括皂苷類化合物、黃酮類化合物和甘草多糖等，具有抗病毒、抗炎殺菌、抗氧化、保肝、增強動物免疫力等多種生物學功能[3-6]。我國甘草資源豐富，甘草提取物作為飼料添加劑開發應用具有較大潛力。本文將對甘草提取物的生物學功能及其在畜禽生產中的應用進行綜述，為其作為飼料添加劑的開發利用提供參考。

1 甘草提取物的生物學功能

甘草提取物自甘草屬植物干燥的根和莖提取，主要活性成分是皂苷類化合物、黃酮類化合物和甘草多糖[7]。皂苷類化合物主要為甘草酸、甘草次酸；黃酮類化合物主要包括查爾酮類、黃烷類、異黃酮類等[8]；甘草多糖由葡萄糖、阿拉伯糖、甘露糖和半乳糖組成[9]。

1.1 抗病毒活性

甘草提取物及其活性成分具有良好的抗病毒活性。研究發現，新生仔豬在接種輪狀病毒后產生腹瀉，甘草提取物以劑量依賴的方式減少十二指腸、空腸、回腸和脾臟中白細胞介素(interleukin,IL)-8、干擾素-γ(interferon-γ,INF-γ)、p38、c-Jun氨基末端激酶(c-Jun N-terminal kinaseJNK)以及核轉錄因子-κB(nuclear transcription factor-κB，NF-κB)等基因的表達，改善腸道環境并抑制炎癥反應，達到抗病毒、治療腹瀉的作用[10]。這提示甘草提取物發揮抗病毒活性可能與JNK、NF-κB等細胞信號通路有關。

甘草酸、甘草酸二銨等活性成分也發揮重要抗病毒活性，其中甘草酸起主要作用。甘草酸(1 g/L，最大安全質量濃度)預處理的Marc-145細胞接種豬繁殖與呼吸綜合征病毒發現，甘草酸可降低病毒結構蛋白GP4和降低宿主細胞CD163、CD165的基因表達，并抑制病毒吸附和增殖，阻斷病毒感染[11]。此外，甘草酸可抑制豬流行性腹瀉病毒(porcine epidemic diarrhea virus，PEDV)對Vero細胞的感染，阻止PEDV進入細胞和復制，并在mRNA水平上抑制PEDV感染誘導的致炎細胞因子增加，進而減輕PEDV感染對動物的影響[12]。其機制可能為：甘草酸通過調節高遷移率族蛋白B1(high-mobility group box 1，HMGB1)/Toll樣受體4(Toll-like receptor 4,TLR4)、p38/絲裂原活化蛋白激酶(mitogen activated protein kinase，MAPK)通路阻止HMGB1與TLR4結合抑制PEDV感染[13]。研究發現，豬細小冠狀病毒(porcine deltacoronavirus，PDCoV)經甘草酸二銨(diammonium glycyrrhizinate，DG)處理后可降低感染豬腎近端小管上皮細胞(porcine kidney proximaltubular epithelia1 cells，LLC-PK1)的凋亡率；DG可通過阻止PDCoV與細胞表面附著，并以劑量依賴的方式抑制PDCoV在LLC-PK1細胞中的復制，發揮其抗病毒活性[14]。

綜上可知，甘草提取物通過破壞病毒結構，阻止病毒黏附，抑制病毒復制和增殖，調節HMGB1/TLR4、p38/MAPK信號轉導途徑來減少炎性因子表達等方式保護機體健康，發揮抗病毒活性，在預防和治療動物病毒感染性疾病特別是豬生產疾病預防方面具有重要的研究價值。

1.2 抗炎殺菌活性

炎癥是機體組織受到損傷、感染等外界刺激時，發生的一種以防御反應為主的免疫應答。甘草提取物可通過調節免疫相關因子的表達達到抗炎效果。研究發現，飼糧添加甘草提取物后，斷奶仔豬血清中堿性磷酸酶活性升高、谷草轉氨酶活性降低，同時IL-6、IL-8等相關促炎因子的表達受到不同程度的抑制，從而提高斷奶仔豬的抗炎能力[8]。

甘草提取物主要通過甘草酸、黃酮類化合物等活性成分發揮抗炎殺菌作用。光果甘草提取物以及從中分離出的黃酮類化合物，能降低脂多糖(lipopolysaccharide，LPS)刺激的RAW264.7細胞促炎因子IL-1β、IL-6和腫瘤壞死因子-α(TNF-α)的表達量，抑制誘導型一氧化氮合酶(induced nitric oxide synthase，iNOS)和環氧化酶-2(cyclooxygenase-2，COX-2)的表達，進而干擾一氧化氮(nitric oxide，NO)和前列腺素E2(prostaglandin E2，PGE2)介導的炎癥級聯反應，發揮抗炎作用[15]。在LPS誘導的小鼠乳房炎[16]和急性肺損傷模型[17]中發現，甘草酸能阻止NF-κB通路活化，減少TNF-α、IL-6等基因的表達，降低C-X-C趨化因子受體(C-X-C chemokine receptor，CXCR)4/CXCR1的表達，抑制嗜中性粒細胞的遷移和浸潤，緩解組織病理學變化，達到抗炎作用。此外，研究發現，甘草酸可顯著抑制脫氧雪腐鐮刀菌烯醇(deoxynivalenol，DON)誘導的IPEC-J2細胞凋亡，上調B細胞淋巴瘤-2(B-cell lymphoma-2，Bcl-2)mRNA豐度，降低IL-8、NF-кB、Bcl-2關聯X蛋白(Bax)、IL-6、TNF-α以及COX-2的mRNA豐度，減輕DON誘導的炎癥損傷[18]。甘草酸(≤400 μg/mL)預處理雞巨噬細胞后接種鼠傷寒沙門氏菌(Salmonellatyphimurium，ST)顯著上調細胞中CD40、CD80、CD83(6和12 h)、CD197(3和6 h)和INF-γ、IL-10、TNF-α、IL-6的表達，誘導iNOS和NADPH氧化酶-1(NOX-1)的表達，增加NO和過氧化氫(hydrogen peroxide，H2O2)產生，降低ST造成的負面效應[19]。這與上述結論甘草酸通過抑制促炎因子和iNOS表達發揮抗炎作用看似矛盾，但分析后發現甘草提取物能通過上調INF-γ、IL-10和IL-6的表達放大細菌向巨噬細胞的信號，并激活巨噬細胞和T細胞產生iNOS、NOX-1，這兩者又分別催化高水平的NO和H2O2并通過多種機制抑制ST的復制，增強對ST的殺傷能力，顯示出甘草酸的殺菌活性。免疫反應發生的同時會引發局部炎癥反應，并有助于病原體的清除，隨后通過抗炎作用加速機體健康狀態的恢復，這也能部分解釋甘草酸對ST的殺傷作用。

以上研究表明，甘草提取物不僅可通過阻止NF-κB通路活化抑制促炎因子和iNOS、COX-2等炎癥介質的表達，還可激活免疫細胞的固有免疫反應消除細胞內有害細菌，促進機體適應性免疫反應的激活，起到抗炎殺菌作用。

1.3 抗氧化活性

動物機體在受到外界刺激和損傷時，會產生過量的活性氧(reactive oxygen，ROS)和活性氮，主要包括超氧化物陰離子自由基、過氧化氫、NO等，造成機體氧化損傷[20]。研究發現，H2O2刺激IPEC-J2細胞后可誘導ROS的產生，而甘草提取物預處理細胞可減少ROS的產生[21]。使用阿霉素單獨作用于H9c2細胞，ROS水平顯著升高，誘導心臟毒性，而在光果甘草提取物處理后，ROS水平降低了3倍，說明光果甘草提取物可清除ROS，恢復細胞的抗氧化能力[22]。在動物試驗中，飼糧添加甘草提取物可提高仔豬血清中的總抗氧化能力(T-AOC)、總超氧化物歧化酶(T-SOD)和谷胱甘肽過氧化物酶(GSH-Px)活性，降低丙二醛(MDA)含量，增強斷奶仔豬的抗氧化能力[8]。

甘草酸可通過抑制MAPK和NF-κB通路并激活AMP活化蛋白激酶(AMP-activatedprotein kinase，AMPK)/核因子E2相關因子2(nuclear factor E2 related factor 2，Nrf2)的信號轉導，從而抑制NF-κB配體受體激活劑誘導的破骨細胞生成和氧化應激[23]。甘草酸可顯著降低DON處理IPEC-J2細胞后細胞乳酸脫氫酶釋放和MDA含量，增強SOD和過氧化氫酶(CAT)的活性，從而減輕DON誘導的細胞毒性和氧化應激[18]。研究表明，甘草黃酮可減輕酒精引起的小鼠肝臟氧化應激和脂肪堆積，提高肝臟的抗氧化功能[24]。此外，甘草查爾酮A可清除中國倉鼠卵巢成纖維細胞中的自由基，發揮抗氧化作用，且濃度在4.43～10.34 μmol/L時不具有遺傳毒性，但值得注意的是濃度在11.8 μmol/L時可顯著降低核分裂指標[25]。

以上研究表明，甘草提取物能通過增強抗氧化酶活性、清除自由基等方式增強機體抗氧化能力，減輕氧化應激，保護機體健康。

1.4 其他

甘草提取物除了具有上述生物學功能外，還具有改善腸道健康、保肝、降血糖、降血脂、生精等生物學作用。飼糧添加甘草提取物可降低仔豬腸道pH，改善腸道環境，促進腸道相關免疫基因的表達，進而促進仔豬腸道健康發育[8]。IPEC-J2細胞在經鈣離子轉換后，跨上皮電阻(trans-epithelium electrical resistant，TEER)顯著降低，1 000 μg/mL的甘草提取物可有效恢復TEER，其對屏障功能的保護效應與細胞內閉鎖蛋白-4(Claudin-4)豐度上調密切相關[26]。甘草提取物能夠減輕甲氨蝶呤誘導的大鼠肝腎損傷，飼糧含400 mg/kg甘草提取物可顯著改善肝臟的氧化應激狀態，保護肝細胞膜的完整性，抑制促炎細胞因子TNF-α、IL-1β、IL-6和IL-12的表達，上調抗炎細胞因子IL-10的表達，從而緩解肝腎炎癥[27]。甘草酸可以誘導Ⅰ型糖尿病大鼠血漿中胰高血糖素樣肽-1(glucagon-like peptide-1，GLP-1)的水平呈劑量依賴性升高，降低血糖水平[28]。此外，在出生6 d的新生C57BL/6N小鼠睪丸組織細胞培養模型中發現，甘草提取物可提高小鼠精原細胞中BrdU染色陽性細胞百分率以及精原細胞增殖細胞核抗原蛋白表達；經甘草提取物處理后，分化后的精母細胞數量明顯增多，有利于生精過程中精原細胞的增殖和精母細胞的分化[29]。

2 甘草提取物在畜禽生產中的應用

我國的甘草資源豐富，同時甘草提取物具有多種生物學功能，因此甘草提取物在動物生產中的應用具有廣闊的前景。

研究發現，飼糧中添加150 mg/kg甘草提取物可提高斷奶仔豬體增重和平均日增重，降低料重比和腹瀉指數[8]，并改善生長育肥豬的肉品質，提高眼肌面積，增加肌肉間不飽和脂肪酸含量，以添加量為900 mg/kg時效果最佳[30]。口服400 mg/mL的甘草提取物能有效緩解輪狀病毒引起的仔豬腹瀉，改善小腸病變評分和增加糞便病毒排出，同時調節炎癥原反應，減輕宿主炎癥加重的腸道病變[10]。肉羊研究中，在以棉籽殼為基礎的飼糧中添加相當于4.5%干物質含量的50%的甘草根乙醇提取物，能夠提高卡拉庫爾羊血液免疫球蛋白含量和改善抗氧化狀態[31]。飼糧添加2 000 mg/kg甘草提取物可顯著降低灘羊肝臟總膽固醇含量，提高肝脂酶、脂蛋白脂酶和總脂酶活性，調節脂肪氧化過程，抑制灘羊肝臟內脂肪沉積，進而達到降低皮下脂肪沉積的作用[32]。此外，研究發現，濃度為12.50～50.00 mg/mL的甘草提取物可抑制奶牛乳房炎中金色葡萄球菌生物膜的生長，且濃度為6.25 mg/mL時對金色葡萄球菌的生長抑制作用最為明顯，這提示甘草提取物可為奶牛乳房炎治療提供一定參考[33]。由此可見，飼糧添加甘草提取物可改善家畜生長性能，提高肉品質，降低病毒等有害源對動物健康的影響。

在家禽生產中發現，蛋雞飼糧添加80 mg/kg甘草提取物可提高產蛋后期蛋雞的生產性能和雞蛋品質，顯著降低料蛋比，改善蛋黃顏色、平均蛋質量，降低蛋黃膽固醇含量[34]。飼糧添加500 mg/kg甘草提取物可顯著提高肉雞在高密度飼養條件下整個生長階段的體增重[35]。在黃曲霉毒素攻毒的肉雞飼糧中添加3 000 mg/kg甘草提取物，可有效緩解黃曲霉毒素對肉雞生長性能、血液指標和免疫力的負面影響，甘草提取物作為生物轉換劑可有效結合黃曲霉毒素B1，從而緩解黃曲霉毒素B1對肉雞生長的負面效應[36]。在羅斯雛雞的飼糧中添加1 000 mg/kg甘草提取物，可提高1～35日齡體增重和飼料轉化率，降低死亡率，并上調了咬合蛋白(Occludin)、連接黏附分子-2(junctional adhesion molecule-2，JAM-2)和胰高血糖素樣肽-2(glucagon-like peptide-2，GLP-2)的基因表達；35日齡時對ROSS雞進行空腸彎曲桿菌(Campylobacterjejuni)攻毒后，飼糧添加甘草提取物可上調腸道黏蛋白-2(MUC-2)的基因表達，下調腸道炎癥因子TLR4和IL-1β的基因表達，減少C.jejuni數量，維護腸道屏障完整性，降低生產損失[37]。由此可見，飼糧中添加適宜濃度的甘草提取物，有助于提高家禽的生產性能，降低有害細菌感染以及霉菌毒素對家禽健康的影響。

以上研究表明，甘草提取物在畜禽生產中具有潛在的應用價值，然而目前甘草提取物在畜禽中應用的研究還比較少，在全面禁抗背景下，有必要進一步深入開展甘草提取物在畜禽飼糧中的應用研究，特別是進一步探討甘草提取物主要功能成分的單獨或組合添加效果和相應機制研究。

3 小 結

甘草作為藥用植物在我國應用歷史悠久，其資源豐富并擁有多種活性成分，甘草提取物具有抗病毒、抗炎殺菌、抗氧化、增強免疫力等多種生物學功能，是具有開發潛力的藥用植物。但是，目前針對甘草提取物中各種活性成分的研究主要集中在甘草酸、皂苷類化合物、黃酮類化合物和甘草多糖，對于主要有效成分具體功能及在動物生產中的應用效應研究還有待深入，還需進一步研究甘草提取物的主要功能成分，探討其在不同畜禽飼糧中應用時的添加形式和劑量，探索其替抗促生長的具體機制，充分解析甘草提取物的應用價值，開發甘草提取物的應用潛力，為在全面禁抗條件下養殖業健康發展提供有效飼料添加劑。