人參皂苷Rg1 的生物學功能及其在畜禽生產中的應用探討

謝凱桓 ，張云露，胡 益，張海涵，賀 喜，范志勇，宋澤和*

（1.湖南農業大學動物科學技術學院，湖南長沙 410128；2.飼料安全與高效利用教育部工程研究中心，湖南家禽安全生產工程技術研究中心，湖南畜禽安全生產協同創新中心，湖南長沙 410128）

人參別稱為黃參、地精，主要產地為中國東北、朝鮮、韓國、日本、俄羅斯東部。2018 年，我國鮮參產量達到3.8 萬t，占世界總產量的70%左右[1]。人參被稱為“百草之王”，在中國用藥史上歷史悠久，是名貴的中藥材，也是國內外研究最多的中藥之一[2]。人參補氣和抗衰老的作用在《傷寒論》、《本草綱目》和清代以來的許多中草藥書籍中均有記載[3-4]。人參含人參皂苷、人參多糖、聚乙炔醇和脂肪酸等多種活性物質，人參皂苷是其發揮藥理作用的主要成分，現已確定的人參皂苷單體約有60 余種[5]。人參的入藥部位主要為人參根，對人參莖葉的利用很少。在實際生產中，種植戶在人參成熟時往往只對其根部進行采摘、保存及出售，而將尚有利用價值的莖、葉和花丟棄，造成資源浪費。近年來研究發現，人參莖葉也有著與人參根相差無幾的藥理作用，甚至人參莖葉中的人參皂苷總量高于人參根，并且人參莖葉價格相對較低，在畜禽生產中更具開發潛力[6]。人參皂苷Rg1 作為人參皂苷中含量較高的成分之一，具有抗氧化、免疫調節、抗炎和促進血管生成等多種生物學功能。本文對近年來人參皂苷Rg1 的提取方法和生物學功能進行綜述，為人參皂苷Rg1 在畜禽生產中的進一步開發提供科學依據。

1 人參皂苷Rg1 的物化性質和分布

人參皂苷Rg1（C42H72O14）的化學結構如圖1 所示，其相對分子質量為801.01，為白色粉末，易溶于水、甲醇、乙醇，不溶于乙醚、苯[7]。人參皂苷Rg1 是一種三萜皂苷類化合物，其最終產物為原人參三醇，因此屬于原人參三醇型皂苷[8]。

圖1 人參皂苷Rg1 的化學結構式

人參皂苷單體化合物中Rg1、Rd、Re 和Rb1 的含量較高，被作為人參功效的定量指標[9]。人參皂苷Rg1不僅存在于人參的根中，在其非藥用部位（莖、葉、花和果中）也有較高的含量，人參不同部位提取物中的單體皂苷含量見表1[10-12]。

表1 人參不同部位提取物中單體皂苷含量 %

有學者研究證明，人參皂苷Rg1 水解后產生的代謝產物是人參皂苷F1 和Rh1[13-14]；Lee 等[15]試驗發現，人參皂苷Rg1 在結腸炎大鼠體內會被腸道菌群分解成中間產物人參皂苷Rh1 和F1，最后代謝轉化為20（S）-原人參三醇。

2 人參皂苷Rg1 的提取

人參皂苷Rg1 有多種提取方法，如酶提取法、微波輔助萃取（MAE）和脈沖電提取等[16-18]。人參皂苷Rg1 的疏水性強，導致其分離難度較大。酶提取法雖時間短、效率高，但所需條件嚴苛；MAE 法提取率高、耗能低，但操作過程難以控制；脈沖電提取法耗能低，但仍處于發展階段[19]。高效液相色譜法（HPLC）因其穩定性好、提取率高，在分離和分析人參皂苷方面得到廣泛應用，HPLC 大多數使用C18 平穩相和梯度溶液，由于人參皂苷中的色素團很少，因此檢測到的波長通常也接近紫外線（UV）范圍，即196～205 nm。另一方面，使用HPLC 還可以定量測定中性、酸性人參皂苷以及其他不太親水的成分[20-21]。人參皂苷Rg1 屬于小分子化合物，作為人參品質的標志，它也是人參皂苷中難以分離的成分之一。以往的研究表明，即使使用超高液相色譜（UPLC）也無法獲得令人滿意的提取結果[22-23]。Zhang 等[24]使用HPLC 等比梯度法快速而簡單地將人參皂苷Rg1、Re、Rh1 和Rg2 進行了分離，特別是其中原本難以分離的人參皂甙Re 和Rg1 也得到了明顯的分離效果，同時將分析時間縮短到原來的四分之一，并且在優化梯度洗脫條件后，使得人參皂苷Rg1 與Rf 也完全分離，與現有的人參皂苷分析方法相比，可以省略復雜的固相萃取；Wu 等[25]使用高效液相色譜-串聯質譜法（HPLC-MS/MS）方法分離到人參皂苷Rg1，并且回收率達到91.5%～92.4%；Lin 等[26]還開發了一種基于離子液體的超聲輔助萃取（ILUAE）方法，能夠用于從人參根中提取人參皂苷Rg1，相比常規的超聲波輔助提取（UAE），該方法的效率提高了3.16 倍，提取時間縮短33%，結果表明ILUAE 法可以明顯提高人參皂苷Rg1 的提取效率。盡管工業條件在不斷升級，學者們對提取方法不斷地進行優化，人參皂苷Rg1 的生產成本依然很高，而不僅僅是由于人參本身的珍貴所造成的。

3 人參皂苷Rg1 的生物學功能

3.1 抗氧化 目前，產業中大規模養殖的動物都是經過長時間選育出來的，能夠表現出較高的生產性能，但是抗氧化能力參差不齊，極易在實際生產中發生氧化應激反應，進而導致采食量和生產性能下降；氧化應激的發生會使機體內自由基含量上升，進而增加對組織器官的損傷，在胃腸道發生氧化損傷時，畜禽的飼料轉化率會下降，甚至引起腸道病原感染[27-28]。陳羨人等[29]、Yu等[30]研究表明，人參皂苷Rg1 通過提高體內抗氧化酶的活性使血清和心肌丙二醛（MDA）水平明顯降低，有效緩解了糖尿病大鼠體內的氧化應激反應。人參皂苷Rg1 還能通過上調核因子E2 相關因子2（Nrf2）和血紅素加氧酶-1（HO-1）蛋白表達維持組織細胞內氧化還原的平衡[31]；Li 等[32]研究表明，在H/R 誘導的H9c2 心肌細胞氧化應激損傷模型中，人參皂苷Rg1 可以激活Nrf2/HO-1 信號通路并抑制H9C2 心肌細胞中的JNK 通路，防止細胞發生氧化應激。人參皂苷Rg1 還可以通過顯著提高超氧化物歧化酶（SOD）、過氧化氫酶（CAT）和谷胱甘肽過氧化物酶（GSH-Px）活性提高機體抗氧化能力[33]。Shi 等[34]證明，在過氧化氫（H2O2）誘導脾臟淋巴細胞中，人參皂苷Rg1 可能通過調節淋巴組織表達受體（RELT）、外異蛋白A2 受體（EDA2R）、Toll 樣受體4（TLR4）等基因的表達，并作為抗氧化劑保護由活性氧（ROS）過量引起的脾臟淋巴細胞損傷。另外，Li 等[35]試驗發現，人參皂苷Rg1 可抑制氧化應激和過度激活Wnt/β-catenin 信號通路來改善D-半乳糖（D-gal）誘導的衰老小鼠模型中Sca-1+造血干/祖細胞（HSC/HPC）的抗性，并減少DNA 損傷反應、p16Ink4a-Rb 和p53-p21Cip1/Waf1 信號轉導。然而，由于目前人參皂苷Rg1 在畜禽上的研究應用極少，在畜禽上的抗氧化效果有待驗證。

3.2 免疫調節 動物機體的免疫低下往往會造成抗病力和抗逆性下降，使動物生產性能降低。人參皂苷Rg1能夠直接提高免疫器官的重量和免疫細胞的活性，影響免疫細胞的增殖分化并促使免疫細胞合成免疫球蛋白和補體[36]。還有學者證明人參皂苷Rg1 在一定程度上可以通過減輕T 細胞的毒性作用，提高細胞免疫應答中T細胞和自然殺傷（NK）細胞的活性等，防止小鼠受到免疫性肝損傷的危害[37-38]。Park 等[39]研究發現，人參皂苷Rg1 可通過選擇性誘導生殖系轉錄本（GLTα）表達來誘導B 細胞分化為IgA 產生細胞；Su 等[40]研究表明，人參皂苷Rg1 注射到C3H/HeJ 小鼠體內時，模型抗原OVA 會誘導強烈的IgG 反應，使脾細胞增殖以及轉錄因子GATA-3 和T-bet 的mRNA 表達量增加，其免疫增強的原因與核因子κB（NF-κB）p65 的活化磷酸化有關。另外，Zou 等[41]以盲腸結扎穿孔誘導的膿毒癥小鼠為模型，發現人參皂苷Rg1 能夠通過增強先天免疫和適應性免疫來發揮其對小鼠的保護作用，并且提高了小鼠的生存率。Wang 等[42]進一步證明人參皂苷Rg1 是通過NF-κB 和蛋白激酶B/雷帕霉素靶蛋白（Akt/mTOR）途徑對其先天性免疫應答發揮調節作用。人參皂苷Rg1 還可作為疫苗的佐劑，促進機體對抗原的免疫應答。Shi 等[43]試驗證明，口服人參皂苷Rg1 可改善雞對感染性法氏囊病疫苗的免疫應答[43]；Qu 等[44]證明了人參皂苷Rg1 能夠協助重組蛋白（TgSAG1）改善免疫反應，提高對弓形蟲重組表面抗原1（rSAG1）的特異性抗體反應水平，促進脾細胞增殖，并保護感染弓形蟲的小鼠免于死亡，并且反映出人參皂苷Rg1 可作為抗弓形蟲病的疫苗佐劑，值得進一步開發。

3.3 抗炎 目前，各種環境條件變化誘發病原感染都會導致炎癥的產生，給畜禽養殖帶了許多不利影響。人參皂苷Rg1 可以通過調控組織細胞中的細胞因子表達從而抑制炎癥反應的發生[45]。Tao 等[46]研究發現，人參皂苷Rg1 預處理能夠下調小鼠肝臟中細胞因子TNF-α、干擾素-γ（IFN-γ）和白介素-6（IL-6）的含量，減輕缺血再灌注所致的機體損傷；同樣，Su 等[47]在對脂多糖（LPS）誘導的小鼠敗血癥模型研究中發現，人參皂苷Rg1 的預處理可以降低小鼠血清中腫瘤壞死因子-α（TNF-α）、白介素-1β（IL-1β）、IL-6 和前列腺素E2（PGE2）的含量，對LPS 誘導的小鼠敗血癥能夠起到有效預防和治療的作用。另外，人參皂苷Rg1 還能通過調控NF-κB 信號通路，減輕肝炎以及肺炎等炎癥性疾病。Gao 等[48]研究表明，人參皂苷Rg1 可能調節糖皮質激素受體（GR）介導NF-κB 信號通路，抑制小鼠血清中炎性細胞因子的過度產生，從而減輕酒精性肝炎小鼠的炎癥反應。Bao 等[49]研究發現，經人參皂苷Rg1 預處理后的小鼠可以抑制機體內NF-κB 和半胱氨酸蛋白酶-3（caspase-3）激活，減少炎性因子的產生，并調節活化巨噬細胞的浸潤和抑制肺部的細胞凋亡，從而保護脂多糖誘導的小鼠急性肺損傷。在目前的研究中，人參皂苷Rg1 展現出了明顯的抗炎作用，其是否也具有解決畜禽生產中所發生的腸炎和肝炎等重點問題的潛力，還需要深入研究。

3.4 促進血管再生 在人類醫學上，血管內皮細胞功能障礙是許多心血管疾病的早期表現，分化新的內皮細胞是維持血管內膜功能完整性的關鍵途徑。在家禽生產中，白羽肉雞生長過快會使胸肌甚至腿肌上產生白色條紋，造成白色條紋的主要原因是肌肉中的毛細血管生長過慢，跟不上肉雞生長速度，導致血管損傷或局部缺氧，從而形成木質化雞胸肉[50-51]。而在妊娠母豬上，胎盤血管密度也是影響營養物質在母體和胎兒間運輸效率的關鍵指標，胎盤血管的發育及血流對胎兒的生長發育至關重要。而妊娠期母豬背膘過厚等因素常誘發胎盤“脂毒性”，使母豬胎盤中血管密度和血管內皮生長因子（VEGF）含量隨背膘厚度增加而降低，導致產仔數減少和斷奶時產仔體重下降，嚴重影響母豬繁殖性能[52]。在泌乳期母豬中，乳腺組織血管數量和直徑能直接影響母豬的泌乳量，而泌乳量過少和營養攝入不足會直接影響仔豬的存活率、斷奶重以及斷奶后的生長性能[53]。可見，血管的生成在動物生產上對特定動物群體具有重要意義。人參皂苷Rg1 在模型動物上被驗證具有促血管生成的作用，對解決此類血管問題具有潛在的應用價值。王曉麗等[54]證明了人參皂苷Rg1 可以加快小鼠缺血肢體中血液的流動，同時增加缺血組織中NO 含量，并抑制細胞凋亡，促進小鼠下肢缺血部位的血管迅速新生及血流灌注。胡安玲[55]探究發現，人參皂苷Rg1 能調控鈣敏感受體的表達，促進大鼠內皮祖細胞對血管內皮進行修復，并抑制血管內膜增生和血管再狹窄。此外，人參皂苷Rg1 可以激活GR，在體內和體外條件下促進血管內皮細胞的生成[56]。Cheung 等[57]進一步研究證明，人參皂苷Rg1 可激活GR 和磷脂酰肌醇3 激酶/蛋白激酶B/ 內皮型一氧化氮合酶（PI3K/Akt/eNOS）途徑誘導血管生成。綜上所述，人參皂苷Rg1 有望用于改善白羽肉雞的木質化雞胸肉、妊娠母豬胎盤以及泌乳母豬乳腺組織血管密度低等問題。

4 人參皂苷Rg1 在畜禽生產中的應用探討

至今為止，人參皂苷Rg1 在畜禽生產中的研究仍較少，在對其有限的研究中發現，人參皂苷Rg1 具有提高畜禽黏膜免疫、促進生長、提高抗病力和抗應激的能力。畢師誠等[58]在連續注射環磷酰胺（Cy）誘導免疫抑制的母雞飲水中連續7 d 加入1 mg/kg 人參皂苷Rg1，而后進行傳染性法氏囊病毒（IBDV）免疫，結果表明飲水中添加1 mg/kg 人參皂苷Rg1 能提高IBDV 抗體陽性率，顯著提高脾臟、法氏囊指數、腸道總sIgA和特異性sIgA 含量。Kim 等[59]使用20 μg/mL 人參皂苷Rg1 體外處理豬胚胎可以增加其對葡萄糖的攝取，從而提高了在高氧條件下胚胎發育的質量。此外，人參皂苷Rg1 對于治療豬繁殖與呼吸綜合征病毒（PRRSV）有一定的作用效果。Yu 等[60]研究表明，人參皂苷Rg1在體外和仔豬體內均具有低細胞毒性和抗PRRSV 活性，還能抑制不同的2 型PRRSV 感染譜系，證明了人參皂苷Rg1 可作為一種潛在對抗豬繁殖與呼吸綜合征（PRRS）的免疫調節和抗病毒劑。此外，人參皂苷Rg1 在治療畜禽炎癥方面也有所報道。王越珉[61]研究發現，靜脈注射2.5 mg/kg 體重劑量的人參皂苷Rg1 對LPS 誘導的奶山羊乳房炎有治療作用，可能與人參皂苷Rg1 的抗炎作用和對乳腺的保護作用有關，因此臨床上采用人參皂苷Rg1 治療反芻動物大腸桿菌性乳房炎值得進一步研究。宋玉琴等[62]使用含0.45 mg/g 人參皂苷Rg1 的人參藥渣以0.53% 的添加量飼喂家兔，可促進家兔體重增長，提高全凈膛率。人參皂苷Rg1 在豬、雞和羊等畜禽中均有應用且效果顯著，但報道較少，其添加方法及添加劑量等問題仍需進一步研究探討。

5 小 結

近年來，研究已發現人參皂苷Rg1 具有抗氧化、免疫調節、抗炎和促進血管生成等生物學功能，但是主要集中在細胞和老鼠等模型動物上，在畜禽生產上的研究較少。因此，人參皂苷Rg1 要應用于畜禽生產還面臨著諸多問題。首先，要優化出簡單高效的人參皂苷Rg1 提取方法；其次，還需要開展大量試驗來確定人參皂苷Rg1 在實際生產中的適宜添加劑量、添加方式；最后，人參皂苷Rg1 在畜禽生產中的具體作用途徑仍需深入研究。