黃芩苷的生物學功能及其在動物生產上的應用研究進展

韓好奇，王明燕，李繼超，申 穎，付 彤

（河南農業大學動物科技學院，河南鄭州 450046）

隨著抗生素在世界范圍內的限制或禁止使用，尋找抗生素類藥物的替代品對養殖業發展尤為重要。中草藥與傳統抗生素相比具有安全性高、副作用小、功能全面等[1]優點，采用中草藥或中草藥制劑治療和預防動物疾病逐漸成為科研熱點。

黃芩別名山茶根，是唇形科植物黃芩屬多年生草本植物，中醫上主要用作黃疸、肺熱咳嗽、癰腫瘡毒、腹瀉痢疾、胎動不安等疾病的治療。黃芩中所含化學物質豐富，包括黃酮類、揮發油、酚酸類、苯乙醇和多種微量元素[2]。黃芩的有效物質主要為黃芩苷和黃芩素。研究表明，黃芩苷具有抗菌、抗炎、抗病毒、抗氧化、抗腫瘤、增強機體免疫力等作用[3-4]，但由于黃芩苷特殊的分子結構，導致機體對黃芩苷的利用度較低，極大限制了其臨床上的應用。目前黃芩苷在臨床上主要應用于人類牙周炎[5]、肝炎[6]、心血管[7]、癌癥等疾病的治療，動物上主要集中在提高畜禽的生產性能和治療乳房炎、子宮內膜炎、腹瀉等疾病，但一些機制和代謝途徑尚不明確，因此探討黃芩苷在動物疾病預防和治療中的機制和代謝途徑具有較大意義。本文主要從黃芩苷的理化性質、生物學功能及其在動物生產中的應用進行綜述，以期為黃芩苷的應用和普及提供參考。

1 黃芩苷的理化性質

黃芩苷是從干燥的黃芩根中提取的黃酮類化合物，化學式為C21H18O11，在酸性環境和有機溶劑中較穩定，在堿性環境中不穩定；水解后產生黃芩素和葡萄糖醛酸，在一定條件下黃芩苷和黃芩素可相互轉換。但由于黃芩苷分子結構上的糖基（圖1），導致其水溶性和脂溶性較差，口服后機體利用度較低，限制了其臨床上的應用[8]，相較于口服，采用靜脈注射，治療效果更好。Liu 等[9]設計了一種聚山梨酯和天然維生素E（TPGS）復合修飾的黃芩苷納米晶體，體內藥代動力學證明，被設計過的黃芩苷納米晶體更容易通過血腦屏障到達病變部位。此外，采用現代生物技術可以對黃芩苷進行包被或采用納米制劑、脂質體制劑、磷脂復合物等其他新技術手段，提高黃芩苷在動物機體內的利用率[10]。

圖1 黃芩苷的結構式

2 黃芩苷生物學功能及作用機制

2.1 黃芩苷的抗菌作用 黃芩苷具有廣譜抗菌、抗病毒的特性，對大腸桿菌、葡萄球菌、銅綠假單胞菌、嗜血桿菌、鏈球菌、分枝桿菌、綠膿桿菌、支原體等多種細菌、真菌、病毒具有顯著的抑制或殺滅作用[11]。黃芩苷可以通過破壞菌體細胞膜、細胞壁的完整性，降低細胞壁的防御功能、抑制細胞膜的運輸功能和信息傳遞功能，從而達到抑菌效果。周清[12]通過電鏡法觀察了黃芩苷作用前后結核分枝桿菌的細胞形態變化，發現黃芩苷在6 mg/mL 時抑制結核分枝桿菌的效果最好，隨著黃芩苷濃度的增加，結核分枝桿菌的絲狀DNA 逐漸消失、細胞壁及細胞膜逐漸降解、核質濃縮，由此推測細菌死亡的原因可能是在黃芩苷的作用下菌體細胞膜和細胞壁被破壞，從而導致菌體的降解。黃芩苷抑制病原菌的生長和增殖還可能與抑制病原菌遺傳物質的合成有關。熊英等[13]在測定黃芩苷對白念珠菌抑菌濃度與殺菌濃度的試驗中發現，黃芩苷對白念珠菌的DNA、RNA、蛋白質的合成具有抑制作用，由此推測黃芩苷抑制或殺滅白念珠菌可能是黃芩苷抑制了白念珠菌的遺傳物質合成與表達。Peng 等[14]研究發現，黃芩苷能夠有效緩解大腸桿菌引起的炎癥，降低細胞損傷，對大腸桿菌具有抑制作用，其治療機制可能是黃芩苷抑制了大腸桿菌毒力基因的表達，減弱了大腸桿菌的吸附能力，降低大腸桿菌誘導的NF-κB 信號通路抑制炎癥因子的釋放。綜合研究表明，黃芩苷通過抑制病原菌遺傳物質的合成、破壞細胞膜、細胞壁的結構、細胞的信號傳遞、酶的活性來抑制病原菌生長和增殖。

2.2 黃芩苷的抗病毒作用 在抗病毒方面，張沛等[15]在研究黃芩苷對呼吸道合胞病毒（Respiratory Syncytial Virus，RSV）感染大鼠I 型干擾素（Interferon，I-IFN）及細胞因子信號傳導抑制因子（Suppressor of Cytokine Signaling，SOCS）的表達時發現，在黃芩苷的作用下RSV 感染小鼠肺組織病變顯著改善，其治療機制可能是黃芩苷通過上調感染大鼠體內I-IFN的表達、下調IL-6和IL-12 的水平來抑制SOCS 的表達，從而達到抗病毒、治療RSV 感染小鼠的作用。Pang 等[16]利用黃芩苷治療肺部感染甲型流感病毒（Influenza A Virus，IAV）的小鼠時發現，黃芩苷可以通過下調TLRs 信號通路的信號因子，降低肺組織中高表達的炎性細胞因子，進而降低Th1/Th2 和Th17/Treg 的比值，抑制病毒的復制，達到治療小鼠肺部感染的作用。在2019 年全民對新冠病毒（COVID-19）疫情的預防和治療中，湖北發布含有黃芩的“肺炎一號”方劑對預防和治療COVID-19 效果較好，為國家預防和治療COVID-19 作出了突出貢獻；Song 等[17]對黃芩苷預防和治療COVID-19 進行了臨床前的研究發現，黃芩苷改善了小鼠的呼吸功能、抑制新冠病毒誘導的細胞損傷和病毒復制，因此可以推測黃芩苷或者含有黃芩苷成分的中草藥可能是預防和治療COVID-19 的有效藥物。綜合研究表明，黃芩苷可通過抑制病毒復制、調控宿主細胞功能蛋白表達等來抑制病毒的增殖或對其進行殺滅。

2.3 黃芩苷的抗氧化作用 黃芩苷含有酚羥基，具有較高的抗氧化能力，對清除自由基、保護細胞和機體組織具有較好的效果。He 等[18]在研究黃芩苷對小鼠酒精性肝損傷的作用及機制時發現，黃芩苷改善了由酒精引起的氧化應激、肝細胞凋亡、脂肪變性和炎癥，其治療機制可能是黃芩苷抑制乙醇誘導的促炎因子和NF-κB的活化。曹惠敏等[19]在研究黃芩苷對阿爾茨海默病（Alzheimer's Disease，AD）轉基因N2a/APPswe 細胞的保護作用時發現，黃芩苷能促進N2a/APPswe 細胞增殖，提高細胞超氧化物歧化酶的活性，且呈量性關系，其機制可能是黃芩苷促進了Nrf2 的活化，從而降低氧化應激損傷。Kong 等[20]在研究黃芩苷對離體大鼠心肌缺血再灌注損傷的保護作用及機制時發現，黃芩苷作用后的左心室功能改善、血管密度增大、冠狀動脈中乳酸脫氫酶（Lactate Dehydrogenase，LDH）、肌酸激酶（Creatine Kinase，CK）活性顯著降低，試驗組細胞凋亡顯著低于對照組，且呈現量性關系，其治療機制可能與黃芩苷的抗氧化性和抗凋亡性有關。綜合研究表明，黃芩苷抗氧化的核心是通過調控Nrf2 因子，影響抗氧化蛋白的轉錄，調控相關基因的表達，從而達到清除自由基、保護細胞、降低細胞損傷的目的。

2.4 黃芩苷的抗炎作用 黃酮類化合物具有抗炎鎮痛的作用，醫學上可用于膿腫潰瘍、炎癥等疾病的治療[21]。寧康健等[22]利用不同濃度的黃芩苷分別對小鼠腹腔注射和口服治療，結果表明無論是腹腔注射還是口服均具有一定的抗炎作用，呈現量性關系，且腹腔注射效果高于口服效果，其抗炎機制可能是黃芩苷能對前列腺素E2（PGE2）、白三烯B4（LTB4）、白三烯C4（LTC4）等部分或全部炎性效應因子的合成產生抑制作用。Guo等[23]在研究金黃色葡萄球菌導致的乳腺炎小鼠模型中發現，黃芩苷可以抑制核轉錄因子-κB（NF-κB）和p38 的磷酸化及mRNA 的表達、減少炎癥細胞浸潤。Ishfaq 等[24]在探究黃芩苷治療支原體誘導的炎癥和細胞凋亡作用及機制時發現，使用黃芩苷后可緩解支原體（Mycoplasma Gallisepticum，MG）誘導雞肺炎癥、細胞凋亡、能量代謝障礙，其治療機制可能是黃芩苷調節雞肺內Nrf2 和NF-κB 通路，提高了MG 感染雞肺組織中的ATP 酶活性和與能量代謝相關基因的mRNA 和蛋白的表達有關。Zhang 等[25]通過使用黃芩苷對慢性潰瘍性結腸炎（chronic Ulcerative Colitis，UC）小鼠進行灌注后發現，患病小鼠的健康狀態明顯改善，對右旋糖酐硫酸脂酯鈉（Dextran Sodium Sulfate，DSS）誘導的慢性潰瘍性結腸炎有效，其治療機制可能是黃芩苷降低了炎癥因子的水平、抑制了IL-33的表達和NF-κB的活化。綜合研究表明，黃芩苷通過抑制炎癥細胞的發展和擴散，抑制促炎細胞因子的生物合成與活性，調節相關基因mRNA 的表達從而達到抗炎效果。

2.5 黃芩苷的抗腫瘤作用 2020 年全球癌癥統計報告表明，人類腫瘤患病率呈逐年遞增且呈低齡化發展態勢，嚴重危害人類健康[26]。研究顯示黃芩苷或含有黃芩苷成分的中草藥對腫瘤具有較好的治療效果。Chen 等[27]研究發現，黃芩苷和黃芩素可明顯抑制2 種卵巢癌細胞的活力，對卵巢癌的治療具有較大潛力，其治療機制可能是黃芩苷和黃芩素抑制血管內皮生長因子（Vascular Endothelial Growth Factor，VEGF）、低氧誘導因子（Hypoxia-Inducible Factor 1，HIF-1α）、NF-κB 等 促癌基因的表達來抑制細胞活力。Wan 等[28]研究發現，黃芩苷對人骨肉瘤細胞的增殖具有抑制作用，且呈量性關系，其治療機制可能是黃芩苷通過活性氧介導的線粒體途徑誘導人骨肉瘤癌細胞凋亡。綜合研究表明，黃芩苷主要通過阻滯細胞周期、誘導腫瘤細胞凋亡、抑制腫瘤細胞遷移來預防和治療腫瘤。

3 黃芩苷在動物生產上的應用

黃芩苷在人類的疾病治療和預防中應用較為廣泛，隨著科學研究的深入，黃芩苷在動物生產領域逐漸受到重視，利用黃芩苷或含有黃芩苷成分研發的清瘟解毒口服液、麻黃魚腥草散、龍膽瀉肝散等獸藥已經開始應用到動物疾病的預防和治療。

3.1 黃芩苷在禽類生產中的應用 目前黃芩苷主要應用在家禽的雞支原體、鴨甲型肝炎病毒等疾病的治療。Wu 等[29]在探討黃芩苷對雞毒支原體和大腸桿菌聯合感染的保護作用及機制時發現，合并感染可引起雞肺組織和氣管嚴重病變，而使用黃芩苷飼喂后雞肺泡間隙恢復、黏膜增厚、癥狀明顯緩解，說明黃芩苷在雞毒支原體感染或大腸桿菌等導致的雞支氣管炎癥具有治療效果和良好的應用潛力。Chen 等[30]研究發現，磷脂復合修飾后的黃芩苷抑制了鴨甲型肝炎病毒1 型（Duck Hepatitis A Virus Type 1，DHAV-1）的吸附、增殖和釋放，同時具有較高的抗氧化能力和增強機體免疫力的作用。黃芩苷除了對雞支原體、鴨甲型肝炎病毒等造成的疾病具有積極的治療作用外，還在提高蛋雞生產水平[31]、促進肉仔雞生長[32]等方面具有較好的效果。

3.2 黃芩苷在豬生產中的應用 黃芩苷在豬生產中的應用相對廣泛。張佳誠等[33]探究不同劑量黃芩苷對感染副豬嗜血桿菌（Haemophilus Parasuis，HPS）的仔豬血液生化指標的影響時發現，仔豬在感染HPS 后血液生化指標發生變化，使用黃芩苷注射治療可以有效緩解仔豬的血液生化指標的變化，且黃芩苷在保護血管損傷和止血方面具有一定效果。Guo 等[34]研究發現，黃芩苷可以顯著提高豬卵母細胞的體外成熟能力，且在培養過程中黃芩苷處理組囊胚細胞的凋亡顯著低于對照組，豬胚胎發育能力顯著高于對照組，其機制可能是黃芩苷通過抑制活性氧的產生、調節線粒體活性、激活相關因子的信號通路提高了豬胚胎的體外發育能力，由此推測黃芩苷可能對母豬體內卵細胞的成熟、胚胎的發育、母豬繁殖性能的提高具有積極作用。此外，黃芩苷還在提高仔豬生長性能、降低仔豬腹瀉等方面具有較好的療效[35-36]。

3.3 黃芩苷在牛生產中的應用 黃芩苷在治療和預防奶牛乳房炎、子宮內膜炎等疾病方面效果較好。郭夢堯等[37]研究發現，黃芩苷可降低小鼠乳房炎癥、保護乳腺細胞，對金黃色葡萄球菌具有抑制和殺滅作用，其治療機制可能與黃芩苷抑制了Toll 2 樣受體（Toll-Like Receptors 2，TLR 2）的表達、增強了溶酶菌對金黃的葡萄球菌的作用有關，這與趙永旺[38]在研究黃芩苷對奶牛乳房炎的治療作用的結果一致。張琳等[39]研究發現，含有黃芩苷的黃芩莖葉對金黃色葡萄球菌、痢疾桿菌等具有較好的抑制作用，降低了小鼠的乳腺損傷及乳腺炎癥因子IL-6 水平，對金黃色葡萄球菌型乳房炎感染小鼠具有較好的治療作用。Zhao 等[40]研究發現，黃芩苷對牛奶中大腸桿菌的增殖具有抑制作用，降低了大腸桿菌的耐藥性，這對奶牛乳房炎的治療、提高牛奶的品質具有積極作用。周紅潮等[41]研究發現，黃芩苷及其酯類衍生物能夠有效抑制牛病毒腹瀉病毒（Bovine Viral Diarrhea Virus，BVDV）在細胞中的復制，達到抗病毒作用，從而治療牛病毒腹瀉黏膜病（Bovine Viral Diarrhea Disease，BVD）。Miao 等[42]通過建立代表奶牛子宮內膜炎的兔子宮內膜炎模型，并利用黃芩苷對其進行治療，證實了黃芩苷對細菌性子宮內膜炎具有預防和治療作用，其機制可能是通過抑制轉錄因子NF-κB 和其下游基因，改善細菌引起的炎癥反應。

黃芩苷對牛其他生產性能也有較好的改善效果。Guo 等[43]在研究黃芩苷對熱應激誘導的公牛睪丸細胞凋亡的保護作用及機制時發現，處理后的睪丸細胞凋亡數量隨黃芩苷濃度的增加而減少，改善了高溫環境下公牛的生殖性能，其機制可能與黃芩苷激活Fas/FasL 的通路和上調熱應激誘導的牛睪丸細胞Hsp 72 的表達有關。Yang 等[44]在探索黃芩苷對脂多糖（Lipopolysaccharide，LPS）誘導的牛乳腺上皮細胞凋亡的保護機制時發現，黃芩苷作用后牛乳腺炎癥降低、細胞活力增加，減少了細胞凋亡，其治療機制可能是黃芩苷抑制了NF-κB、上調了Hsp 72 的表達，從而減輕了乳腺上皮炎癥和細胞凋亡。黃芩苷除了在預防和治療奶牛乳房炎、改善公牛的生精性能、病毒性腹瀉、牛子宮內膜炎方面具有較好的效果，還在治療肝炎和腸炎、降低奶牛熱應激、提高牛奶品質等方面具有良好的應用效果[35]。

3.4 黃芩苷在水產動物中的應用 黃芩苷在水產動物中的應用主要集中在羅非魚、對蝦、異育銀鯽等的生長性能、抗氧化、治療炎癥方面。Jia 等[45]研究發現，不同劑量黃芩苷均能提高羅非魚的飼料轉化率，提高羅非魚的抗氧化能力，并減輕了羅非魚的肝損傷，黃芩苷對肝臟的保護作用可能是通過其調節Toll 樣受體4（TLR 4）髓樣分化因子88（MyD 88）-核轉錄因子κB（NF-κB）信號的通路改善了抗氧化應激狀態、降低脂質氧化、抑制炎癥有關。Wang 等[46]探究黃芩苷對無乳鏈球菌型感染的羅非魚治療作用及機制，并采用40 余種植物提取物對無乳鏈球菌毒力因子的影響發現，40 種提取物只有黃芩苷同時對5 種無乳鏈球菌的毒力因子有明顯的抑制作用，體內治療表明黃芩苷可明顯降低無乳鏈球菌感染的羅非魚死亡率，對無乳鏈球菌感染的羅非魚具有較好的治療作用。此外，黃芩苷消除諾氟沙星等其他抗生素在水產動物中的殘留效果較好。

4 小結及展望

黃芩苷作為黃芩的有效成分之一，在動物疾病預防和治療以及提高生產性能、緩解應激、提高機體免疫力等方面具有良好的效果，并且毒副作用小、無殘留，因此黃芩苷作為綠色添加劑具有較大的利用價值和應用前景。受制于黃芩苷的分子結構，在實際應用中可以采用包被等新的技術方法改善黃芩苷的物理性質，提高機體對黃芩苷的利用率。但目前黃芩苷在動物機體內的代謝途徑、發揮作用的機理等尚不明確，應加強相關方面研究，為黃芩苷在動物生產中的應用提供指導。