植物提取物改善血糖生成指数及抗炎机理研究

来源：饲料工业 2022-03-28 15:03:26| 查看：次

　　饲料添加剂的开发依据于其作用机制的揭示发现。植物提取物作为一类具有保健、防病、促生长功效的饲料添加剂，对保障动物健康、改善胴体组成、增强免疫力和抗病能力、提高种畜禽生产性能和使用寿命、提供优质畜产品十分重要。文章对植物提取物的一些重要活性成分的分子作用机理进行了综述分析。
　　
　　1、植物提取物改善血糖生成指数（GI）机理
　　
　　现代集约化养殖工艺，猪禽等养殖动物主要饲喂谷物精料，如以玉米、豆粕为主要成分的全价配合日粮，牛羊等反刍动物亦补饲高水平精料。玉米为高血糖生成指数（Glycemic Index，GI）成分，使用量高时形成高血糖负荷（Glycemic load，GL）。豆粕中高含量的抗营养大豆球蛋白及溶剂提取精制工艺导致含较高致炎症因子成分，日粮炎症指数（Dietary inflammatory index，DII）高，非酶抗氧化能力（NEAC）评分低，致炎症作用强，抗氧化能力弱，玉米-豆粕型日粮对养殖动物肠道健康造成挑战。目前常用的植物提取物成分（如黄酮类化合物、酚类、生物碱类）可以抑制淀粉酶、葡萄糖苷酶活性，消化酶活性被抑制就会降低碳水化合物吸收及利用，降低饲料的GI值和GL值，防止胰岛素抵抗导致的采食量低和生长缓慢，隐形饥饿和高血糖症，降低炎症水平，降低血清和体内炎性诱导物IL-6、高敏C反应蛋白（CRP）水平。
　　
　　可靠的GI值对研究碳水化合物质量、餐后血糖的影响至关重要。2008年澳大利亚的Brand-Miller教授首次发表了全球食物GI数据的大型汇编，2020年更新到超过4 000个数据，比2008年的数量增加了61%。现在可见食品完整版GI数据库（http://sinofoodcloud.com）。低GI日粮产生较低的血糖峰值和较低的血糖曲线下面积，可带来较低的氧化应激，较低胰岛素释放，以及较低的低密度脂蛋白胆固醇水平，但动物饲料的GI值营养价值尚未开发研究。
　　
　　种畜、蛋鸡长期饲喂高GI日粮，产生高血糖紊乱，导致体内水分、电解质与葡萄糖排出体外，机体脱水。血糖无法正常转化与降解，产生能量，动物易疲劳乏力，依靠脂肪和蛋白质补充能量，导致免疫力下降，进一步造成酮症、酸中毒和高渗性脑昏迷。高血糖会刺激胰岛β细胞，导致β细胞功能受损，进一步导致胰岛素分泌减少，发生糖尿病。
　　
　　采食低GI值和GL值的饲料，可以减少体增热，提高能量利用效率，减少代谢性疾病的发病率，延长畜禽生产寿命和生产性能。
　　
　　2、植物提取物抗炎机理
　　
　　仔畜禽肠炎是发病率高、病死率高、危害大的常见群发性疾病。炎症性肠病（Inflammatory bowel disease，IBD），包括溃疡性结肠炎（Ulcerative colitis，UC）和克罗恩病（Crohn’s disease，CD），是慢性肠道疾病。免疫调节紊乱被认为是IBD发病的主要病因，但其发病机制仍未透彻。炎症与肠上皮细胞紧密连接（Tight junction，TJ）之间有着密切的关系。IBD患畜的肠道紧密连接被严重破坏，肠道通透性明显增加。紧密连接屏障的破坏导致肠腔内有毒分子的渗透，诱导黏膜免疫反应和肠道炎症反应，以及全身炎症反应综合征（Systemic inflammatory response syndrome，SIRS）和幼畜禽的高死亡率。抑制炎症、维持肠黏膜屏障功能是治疗IBD的主要策略。
　　
　　炎症反应存在脑肠轴通路。肠道炎症状态下，肠道血管屏障渗漏增加，肠腔内的细菌毒素也随之进入血液循环之中，引起系统性全身炎症反应。在小鼠结肠炎急性期，小鼠大脑中的巨噬细胞数量增加，同时，小胶质细胞、神经系统主要的免疫监视细胞也处于被激活状态，表明肠道炎症能够迅速引起脑部炎症反应。肠内细菌产生的内毒素进入血液循环中，到达脑部，改变脑血管屏障结构，脑屏障关闭，导致应激症状及认知功能下降。
　　
　　植物提取物抗炎作用机理主要为消除炎症因子传导的炎症反应，通过芳香烃受体（Aryl hydrocarbon receptor，AhR）发挥作用。AhR是一类配体依赖的核转录因子，控制着多种免疫细胞的发育及功能，包括IELs和巨噬细胞，是重要的外源毒性化合物代谢蛋白。静息状态下，AhR存在于细胞质中，与伴侣蛋白（如XAP2，HSP90等）结合形成二聚体。当与细胞质中配体结合时，芳香烃受体与伴侣蛋白解离，进入细胞核，与核内芳香烃受体核转运子（AhR nuclear translocator，ARNT）结合形成异物二聚体。该异物二聚体结合位于调节基因上游启动子区域的生物异源物质效应元件（Xenobiotic response element, XRE），控制下游一系列毒物代谢相关酶的转录表达，参与一系列生理生化过程的调节。6-甲酰基吲哚并（3，2-b）咔唑[6-formylindolo（3，2-b）carbazole，FICZ]是AhR的一种内源性配体，研究表明，FICZ可以通过活化AhR调节细胞生理功能，包括调控细胞增殖、凋亡，抑制免疫反应等。研究表明AhR活化可以抑制肠道炎症，激活AhR可以在肠梗阻模型中通过调节紧密连接蛋白的表达和定位缓解肠黏膜屏障功能异常，减轻IBD肠道炎症。
　　
　　AhR配体具有来源广泛、种类多样、调节作用复杂等特点。外源化合物{如二噁英（TCDD）、苯并芘[B（a）P]等}与AhR结合，能持续激活AhR通路。经典的AhR配体卤代芳香烃（TCDD），能高效地持续性激活AhR通路，并导致DNA损伤和肿瘤的形成。FICZ作为必需氨基酸色氨酸在紫外/可见光条件下发生降解，产物之一是一种AhR内源高效激活剂。但是随着AhR通路的激活，下游产物细胞色素酶CYP450s能使FICZ发生降解，从而清除FICZ的激活作用，形成负反馈机制。AhR活化可以减少炎症因子导致的肠上皮中紧密连接蛋白表达的减少及定位的改变。
　　
　　芳香烃受体的内源性配体在DNA损伤应答中发挥重要作用。黄豆苷元作为一种大豆异黄酮，属于植物雌激素，参与CYP1A1基因和雌激素受体通路的调节过程。芹菜素是芹菜中含量丰富的植物类黄酮，有抗癌抗炎的功效，属于一种AhR条件激动剂。槲皮素是广泛存在于蔬菜、水果叶片和谷物种子中的黄酮类化合物，是日常摄取最丰富的黄酮类化合物之一。槲皮素具有如抗癌症、抗氧化等多种生物学功效。姜黄色素是生姜类植物中提取出的亮黄色化合物，能抑制组氨酸去乙酰化酶（HDAC）、组蛋白乙酰转移酶等的活性。白藜芦醇是花生红衣和红酒中的活性成分，虽然目前没有临床数据表明其抗癌作用，但是许多体外癌细胞模型中，RES参与介导CYP1A1基因的转录过程，在调节细胞凋亡和免疫等方面发挥作用。AhR具有高度的配体多样性特点，补充增加AhR植物源配体，是防治代谢综合征的新策略（见表1）。
　　
　　与AhR通路相关的酶：CYP1A1、CYP1A2、CYP1B1、CYP2S1和CYP2A5均属于CYP450酶系。AhR通过调节CYP450酶介导PAHs、HAHs和杂环胺类的代谢过程。AhR调节的Ⅱ相代谢酶主要包括：尿苷二磷酸葡萄糖醛酸基转移酶（UGT）、谷胱甘肽巯基转移酶（GST）和醌氧化还原酶1（NQ01）。MK2/p-MK2/TTP通路参与了AhR调控肠道炎症的过程。通过介导通路相关酶系的表达，AhR参与多种生理过程，如DNA损伤修复、炎症终止和消除、肿瘤增殖迁移、毒物解毒过程、免疫细胞分化、免疫应答反应、生殖发育过程、生物昼夜节律以及维持内环境稳态等。
　　
　　肠道免疫细胞上的AhR，在被一些好的配体（如植物提取物、益生菌）激活后，能够产生积极的肠道的自我修复作用，包括修复肠漏、减少肠道炎症以及抑制肠道的癌变。好的配体包括：来源于十字花科饲草的吲哚-3-甲醇，肠道细菌分解色氨酸生成的吲哚和吲哚丙酸，添加益生菌罗伊式乳杆菌CNCM-I5022和CNCM-I5429，均能产生较多的好AhR配体。好配体适当激活AhR能够减少消除肠道炎症，修复肠道组织完整，是肠道健康的关键。小鼠模型和肠道类器官试验表明，肠上皮细胞表达的AhR，对于维持肠道屏障功能和干细胞稳态有重要作用。日粮补充AhR配体来增强AhR信号，可保护肠道干细胞巢和屏障功能，并预防炎症诱导的DNA损伤和肿瘤形成。很多青绿植物是产生AhR配体的来源，这一研究为“多吃青绿饲料有益肠道健康”提供了一种机制。
　　
　　AhR参与免疫调节，日粮AhR配体的缺失加重结肠炎的炎症状态。AhR存在于大多数免疫细胞，参与调控细胞增殖、分化、适应性及先天免疫细胞的细胞因子分泌。AhR基因缺失小鼠肠道出现隐窝损伤和脓创、杯状细胞减少、腺体结构变形，深度黏膜炎症。来源于CD4+T淋巴细胞的调节性T细胞具有抗炎和维持免疫耐受功能，而辅助性T细胞17（Th17）诱导炎症发生发展，抑制Th17可促进Treg生成。色氨酸、大豆异黄酮、花生四烯酸、槲皮素、黄芩素等均是AhR配体，可以增加抗炎因子、抑制促炎症因子，降低日粮炎症指数、消除炎症。
　　
　　植物提取物山花黄芩提取物散能够降低GI值，缓解胰岛素抵抗，提高采食量20%~25%，降低血清炎症因子表达量，有助于提高母猪健康度、仔猪断奶重和仔猪健康度。关于低GI值或低GL值饮食对于血糖控制及心血管风险因素影响的荟萃分析表明，低GI/GL值饮食模式降低了HbA1c（糖化血红蛋白）（P<0.001）；另外，空腹血糖、低密度脂蛋白胆固醇（LDL-C）、非高密度脂蛋白胆固醇（non-HDL-C）、载脂蛋白B（apo B）、三酰甘油、体重、BMI和CRP也出现降低（P<0.05），但血胰岛素、高密度脂蛋白胆固醇（HDL-C）、腰围或血压没有降低。低GI/GL值饮食模式可改善HbA1c、体重、血脂、炎症相关指标。
　　
　　芳基烃受体作为抗病毒免疫调节剂，微生物通过芳香烃受体信号调节肠道和皮肤的屏障功能和修复。肠道中存在数万亿的肠道细菌，但肠道中存在的病毒数是细菌数目的10倍，肠道病毒组对动物健康有着非常重要的作用。90%的肠道病毒是噬菌体，肠道中噬菌体的种类异常丰富。每一种噬菌体都会寄生特定的一种肠道细菌，因此肠道菌群受到肠道噬菌体的调控，并对免疫系统及动物健康产生直接或间接的影响。冬季应用抗病毒成分（如异黄酮、姜辣素）可以减少消化道综合征症状，显著降低肠道中的大肠杆菌的丰度，消除体内组织炎症，保护血管，但是对肠道短链脂肪酸的水平以及脂质的代谢无显著影响。
　　
　　3、小结
　　
　　低GI低GL低DII饲料日粮配方，对畜禽健康、高生产性能、低病死率、高饲料转换效率及优质畜产品品质非常有利。有条件情况下补充10%~20%新鲜青绿饲料，如桑树叶、苜蓿青草、蔬菜茎叶、红薯藤、南瓜藤、浆熟期青贮玉米、青贮小麦大麦，可以降低配合日粮的GI值和DII值，改善生产性能。标准猪胴体干物质组成中，脂肪约占60%，蛋白质约30%，因此脂肪是畜禽重要营养素。常用日粮配方中，有采用豆粕加豆油配方。膨化大豆的GI值和DII值均显著低于豆粕，能值高，可以在全程日粮配方中用膨化大豆替代豆粕，促长防病效果显著。猪禽日粮中也可以补充≤5%新鲜全脂米糠，可以降低日粮的GI值。

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