陳慶菊 胡 萍 曾 艷 唐志如*

(1.西南大學動物科學技術學院，生物飼料與分子營養(yǎng)實驗室，重慶 400715；2.貴州省貴陽市開陽縣農(nóng)業(yè)農(nóng)村局，貴陽 550300；3.湖南省微生物研究院，長沙 410000)

黃酮類化合物又稱類黃酮，是由植物(如蔬菜、水果等)自身產(chǎn)生的一類重要的次生代謝產(chǎn)物，種類多樣，大多以黃酮糖苷或游離的黃酮苷元形式廣泛存在于天然植物的根莖葉花果中，在豆科、蘿摩科和菊科等植物中比較多見[1]。黃酮類化合物具有廣泛的益生作用，如抗腫瘤、抑菌、抗炎和抗氧化等，是國內外的研究熱點[2]。本文重點介紹了黃酮類化合物在抗腫瘤、抑菌、抗炎和抗氧化方面的作用機制，以及其在畜禽生產(chǎn)上的應用效果，為更加充分合理地利用黃酮類化合物提供依據(jù)。

1 黃酮類化合物的結構類型和理化性質

1.1 黃酮類化合物的基本結構

黃酮類化合物泛指由中央三碳聯(lián)結2個具有酚羥基苯環(huán)的一系列化合物，此類化合物以C6—C3—C6結構為基本骨架，其母核結構為2-苯基色原酮(圖1)。根據(jù)三碳鍵(C3)的氧化程度、C3是否環(huán)合、苯環(huán)與笨并芘結構的連接位置等特點，黃酮類化合物被分為以下幾類：黃酮(芹菜素、木犀草素等)、黃酮醇(槲皮素等)、二氫黃酮(甘草素、甘草苷等)、異黃酮(大豆素等)、查耳酮(紅花苷)、花色素(天竺葵色素等)、黃烷醇(兒茶素等)、橙酮(硫黃菊素等)以及雙苯吡酮(白射干素等)等[2](圖2)。黃酮類化合物的化學結構對其生物活性有重要意義，黃酮母核、取代基、取代模式及數(shù)目都可能影響其生物活性，通常母核結構上的羥基被取代的程度越大其活性將越強，這一特點在清除自由基抗氧化方面非常明顯，鄰位的羥基取代大多都有助于增加活性，例如苯環(huán)上的鄰二酚就是重要的活性基團[3]。

圖1 黃酮類化合物母核結構

A：二氫黃酮 flavanone；B：黃酮醇 flavonol；C：黃酮 flavone；D：查耳酮 chalcone；E：異黃酮 isoflavone；F：黃烷醇 flavanol；G：花色素 anthocyanidin；H：橙酮 aurone；I：雙苯吡酮 xanthone。

1.2 黃酮類化合物的理化性質及分類

黃酮類化合物按照來源可分為兩大類：一類是天然提取的黃酮類化合物，是指從植物、微生物次級代謝產(chǎn)物中提取分離而來的[4]；另一類是化學合成類的黃酮類化合物，是根據(jù)現(xiàn)有的黃酮類化合物結構進行修飾，合成含有新化學結構的黃酮類化合物[5]。天然黃酮類化合物通常以糖苷的形式存在，在自然光下呈淡黃色或黃色，因分子中多含有酚羥基所以顯酸性，易溶于甲醇、乙醇和乙酸乙酯等有機溶劑以及稀堿液中，難溶于苯、氯仿等有機溶劑，而酸性強弱取決于酚羥基的位置和個數(shù)[6]。

2 黃酮類化合物益生機制

2.1 黃酮類化合物的抗腫瘤機制

黃酮類化合物來源廣泛，具有多種生物活性。黃酮類化合物能通過激活腫瘤壞死因子(tumor necrosis factor，TNF)，誘導腫瘤細胞凋亡，抑制致癌因子的活性，影響癌細胞的信號傳遞，干擾癌細胞的周期并促進抗癌基因的表達，從而起到抗癌和抗腫瘤的作用[7]。黃酮類化合物能夠選擇性干預腫瘤細胞信號通路，讓腫瘤細胞對TNF誘導的細胞凋亡高度敏感，從而激活核轉錄因子-κB(nuclear factor kappa B，NF-κB)信號通路，抑制抗凋亡基因細胞FLICE抑制蛋白(cellular FLICE/caspase 8 inhibitory protein，c-FLIP)、A20、凋亡蛋白抑制劑(inhibitor of apoptosis proteins,IAPs)等的表達，破壞其自控性生長調節(jié)機制[8-9]。黃酮類化合物還可以通過抑制細胞周期蛋白依賴性激酶(cyclin-dependent kinase，CDK)來干擾腫瘤細胞的細胞周期，將腫瘤細胞的增長阻滯在G2/M期，破壞腫瘤細胞的DNA復制以及有絲分裂過程，達到抑制腫瘤細胞生長和增殖的作用[10]；并且，黃酮類化合物可以通過活性氧(reactive oxygen species,ROS)相關線粒體途徑，破壞癌細胞線粒體膜電位(mitochondrial membrane potential,MMP)，釋放細胞毒素C，激活半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶(caspase)-3/8/9，從而誘導癌細胞的凋亡(圖3)。體外研究表明，黃銅類化合物新型菊花素-有機鍺復合物能以劑量依賴的方式，對MCF-7、HepG2和Colo205人癌細胞的生長和增殖有抑制作用，而對MCF-10A人正常細胞的細胞毒作用卻很小[11]。有體內研究發(fā)現(xiàn)對于被氧化偶氮甲烷(azoxymethane，AOM)誘導產(chǎn)生結腸異常隱窩病灶(aberrant crypt foci,ACF)的雄性F344大鼠，飼糧添加0.01%白楊素(5,7-二羥基黃酮)能夠顯著減少“正常表現(xiàn)”隱窩的有絲分裂指數(shù)，顯著提高調節(jié)隱窩細胞的增殖活性和凋亡指數(shù)[12]。

TNF：腫瘤壞死因子 tumor necrosis factor；NF-κB：核轉錄因子-κB nuclear factor kappa B；ROS：活性氧 reactive oxygen species；caspase：半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶 cystein-asparate protease。

2.2 黃酮類化合物的抑菌機制

黃酮類化合物具有較強的抑菌活性，且抑菌活性與其結構有關，主要由黃酮的羥基在苯環(huán)上的位置以及數(shù)量多少決定，具有抑菌作用的黃酮主要有黃酮、查耳酮、黃酮醇、黃烷-3-醇、兒茶素和黃烷酮6種骨架結構[13]。黃酮類化合物具有直接的抑菌作用、與抗生素協(xié)同的抑菌作用以及抑制細菌毒性的作用(圖4)。其直接抑菌作用包含3個主要的作用機制：其一是細胞質膜損傷，黃酮類化合物能增加細胞膜的通透性或降低細胞膜的流動性，從而造成胞漿膜破壞，表現(xiàn)出抑菌作用[14]；其二是核酸合成抑制，通過抑制拓撲異構酶的活性，直接作用于DNA，導致DNA的斷裂，并通過和ATP競爭結合位點來抑制DNA超螺旋活性，促使DNA裂解，從而抑制核酸的合成，起到抑菌作用[15-16]；其三是能量代謝阻礙，通過與三羧酸循環(huán)的關鍵酶蘋果酸脫氫酶(malate dehydrogenase,MDH)相結合，改變酶的結構與活性，從而抑制三羧酸循環(huán)，造成需氧菌的糖代謝受阻，進而抑制菌體三磷酸腺苷(adenosine triphosphate,ATP)和煙酰胺輔酶(nicotinamide adenine dinucleotide, reduced disodium salt,NADH)的合成[17]，同時抑制胸腺嘧啶核苷、尿嘧啶核苷和葡萄糖進入菌體，這種能量代謝上的阻礙會抑制菌體內的呼吸代謝系統(tǒng)，起到抑菌作用。也有一些新的機制表明，黃酮類化合物有較好的破壞細胞完整性的作用，例如抑制細胞壁[18]和細胞膜[19]的合成。在與抗生素的協(xié)同作用方面，原花青素(proanthocyanidins,PACs)能夠抑制病菌的β-內酰胺酶活性，降低細胞膜穩(wěn)定性，從而降低抗生素對病菌的最低抑菌濃度(minimum inhibitory concentration,MIC)，提升抗生素的功效[20]。另外，在抑制毒力因子和毒素方面，有研究表明，表兒茶素沒食子酸酯(epicatechin gallate,ECG)、甘草查爾酮A(licochalcone A)可以抑制金黃色葡萄球菌的毒力因子凝血酶(coagulase)和α-毒素(α-toxin)的分泌，阻止毒力因子的釋放[21]；原花青素可以與脂多糖(LPS)結合，中和內毒素[22]；金雀異黃素(genistein)能夠抑制創(chuàng)傷弧菌(Vibriovulnificus)分泌外毒素[23]。

圖4 黃酮類化合物抑菌機制

2.3 黃酮類化合物的抗炎機制

黃酮類化合物的抗炎作用可以通過多種途徑進行調節(jié)的，主要是通過花生四烯酸途徑、細胞因子與受體、細胞信號傳導途徑等來調節(jié)機體的抗炎作用[24]。黃酮類化合物能夠通過調節(jié)磷脂酶A2、環(huán)氧化酶(cyclooxygenase,COX)和脂氧化酶(lipoxygenase,LOX)的活性影響花生四烯酸的代謝產(chǎn)物，從而抑制炎癥反應。試驗證明，葛根塊莖中提取的黃酮類化合物異葒草素能在39 μmol/L時有效抑制COX-2、COX-1和5-LOX，抑制花生四烯酸通過環(huán)氧酶途徑和脂氧酶途徑生成前列腺素E2(prostaglandin E2,PGE2)，減少因PGE2增加血管通透性和血管舒張引起的炎癥反應[25-26]。巨噬細胞的吞噬、炎性細胞因子及其受體在炎癥反應中都起著重要作用，黃酮類化合物能夠在抑制一氧化氮和前列腺素生成的同時增強巨噬細胞吞噬能力、降低促炎細胞因子的含量，并且能夠通過與細胞因子受體的結合起到抗炎作用。體內體外試驗證明，異葒草素能在LPS誘導的小鼠巨噬細胞和角叉菜膠誘導的炎癥模型系統(tǒng)中降低腫瘤壞死因子-α(TNF-α)、白細胞介素-6(IL-6)和白細胞介素-1β(IL-1β)的表達[25]；飼喂杜仲黃酮有降低仔豬促炎因子[IL-1β、IL-6、干擾素-γ(IFN-γ)、TNF-α和白細胞介素-1(IL-1)]表達、改善消化道屏障功能的作用[27]。并且黃酮類化合物包括槲皮素、楊梅素、圣草素、柚皮苷、木犀草素和芹菜素，對促炎細胞因子IL-1β、IL-6、白細胞介素-8(IL-8)、白細胞介素-10(IL-10)和TNF-α都有劑量依賴形式的抑制作用。但需要注意的是，超過50 mg/L的黃酮類化合物對THP-1單核細胞有細胞毒性作用[28]。另有研究證明,適量的黃酮類化合物可以作為一種免疫調節(jié)劑，通過調節(jié)Th1/Th2細胞因子平衡，干擾T細胞的活化，控制炎癥細胞的遷移，實現(xiàn)機體的免疫穩(wěn)態(tài)[29]。黃酮類化合物還可通過抑制NF-κB信號通路來抑制下游炎性蛋白的表達[30]，主要機理是通過阻止NF-κB的核異位、抑制NF-κB抑制激酶(IκK)的磷酸化、抑制NF-κB抑制因子(IκB)的降解并使其進入核內與活化的NF-κB重新結合這3種途徑抑制NF-κB信號通路活性[31]，并從2個方面分別抑制誘導型一氧化氮合酶(iNOS)的表達和一氧化氮的產(chǎn)生，以及抑制COX-2的表達和PGE2的產(chǎn)生[32]。黃酮類化合物的抗炎活性機制大多認為是對氨基酸代謝酶及其代謝產(chǎn)物的抑制作用，并通過多重炎癥介質抑制，共同阻礙機體受損。但機體炎癥的范疇比較寬泛，且黃酮類化合物種類較多，活性及構效關系研究也較少，故在對應各型炎癥的藥物結構優(yōu)化及應用方面有更深入的研究。

2.4 黃酮類化合物的抗氧化機制

當機體受到外界有害刺激后，體內ROS自由基和活性氮自由基產(chǎn)量增加，由于自由基的高反應活性，自由基會與生物膜的磷脂、酶和膜受體相關的不飽和脂肪酸側鏈以及核酸大分子發(fā)生脂質過氧化反應生成丙二醛(malondialdehyde，MDA)等，使膜的流動性和通透性改變，最終導致細胞的結構和功能改變，細胞發(fā)生障礙或細胞變性死亡等。而機體中的抗氧化劑就能夠修復這些損傷，但是由于內源性抗氧化物的不足等，自由基會大量產(chǎn)生，所以就需要從飲食中補充抗氧化劑來減少機體的氧化損傷[33]。黃酮類化合物的抗氧化作用機制是黃酮的酚羥基通過供氫與自由基反應從而終止自由基鏈式反應。有研究通過對黃酮提取物的抗氧化活性測定，證明黃酮提取物的抗氧化活性與黃酮物質和其酚類物質的總含量呈顯著性正相關，也就是說黃酮類化合物的清除自由基能力的強弱與其化學結構有關，黃酮的酚羥基數(shù)量能夠反映其抗氧化活性，即酚羥基越多，黃酮類化合物的抗氧化活性越強[34-35]。試驗證明，擁有5個酚羥基的槲皮素具備很強的抗氧化力，能夠通過捕捉自由基的方式阻止脂質過氧化反應，保護氧化應激下的奶牛乳腺上皮細胞[36]。除了分子的供氫能力，黃酮類化合物抗氧化活性還與生成的自由基的穩(wěn)定性有關，黃酮類化合物中的羰基有助于提高自由基穩(wěn)定性，并且羥基和羰基還可與金屬離子結合，阻斷自由基的產(chǎn)生，起到抗氧化的作用[37]。畜禽體內也含有氧化系統(tǒng)和抗氧化系統(tǒng)，當外界或自身因素導致抗氧化系統(tǒng)無法清除自由基時，就會產(chǎn)生氧化應激，最終使畜禽的生產(chǎn)性能下降[38]。黃酮類化合物除了直接捕捉或絡合自由基，還可以激活機體的抗氧化系統(tǒng)來發(fā)揮抗氧化作用[39]。多項研究表明，黃酮類化合物能通過增強畜禽體內超氧化物歧化酶(superoxide dismutase,SOD)、谷胱甘肽過氧化物酶(glutathione peroxidase,GSH-Px)、過氧化氫酶(catalase,CAT)等抗氧化酶的活性，來增加機體的總抗氧化能力(total antioxidant capacity,T-AOC)，減少血清MDA的含量，從而緩解畜禽的氧化應激[27,40-41]。

3 黃酮類化合物在畜禽生產(chǎn)中的應用

黃酮類化合物是多種植物的有效成分之一，具有多種生物活性，在畜禽生產(chǎn)中也引起了廣泛的關注，通過對其研究開發(fā)出的新型獸藥或者飼料添加劑在實踐中呈現(xiàn)出了良好的效果。

3.1 黃酮類化合物對畜禽生長性能的影響

黃酮類化合物對畜禽生長性能的影響主要表現(xiàn)在提高畜禽機體對飼料的轉化率和日增重，促進畜禽的生長和生產(chǎn)。肉雞飼糧添加黃酮類化合物對肉雞生長性能的影響有許多研究，部分試驗表明，黃酮類化合物能夠顯著提高肉雞的平均日采食量(average daily feed intake，ADFI)、平均日增重(average daily gain,ADG)，但對肉雞料重比(feed/gain，F(xiàn)/G)的影響的研究結果不盡相同[42-44]。也有研究發(fā)現(xiàn)，肉雞飼糧添加黃酮類化合物對ADG、飼料報酬和屠宰率的提高作用并不顯著[45]。黃酮類化合物在改善反芻動物生產(chǎn)性能方面也有許多研究，目前主要集中在苜蓿黃酮、大豆黃酮、山楂葉黃酮、沙棘葉黃酮和茶多酚等。試驗表明，在奶牛飼糧中添加苜蓿黃酮能夠提高奶牛的采食量和營養(yǎng)物質消化率[46]，給荷斯坦犢牛飼喂一定量的大豆異黃酮能夠顯著促進生長，減少腹瀉率[47]。Muqier等[48]在6個月大的綿羊飼糧中添加黃酮類化合物，發(fā)現(xiàn)綿羊血清中的生長激素和胰島素樣生長因子-1的表達水平提高，且黃酮類化合物能夠顯著提高綿羊的ADG和ADFI[49]。另有研究發(fā)現(xiàn)，苜蓿黃酮以及紅車軸草黃酮可以調節(jié)綿羊脂類代謝，提高氮的利用率，維持體內的能量代謝，平衡鈣、磷含量，具有潛在的促生長功能[50]。黃酮類化合物對豬生長性能有較多的研究，如大豆黃酮、苦蕎黃酮和藤茶黃酮等，都在試驗中表現(xiàn)出明顯的促生長作用，包括提高仔豬的ADG和ADFI，提高營養(yǎng)物質消化率等，尤其當黃酮類化合物與某些益生菌合用時，還能展現(xiàn)出更強的益生作用，包括調節(jié)蛋白質、脂質和糖類的代謝，促進免疫球蛋白的產(chǎn)生，增強機體抗氧化能力等[51-52]。

黃酮類化合物對畜禽生長性能的影響的研究結論存在差異(表1)，但大多都認為黃酮類化合物對畜禽有較好的促生長作用。由于不同的研究以及試驗中所使用的黃酮類化合物的提取來源和有效成分、添加量和使用對象等不同而有不同的研究結論。

表1 黃酮類化合物對畜禽生長性能的影響

3.2 黃酮類化合物對畜禽腸道健康的影響

黃酮類化合物與腸道菌群相互作用，能夠產(chǎn)生顯著提高生物活性和生物可利用度的新型微生物轉化物，從而促進黃酮類化合物生理活性的提高和充分發(fā)揮。黃酮類化合物會影響腸道微生物菌群構成以及微生物的活性，通過改變微生物的種類和數(shù)量，使微生物代謝的酶活性受到影響，并影響酶參與的代謝反應[53]。腸道形態(tài)方面，在肉仔雞飼糧中添加黃酮類化合物能夠促進肉仔雞回腸絨毛的發(fā)育[54]，還有研究表明，黃酮類化合物對小腸形態(tài)的發(fā)育有促進作用，能顯著提高小腸的絨毛高度，降低隱窩深度，提高絨毛高度與隱窩深度的比值[55]。黃酮類化合物對腸道微生物區(qū)系有改善作用。研究發(fā)現(xiàn)，小鼠皮下注射大豆異黃酮后，小鼠腸道內乳酸桿菌數(shù)量增加，大腸桿菌數(shù)量減少，并且這種作用與黃酮類化合物的劑量以及作用時間有關[56]。在哺乳母豬和仔豬飼糧中添加苜蓿黃酮，與上述研究中調節(jié)腸道菌群效果相似[57]。肉仔雞方面，在飼糧中添加黃芩黃酮能使腸道中大腸桿菌和沙門氏菌數(shù)量顯著減少，乳酸桿菌(需氧)和雙歧桿菌數(shù)量顯著增加[58]。黃酮類化合物具有抑制腸道有害微生物的作用，能夠減輕腸道菌群的失調，調節(jié)腸道菌群的組成及比例，而腸道微生物的多樣性正是消化代謝和維持免疫性能的基礎，黃酮類化合物還可通過保持腸道酸性的環(huán)境阻止病原微生物的黏附和定植，保持菌群的平衡，進而改善腸道的微生態(tài)環(huán)境，發(fā)揮其促進健康的作用。

4 小 結

黃酮類化合物作為天然產(chǎn)物，在畜禽養(yǎng)殖的應用中起到了藥物和營養(yǎng)的雙重作用，本文介紹了黃酮類化合物在抗癌、抗腫瘤、抑菌、抗炎和抗氧化方面的作用機制，總結了黃酮類化合物在畜禽實際生產(chǎn)中對生長性能和腸道健康方面的應用效果。但是黃酮類化合物種類眾多，具體的益生機制還不夠深入，且黃酮類化合物在不同畜禽生產(chǎn)中的添加水平等差異較大，以及畜禽生產(chǎn)中研究的黃酮類化合物種類不夠多，對于如何更好地在生產(chǎn)實踐中應用等仍缺乏許多理論指導，還需進一步研究。后期可從天然植物黃酮類化合物的開發(fā)、黃酮物質的活性功能、益生作用機制及其在畜禽生產(chǎn)中的應用等方面深入研究。