趙 前 高永生,2* 朱麗云,2 金 斐

(1.中國計量大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，芳香工程技術(shù)研發(fā)中心，杭州 310018；2.安徽漢芳生物科技有限公司，淮北 235000)

抗生素具有促進生長發(fā)育、提高飼料利用率、降低疾病死亡率等作用，但長期不正當使用抗生素導(dǎo)致的細菌耐藥性及生物富集問題嚴重危害著人類社會。據(jù)報道，到2050年由抗生素耐藥細菌引起的全球性傳染病將成為超過癌癥的頭號死因[1]。我國自2020年7月1日起禁止在飼料生產(chǎn)中使用抗生素。隨著“禁抗令”的推出，研究和開發(fā)新型綠色飼料添加劑成為熱點。植物精油能有效抑制腸道有害菌繁殖、提高畜禽生產(chǎn)性能和免疫能力，并對環(huán)境無污染、對人體無危害，是一種具有非常高應(yīng)用價值的綠色飼料添加劑[2]。肉桂(Cinnamomumcassia)又名玉桂、桂皮，屬樟木科樟屬植物，為中等常綠喬木。肉桂的樹皮、葉及“桂花”(初結(jié)的果)均有強烈的肉桂味，其中以桂花最濃，隨后依次為花梗、樹皮及葉[3]。研究發(fā)現(xiàn)，以肉桂枝、葉、果實提煉的肉桂精油及其主要活性成分肉桂醛具有良好的抗氧化、抗菌、降血糖、抗癌、消炎作用。肉桂精油因具有天然無殘留，不會導(dǎo)致耐藥性細菌產(chǎn)生等優(yōu)勢，在綠色抗生素替代品中有廣泛的應(yīng)用前景。本文將分析肉桂精油的主要成分，綜述肉桂精油的抗氧化、抑菌、抗炎等生理功能及作用機制，并分析其對畜禽動物健康狀況的影響及其在畜禽養(yǎng)殖業(yè)中的應(yīng)用前景，為天然綠色飼料添加劑的開發(fā)和研究提供參考。

1 肉桂精油的主要成分簡述

肉桂，原產(chǎn)中國，現(xiàn)在熱帶及亞熱帶地區(qū)廣為栽培，其中廣東栽培較多，此外印度、巴西、伊朗等地也有種植。肉桂精油，泛指從肉桂的葉和/或枝梗和/或皮中提取的植物揮發(fā)油，表1匯總了從不同地區(qū)、不同部位提取的肉桂精油主要成分的差異。

由表1可知，肉桂精油提取通常以肉桂桂皮和桂葉為原料，根據(jù)肉桂的產(chǎn)地和部位不同，其精油的主要成分存在顯著差異性。肉桂皮精油主要成分為反式肉桂醛(trans-cinnamaldehyde，TC)[13]，在不同產(chǎn)地的肉桂精油中含量在64.14%～89.30%，反式肉桂醛具有鎮(zhèn)靜、鎮(zhèn)痛、解熱、抗驚厥、增強胃腸蠕動、利膽與抗腫瘤等作用，其含量是衡量肉桂精油品質(zhì)的重要指標。國標《中國肉桂(精)油》[13](GB/T 11425—2008)中要求反式肉桂醛含量≥74.0%，以此為標準，除巴基斯坦肉桂精油未達到標準外，中國、伊朗、巴西和馬來西亞等國家的肉桂精油中反式肉桂醛含量均能達到國標的要求。肉桂皮精油中除反式肉桂醛以外，還包括丁香酚、鄰甲氧基肉桂醛、乙酸肉桂酯、苯甲醛等，其中乙酸肉桂酯被認為是賦予肉桂精油香味的主要揮發(fā)性物質(zhì)[6]。據(jù)張笮晦等[5]報道，不同季節(jié)采集的肉桂葉提取的肉桂精油含量和主要成分存在顯著差異，10月份含油量最高(達1.51%)，6月份最低(僅為0.42%)，反式肉桂醛含量在21.37%～86.46%、鄰甲氧基肉桂醛含量在1.08%～12.46%。巴西馬拉尼昂肉桂葉中則以丁香酚為主要成分，其含量占肉桂精油的93.6%，而肉桂醛含量僅為0.6%。肉桂葉精油中主要成分的顯著差異可能與產(chǎn)地和品種不同有關(guān)。

表1 肉桂精油主要成分Table 1 Main composition of cinnamon essential oil

2 肉桂精油的生理功能

2.1 肉桂精油的抑菌活性及機理

抗生素耐藥性問題已成為當代社會共同關(guān)注的焦點話題，尋找綠色安全的替代抗生素飼料添加劑是大勢所趨。肉桂是天然抗菌劑[14]，其精油對致病性和食源性細菌具有良好的抑制作用，肉桂精油對金黃色葡萄球菌的最低抑菌濃度(MIC)在0.25～0.62 mg/mL[10,12]，對腸炎沙門氏菌、鼠傷寒沙門氏菌、雞腸炎沙門氏菌等的MIC在0.25～0.74 mg/mL[8,10-11]，對假單胞菌屬的MIC則在0.25～1.25 mg/mL[10,12,15]，表現(xiàn)出肉桂精油具有顯著的抑菌活性。此外，研究表明肉桂精油對金黃色葡萄球菌的抑菌效果顯著高于大腸桿菌和假單胞菌屬[16]。

肉桂精油具有抑菌、殺菌作用，主要與其同細菌的細胞膜相互作用有關(guān)，對其抑菌、殺菌機理進行分析，歸納出了其干擾細菌繁殖的4條主要途徑，詳見圖1。途徑1：破壞脂雙層分子導(dǎo)致細胞膜通透性改變，使細胞內(nèi)容物外泄，從而殺死細菌。肉桂精油中的酚醛類化合物結(jié)構(gòu)中的酚羥基和羰基等疏水性基團可以破壞細菌肽聚糖層和細胞膜，導(dǎo)致細胞液泄露，從而抑制細菌繁殖。用掃描電子顯微鏡對暴露于MIC濃度肉桂醛下的大腸桿菌和金黃色葡萄球菌進行24 h形態(tài)學(xué)觀察，發(fā)現(xiàn)大腸桿菌和金黃色葡萄球菌的細胞發(fā)生變形和皺紋，細胞內(nèi)容物外泄，最終導(dǎo)致細胞死亡[17]。途徑2：改變細胞膜中腺苷三磷酸酶(ATPase)構(gòu)象，破壞質(zhì)子推動，阻斷電子磷酸化和ATP的供應(yīng)，從而減少細菌的能量來源。研究發(fā)現(xiàn)，肉桂醛以蛋白質(zhì)分子上半胱氨酸殘基的硫醇為靶點，從而抑制ATPase的活性，減少電子傳遞鏈產(chǎn)生ATP。大腸桿菌和李斯特菌(Listeriamonocytogenes)經(jīng)肉桂醛處理后其表面負電荷顯著減少，質(zhì)子動力被破壞，ATP迅速耗盡，并阻止了細胞內(nèi)ATP濃度的升高，從而影響菌體正常代謝，抑制其生長[18-19]。途徑3：干擾三磷酸鳥苷(GTP)聚合原核同源物絲狀溫度敏感蛋白(FtsZ)蛋白成Z環(huán)，抑制細菌細胞分裂。細菌細胞分裂受微管蛋白的FtsZ的調(diào)控，在GTP的聚合作用下使FtsZ蛋白形成一種環(huán)狀聚合細絲，稱為Z環(huán)，Z環(huán)在細胞內(nèi)經(jīng)過組裝并收縮細胞膜，最終將母細胞分離為2個子細胞[20]。研究發(fā)現(xiàn)，肉桂醛能干擾GTP的聚合，降低大腸桿菌細胞中FtsZ的體外組裝和捆綁，影響Z環(huán)的空間排列和Z環(huán)形成的頻率[21]。途徑4：抗細菌群體感應(yīng)(QS)系統(tǒng)，從而抑制細菌運動和細胞膜的形成。細菌的運動和生物膜的形成與QS活動有關(guān)，QS是細菌達到特定密度時，以單細胞存在的細菌個體通過產(chǎn)生和感應(yīng)小分子化學(xué)信號進行廣泛的信息交流，從而以群體的形式對外部信號做出反饋和交流，包括細菌的運動和生物膜的形成。細菌的運動性在宿主與微生物相互作用中起著至關(guān)重要的作用，包括信號轉(zhuǎn)導(dǎo)、趨化和鞭毛運動。肉桂精油可能是QS的抑制劑，具有抗QS作用，反式肉桂醛能降低參與QS系統(tǒng)的相關(guān)基因luxR和bcsA的表達[22]和抑制QS系統(tǒng)的自動誘導(dǎo)物(AI)和生物膜的形成[23]。此外，反式肉桂醛通過下調(diào)鞭毛器相關(guān)基因(fliD、flgJ、motA和motB)和抑制胞外多糖(纖維素)的合成，影響鞭毛的形成和功能，抑制細胞間的信號傳遞，從而破壞生物膜的形成[14]。

：抑制 inhibition；：促進 promote。CEO：肉桂精油 cinnamon essential oil；AI：自動誘導(dǎo)物 auto-inducer；ADP：二磷酸腺苷 adenosine diphosphate；ATP：三磷酸腺苷 adenosine triphosphatase；GTP：三磷酸鳥苷 guanosine triphosphate。圖1 肉桂精油的抑菌機制Fig.1 Antibacterial mechanism of cinnamon essential oil[14,17-23]

2.2 肉桂精油的抗氧化活性及機理

肉桂精油主要通過以下幾種方式發(fā)揮抗氧化作用(圖2)：1)提供質(zhì)子清除體內(nèi)多余含氧自由基。肉桂精油中主要醛類化合物(肉桂醛或反式肉桂醛)與羰基直接相連的α-碳原子上的氫具有較強還原性，通過氧化還原反應(yīng)使ROS成為穩(wěn)定物，從而減少ROS對細胞的損傷，部分酚類化合物(丁香酚)能直接提供質(zhì)子與體內(nèi)過氧自由基反應(yīng)，使自由基變成活性較低的物質(zhì)并清除[27]。2)通過激活信號通路途徑或直接上調(diào)抗氧化酶的表達。核因子E2相關(guān)因子2(nuclear factor erythroid 2-related factor 2，Nrf2)/抗氧化反應(yīng)原件(antioxidant response element，ARE)通路是體內(nèi)重要的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑，Nrf2是一種抗氧化應(yīng)激調(diào)節(jié)的堿性亮氨酸拉鏈轉(zhuǎn)錄因子，在正常生理條件下Nrf2與細胞質(zhì)中的Keap1蛋白結(jié)合，并不停的泛素化和蛋白酶體降解，使Nrf2含量維持在一個相對較低的水平，當體內(nèi)ROS含量過高或機體受到氧化應(yīng)激時，Nrf2與Keap1解離后活化進入細胞核內(nèi)與ARE結(jié)合，增強下游抗氧化基因的表達[28]。Long等[29]研究發(fā)現(xiàn)，肉桂醛通過阻止Keap1泛素化，上調(diào)細胞保護Nrf2靶基因和促進Nrf2轉(zhuǎn)位進入細胞核與ARE結(jié)合，激活下游抗氧化基因表達來增強抗氧化能力。此外，Liu等[30]報道，肉桂醛可以刺激過氧化氫酶(CAT)和超氧化物歧化酶(SOD)活性增強，消除過量的ROS，降低MDA含量。3)激活細胞凋亡途徑清除氧化應(yīng)激細胞。肉桂醛能抑制磷脂酰肌醇-3-激酶(phosphatidylinositol 3 kinase，PI3K)/蛋白激酶B(protein kinase B，PKB/Akt)信號通路中PI3K和Akt的磷酸化或改變線粒體滲透性釋放細胞色素C，激活半胱氨酸天冬氨酸特異性蛋白酶-9(Caspase-9)和半胱氨酸天冬氨酸特異性蛋白酶-3(Caspase-3)的級聯(lián)反應(yīng)，誘導(dǎo)凋亡因子Bax表達與前體凋亡蛋白Bad去磷酸化，從而誘導(dǎo)細胞凋亡，保護細胞免受氧化損傷[31]。

2.3 肉桂精油的抗炎活性及機理

炎癥反應(yīng)是在細菌、病毒感染、物理化學(xué)因素等致炎因子的侵害下，生物體為對抗刺激而在體內(nèi)發(fā)生復(fù)雜的免疫防御反應(yīng)。通常炎癥反應(yīng)被認為是機體的一種正常保護性反應(yīng)，包括免疫細胞的遷移、聚集和激活。研究表明，白細胞介素-1(IL-1)、白細胞介素-6(IL-6)、腫瘤壞死因子-α(TNF-α)等促炎細胞因子與一氧化氮(NO)和前列腺素E2(PGE2)等炎性介質(zhì)的過度產(chǎn)生在炎癥疾病發(fā)展中起重要作用[32]。如果不采取及時治療，循環(huán)反復(fù)產(chǎn)生的細胞因子將會刺激免疫細胞的持續(xù)激活，急性炎癥將轉(zhuǎn)變?yōu)槁匝装Y，嚴重影響機體機能，進一步上升機體患癌癥或其他疾病的風險概率[33]。機體受到病原體入侵時，刺激激活免疫細胞(巨噬細胞、T細胞、B細胞等)分泌炎性細胞因子(IL-1、IL-6、TNF-α)和其他炎性介質(zhì)(NO、PGE2等)，這些物質(zhì)在導(dǎo)致機體紅、腫、熱、痛的同時又反作用于免疫細胞促其增殖分化加重炎癥反應(yīng)。ROS與慢性炎癥有著密切關(guān)系，過量積累的自由基引起的氧化應(yīng)激可能對細胞的結(jié)構(gòu)和功能造成破壞，從而導(dǎo)致生物分子的氧化損傷，引起機體內(nèi)源性損傷相關(guān)分子模式(damage-associated molecular patterns，DAMPs)產(chǎn)生和細胞因子釋放。由ROS引起的含氧衍生物第二信使(如NO)能激活信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路，導(dǎo)致促炎細胞因子的分泌，誘導(dǎo)更多炎癥細胞的產(chǎn)生，從而加重炎癥反應(yīng)。在炎癥發(fā)生過程中，由于細胞氧化應(yīng)激能力增強和細胞內(nèi)抗氧化能力的降低，肥大細胞和白細胞被招募到損傷部位引起“呼吸爆發(fā)”，導(dǎo)致氧氣的攝取量增加，從而增加了ROS的積累和釋放[34]。因此，氧化應(yīng)激和炎癥反應(yīng)之間形成了“自由基-氧化應(yīng)激-炎癥-氧化應(yīng)激-自由基”惡性循環(huán)，最終導(dǎo)致癌癥[35]。畜禽感染炎癥通常表現(xiàn)為腸道內(nèi)容物黏稠、食欲下降、飼料轉(zhuǎn)化率降低、發(fā)熱腹瀉、精神狀態(tài)低迷等現(xiàn)象。在畜禽養(yǎng)殖業(yè)中，由病原體感染或環(huán)境溫度變化導(dǎo)致的動物炎癥(如母畜乳房炎、子宮炎和禽類呼吸道炎癥)給養(yǎng)殖戶造成的經(jīng)濟損失不容小視。具有抗炎效果的抗生素如阿維霉素、黃磷脂素[36]、達托霉素[37]和甲硝唑[38]的長期使用會引起生物機體代謝混亂、免疫能力下降和對藥物產(chǎn)生依賴性等副作用，開發(fā)應(yīng)用綠色、高活性、無副作用的新型抗生素替代品具有重要意義。

：抑制 inhibition；：促進 promote。ROS：活性氧簇 reactive oxygen 超氧陰離子 superoxide 氫過氧自由基 hydroperoxyl radical；·OH：羥自由基 hydroxyl radical；MDA：丙二醛 malondialdehyde；CAT：過氧化氫酶 catalase；SOD：超氧化物歧化酶；GSH-Px：谷胱甘肽過氧化物酶 superoxide dismutase；CytC：細胞色素C cytochrome C；Caspase-9：半胱氨酸天冬氨酸特異性蛋白酶-9 cysteinyl aspartate specific proteinase-9；Caspase-3：半胱氨酸天冬氨酸特異性蛋白酶-3 cysteinyl aspartate specific proteinase-3；PI3K：磷脂酰肌醇-3-激酶 phosphatidylinositol 3 kinase；Akt：蛋白激酶B protein kinase B；Nrf2：核因子E2相關(guān)因子2 nuclear factor erythroid 2-related factor 2；ARE：抗氧化反應(yīng)原件 antioxidant response element。圖2 肉桂精油的抗氧化機制Fig.2 Antioxidation mechanism of cinnamon essential oil[27-31]

肉桂常用作治療消化不良、胃炎、血液循環(huán)障礙和炎性疾病的中草藥，肉桂精油中的肉桂醛是肉桂發(fā)揮抗炎功效的主要因素[39]。肉桂醛在對抗由2，4，6-三硝基苯磺酸(2,4,6-trinitro-benzenesulfonicacid，TNBS)誘導(dǎo)的小鼠潰瘍性結(jié)腸炎[40]、風濕性關(guān)節(jié)炎[41]、前列腺增生[42]中均表現(xiàn)出良好的抗炎作用。肉桂精油(或肉桂醛)通過降低IL-1、IL-6、TNF-α的表達和減少NO、PGE2以及ROS的產(chǎn)生而具有良好的抗炎活性(圖3)。Toll樣受體(Toll-like receptors，TLR)分布于固有免疫細胞表面，能被病原微生物相關(guān)分子模式(pathogen-associated molecular patterns，PAMPs)或DAMPs激活來啟動對外界感染或組織損傷的先天免疫應(yīng)答反應(yīng)[43]。細胞表面的TLR4能識別脂多糖(lipopolysaccharide，LPS)的刺激，通過脂多糖-脂多糖結(jié)合蛋白復(fù)合物(LPS-LBP)在細胞內(nèi)經(jīng)髓樣分化因子88(myeloid differentiation factor 88，MyD88)依賴性途徑將刺激信號向下轉(zhuǎn)導(dǎo)給TNF受體相關(guān)因子(TNF receptor associated factors，TRAFs)，TRAF6介導(dǎo)多種下游信號通路的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)，進一步激活核轉(zhuǎn)錄因子-κB(nuclear transcription factor-κB，NF-κB)和激活蛋白-1(AP-1)的表達[44]，NF-κB和AP-1參與促炎細胞因子的表達，在炎癥反應(yīng)中起重要作用。TLR4信號級聯(lián)中主要包括PI3K/Akt信號通路、NF-κB信號通路和絲裂源活化蛋白激酶(mitogen-activated protein kinases，MAPK)信號通路。肉桂醛的抗炎作用機制之一就是通過抑制Akt、p38 MAPK和NF-κB抑制蛋白α(inhibitor NF-κB α，IκBα)的磷酸化來抑制炎癥信號通路，減少炎性因子的產(chǎn)生[45]。Yang等[46]證實，反式肉桂醛能通過抑制TLR/NF-κB信號通路的激活和調(diào)節(jié)細胞凋亡來保護阪崎腸桿菌誘導(dǎo)的小鼠腸道炎癥；此外，有研究表明，肉桂醛因含有α、β不飽和羰基，能干擾半胱氨酸殘基介導(dǎo)的受體二聚化反應(yīng)和抑制MyD88基因的表達來抑制TLR4的激活和信號放大[47]。Kim等[48]進一步研究表明，肉桂醛處理LPS刺激的小鼠巨噬細胞RAW264.7通過抑制細胞外信號調(diào)節(jié)激酶(extracellular signal-regulated kinases，ERK)、c-Jun氨基末端激酶(c-Jun N-terminal kinases，JNK)和p38 MAPK的磷酸化來減少NO的產(chǎn)生和促炎細胞因子的表達。也有研究表明，肉桂醛通過降低血管通透性和提高抗氧化酶[CAT、SOD、谷胱甘肽過氧化物酶(GSH-Px)]的活性降低體內(nèi)MDA含量和髓過氧化物酶活性，來緩解ROS引起的炎癥損傷[49]。

2.4 肉桂精油的其他生物活性

肝臟是動物體內(nèi)最大的解毒器官，同時具有合成、解毒、代謝、分泌以及免疫防御等功能；脾臟是脊椎動物體內(nèi)最大的淋巴器官，具有貯血和產(chǎn)生淋巴細胞的功能。肝臟和脾臟的合理有序工作是生物體進行新陳代謝和健康生長的重要保障。血清生化和免疫指標能反映肝臟功能及免疫能力強弱，血清生化指標主要包括谷丙轉(zhuǎn)氨酶(ALT)、谷草轉(zhuǎn)氨酶(AST)活性以及甘油三酯(TG)、總蛋白(TP)含量。ALT、AST主要存在于肝臟、心臟等臟器中，在血液中活性較低，若血液中存在高活性的ALT、AST，則說明肝臟、心臟等臟器受到損傷導(dǎo)致血液中轉(zhuǎn)氨酶活性增加；血清TP含量在一定程度上可以反映動物的蛋白質(zhì)代謝水平，TP含量高則表明動物的蛋白質(zhì)營養(yǎng)水平較好；TG含量過高會造成動脈粥樣硬化，誘導(dǎo)心血管疾病的發(fā)生。研究表明，在肉仔雞飼糧中添加一定劑量的肉桂醛能降低血液中ALT、AST活性，提高TP和免疫球蛋白(Ig)含量，從而保護肝臟，改進營養(yǎng)代謝，增強免疫功能[50]。吳東等[51]在飼糧中添加300 mg/kg肉桂醛降低了育肥豬血清中ALT活性，改善了健康狀況。血清免疫指標主要包括IgA、IgG、IgM、補體3(C3)和補體4(C4)，在疾病狀態(tài)下，這些指標的含量將會出現(xiàn)升高或降低。肉桂精油能通過改善血清生化和免疫指標來提高機體的免疫能力。Su等[52]研究發(fā)現(xiàn)，主要成分為百里香酚和肉桂醛的植物精油能提高血清中TP、IgA、IgG和IgM的含量，降低血清TG和MDA的含量，并提高脾臟、肝臟谷胱甘肽硫基轉(zhuǎn)移酶和脾臟GSH-Px的表達水平。程強[53]研究發(fā)現(xiàn)，在肉雞飼糧中添加50 mg/kg肉桂精油能提高血清IgA、IgG和溶菌酶含量，提高肉雞的免疫能力。除以上生物活性外，肉桂精油在誘導(dǎo)腫瘤細胞凋亡和癌癥預(yù)防中發(fā)揮關(guān)鍵作用。研究發(fā)現(xiàn)，肉桂醛通過激活ERK1/2、Akt和JNK信號通路上調(diào)促凋亡因子Bax的表達，導(dǎo)致腫瘤細胞凋亡以及通過激活Nrf2核移位，增強抗氧化酶的表達以緩解ROS壓力[54]。糖尿病是由胰島素分泌缺陷導(dǎo)致的高血糖為主要特征的臨床常見病，肉桂葉精油和肉桂醛通過抑制α-淀粉酶和α-葡萄糖苷酶活性調(diào)節(jié)糖代謝，降低血糖濃度；通過上調(diào)胰島素受體底物1(IRS1)/PI3K/Akt2信號通路降低血清糖基化終產(chǎn)物(AGEs)、晚期糖基化終產(chǎn)物受體(RAGE)和NADPH氧化酶(NOX4)含量改善胰島素抵抗，并通過降低AST和ALT活性、提高SOD和CAT活性來緩解高血糖癥狀[55]。在畜牧養(yǎng)殖中，肉桂精油(肉桂醛)在提高畜禽的抗細菌感染、抗炎癥發(fā)生、抗氧化能力的同時，由于其獨特的香味還能改善飼料適口性，提高動物的采食量，促進腸道蠕動，提高腸道中絨毛高度，增加消化酶和激素的分泌，從而提高營養(yǎng)物質(zhì)的消化利用，改善動物的生產(chǎn)性能[56]。研究表明，在肉雞飼糧中添加300 mg/kg肉桂精油能顯著提高肉雞全期的日增重和每日進食量，維持腸道形態(tài)，改善脾臟功能，提高生長性能[57]。

：抑制 inhibition；：促進 promote。CEO：肉桂精油 cinnamon essential oil；LPS：脂多糖lipopolysaccharide；LBP:脂多糖結(jié)合蛋白 lipopolysaccharide binding protein；TLR:Toll樣受體 Toll-like receptors；MyD88：髓樣分化因子88 myeloid differentiation factor 88；TRAF6：TNF受體相關(guān)因子6 TNF receptor associated factor 6；DAMPs：損傷相關(guān)分子模式 damage-associated molecular patterns；IL-α：白細胞介素-α interleukin-α；TNF-α：腫瘤壞死因子-α tumor necrosis factor-α；IκB：核轉(zhuǎn)錄因子-κB抑制蛋白 inhibitor nuclear transcription factor-κB；ROS：活性氧簇 reactive oxygen species；IκBα：核轉(zhuǎn)錄因子-κB抑制蛋白α inhibitor nuclear transcription factor-κB α；NF-κB：核轉(zhuǎn)錄因子-κB nuclear transcription factor-κB；MAPK：絲裂源活化蛋白激酶 mitogen-activated protein kinases；PI3K：磷脂酰肌醇-3-激酶 phosphatidylinositol 3 kinase；Akt：蛋白激酶B protein kinase B；MKK4/7：絲裂原活化蛋白激酶激酶4/7 mitogen-activated protein kinase kinase 4/7；JNK：c-Jun氨基末端激酶 c-Jun N-terminal kinases；AP-1：激活蛋白-1 activator protein；IL-1：白細胞介素-1 interleukin-1；IL-6：白細胞介素-6 interleukin-6；IL-10：白細胞介素-10 interleukin-10；iNOS：誘導(dǎo)型一氧化氮合酶 inducible nitric oxide synthase；PGE2：前列腺素E2 prostaglandin E2。圖3 肉桂精油的抗炎機制Fig.3 Anti-inflammatory mechanism of cinnamon essential oil[43-49]

3 肉桂精油在畜禽健康中的應(yīng)用

目前，隨著抗生素的廣泛卻不恰當使用，由超級細菌或病毒感染以及環(huán)境條件變化引起的炎癥疾病或流感傳染病給畜禽養(yǎng)殖業(yè)帶來了巨大的經(jīng)濟損失，同時隨著細菌和病毒基因組發(fā)生變異和抗藥性基因的水平垂直轉(zhuǎn)移，人類的生命健康也受到了前所未有的威脅。長期使用抗生素不僅會破壞動物機體原有免疫功能，而且會導(dǎo)致動物自身免疫能力下降，為動物疾病的爆發(fā)埋下伏筆。隨著“無抗”理念的深入，開發(fā)新型綠色添加劑成了畜牧養(yǎng)殖業(yè)的熱點之一。肉桂精油作為一種新型的綠色飼料添加劑其在畜禽養(yǎng)殖中的應(yīng)用廣泛，具有無毒、無副作用、綠色安全等特點，應(yīng)用于畜禽養(yǎng)殖中可以改善動物的健康狀況、增強動物機體的抗炎、抗氧化能力，降低疫病的發(fā)生風險[58]。表2匯總了添加不同材料的肉桂精油或肉桂醛對畜禽健康狀況的影響及作用機制。

表2 肉桂精油在畜禽健康中的應(yīng)用Table 2 Application of cinnamon essential oil in livestock and poultry health

續(xù)表2序號No.材料名稱Material name添加劑量Additive dose/(mg/kg)試驗動物Experimental animal結(jié)果Result作用效果Effect文獻Literature7Sigma公司商用肉桂油5021日齡斷奶仔豬肝臟前列腺素E2(PGE2)含量降低,GSH-Px活性提高,MDA含量顯著降低;Bax、細胞外信號調(diào)節(jié)激酶(ERK)基因表達上調(diào),蛋白激酶B(Akt)、干擾素-α(IFN-α)基因表達下調(diào)提高肝臟抗氧化能力,通過信號通路調(diào)控炎癥、凋亡相關(guān)基因[62]8肉桂醛80健康育肥豬降低血清中TG、CHOL含量,提高白細胞介素-2(IL-2)含量;降低血清中MDA含量,提高GSH-Px活性提高抗氧化能力,降低糖酵解能力,促進抗體和干擾素形成[63]9肉桂醛3004月齡杜泊×小尾寒羊雜交公羔促進瘤胃中微生物蛋白(MCP)合成,提高氮和能量的利用率改善瘤胃微生物的生長,抑制其脫氨基作用[64]10肉桂醛45荷斯坦奶牛公犢牛提高血清中TP的含量,提高瘤胃中總揮發(fā)性脂肪酸(VFA)含量提高營養(yǎng)物質(zhì)的利用,改善瘤胃細菌的豐度[65]

由表2可知，肉桂精油及肉桂醛作為飼料添加劑能提高畜禽免疫功能和改善健康情況，肉桂精油(肉桂醛)的添加劑量在45～300 mg/kg。對于單胃動物(肉雞、蛋雞、育肥豬和仔豬)而言，肉桂精油主要通過以下方式提高健康狀況：1)提高肝臟和血清中抗氧化物酶(CAT、SOD、GSH-Px)的活性，降低血清MDA含量，進而提高機體抗氧化能力[51-52,55-56]；2)降低血清中AST、ALT活性與膽固醇(CHOL)和TG含量來維護肝臟、脾臟、心臟等臟器的結(jié)構(gòu)和功能，減少心血管疾病的發(fā)生[51-52,59]；3)提高血清中免疫球蛋白(IgG、IgM、IgA)含量，增強機體免疫應(yīng)答能力[52-53,56]；4)作用于信號通路降低炎癥介質(zhì)(PEG2)產(chǎn)生來抑制炎性疾病的發(fā)生或提高體內(nèi)IL-2含量促進抗體和干擾素的形成增強免疫力，上調(diào)白細胞介素-8(IL-8)mRNA的表達水平，促使機體保持對抗炎癥狀態(tài)[52-53,63]；5)降低細菌毒力，抑制有害細菌繁殖，降低動物疫病發(fā)生風險。體外研究表明，添加100 mg/kg的肉桂精油能顯著降低肉雞呼吸道細菌的毒力[61]。豬的細菌性呼吸道疾病如肺炎、胸膜炎和胸膜肺炎是養(yǎng)豬業(yè)中主要的健康問題。肉桂精油對豬鏈球菌、胸膜肺炎放線桿菌、豬放線桿菌和多殺性巴氏桿菌等病原菌的MIC為0.010%～0.156%，肉桂醛通過作用于細菌磷脂雙分子層，抑制病原菌細胞膜的形成，從而減輕其對肺部的侵害，減少養(yǎng)豬業(yè)的疾病爆發(fā)。此外，肉桂精油還通過降低腸道大腸桿菌等有害菌的豐度來改善畜禽腸道內(nèi)部結(jié)構(gòu)，進一步調(diào)節(jié)機體的生長性能和健康狀況[51]。以上研究結(jié)果表明，肉桂精油主要通過提高單胃動物的抗菌、抗氧化、抗炎性能以及保護肝臟等器官的結(jié)構(gòu)功能，從而改善畜禽的健康狀況[66]。植物精油在反芻動物養(yǎng)殖中的應(yīng)用早已闡明，其中牛至油作為新型添加劑主要通過調(diào)節(jié)瘤胃發(fā)酵方式改善健康狀況和提高抗氧化和免疫能力已得到了廣泛的試驗證實[67-69]。肉桂精油在反芻動物(奶牛、羔羊)中的應(yīng)用主要集中在調(diào)節(jié)瘤胃微生物的生長，進一步改變能量的利用率，同時增強機體的免疫能力。反芻動物在攝入飼糧后，其中營養(yǎng)物質(zhì)(蛋白質(zhì)、碳水化合物和脂肪酸)被瘤胃微生物分解利用成初級發(fā)酵產(chǎn)物(甲酸、乙酸、甲醇等)，產(chǎn)甲烷菌將初級發(fā)酵產(chǎn)物轉(zhuǎn)化為甲烷，獲得能量。肉桂醛通過抑制瘤胃中產(chǎn)甲烷菌的生長和原蟲的脫氨基作用，從而降低甲烷的生成，提高總揮發(fā)性脂肪酸(VFA)和瘤胃微生物蛋白的含量，進而提高小腸中營養(yǎng)物質(zhì)的攝取和利用[64]。研究表明，在飼糧中添加肉桂醛能降低犢?；寄毑垦装Y的風險，提高犢牛的免疫能力[70]。Braga等[71]進一步研究發(fā)現(xiàn)，肉桂精油對金黃色葡萄球菌和化膿性鏈球菌的抑菌活性顯著高于頭孢噻呋鈉和其他植物精油(丁香、桉樹、百里香精油)?；撔枣溓蚓且鹉膛Ｗ訉m內(nèi)膜炎的最重要病原體之一，而頭孢菌素類藥物是治療奶牛子宮內(nèi)膜炎最常用的藥物，這表明肉桂精油能通過良好的抑菌作用來降低奶?；甲訉m內(nèi)膜炎的風險，改善奶牛的健康狀況。

4 小 結(jié)

肉桂精油的化學(xué)成分復(fù)雜多樣，肉桂的產(chǎn)地、品種和部位等不同，其主要成分存在有差異，但不同類型肉桂精油中主要成分均為反式肉桂醛，其具有良好的生理活性。肉桂精油中的醛類、酚類活性物質(zhì)對細菌具有顯著的抑制作用，主要通過改變細胞膜通透性、破壞質(zhì)子推動力、干擾細菌分裂和抑制QS系統(tǒng)來調(diào)控細菌的繁殖。肉桂精油通過氧化還原反應(yīng)直接中和ROS、直接或間接通過Nrf2-ARE信號通路促進抗氧化酶體系(SOD、CAT、GSH-Px)的表達清除ROS來降低MDA含量；此外，肉桂精油還通過激活細胞凋亡途徑來緩解氧化應(yīng)激的損傷。除清除體內(nèi)自由基緩解氧化應(yīng)激之外，肉桂精油還通過作用于信號通路抑制促炎細胞因子和炎性介質(zhì)的表達來發(fā)揮抗炎活性；并且，肉桂精油還可通過調(diào)節(jié)血清生化和免疫指標來改善動物健康狀況。

在畜禽養(yǎng)殖方面，肉桂精油主要通過提高畜禽的能量利用、抗菌、抗氧化、抗炎性能以及保護肝臟等器官的結(jié)構(gòu)功能，改善健康狀況，促進畜禽健康成長。對于不同的畜禽種類，飼糧中肉桂精油或肉桂醛的添加劑量有如下建議：對于1日齡肉雞，建議肉桂精油添加劑量在50～100 mg/kg[53,60]，而成年蛋雞則以300 mg/kg的添加劑量最適[59]；在斷奶仔豬飼糧中肉桂精油最佳添加劑量為50 mg/kg[62]，相較于成年健康育肥豬的80～300 mg/kg低[51,63]，這可能由于成年育肥豬作為哺乳動物具有更復(fù)雜的免疫系統(tǒng)，需要針對育肥豬不同的生長情況采取最合適的添加劑量；肉桂精油在反芻動物中的應(yīng)用研究相對較少，在羔羊飼糧中的最佳添加劑量為300 mg/kg[64]，犢牛的參考最適添加劑量為45 mg/kg[65]，這些數(shù)據(jù)還需要進行更多的試驗加以證實。2020年10月16日，歐盟官方委員會批準肉桂醇、α-甲基肉桂醛等15種物質(zhì)作為除海洋動物外所有動物的飼料添加劑[72]，這表明肉桂精油作為抗生素的綠色替代品對動物機體免疫能力和健康狀況具有積極影響已獲得歐盟的認可。進一步研究肉桂精油在緩解動物炎癥、提高免疫能力以及在動物體內(nèi)的代謝途徑和安全性，將推動植物精油飼料添加劑代替抗生素的應(yīng)用進程，為畜禽健康養(yǎng)殖奠定堅實的理論基礎(chǔ)。