方 洲，竇文麗，孫奕爍，寶 華，馬燕芬，

（1.寧夏大學農學院/寧夏回族自治區(qū)反芻動物分子細胞育種重點實驗室，寧夏 銀川 750021；2.內蒙古自治區(qū)農牧業(yè)科學院動物營養(yǎng)與飼料研究所，內蒙古 呼和浩特 010031）

番茄紅素是β-胡蘿卜素的非環(huán)異構體，是植物所含的一種天然色素， 主要存在于茄科植物番茄的成熟果實中，使番茄及其制品呈紅色。番茄紅素在所有類胡蘿卜素中抗氧化活性最強。 番茄紅素在控制退化性疾病方面非常有效， 可以預防心血管疾病、前列腺癌、消化道癌、皮膚癌，降低罹患胰腺癌、 子宮癌的風險， 并阻止有害膽固醇的形成。Blum 等［1］研究發(fā)現(xiàn)，番茄紅素可通過降低脂質合成和下調清道夫受體活性和表達， 減少氧化修飾低密度脂蛋白誘導的泡沫細胞的形成。 番茄紅素具有較強的抗氧化以及抗炎能力，例如，飼糧中添加番茄紅素能通過蛋白激酶B/信號途徑顯著提高鵪鶉肝臟中NFE2L2 和HMOX-1 基因的表達水平［2］。 筆者綜述了番茄紅素的抗氧化、抗炎、抗癌、降血糖和抗心血管疾病作用機制，以及對動物生產、健康和產品品質的影響，以期為番茄紅素在動物生產中的應用提供參考。

1 番茄紅素的作用機制

1.1 抗氧化作用

番茄紅素是一種抗氧化劑， 可以通過抑制過氧化氫、二氧化氮和羥基自由基等的生成，從而發(fā)揮抗氧化作用，進而保護DNA、蛋白質和脂質免受氧化損傷。 關于番茄紅素發(fā)揮抗氧化作用的機制研究發(fā)現(xiàn)， 在氟誘導的小鼠細胞氧化應激反應中， 番茄紅素聯(lián)合VE 可通過降低絲裂原活化蛋白激酶（mitogen-activated protein kinase，MAPK）通路中的應激活化蛋白激酶 （c-Jun N-terminal kinase，JNK） 和細胞外調節(jié)蛋白激酶（extracellular regulated protein kinases，ERK） 的磷酸化水平，下調半胱氨酸蛋白酶-3（caspase-3）基因（Casp-3）、半胱氨酸蛋白酶-9（caspase-9）基因（Casp-9）和Bax 基因等促凋亡基因的表達水平， 降低氟中毒引起的細胞聚集性和毒性， 提高抗氧化酶谷胱甘肽過氧化物酶（glutathione peroxidase，GPX）、超氧化物歧化酶（superoxide dismutase，SOD）和凋亡抑制基因-B 淋巴細胞瘤-2 （B-cell lymphoma-2，Bcl-2）基因（Bcl-2）的表達水平，進而減輕氟中毒誘導的氧化應激［3］。 在克百威引起的小鼠細胞氧化應激和生化應激反應中， 添加番茄紅素18 mg/（kg·BW）可顯著提高細胞白蛋白、蛋白質和脂質含量，提高血清乙酰膽堿酯酶、過氧化氫酶（catalase，CAT）、SOD 和谷胱甘肽（glutathione，GSH）活性，顯著降低克百威引起的氧化應激和生化應激［4］。在脂多糖（lipopolysaccharide，LPS）誘導的氧化應激反應中， 番茄紅素可通過提高SOD 和GPX 活性，下調血漿炎性因子水平和炎癥介質表達，改善LPS 誘導的氧化應激［5］。 每天采食50 mg/（kg·BW）的番茄紅素可改善認知缺陷CD-1 雄性小鼠的D-半乳糖活性和小鼠海馬區(qū)的組織病理學損傷，恢復腦源性神經營養(yǎng)因子 （brain-derived neurotrophic factor，BDNF）的數(shù)量，顯著提高D-半乳糖處理小鼠血清中核因子E2 相關因子2（nuclear factor-E2-related factor 2，Nrf2）通路下游的抗氧化酶血紅素氧化酶-1 （heme oxygenase-1，HO-1）和磷酸酰胺腺嘌呤二核苷酸醌氧化還原酶-1（NADPH quinineoxidoreductase -1，NQO -1） 的mRNA 表達， 顯著降低腫瘤壞死因子-α（tumor necrosis factor-α，TNF-α） 和白細胞介素-1β（interleukin-1β，IL-1β）的mRNA 表達。 番茄紅素還可通過激活Nrf2 或通過易位失活核因子κB（nuclear factor-κB，NF-κB）減少神經元的氧化損傷［6］。此外， 番茄紅素還能緩解β-淀粉樣蛋白（amyloid β-protein，Aβ）誘導的氧化應激，抑制線粒體介導的細胞凋亡，機制是番茄紅素抑制細胞色素C（cytochrome C，Cyt C）的釋放和caspase-3 的活化，促進線粒體膜通透性轉換孔的打開， 有效恢復神經元中的ATP 數(shù)量，增強線粒體活性，防止DNA 損傷并提高線粒體轉錄因子A （mitochondrial transcription factor A，MTFA）的水平［7］。

在氧化應激誘導的急性胰腺炎（acute pancreatitis，AP）中，添加番茄紅素（50 mg/kg）可顯著降低Wistar 大鼠血清髓過氧化物酶（peroxidase，POD）、α-淀粉酶、脂肪酶活性以及TNF-α 和一氧化氮（nitric oxide，NO）水平，下調誘導型一氧化氮合 酶（nitric oxide synthase，iNOS）基 因（iNOS）表達，增強胰腺GSH 活性，顯著改善AP［3］。番茄紅素可顯著降低結腸炎大鼠血清中丙二醛（malondialdehyde，MDA）、總唾液酸、DNA 片段濃度，提高抗氧化酶活性，預防結腸炎的發(fā)生［8］。 番茄紅素對腎臟也具有抗氧化作用。 番茄紅素和迷迭香酸共同作用， 可顯著降低慶大霉素誘導的腎毒性大鼠血尿素氮、血清肌酐、MDA、自噬標記蛋白、促凋亡蛋白Bax 和iNOS 水平，顯著提高SOD、GSH、GPX活性和抗凋亡蛋白Bcl-2 的表達水平， 緩解腎臟氧化應激［9］。 另一項研究表明，番茄紅素作為抗氧化劑可通過抑制肝細胞核因子-1α（hepatocyte nuclear factor-1α，HNF-1α），降低低密度脂蛋白（low density lipoprotein，LDL）受體的親和力和固醇調節(jié)元件結合蛋白-2 （sterol regulatory element binding protein-2，SREBP-2）的表達量，下調前蛋白轉化酶枯草桿菌蛋白酶（proprotein convertase subtilisin/kexin type，PCSK） 的表達率， 降低載脂蛋白CⅡ（apolipoprotein CⅡ，APO CⅡ） 與脂蛋白脂肪酶（lipoprotein lipase，LPL）結合能力，調節(jié)總谷胱甘肽（total glutathione，tGSH）和CAT 濃度，抑制蛋白質羰基化，進而抑制氧化應激誘導的肝毒性。番茄紅素還可通過顯著降低MDA 水平、GPX 活性以及Thr231/Ser235、Ser262 和Ser396 磷酸化水平，進而顯著改善P301L 轉基因小鼠的認知缺陷［4］。

1.2 抗炎及抗癌作用

炎癥是機體某一部位對組織損傷的局部反應，其特征是出現(xiàn)腫脹、發(fā)熱和疼痛等。 增加抗炎成分的攝入量可預防非傳染性疾病的發(fā)生。 番茄紅素已被證明具有抗炎功效。在急性炎癥期間，免疫細胞通過多種途徑清除病原體； 在持續(xù)或反復的炎癥反應中， 免疫細胞通過分泌細胞因子以損害巨噬細胞的功能而發(fā)揮抗炎作用。 許多非傳染性疾病，包括心臟病、神經性疾病和Ⅱ型糖尿病等的發(fā)生和發(fā)展進程與炎癥有關或受炎癥影響。 當機體處于平衡狀態(tài)時， 炎癥的功能是消除引起細胞損傷的原發(fā)因素， 處理損傷和炎癥引起的壞死細胞和受損組織，并啟動組織修復功能。急性炎癥是所有高等脊椎動物的關鍵生存機制之一， 如果急性炎癥得不到解決，可能導致慢性炎癥，而慢性炎癥不是機體自我修復過程的一部分， 并可能引發(fā)一個破壞性的過程， 受損組織會將促炎細胞因子和其他生物炎癥介質釋放到機體循環(huán)中， 將基于組織的低度炎癥轉化為全身炎癥。此外，自身免疫性疾病和長期暴露于刺激物也可能導致全身炎癥。 盡管炎癥反應過程取決于初始刺激的確切性質及其在體內的位置，例如，細菌病原體觸發(fā)Toll樣受體（toll-like receptors，TLR）和病毒感染觸發(fā)Ⅰ型干擾素，它們都有一個共同的促炎機制，細胞表面模式受體 （pattern recognition receptor，PRR）識別有害刺激， 激活炎癥信號通路， 釋放炎癥標志物，招募炎癥細胞。 炎癥激活細胞內信號通路，隨后激活炎癥介質的產生。 炎癥刺激物主要包括微生物產物和細胞因子， 如IL-1β、 白細胞介素-6（interleukin-6，IL-6）和TNF-α，通過與TLR、IL-1β 受體（interleukin-6 receptor，IL-1R）、IL-6 受體（interleukin-6 receptor，IL-6R）和TNF 受體的相互作用介導炎癥。 這種受體激活觸發(fā)重要的細胞內信號通路， 包括MAPK、NF-κB、Nrf2、Janus 激酶（janus kinase，JAK）、 信號轉導子和轉錄激活子（signal transducer and activator of transcription，STAT）通路。 番茄紅素已被證明可抑制炎癥信號通路NF-κB 和應激蛋白-1（stress protein-1，SP1）的結合能力， 并降低SK-Hep-1 細胞中胰島素樣生長因子-1 受體 （insulin-like growth factor-1 receptor，IGF-1R） 的表達和細胞內活性氧（reactive oxygen species，ROS）濃度。番茄紅素能抑制高脂飲食誘導的小鼠肥胖、炎癥反應和相關代謝紊亂，其機制是番茄紅素通過降低作為NF-κB 途徑調節(jié)劑的p65 和IκB 的磷酸化，使NF-κB 信號通路失活，這種作用可視為番茄紅素的抗炎作用［10］。

在結直腸癌細胞中也可以觀察到番茄紅素通過失活NF-κB 信號通路發(fā)揮抗炎功效。 番茄紅素通過抑制NF-κB 和JNK 的激活， 抑制促炎因子TNF-α、IL-1β、IL-6 和環(huán)氧化酶（cyclooxygenase，COX）和iNOS 的表達［11］。 食用番茄或番茄紅素與大腸癌和直腸癌的發(fā)病率呈劑量依賴性負相關，其機制主要是番茄紅素通過抑制結腸癌細胞的增殖而發(fā)揮抗腸癌作用。有研究用12 μmol/L 番茄紅素處理結直腸癌細胞后， 發(fā)現(xiàn)晚期凋亡或壞死的結直腸癌細胞比例高于早期凋亡的結直腸癌細胞， 同時發(fā)現(xiàn)番茄紅素顯著降低了IL-1β、TNF-a等多種促炎介質的表達和促炎酶COX-2 的活性［12］。研究發(fā)現(xiàn)，番茄紅素在結腸癌發(fā)生過程中具有良好的抗炎作用［13］，如采食300 μg/d 的番茄紅素可減弱誘導性結腸炎大鼠體內的炎癥反應和炎癥標志物活性， 其機制主要是番茄紅素的攝入降低了MAPK 信號通路下游基因的表達， 從而降低了結直腸癌的發(fā)病風險［14］。 目前關于番茄紅素對不同疾病，如前列腺癌和膀胱癌、心血管風險和代謝綜合征等的影響有大量系統(tǒng)性的綜述， 這些對番茄紅素抗炎能力的綜述有部分不足， 番茄紅素來源的品種間差異和番茄紅素的不同含量是否對抗炎能力存在影響未作明確說明。 對于體內研究而言，不僅有必要關注番茄紅素的攝入量，還需要實際測量血漿或血清中循環(huán)的番茄紅素濃度，以了解番茄紅素對機體健康的影響。 關于番茄紅素在免疫系統(tǒng)調節(jié)中的作用還需試驗研究。

1.3 降血糖作用

2 型糖尿?。╠iabetes mellitus type 2，T2DM）的發(fā)病率隨著生活水平的提高和飲食習慣的改變逐漸升高。目前，蔬菜和功能性食品的某些特定成分已被證明對T2DM 具有良好的治療效果，因此，飲食干預可能是預防和治療T2DM 的重要策略。 在糖尿病患者中， 高脂飲食和鏈脲佐菌素導致胰島素功能障礙和分泌能力下降，致使糖脂代謝受損，脂質代謝紊亂和體內胰腺損傷導致脂質過氧化和自由基產生，增加晚期糖基化終產物的形成，從而損害各種器官［15-16］。 上述過程均有氧化低密度脂蛋白 （oxidized low density lipoprotein，Ox-LDL）參與，說明Ox-LDL 可加速T2DM 的發(fā)生。 番茄紅素在糖尿病中的有益作用與其較強的抗氧化能力有關， 番茄紅素通過降低Ox-LDL 誘導的氧化應激減輕內皮功能障礙。同時，番茄紅素的攝入還能降低T2DM 患者體內葡萄糖水平、提高胰島素水平，并且改善胰島素功能障礙， 降低T2DM 對機體的有害影響，改善肝臟脂肪變性［15-18］。 綜上所述，血漿番茄紅素水平與T2DM 的發(fā)病率呈負相關，番茄紅素被認為具有潛在的抗糖尿病作用。

1.4 抗心血管疾病作用

心血管疾?。╟ardiovascular and cerebrovascular diseases，CVD）按照病因可分為先天性CVD 和后天性CVD。 先天性CVD 包括心室中隔缺損、主動脈狹窄等，可能與遺傳相關；后天性CVD 包括慢性瓣膜疾病、擴張性心肌病等。CVD 是動物生長性能和生產性能下降、 淘汰率上升的主要原因之一。 流行病學研究發(fā)現(xiàn)，與西歐和美國相比，地中海國家的CVD 死亡率較低，可能與地中海地區(qū)的飲食文化有關， 該地區(qū)居民飲食中包含大量水果和蔬菜。地中海地區(qū)的飲食中多有番茄的出現(xiàn)，這促使許多研究人員開始找尋番茄紅素與CVD 的聯(lián)系。流行病學研究提供了重要的證據(jù)，支持番茄紅素在預防CVD 中的直接且有效的作用。

最近研究表明，番茄紅素攝入量與心肌梗死、心絞痛和冠狀動脈功能不全的發(fā)生率之間存在負相關［19-20］。 許多研究人員報告高血壓、心肌梗死、中風和動脈粥樣硬化患者血漿中番茄紅素水平較低。 關于服用番茄紅素如何影響心血管疾病的研究中， 多個重復性試驗強調了攝入番茄紅素可使冠狀動脈內皮型iNOS 活性和NO 水平正?；懝檀忌锖铣杉琢u戊酸途徑抑制，內皮功能改善。而在不同的CVD 動物模型中，攝入番茄紅素可減輕炎癥損傷，改善脂蛋白譜及其轉換的能力［21-23］。番茄紅素治療后可使膽固醇含量降低， 頸動脈內膜中層厚度和血漿氧化損傷性標志物減少， 高密度脂蛋白（high density lipoprotein，HDL）上調，同時餐后氧化應激也得到明顯緩解。 以上研究均提示了番茄紅素在心血管疾病中的干預作用。然而，在現(xiàn)代醫(yī)學中，番茄紅素對CVD 是否有影響仍然是一個有爭議的話題， 需要進一步精心設計臨床研究。

2 番茄紅素在動物生產中的應用

2.1 番茄紅素對動物健康的影響

動物體內的自由基處于不斷產生與清除的動態(tài)平衡之中。在當前集約化的畜牧生產中，自由基在畜禽養(yǎng)殖應激、快速生長、高繁殖率和密集代謝條件下大量形成， 導致動物體內過量的自由基無法被清除，使動物產生氧化應激，造成機體產生慢性損傷，降低動物對疾病的抵抗能力。番茄紅素能使單線態(tài)分子氧失活的發(fā)現(xiàn)具有極為重要的意義， 使番茄紅素在健康和疾病中的作用日益受到關注， 同時為抗氧化劑在日糧中的添加應用有積極作用。胡敏予［24］研究發(fā)現(xiàn)，番茄紅素能阻止膽固醇的生物合成， 增加高密度脂蛋白膽固醇（high density lipoprotein cholesterol，HDL-C）水平，同時對修飾LDL 誘導泡沫細胞的形成有積極作用。 該研究說明機體攝入一定的抗氧化劑可降低活潑自由基濃度， 通過降低自由基連鎖反應中擴展階段的效率控制自由基的生成， 或者通過抑制自由基引發(fā)劑的產生而起作用。因此，抗氧化劑對維持機體正常生命活動、保持機體健康起著重要作用。當前通過在飼料中添加抗氧化劑改善動物健康已成為一種重要的營養(yǎng)調控方式。

在豬上的研究顯示，β-胡蘿卜素可顯著提高趨化因子（C-C 基序）配體25［chemokine（C-C motif）ligand 25，CCL25］基因（CCL25）相對表達量，促進仔豬上皮細胞分泌抗體， 降低促炎細胞因子表達，提高仔豬機體免疫力和抗氧化、抗炎能力［25］。β-胡蘿卜素可以增加妊娠后期母豬糞便中β-胡蘿卜素含量， 同時提高血清免疫球蛋白A（immunoglobulin A，IGA） 濃度和初乳IgM、IgA 和IgG等免疫球蛋白濃度，增強母豬免疫功能［26］，改善出生仔豬窩重和個體重［27］。 β-胡蘿卜素可顯著降低斷奶仔豬腸道MDA 水平， 增強GSH-Px 和SOD活性，呈劑量依賴性抑制JNK 和p38MRK 的磷酸化水平，說明β-胡蘿卜素能夠緩解斷奶仔豬腸道細胞內質網應激反應及凋亡，發(fā)揮抗炎作用，降低斷奶應激損傷［28］。

綜合多個研究發(fā)現(xiàn)， 番茄紅素可以提高禽類的采食量、飼料轉化效率以及胴體重，可增加禽類血清中的VC、VE 和VA 的含量，降低血清、內臟中的半胱氨酸和MDA 含量，同時提高HDL 含量。Sahin 等［29］研究證明，采食不同劑量的番茄紅素補充劑（50、100、200 mg/kg 日糧）可提高熱應激（34 ℃） 條件下日本鵝的活體重和飼料轉化率，并提高機體內的抗氧化酶活性［28-35］。 番茄紅素還可能在禽類的抗氧化防御系統(tǒng)中發(fā)揮重要作用。Sevcikova 等［35］研究表明，補充番茄紅素可緩解高溫脅迫下日本鵪鶉的氧化應激并提高抗氧化能力。蛋雞在采食含番茄紅素的日糧后，番茄紅素不僅對蛋雞的免疫系統(tǒng)發(fā)揮積極作用， 還會存儲在蛋黃中對人體發(fā)揮有益作用［36］。此外，番茄紅素還可改善雞的脂質代謝和脂質分布［37］。 飼糧中添加番茄紅素能通過蛋白激酶B （protein kinase B，PKB） 信號途徑顯著提高鵪鶉肝臟中NFE2L2 和HMOX-1 基因的表達，提高抗氧化能力，減少疾病發(fā)生［38］。 β-胡蘿卜素還可顯著提高21 日齡和42日齡海蘭褐雛雞血清中IgA 含量［30］。

在反芻動物上的研究也發(fā)現(xiàn)， 番茄紅素可改善高精料飼養(yǎng)肉羊的生產性能， 提高羊肉中多不飽和脂肪酸的含量及背最長肌的抗氧化特性。 飼糧中添加番茄紅素還可以提升肉羊的生長發(fā)育、生產性能，改善羊肉風味及肉品質，機制可能是通過調節(jié)肉羊的內分泌而緩解了飼養(yǎng)過程中產生的氧化應激，改善了甲狀腺功能，從而提高了動物的食欲［29］。 在綿羊飼料中加入含13 g/kg 番茄紅素的番茄渣， 可通過誘導參與氧化防御的基因轉錄活性平衡綿羊體內的氧化應激［39］。

綜上所述， 在動物飼料中添加番茄紅素可提高畜禽免疫機能、增強抵抗力、預防疾病、增加病畜抗應激的能力，降低畜禽淘汰率，有效減少疾病帶來的經濟損失。

2.2 番茄紅素對動物產品品質的影響

肉用畜禽生產能力提高的同時， 可能會伴隨肉品質的降低。 氧化應激會顯著改變肉的適口性和營養(yǎng)特性，影響肌肉組織發(fā)育，降低肌肉系水力和剪切力，增加滴水損失和pH 值，提高乳酸、磷、膽固醇含量，降低肌內脂肪、游離脂肪酸、肌肉蛋白和脂肪含量， 使脂質和膽固醇易發(fā)生氧化并產生異味。 在畜禽飼料中添加番茄紅素不僅可以增強動物抗應激能力， 還可以有效提高肌肉的抗氧化能力，從而改善動物的肉品質。

Agarwal 等［40］比較了母雞日糧和子代雛雞日糧中添加番茄紅素對雛雞孵化后前4 周機體狀況的影響， 發(fā)現(xiàn)采食番茄紅素的母雞所產雛雞肝臟中類胡蘿卜素的濃度是對照組母雞所產雛雞的29 倍，并一直保持到孵化后第7 天，且發(fā)現(xiàn)番茄紅素是所有類胡蘿卜素中抗氧化活性最高的一種［40-41］。 采食富含番茄紅素的飼料可顯著改善日本鵪鶉肉［33］和蛋［34-35］的特性和質量。 β-胡蘿卜素可以提高蛋雞的產蛋率和平均蛋重， 改善蛋黃色澤［42］，并顯著提升海蘭褐雛雞早期的日增重和脛長，并改善胸腺、脾臟、法氏囊指數(shù)［43］。 研究發(fā)現(xiàn)，利用β-胡蘿卜素作為抗氧化劑能夠提高卵母細胞質量甚至改善卵巢功能，推測β-胡蘿卜素可提高動物繁殖性能［4］。

在反芻動物上的研究發(fā)現(xiàn)，β-胡蘿卜素可提高奶牛產奶量和泌乳效率，并提高乳中總固形物、乳蛋白和乳糖含量［44］。 β-胡蘿卜素可以提高肉牛屠宰率和凈肉率［45］，改善肉樣顏色飽和度，還能通過抑制脂肪合成和促進脂肪水解從而抑制肉牛背部脂肪沉積［46］。將番茄紅素添加到羊肉中，發(fā)現(xiàn)含有番茄紅素產品的羊肉顯示出更高的儲存穩(wěn)定性、良好的味道、更理想的顏色和更多促進人體健康的作用［47］。 Bloukas 等［41］將天然來源的番茄紅素添加到多種肉類中， 發(fā)現(xiàn)番茄紅素能有效抑制肌肉脂肪氧化，提高肌肉系水力，減少肌肉滴水損失，穩(wěn)定肉色，可使肉產品的風味及肉色明顯改善。

綜上分析， 在動物飼糧中添加番茄紅素可以顯著改善畜禽肉品質及風味， 提高畜產品的抗氧化能力，同時提高畜產品的營養(yǎng)價值。

3 小結與展望

番茄紅素具有抗氧化、抗炎、抗癌和抗糖尿病的潛力，同時可預防多種心臟、肝臟、骨骼、皮膚以及神經和生殖系統(tǒng)疾病。 隨著研究水平和技術的提高， 番茄紅素在動物生產中的研究和應用也逐漸增多。 番茄紅素不僅可提高動物生產性能和健康狀況，還可改善肉質、提高畜產品品質，但其作用機制并未完全闡明，未來還需要進一步研究，尤其是對基因表達和信號通路的研究。此外，這種功能性食品補充劑的有效劑量還需要進一步研究，在動物生產中的應用也需要進一步探索。