丁文麗,米俊憲,張朝棟,徐博文,黃淑成*

(1.河南農(nóng)業(yè)大學(xué)動物醫(yī)學(xué)院,鄭州 450046;2.河南牧業(yè)經(jīng)濟(jì)學(xué)院動物醫(yī)藥學(xué)院, 鄭州 450046)

骨代謝是機(jī)體重要的生理調(diào)節(jié)過程,其平衡狀態(tài)的維持對于保證畜禽機(jī)體鈣、磷等營養(yǎng)物質(zhì)的代謝平衡及骨密度、骨骼強(qiáng)度等十分關(guān)鍵。一旦骨骼代謝平衡失調(diào),則會引起家畜的骨骼松動、骨質(zhì)軟化、骨關(guān)節(jié)炎等多種骨骼病變。近年來,腸道菌群對骨骼新陳代謝的調(diào)節(jié)作用逐漸成為研究熱點(diǎn)。腸道菌群可以作為能量轉(zhuǎn)化器,將腸道內(nèi)的食物分解消化為機(jī)體各個器官可利用的營養(yǎng)物質(zhì)。宿主則為腸道菌群供給生長環(huán)境以及其生長發(fā)育所需的養(yǎng)分和能量。腸道菌群的復(fù)雜多樣與動物機(jī)體的健康狀況密切相關(guān)。大量的研究指出,腸道菌群可以通過調(diào)節(jié)營養(yǎng)物質(zhì)的吸收、機(jī)體的免疫系統(tǒng)以及內(nèi)分泌系統(tǒng)調(diào)節(jié)畜禽的骨骼代謝[1]。另外,中草藥對維護(hù)畜禽骨骼健康也有較強(qiáng)的調(diào)節(jié)作用。中草藥主要是通過調(diào)控骨代謝相關(guān)信號通路及骨骼相關(guān)細(xì)胞的增殖分化等途徑來治療骨代謝紊亂導(dǎo)致的骨骼疾病,進(jìn)而維護(hù)畜禽骨骼健康[2]。目前越來越多的研究表明,中草藥對骨代謝的調(diào)控作用可能與腸道菌群有關(guān),但其具體機(jī)制仍在進(jìn)一步探討[3]。中草藥、腸道菌群以及骨代謝三者之間存在緊密的聯(lián)系,利用中草藥調(diào)節(jié)腸道菌群進(jìn)而維持骨骼健康具有很大的應(yīng)用前景。因此,本文在闡明腸道菌群與骨代謝關(guān)系以及中草藥與骨代謝的關(guān)系基礎(chǔ)上,深入挖掘中草藥通過腸道菌群調(diào)控骨代謝相關(guān)內(nèi)容,以期為未來動物骨骼的健康管理以及疾病防治提供新思路。

1 骨代謝

骨骼的新陳代謝是成骨細(xì)胞和破骨細(xì)胞之間聯(lián)合調(diào)節(jié)的骨形成和骨吸收的綜合過程[1]。骨吸收是指復(fù)雜原因?qū)е碌墓趋荔w積和密度發(fā)生下降的生理過程,主要與破骨細(xì)胞有關(guān)[4]。在骨質(zhì)吸收的過程中,活躍的破骨細(xì)胞將會分泌酸性物質(zhì)和酶,降解骨膠原,對礦化的骨基質(zhì)進(jìn)行分解吸收,使得該區(qū)域的骨量發(fā)生下降,從而導(dǎo)致骨骼質(zhì)量發(fā)生改變[5-6]。骨形成是指成骨細(xì)胞不斷分化成熟形成新的骨質(zhì),分泌一些膠原纖維在骨細(xì)胞的周圍,出現(xiàn)膠原纖維鈣質(zhì)的堆積,最終成骨細(xì)胞轉(zhuǎn)化為骨細(xì)胞,合成骨骼組織的過程[7-8]。在正常的骨骼新陳代謝過程中,骨吸收和骨形成處于動態(tài)平衡狀態(tài)從而維持動物的骨骼健康[9]。

2 腸道菌群調(diào)節(jié)骨代謝的作用機(jī)制

腸道菌群是指存在動物腸道內(nèi)并與宿主相互作用、互利共贏的細(xì)菌群,腸道菌群是機(jī)體內(nèi)不可或缺的一部分,其平衡對于機(jī)體的健康至關(guān)重要[10]。目前,有關(guān)畜禽骨骼的研究已經(jīng)表明,腸道中的有益菌群可顯著提高動物的骨骼健康及經(jīng)濟(jì)效益,如枯草芽孢桿菌可改善蛋雞骨骼性狀、產(chǎn)蛋品質(zhì)和蛋殼質(zhì)量等[11-12]。因此,進(jìn)一步探索腸道菌群調(diào)節(jié)骨代謝的作用機(jī)制對于預(yù)防和治療畜禽的骨代謝疾病具有深遠(yuǎn)意義。動物腸道菌群可以通過調(diào)節(jié)營養(yǎng)物質(zhì)的吸收、免疫功能、內(nèi)分泌系統(tǒng)等途徑來影響骨骼健康(圖1)。

2.1 腸道菌群介導(dǎo)的營養(yǎng)物質(zhì)吸收對骨代謝的調(diào)控作用

在機(jī)體所需的營養(yǎng)物質(zhì)中,鈣、磷作為促進(jìn)動物骨骼生長的必需物質(zhì),對骨代謝具有重要作用。機(jī)體在益生菌影響下通過合成維生素、調(diào)節(jié)腸道pH、膽汁酸代謝等途徑促進(jìn)腸道上皮細(xì)胞對鈣磷的吸收,從而影響動物骨骼的生長發(fā)育[13]。陳璐璐和劉小偉[14]通過研究發(fā)現(xiàn),腸道菌群紊亂引起的腸道炎癥性疾病會導(dǎo)致畜禽腸道中鈣和維生素D的吸收受到抑制,從而影響正常的骨代謝。張安榮等[15]研究發(fā)現(xiàn),丁酸梭菌可以明顯提高肉雞對鈣、磷等營養(yǎng)物質(zhì)的吸收,很大程度減少了鈣、磷排泄量,對骨代謝具有明顯改善作用。綜上可知,腸道菌群可以通過促進(jìn)動物對營養(yǎng)物質(zhì)的吸收介導(dǎo)動物骨骼新陳代謝。

2.2 腸道菌群介導(dǎo)的免疫系統(tǒng)對骨代謝的調(diào)控作用

機(jī)體的免疫系統(tǒng)可以在腸道菌群的影響下調(diào)節(jié)骨代謝。研究腸道菌群如何通過機(jī)體免疫系統(tǒng)調(diào)控骨代謝,可以為今后動物骨骼疾病的防治提供新的研究方向。

腸道菌群可以通過影響腸道中多種免疫細(xì)胞如杯狀細(xì)胞、肥大細(xì)胞等的分化與成熟,從而參與整個骨代謝過程[16]。賈淑媛和李萍[17]發(fā)現(xiàn),類風(fēng)濕關(guān)節(jié)炎會導(dǎo)致機(jī)體B淋巴細(xì)胞數(shù)量增加,表明B淋巴細(xì)胞的過度增加與骨代謝疾病——類風(fēng)濕關(guān)節(jié)炎存在密切聯(lián)系,因此通過減少B淋巴細(xì)胞的數(shù)量可能改善骨代謝性疾病。免疫細(xì)胞中調(diào)節(jié)性T細(xì)胞(regulatory T cells,簡稱Tregs)是一種調(diào)節(jié)機(jī)體自身免疫反應(yīng)的T細(xì)胞亞群,其產(chǎn)生的細(xì)胞因子可通過影響破骨細(xì)胞的形成調(diào)控骨代謝過程。腸道菌群內(nèi)的分節(jié)絲狀菌可促進(jìn)Tregs細(xì)胞的產(chǎn)生,抑制破骨細(xì)胞的發(fā)育分化,從而抑制骨丟失,改善骨代謝[18]。除免疫細(xì)胞外,腸道菌群與免疫系統(tǒng)中多種免疫因子也有關(guān)聯(lián)。研究發(fā)現(xiàn)腸道內(nèi)的某些細(xì)菌或其產(chǎn)物可作為抗原,激活腸道免疫應(yīng)答反應(yīng),刺激活化的T細(xì)胞和B細(xì)胞產(chǎn)生促破骨細(xì)胞生成因子,包括核因子-κB受體活化因子配體(receptor activator of nuclear factor-κB ligand,RANKL)、白細(xì)胞介素(interleukin,IL)和腫瘤壞死因子(tumor necrosis factor,TNF-α),從而調(diào)控骨代謝過程(圖1)[19]。Amdekar等[20]發(fā)現(xiàn),腸道中過多的嗜酸乳桿菌能減少IL-6和TNF-α的表達(dá),同時增強(qiáng)抗炎細(xì)胞因子IL-10的表達(dá),進(jìn)而緩解關(guān)節(jié)炎。以上研究都表明腸道菌群通過調(diào)節(jié)免疫系統(tǒng)影響骨代謝過程。

2.3 腸道菌群代謝產(chǎn)物對骨代謝的調(diào)控作用

腸道菌群通過調(diào)節(jié)短鏈脂肪酸(short chain fatty acid,SCFA)和其他代謝物的產(chǎn)生,在骨穩(wěn)態(tài)中發(fā)揮重要作用。SCFA是腸道中難以消化的淀粉、纖維多糖等在結(jié)腸腔內(nèi)經(jīng)厭氧菌酵解產(chǎn)生的代謝產(chǎn)物,被認(rèn)為是腸道菌群與骨骼之間的關(guān)鍵紐帶,并且是腸-骨信號傳導(dǎo)軸中的關(guān)鍵介質(zhì),也是介導(dǎo)腸道菌群與機(jī)體相互作用的主要信號分子[21]。SCFA中的乙酸、丙酸、丁酸可以通過影響成骨細(xì)胞和破骨細(xì)胞的生成來調(diào)節(jié)骨代謝[22]。有研究表明,丁酸和丙酸在體內(nèi)和體外均能阻截破骨細(xì)胞的形成和骨質(zhì)吸收,而骨質(zhì)形成和成骨細(xì)胞則不受干擾,這有助于減少去卵巢小鼠的骨質(zhì)損失[23]。其他研究發(fā)現(xiàn),丁酸鹽可以刺激小鼠腸道和骨髓中產(chǎn)生調(diào)節(jié)性T細(xì)胞,進(jìn)而刺激骨髓CD8T細(xì)胞中成熟T細(xì)胞核轉(zhuǎn)錄因子復(fù)合體的生成[24]。此研究還表明丁酸鹽可以促進(jìn)骨合成代謝物Wnt10b的產(chǎn)生,Wnt10b可與基質(zhì)細(xì)胞相互作用,與成骨細(xì)胞共同促進(jìn)骨形成[25]。先前的研究也表明,SCFA能誘導(dǎo)肝和脂肪組織中胰島素樣生長因子-1(insulin-like growth factors-1,IGF-1)的形成,促進(jìn)破骨細(xì)胞分化進(jìn)而調(diào)節(jié)骨代謝過程[26]。綜上所述,SCFA可以通過調(diào)控破骨細(xì)胞與成骨細(xì)胞的生成來改善骨代謝過程(圖1)。

2.4 腸道菌群通過內(nèi)源性物質(zhì)對骨代謝的調(diào)節(jié)

2.4.1 胰島素樣生長因子-1 IGF-1是通過促進(jìn)破骨細(xì)胞分化從而作用于骨骼生長和發(fā)育過程的一種激素,IGF-1的產(chǎn)生受到腸道菌群的調(diào)節(jié)[27]。有研究發(fā)現(xiàn),將野生型小鼠的腸道菌群轉(zhuǎn)移到無菌小鼠的腸道中,可導(dǎo)致無菌小鼠的IGF-1含量明顯上升以及骨體積下降[28]。此外,發(fā)現(xiàn)無菌小鼠中骨形成與骨吸收的相關(guān)標(biāo)志物含量顯著提高[28]。另有研究證實(shí),盡管將無特定病原體小鼠的腸道菌群轉(zhuǎn)移到無菌小鼠腸道內(nèi)會使小鼠骨量顯著降低,但在菌群穩(wěn)定的小鼠腸道內(nèi)移植無特定病原體小鼠的腸道菌群,也會導(dǎo)致小鼠的骨形成和骨量顯著增加,同時血清IGF-1的表達(dá)明顯升高[29]。除上述外,IGF-1表達(dá)的減少同樣會引起多種骨骼發(fā)育異常,Yan和Charles[30]研究指出,IGF-1基因缺失的小鼠表現(xiàn)出生長速度下降和骨骼骨化延遲,同樣軟骨細(xì)胞中IGF-1受體的缺失也會導(dǎo)致骨骼的生長缺陷如生長板異常和骨骼礦化減少[31]。這都表明IGF-1在骨代謝中起著關(guān)鍵作用。

2.4.2 5-羥色胺 5-羥色胺(5-hydroxytryptamine,5-HT),是一種抑制性神經(jīng)遞質(zhì),可調(diào)控機(jī)體的多種生理功能[32]。5-HT可以通過多種途徑影響機(jī)體骨代謝,大腦合成的瘦素會阻止5-HT的產(chǎn)生并促進(jìn)交感神經(jīng)通路,與成骨細(xì)胞中的腎上腺素受體β2聯(lián)合,增強(qiáng)RANKL配體的生成,從而抑制骨吸收,最終影響骨代謝過程(圖1)[33]。5-HT產(chǎn)生的主要部位是胃腸道,腸道約90%的5-HT都是由腸道黏膜上的腸嗜鉻細(xì)胞產(chǎn)生[34]。色氨酸羥化酶(tryptophan hydroxylase,Tph)的催化是5-HT生成中的限速步驟,該酶的表達(dá)已成為5-HT合成的標(biāo)志。腸道菌群中的有益菌可合成丙酸酯、丁酸等物質(zhì),促進(jìn)Tph在腸道內(nèi)的表達(dá),提高機(jī)體5-HT水平,從而影響機(jī)體骨代謝[35]。綜上所述,腸道菌群可以通過調(diào)節(jié)5-羥色胺水平來改善骨代謝過程。

2.4.3 雌激素 雌激素是調(diào)節(jié)骨代謝的主要激素,主要通過阻止破骨細(xì)胞形成以及刺激成骨細(xì)胞的活性等相關(guān)途徑,改善骨代謝過程(圖1)[36]。雌激素可以通過推動骨形成和減少骨吸收來促進(jìn)新的骨骼組織形成。在骨骼新陳代謝過程中,雌激素通過阻止氧化應(yīng)激反應(yīng),促進(jìn)成骨細(xì)胞增殖等途徑延長成骨細(xì)胞發(fā)揮作用的時間。另外,雌激素與其受體結(jié)合后可通過降低破骨細(xì)胞活力,導(dǎo)致破骨細(xì)胞大面積死亡,從而抑制骨吸收過程[37]。β-葡萄糖醛酸苷酶(β-glucuronidase,β-G)與腸道菌群存在密切聯(lián)系,其可通過調(diào)控雌激素影響機(jī)體骨代謝。β-葡萄糖醛酸酶的活性受腸道菌群結(jié)構(gòu)影響,因而能夠通過提高腸道益生菌數(shù)量改善腸道微生物菌群組成,調(diào)節(jié)雌激素受體代謝水平,從而影響骨質(zhì)新陳代謝[38]。綜上所述,腸道菌群也可以通過調(diào)控雌激素水平改善骨代謝過程。

3 中草藥通過腸道菌群對骨代謝的影響

近年來,中草藥治療骨代謝疾病已經(jīng)成為研究熱點(diǎn)。從試驗(yàn)至臨床,一些中草藥在強(qiáng)筋壯骨、益氣補(bǔ)腎、增強(qiáng)體質(zhì)、升陽止瀉等方面顯示出特有的優(yōu)勢,這為后續(xù)骨代謝疾病的藥物治療開辟了新途徑。從單一中藥到復(fù)合中藥,低毒、有效的補(bǔ)腎壯骨中藥對骨代謝研究的廣度和深度被人們不斷延伸,這也表明植物中草藥在調(diào)節(jié)骨代謝方面有顯著而獨(dú)特的療效。同時有研究表明,中藥可以轉(zhuǎn)歸動物骨代謝失衡伴隨的腸道菌群紊亂,這些結(jié)果都表明腸道菌群可能參與中草藥治療骨代謝的過程(表1)。但是,目前關(guān)于中草藥通過調(diào)節(jié)腸道菌群的組成及功能從而影響機(jī)體骨骼健康的研究多集中于人及小鼠上,很少關(guān)注于畜禽。目前對畜禽的研究中更多關(guān)注的是中草藥提取物或活性成分對腸道菌群的影響以及中草藥提取物或活性成分對畜禽骨骼健康的保護(hù)作用。因此,未來的研究應(yīng)深入探索腸道菌群在中草藥防治骨骼疾病中的作用以及其潛在機(jī)制。

表1 中藥及有效成分調(diào)節(jié)腸道菌群和骨代謝

3.1 骨碎補(bǔ)

骨碎補(bǔ)作為臨床常用藥,具有補(bǔ)腎益氣、促進(jìn)骨骼生長等多種作用[39]。骨碎補(bǔ)黃酮類化合物在近年治療骨骼疾病領(lǐng)域中的作用尤為凸顯。鄭晶晶[40]研究發(fā)現(xiàn),骨碎補(bǔ)總黃酮(total flavonoids ofrhizomedrynaria,TFDR)不僅可以改善脛骨軟骨發(fā)育不良(tibial dyschondroplasia, TD)肉雞的臨床跛行、精神萎靡等癥狀,且顯著增加了脛骨生長板血管數(shù)量、脛骨長度、重量,提高了BMP-2的基因表達(dá),降低了RANKL的水平,這些均表明TFDR可以治療肉雞骨代謝紊亂造成的脛骨軟骨發(fā)育不良。高血糖水平是影響骨骼健康的關(guān)鍵因素之一,研究發(fā)現(xiàn)腸道菌群失調(diào)可能是介導(dǎo)高血糖造成肉雞脛骨軟骨發(fā)育不良的原因[41]。Xu等[41]發(fā)現(xiàn),TD肉雞血糖水平普遍升高,使用TFDR治療后能降低TD肉雞中升高的血糖水平,增加厚壁菌/擬桿菌比值,恢復(fù)腸道生態(tài)失調(diào),減少血糖的產(chǎn)生,使PI3K以及VEGFA的mRNA和蛋白表達(dá)水平升高從而影響骨骼健康。同時,龍亞麗和田啟會[42]也發(fā)現(xiàn)TFDR可以提高堿性磷酸酶(ALP)活性,以及核心結(jié)合因子α1(runt-related transcription factor 2,Runx-2)的表達(dá),這表明TFDR對恢復(fù)骨骼健康具有促進(jìn)作用。綜上所述,骨碎補(bǔ)總黃酮可以調(diào)節(jié)腸道內(nèi)厚壁菌/擬桿菌等菌群豐度,BMP-2、RANKL、Runx-2表達(dá)以及血糖含量等途徑改善骨骼健康。

3.2 蛇床子素

蛇床子素主要有溫腎壯陽、治療陽痿和宮冷等功效[43]。研究發(fā)現(xiàn),蛇床子素可以通過調(diào)節(jié)ALP、抗酒石酸酸性磷酸酶(Str ACP)的活性,以及乳酸和葡萄糖水平,來抑制破骨細(xì)胞活性進(jìn)而調(diào)節(jié)骨骼組織的代謝[44]。黃月等[45]發(fā)現(xiàn),蛇床子素可以通過增加腸道菌群有益菌群數(shù)量調(diào)節(jié)激素性Wistar大鼠體內(nèi)腸道微生物群代謝物2-琥珀酸-L-鳥氨酸、甲酚硫酸鹽來改善大鼠體內(nèi)檸檬酸、肌酸酥等水平,進(jìn)而提高試驗(yàn)鼠能量代謝水平來緩解骨質(zhì)疏松。另外Waqas等[46]研究發(fā)現(xiàn),使用蛇床子素可明顯減輕脛骨軟骨發(fā)育不良肉雞跛行癥狀,并恢復(fù)了肉雞生長板大小,提高ALP、SOD活性,顯著降低谷草轉(zhuǎn)氨酶(AST)、谷丙轉(zhuǎn)氨酶(ALT)活性,并顯著上調(diào)了BMP-2的表達(dá)。綜上所述,蛇床子素可以通過調(diào)節(jié)ALP、Str ACP酶的活性、有益菌數(shù)量以及恢復(fù)肉雞跛行和生長板狀況等來調(diào)節(jié)骨代謝。因此,蛇床子素在對改善畜禽骨代謝,提高動物生產(chǎn)性能等方面可能具有顯著作用,有望開發(fā)成一種應(yīng)用于動物骨骼健康管理的潛在藥物。

3.3 巴戟天

巴戟天性溫,具有補(bǔ)陽壯骨、祛濕除寒的作用,能夠緩解筋骨痿軟、風(fēng)濕痹痛等病癥,巴戟天多糖是中藥巴戟天的主要活性成分,具有補(bǔ)腎、強(qiáng)骨等多種功效[47]。曹芹芹等[48]在研究巴戟天對肉雞脛骨的影響時發(fā)現(xiàn),巴戟天多糖改善了由福美雙導(dǎo)致的肉雞脛骨重量、長度、密度以及體積的下降,且提高了血漿中的鈣離子和無機(jī)磷含量,這都表明巴戟天多糖可以恢復(fù)福美雙導(dǎo)致的肉雞脛骨軟骨發(fā)育不良。巴戟天中的化學(xué)成分巴戟天多糖可以通過增加腸道中乳酸菌、瘤胃球菌屬及厭氧氨氧化菌等有益菌的豐度,改善脛骨軟骨發(fā)育不良肉雞腸道菌群結(jié)構(gòu),抑制破骨細(xì)胞,增加成骨細(xì)胞數(shù)量,提高骨密度,改善其骨生長[49]。同時李宇等[50]發(fā)現(xiàn)巴戟天能夠通過影響腸道中雙歧桿菌、乳酸菌等菌群豐度,調(diào)節(jié)大鼠腸道微生物代謝水平,從而恢復(fù)腸道菌群的多樣性。以上表明,巴戟天可以改善肉雞脛骨物理指標(biāo)影響骨骼健康,且能通過調(diào)節(jié)腸道有益菌、有害菌數(shù)量來改善腸道菌群,影響骨代謝。

3.4 杜仲

杜仲有補(bǔ)腎益氣、強(qiáng)筋壯骨等功效[51]。其可顯著提高正常大鼠的股骨質(zhì)量和骨密度,升高骨形成標(biāo)志物ALP的水平[52]。杜仲葉中的木脂素可以改善快速老化小鼠中厚壁菌門和擬桿菌門等菌群的相對豐度以及糞便和血清SCFAs的濃度來提高小鼠骨密度,減少骨丟失[53]。趙寶寶等[54]也認(rèn)為杜仲提取物可以調(diào)整腸道菌群比例促進(jìn)SCFA的生成,從而能阻止破骨細(xì)胞生成,起到改善骨代謝的作用。蔣校文等[55]研究發(fā)現(xiàn),杜仲醇提取物可以提高家兔骨密度以及骨礦物質(zhì)含量,且骨小梁厚度和數(shù)量也有所提升,表明杜仲具有促進(jìn)成骨再生,改善骨代謝的功效。郭延偉等[56]將兔的脂肪組織放在含有杜仲水/醇提取物的培養(yǎng)基中進(jìn)行體外試驗(yàn),發(fā)現(xiàn)杜仲水/醇提取物顯著上調(diào)了ALP的活性,且鈣化結(jié)節(jié)數(shù)量和體積也有所增加。以上研究顯示杜仲可以通過提高骨密度、股骨質(zhì)量以及ALP水平等維護(hù)骨骼健康,且能通過調(diào)節(jié)腸道菌群及促進(jìn)腸道菌群代謝產(chǎn)物的產(chǎn)生調(diào)控骨代謝平衡。

3.5 淫羊藿

淫羊藿具有促進(jìn)造血、提高免疫力及補(bǔ)腎益氣、強(qiáng)筋健骨等作用[57]。淫羊藿提取物——淫羊藿黃酮通過減少OP大鼠腸道菌群代謝產(chǎn)物——乳酸比例,增加肌酸/肌酐和丙氨酸的含量來升高ALP,降低環(huán)磷酰胺水平,從而調(diào)節(jié)骨代謝[58]。研究發(fā)現(xiàn),淫羊藿苷與腸道菌群之間存在密切聯(lián)系,淫羊藿苷能調(diào)節(jié)腸道菌群的多樣性,尤其能提高擬桿菌門豐度[59],而這種菌通過與雌激素之間的相互作用可以有效調(diào)節(jié)骨代謝,從而影響機(jī)體的骨骼健康[60]。有研究對脛骨軟骨發(fā)育不良肉雞使用淫羊藿苷治療后,顯著上調(diào)了脛骨生長板中BMP-2的表達(dá),發(fā)現(xiàn)淫羊藿苷有助于肉雞骨骼病變恢復(fù)到正常結(jié)構(gòu)[61]。另外,胡云峰等[62]研究發(fā)現(xiàn),淫羊藿苷能夠顯著促進(jìn)雞胚成骨細(xì)胞分化,對成骨細(xì)胞的增殖具有促進(jìn)作用,這些結(jié)果提示淫羊藿苷具有成為改善禽類骨代謝藥物以及飼料添加劑的潛力。上述研究表明淫羊藿及其提取物可以通過上調(diào)BMP-2表達(dá)以及促進(jìn)成骨細(xì)胞分化等改善骨代謝,且能通過降低腸道中乳酸含量、調(diào)節(jié)菌群豐度等提高骨形成率,調(diào)控骨代謝過程。

3.6 葛根

葛根有解肌退熱,升陽止瀉之功,且能促進(jìn)成骨細(xì)胞形成,提高BMD,改善骨代謝[63]。葛根提取物-葛根素可以改善去卵巢大鼠的腸道菌群紊亂、腸黏膜完整性以及提高SCFAs的產(chǎn)生,從而提高氨基酸代謝、脂多糖生物合成等生理過程[64]。有研究發(fā)現(xiàn)葛根素與腸道菌群之間存在密切聯(lián)系,肉雞飼料中添加葛根素可減少放線菌門等有害菌數(shù)量,增加厚壁菌門和擬桿菌門等菌群比例,緩解腸道菌群紊亂[65],這兩種菌群可以有效調(diào)節(jié)骨代謝,影響骨骼健康[60]。同時,在母豬飼糧中添加含有葛根的中藥配方后發(fā)現(xiàn),其顯著降低抗酒石酸酸性磷酸酶(tartrate-resistant acid phosphatase-5b,TRACP-5b)及Ⅰ型膠原C末端肽(C-terminal cross linked peptide,CTX-Ⅰ)的血清水平,且明顯升高血清骨堿性磷酸酶(BALP)及Ⅰ型前膠原氨基端原肽(procollagen I N-Terminal propeptide,PINP)的水平,說明葛根能阻礙骨吸收促進(jìn)骨形成,從而起到改善骨代謝的作用[66]。談志龍等[67]研究發(fā)現(xiàn),葛根素提高了血清雌二醇水平,同時降低骨特異性標(biāo)志物脫氧吡啶啉和尿鈣,升高骨鈣素,進(jìn)而促進(jìn)骨形成。綜上所述,葛根可以通過提高血清雌二醇、BMD、ALP等含量,降低血清中TRACP-5b、CTX-Ⅰ水平等改善骨代謝,且能調(diào)節(jié)腸道中骨代謝相關(guān)菌群比例以及其代謝產(chǎn)物SCFA的產(chǎn)生等對骨代謝產(chǎn)生調(diào)節(jié)作用。

3.7 黃芪

黃芪可以治療氣虛盜汗、脾虛泄瀉等疾病,黃芪的提取物黃芪多糖,具有增強(qiáng)體質(zhì)、治療骨代謝、預(yù)防腸道疾病、抗疲勞等功效[68]。近年來,黃芪及其提取物黃芪多糖被廣泛用于研究治療骨代謝疾病。曲偉杰等[69]使用含有黃芪的中草藥配方飼喂骨缺損家兔,發(fā)現(xiàn)其顯著提高了家兔血清鈣、磷水平以及ALP含量,對恢復(fù)家兔骨骼健康具有明顯促進(jìn)作用。Liu等[70]發(fā)現(xiàn),黃芪多糖可以調(diào)節(jié)OP大鼠腸道內(nèi)益生菌水平,同時降低致病菌比例,減少OP大鼠中差異基因的表達(dá)來使腸道功能恢復(fù)正常。其研究還發(fā)現(xiàn),黃芪多糖能減少TNF-α和IL-2數(shù)量,通過減少破骨細(xì)胞數(shù)量和抵御炎癥從而緩解OP,進(jìn)而改善骨代謝。另有研究發(fā)現(xiàn),黃芪多糖可顯著改變腸道微生物的結(jié)構(gòu),證實(shí)有13種細(xì)菌如擬桿菌目等都參與了黃芪多糖治療骨質(zhì)疏松癥的相關(guān)過程。此外,還推斷5個屬如乳酸菌屬等是黃芪多糖改善骨質(zhì)疏松癥的關(guān)鍵菌[71]。綜上所述,黃芪多糖可以通過提高血清鈣、磷水平和ALP活性,降低促炎因子含量等改善骨代謝,且能調(diào)節(jié)腸道菌群的相對豐度以及腸道菌群結(jié)構(gòu)影響骨代謝。

(轉(zhuǎn)下頁 Carried forward)

4 小 結(jié)

近年來隨著動物飼料限抗、禁抗,中草藥在畜牧業(yè)上的應(yīng)用引起了廣泛的關(guān)注,有巨大的發(fā)展前景。很多中草藥具有強(qiáng)腎壯骨的功效,通過研究發(fā)現(xiàn),這些中草藥可以通過調(diào)節(jié)腸道菌群穩(wěn)態(tài)來改善骨代謝,提高動物生產(chǎn)性能。綜合以上研究發(fā)現(xiàn),腸道菌群調(diào)節(jié)骨代謝主要是通過營養(yǎng)物質(zhì)吸收、免疫系統(tǒng)、腸道菌群代謝產(chǎn)物、以及內(nèi)源性物質(zhì)(IGF-1、5-HT、雌激素)等途徑來實(shí)現(xiàn)的。中草藥主要通過調(diào)節(jié)腸道中腸道菌群結(jié)構(gòu)及其相對豐度,來提高試驗(yàn)動物BMD、骨含量、骨保護(hù)素水平、ALP活性以及鈣含量等,從而起到調(diào)節(jié)畜禽骨代謝的作用。隨著畜禽規(guī)?；B(yǎng)殖的增加,畜禽養(yǎng)殖發(fā)展也正逐步向健康、優(yōu)質(zhì)、環(huán)保方面靠攏,同時養(yǎng)殖業(yè)也會持續(xù)增加對畜禽生產(chǎn)性能、免疫健康、優(yōu)質(zhì)骨骼等方面的關(guān)注。目前,雖然已經(jīng)證實(shí)中草藥通過調(diào)節(jié)腸道菌群在改善動物骨代謝紊亂所導(dǎo)致的骨骼疾病中發(fā)揮著關(guān)鍵作用,但中草藥是如何調(diào)控腸道菌群從而對動物骨骼產(chǎn)生有益影響的還不清楚。因此,繼續(xù)深入探討中草藥通過腸道菌群調(diào)節(jié)動物骨骼生長發(fā)育的潛在機(jī)制,對預(yù)防和治療動物骨代謝相關(guān)疾病具有重要價值。