五味子醇甲生物活性及其在畜牧养殖中的应用

Bioactivity of schisandrin and its application in animal husbandry

摘要

目的 为五味子醇甲在畜禽生产中的应用提供理论支撑。 方法 通过查阅相关文献，展示五味子醇甲结构，总结五味子醇甲抗氧化作用、抗炎作用、对中枢神经的调节作用及对信号通路的调控作用等生物学功能，并探讨五味子醇甲在猪、家禽及其他动物中的应用。 结果 五味子醇甲具有多种生物活性，能够提升猪肉品质和产量，促进家禽肠道健康，增强畜禽的抗氧化能力和免疫性能。 结论 五味子在部分畜禽生产中开展了大量研究，但对五味子醇甲的效应机制仍不清楚，需要从细胞和分子水平进行更为系统的研究，揭示五味子醇甲各种功能的具体机制。

Abstract

Objectives Bioactivity of schisandrin was reviewed to provide theoretical support for its application in livestock and poultry production. Methods The structure of schisandrin was demonstrated by reviewing relevant literature. The biological functions of schisandrinincluding antioxidation, anti-inflammatory, regulation of central nervous system, and regulation of signal pathway were summarized. The application of schisandrin in pigs, poultry, and other animals was discussed. Results Schisandrin has various biological activities, which can improve the quality and yield of pork, promote intestinal health in poultry, enhance the antioxidant capacity and immune performance of livestock and poultry. Conclusions Schisandra chinensis has been extensively studied in some livestock and poultry production, but the mechanism of action of schisandrin is still unclear. More systematic studies at the cellular and molecular levels are needed to reveal the specific mechanisms of various functions of schisandrin.

Graphical abstract

关键词

五味子醇甲 / 结构 / 生物活性 / 动物生产 / 免疫 / 抗氧化

Key words

schisandrin / structure / bioactivity / animal production / immunity / antioxidation

近年来，抗生素长期使用致使动物产生耐药性，且药物残留严重阻碍养殖业发展。另外，集约化养殖模式下，由于养殖密度过大、环境污染控制不到位等，动物机体会出现免疫力下降等问题^[1]。寻找在“禁抗”背景下解决动物免疫力提升难题的制剂及其制备方法，是当前科研人员面临的挑战^[2]。在符合农业农村部第194号文件相关规范的前提下，与传统的非抗生素生长促进剂相比，以中草药及植物提取物为主要成分的植物源饲料添加剂展现出更高的研究与应用价值，它对提升畜禽机体免疫力和改善产品质量具有显著作用^[3]。

五味子凭借其独特的营养价值与药用功效，被正式纳入农业农村部发布的第1773号公告《饲料原料目录》。作为中草药界的瑰宝，五味子“中药无毒害”的显著优势，能够促进动物生长发育，改善肉品质^[4]。五味子分为南北2种，其中五味子醇甲是鉴别南北五味子的重要物质^[5]，研究表明北五味子中的五味子醇甲含量明显高于南五味子。五味子醇甲具有保护神经、抗纤维化功能^[6]、抗氧化以及抗炎特性^[7]等。本文综述了五味子醇甲的生物活性及其在畜牧养殖中的应用，旨在为五味子醇甲在畜禽生产的应用提供理论支撑。

1 五味子醇甲结构

五味子醇甲是1种木质素类化合物，主要存在于五味子中。其分子式是C₂₄H₃₂O₇，结构特征是由2个苯丙素单元通过氧桥连接，形成双环结构，包含多个甲氧基和羟基。其结构式见图1，结构图见图2。

2 五味子醇甲的生物学功能

2.1 抗氧化作用

五味子醇甲在体外试验中所展现出的抗氧化特性，特别是在清除自由基、减少细胞内活性氧（ROS）产生、保护细胞抵御氧化损害和激发抗氧化酶基因表达等方面^[8]，体现了其作为潜在抗氧化剂的巨大潜力。羟基自由基和过氧化氢是2种常见的强氧化剂，能够引起细胞内多种生物分子的氧化损伤。五味子醇甲能够有效地与这些自由基反应，从而阻止它们对细胞成分的进一步破坏。王荏瑛等^[9]发现，五味子醇甲能使脂多糖诱导的人结直肠癌Caco-2细胞中超氧化物歧化酶（superoxide dismutase，SOD）活性提升2倍，丙二醛（malondialdehyde，MDA）含量降低60%。另外，五味子醇甲能够提高抗氧化酶基因的表达，从而增强细胞的抗氧化能力。通过其抗氧化作用，能够保护线粒体膜电位，维持线粒体的正常功能^[10]。

2.2 抗炎作用

五味子醇甲不仅在抗氧化方面展现出卓越的功效，其在免疫调节方面也同样表现出色^[11]。五味子醇甲可提升网状内皮系统的摄取能力，借由强化细胞的吞噬作用，加快病原体的清除速度，进而保持身体内部环境的稳定状态。五味子醇甲能够激发机体的补体系统^[12]，同时还能促进细胞因子与趋化因子的释放，增强机体的非特异性免疫应答，使机体能够更有效地应对外界病原体的挑战。另外，五味子醇甲能够刺激B淋巴细胞的增殖和分化，促进抗体的生成，从而提高机体的特异性体液免疫水平^[13]。

2.3 对中枢神经的调节作用

五味子醇甲在神经保护和促进神经发育方面有多种作用，通过调节细胞周期相关蛋白的表达，可以加速神经干细胞的增殖速率，并促进其向成熟神经元或神经胶质细胞的分化^[14]。通过促进神经生长因子的表达和释放，以及调节神经元内信号传导通路的活性，可以刺激神经元的轴突和树突的生长，增加神经元之间的突触联系，从而增强神经网络的复杂性和功能性。通过降低应激反应、减轻焦虑等情绪障碍，进一步改善睡眠质量。降低中枢神经系统中突触前膜上α-突触核蛋白的含量，能够有效抑制其异常聚集和产生的毒性效应^[15]。

2.4 对信号通路的调控作用

在近年来的研究中，北京大学药学院曾克武团队发现五味子醇甲能够保护神经细胞凋亡^[16]。五味子醇甲通过共价修饰ATP6V0D1上的特定氨基酸残基，进而引发靶蛋白的构象变化，这种变构调控是五味子醇甲发挥其神经保护作用的关键步骤之一。这一发现揭示了五味子醇甲在神经保护方面的潜在机制，为五味子醇甲的临床应用提供了新的视角和理论基础。此外，五味子醇甲的这种作用不仅限于神经系统，还可在其他系统中发挥类似的作用^[17]。

3 五味子醇甲在动物生产中的应用

3.1 五味子醇甲在猪生产中的应用

在猪的日粮中添加五味子醇甲能够增加猪肉产量，这是因为五味子醇甲能够促进猪的食欲，提高其营养吸收效率，进而促进猪的生长。李建平等^[18]研究发现，在日粮中添加北五味子提取物可以显著提高二元杂交猪机体的抗氧化功能，改善部分肉品质，具体数据见表1。童建国等^[19]研究同样表明，五味子复方中草药可以改善猪肉品质。背最长肌蛋白质含量、必需氨基酸提高，背膘厚度及胆固醇含量降低。五味子醇甲具有抗菌和抗炎作用，能够有效地预防和治疗猪的一些常见疾病，如腹泻等消化道疾病。通过降低肠道内的有害菌数量，增加有益菌群的数量，五味子醇甲有助于维护猪的肠道健康，减少疾病的发生。另外，五味子醇甲能够增强猪的免疫系统功能，从而减少对抗生素的需求，有利于提高猪肉的安全性和质量。韩占臣等^[20]研究发现，五味子提高育肥猪免疫的作用随饲喂时间的增加效果逐渐显著。Xie等^[21]研究发现，五味子醇甲可以提高杜洛克公猪的精子活力和摆动性，提高精浆的抗氧化能力，降低活性氧和丙二醛含量，通过抗凋亡、抗氧化和去获能机制，提高精子质量。李牧等^[22]研究发现，五味子提高了断奶仔猪的日增重，降低了料重比及腹泻率^[23]。

3.2 五味子醇甲在家禽生产中的应用

在家禽饲料中添加最高安全水平五味子醇甲时，对消费者食品安全无影响^[24]。添加五味子醇甲提取物被证实具有显著的生理效益，它能够有效降低盲肠中大肠杆菌的数量，从而为乳酸杆菌等有益菌群的增殖创造出更为有利的环境。这一变化有助于显著改善肠道微生物的生态平衡，进而促进肠道健康，提升机体整体的免疫力。此外，五味子醇甲还展现出强大的抗病毒特性，为机体提供额外的保护屏障。

袁萌^[25]深入揭示了五味子醇甲在抗感染方面的独特机制，发现五味子醇甲在减轻细菌生存压力的同时，能够针对性地抑制禽致病性大肠杆菌的生理过程，从而有效发挥抗感染作用。这一发现不仅拓展了五味子醇甲在医药及保健领域的潜在应用，也为开发新型抗菌药物、维护动物及人类肠道健康提供了新的思路。一定浓度的五味子醇甲具有良好的抑菌活性，能够抑制禽致病性大肠杆菌生物膜的形成和炎症反应。Bao等^[26]研究发现，海兰褐蛋鸡日粮中添加五味子醇甲，可以缓解脂多糖（lipopolysaccharides，LPS）诱导的大肠杆菌感染，显著降低炎症标志物的浓度，增加紧密连接蛋白的表达，表明五味子醇甲可以作为治疗鸡大肠杆菌病的替代疗法。五味子醇甲具有免疫调节功能，能够促进机体免疫器官的发育，激活免疫细胞，提高机体免疫功能。包佳鹭等^[27]研究发现，五味子醇甲能够缓解因大肠杆菌感染导致的鸡体重和存活率降低现象，抑制炎症因子升高，调节免疫功能。闫俊书等^[28]在肉鸡日粮中加入五味子提取物，分别于第35天和第56天观察发现，其抗氧化性能得到了显著增强，具体表现：血清和肝脏（35日龄）以及肝脏和心脏（56日龄）中的超氧化物歧化酶活性显著增强，这是机体抵抗氧化应激、清除自由基的关键酶之一；同时，部分组织中的丙二醛含量显著降低，进一步证实了五味子提取物在减少脂质过氧化、保护组织细胞免受损伤方面的有效性。马得莹等^[29]研究五味子在缓解蛋鸡慢性热应激方面的作用发现，日粮中添加五味子显著提高组织和血清中的谷胱甘肽还原酶活性，进一步证明了五味子在改善蛋鸡抗氧化状态、减轻热应激损伤方面的显著效果（表2）。

3.3 五味子醇甲在其他动物中的应用

中药复方可以治疗犊牛腹泻^[30]、提升生产性能^[31]、促进草料消化吸收^[32]。龚赛赛等^[33]研究发现，复方中草药能明显改善犊牛的腹泻，减轻腹泻的临床症状。五味子醇甲能够提高反刍动物的生长及生产性能，这得益于其能够改善动物的营养吸收和利用效率。

通过促进动物体内相关酶的活性，五味子醇甲有助于提高饲料中营养成分的转化率，从而增加动物的体重和产奶量。刘兴伟等^[34]研究发现，五味子可提升睾丸与卵巢内RNA及PAS的合成活性，进而助益生殖细胞的生长。另外，五味子醇甲可以作为免疫激活剂提高鱼类的生长速度和抗氧化能力，改善其先天肠道健康。Kawabe等^[35]对斑马鱼施加短期冷应激会表现出焦虑行为，喂养神经肽Y-knockout能够显著抑制斑马鱼的焦虑行为，伴随着下调酪氨酸羟化酶水平和大脑细胞外信号调节激酶磷酸化，且显示五味子对斑马鱼行为异常的诱导作用最强。王秀琴等^[36]研究发现，经中草药处理后谷草转氨酶、谷丙转氨酶和乳酸脱氢酶活性显著降低，表明五味子能够显著改善其氧化应激状态，保护细胞免受自由基的侵害，且有强大的抗菌能力，有助于促进鱼类的肠道健康，降低因病原菌感染引起的疾病风险。在体外抑菌试验中，五味子与特定药物组合时，如与八角针对副溶血弧菌的联合使用，展现出显著的协同抑菌作用。这一发现强调了五味子在水产养殖中作为天然抗菌剂的应用潜力，特别是对嗜水气单胞菌、副溶血弧菌、溶藻弧菌3种主要水产致病菌的抑制效果尤为突出^[37]。此外，艾春汉等^[38]通过向受嗜水气单胞菌攻击的鲫注射五味子醇提取液，能够显著提升鲫体内白细胞的吞噬活性，这是机体免疫系统对抗病原体的重要机制之一。这一发现不仅揭示了五味子在增强鱼类免疫防御能力方面的作用，也直接降低了鲫的死亡率，为水产养殖业中的疾病防控提供了新的思路和方法。

4 总结与展望

目前，五味子在部分动物生产中开展了大量研究，但对五味子醇甲的效应机制仍不清楚，需要从细胞和分子水平进行更为系统的研究，揭示五味子醇甲各种功能的具体机制。另外，五味子醇甲在反刍动物生产中的应用较少，这为五味子的研究方向提供了新思路。虽然中草药成分相对安全，但包括五味子在内的中草药安全性的评价工作还需要进一步深入，以及不同成分协同作用和相互作用仍需积极探索。

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