近年来,因抗生素滥用导致的细菌耐药问题日益严重,成为全球公共卫生的重要挑战。许多国家已开始采取措施限制抗生素的使用,以应对这一危机。我国《农业农村部公告第194号》明确指出,自2020年7月1日起,除中草药之外,禁止在饲料中添加其他促生长类药物作为饲料添加剂
[1]。这一政策的实施推动了对高效、安全替代抗生素产品的迫切需求,尤其是在畜禽养殖领域。中草药及其提取物因其潜在的抗菌、抗氧化和抗炎特性
[2-3],逐渐被视为替代抗生素的可行选项。
厚朴(
Magnoliae officinalis)作为一种传统中草药,自古以来便在中国医学中占有重要地位。其来源于木兰科植物厚朴和凹叶厚朴的干燥干皮、根皮和枝皮,最早见于《神农本草经》。厚朴被描述为性温味苦辛,归属于脾、胃、肺、大肠经,具有燥湿消痰、下气除满等多种功效。现代药理研究表明,厚朴中已分离出200多种化合物,主要包括酚类、生物碱和精油等成分
[4]。这些化合物赋予了厚朴多个治疗效果,如改善腹泻、抗炎、抗菌、抗癌、抗抑郁、调节肠道健康和保护肝脏等功能
[5-6]。
尽管厚朴在传统医学中已有较长的应用历史,但其作为饲料添加剂在畜禽生产中的研究仍相对较少。现有的研究主要集中于厚朴的成分分析和生物活性功能,但对其在实际养殖中的应用效果尚缺乏系统的评价。因此,本文通过综述厚朴的生物活性成分与功能及其在畜禽养殖中的初步应用效果,探讨厚朴在替抗领域中的创新潜力与应用价值,以期推动厚朴及其他中草药在现代畜禽生产中的实际利用。
1 厚朴的主要生物活性成分
1.1 酚 类
酚类成分是厚朴的主要药效学成分,常见的包括和厚朴酚、厚朴酚。两者为同分异构体,分子式为C
18H
18O
2,相对分子质量为266.32。在厚朴的不同部位二者的含量有所不同。通常厚朴干皮和枝皮中的和厚朴酚含量约为0.60%~1.24%,厚朴酚为0.66%~1.58%;而厚朴根皮中和厚朴酚的质量分数为2.10%~9.83%,厚朴酚为 4.32%~7.79%
[7-9]。除和厚朴酚、厚朴酚外,辣薄荷基厚朴酚是近年来从厚朴中分离得到的1个木脂素成分。荆文光等
[10]建立了1种同时测定厚朴中和厚朴酚、厚朴酚、辣薄荷基厚朴酚含量的方法,发现不同地区厚朴中3种成分含量差异较大。综上,厚朴中的主要酚类成分有和厚朴酚、厚朴酚。
1.2 生物碱
厚朴提取物中约有1%的生物活性物质是生物碱
[11]。其中异喹啉生物碱是厚朴中常见的生物碱之一。王洪燕等
[12]通过离子交换树脂法提取厚朴总碱,从中分离出9个异喹啉生物碱,主要是N-降荷叶碱、罗默碱、番荔枝碱、鹅掌楸碱和瑞枯灵等。而木兰花碱和木兰箭毒碱被认为是厚朴生物碱中最主要和最有效的。但不同的处理方法会影响该生物碱的含量,如张权等
[13]研究发现将厚朴炮制为净厚朴和姜厚朴时,木兰箭毒碱和木兰花碱的含量有不同程度的下降。此外,不同地区厚朴中生物碱的含量和种类也会有所不同。湖北恩施的厚朴中只有木兰花碱和木兰箭毒碱2种生物碱,而贵州和四川乐山两地的厚朴则含有多种生物碱
[14]。由此可知,不同的提取方法和地域会导致生物碱的含量和种类有所不同,但主要是异喹啉生物碱、木兰花碱和木兰箭毒碱。
1.3 植物精油
植物精油是从植物不同部位通过不同加工方式获得的挥发性香味物质。厚朴中也含有大量的植物精油成分。蹇顺华等
[15]对厚朴挥发油进行GC-MS分析,共鉴定出32种成分,包括醇、醛、酸、酮、萜烯、酯等化合物类型,主要是伞花烃(28.45%)、β-柠檬烯(18.27%)、桉叶醇(14.15%)、萜品烯(3.07%)、氧化石竹烯(2.86%)、β-蒎烯(2.23%)、侧柏烯(1.93%)、石竹烯(1.53%)、萜烯-4-醇(1.26%)和杜松烯(1.23%)等。但不同种类和地区的厚朴挥发油的成分也会有所区别。夏佳等
[16]研究发现,凹叶厚朴与厚朴挥发油成分主要有α-桉叶醇、β-桉叶醇、一桉叶油醇、芳樟醇、氧化石竹烯、领-异丙基苯、(+)-柠檬烯等,其中凹叶厚朴中特有成分有10种,主要是桉叶油素(0.95%)和马兜铃烯(1.59%)含量较高;而厚朴中特有成分有11种,主要是β-苯丙氨酸(3.27%)含量较高。综上,厚朴植物精油中的主要成分是伞花烃、β-柠檬烯和桉叶醇等。
2 厚朴的生物学功能
2.1 抗炎作用
炎症是一种涉及免疫细胞、血管和分子介质的保护性反应,是身体组织对有害刺激的复杂生物反应
[17]。通常,炎症分子的产生是由各种细菌产物(如脂多糖)刺激触发的,从而导致一系列炎症反应。厚朴及其提取物一直具有较好的抗炎效果,能降低机体的炎症水平,但不同活性成分的抗炎机制有所不同。李平萍等
[18]研究发现和厚朴酚与厚朴酚均能够降低由脂多糖诱导的腹泻,减轻肠道损伤,其中和厚朴酚主要通过调节IL-18R1和环磷腺苷效应元件结合蛋白(CREB),从而抑制肿瘤坏死因子(TNF)信号通路;而厚朴酚主要通过上调
AKT、
BCL-XL等基因表达水平,激活磷脂酰肌醇3激酶-蛋白激酶(BPI3K-Akt)信号通路发挥抗炎作用。此外,厚朴酚能通过降低LPS刺激的内皮细胞I-κBα、p65、p38、ERK和JNK的磷酸化水平从而降低由脂多糖诱导小鼠乳房炎的损伤作用
[19],以及通过降低促炎因子的表达,提高细胞活性和吞噬细菌能力,导致厚朴酚能降低异育银鲫组织的损伤和减弱猪链球菌2型诱导巨噬细胞炎症反应
[20-21]。总之,厚朴及其提取物均具有良好的抗炎作用,其中以和厚朴酚、厚朴酚效果较佳。
2.2 抗氧化作用
厚朴提取物一直具有较好的抗氧化活性,其抗氧化能力是通过对自由基的直接清除作用和提高机体的抗氧化酶活性来间接猝灭自由基实现的。Rajgopal等
[22]研究发现,厚朴酚和4-甲氧基和厚朴酚可激活
Nrf2依赖性基因表达并防止过氧化氢介导氧化应激。此外,厚朴酚还能明显减弱由高脂所致心肌细胞氧化应激损伤,使细胞内活性氧水平显著降低,线粒体膜电位水平升高,从而抑制细胞凋亡,减少内质网应激-线粒体凋亡通路相关蛋白表达水平
[23]。而Ge等
[24]利用正丁醇提取到厚朴中的九种苯乙醛苷,发现其均具有较好的自由基清除活性,并对自由基诱导的氧化损伤具有良好保护作用,还会影响丙二醛、脂质氢过氧化物、过氧化氢酶、谷胱甘肽还原酶和超氧化物歧化酶的活性。综上,厚朴中发挥抗氧化作用的主要生物活性成分为厚朴酚、和厚朴酚和苯乙醛苷等。
2.3 抗菌作用
在替代抗生素应用背景下,中草药因其不易耐药和良好的抗菌作用被大量开发。厚朴具有较强的广谱抑菌活性。邬佳莉等
[25]以60%乙醇为最佳提取溶剂,分离厚朴中的厚朴酚,发现其对大肠杆菌、溶血性大肠杆菌、沙门氏菌、猪霍乱沙门氏菌、鼠伤寒沙门氏菌、肺炎克雷伯菌等无抑制作用,但对粪肠球菌、无乳链球菌、金黄色葡萄球菌有较强的抑制作用。但杨蒙等
[26]的研究结果则相反,厚朴酚对多重耐药大肠杆菌具有一定的抑制作用,且主要通过破坏多重耐药大肠杆菌的细胞膜、细胞壁的结构完整性从而实现抑菌作用。这可能是菌株间的差异所导致。除厚朴酚外,和厚朴酚也具有较强的抑菌作用。张凯等
[27]研究发现和厚朴酚能抑制大肠埃希氏菌生物被膜的形成,且不同浓度的和厚朴酚其抑制机制不同,其中,MIC浓度下主要是通过影响生物被膜的相关基因表达量来抑制生物被膜的形成;而亚-MIC浓度下则主要是通过抑制Luxs/AI-2系统的AI-2合成酶
luxs基因的表达量,降低AI-2的分泌量,进而影响荚膜多糖、类黏蛋白和鞭毛等合成抑制生物被膜的形成。此外,和厚朴酚还能抑制铜绿假单胞菌物被膜的形成,主要通过减少生物被膜相关基因
lasR、pelA、algC、pqsA、lasI的表达量以减少EPS和eDNA的分泌,进而抑制和清除生物被膜
[28]。和厚朴酚除了抑制生物被膜外,还能抑制真菌菌丝的生长。如张超等
[29]研究发现和厚朴酚对红托竹荪腐烂病菌具有显著的抑菌活性,导致菌丝表面出现损伤,呈现出不规则的皱缩与扭曲,生长受到抑制。当前还发现厚朴挥发油也具有一定的抑菌作用。研究发现,凹叶厚朴与厚朴挥发油对10种金黄色葡萄球菌均具有抑制作用,且凹叶厚朴抑菌效果显著优于厚朴
[16]。厚朴中主要的抗菌成分是厚朴酚、和厚朴酚、厚朴挥发油,通过抑制生物被膜的形成而抑制其生长。
2.4 抗癌作用
中草药抗癌一直是研究的一大热点。癌症主要通过一系列遗传和表观遗传畸变发展,导致参与生长、恶性行为和治疗耐药性的关键细胞信号通路失调。厚朴及其多种活性成分能靶向多种信号通路,包括核因子kappa B (NF-κB)、信号转导和转录激活因子3(STAT3)、表皮生长因子(EGFR)和caspase介导的共同通路,调节癌症的发生和进展
[30]。如,陈舒等
[31]研究发现厚朴三物汤可以抑制小鼠外泌体中特异性标志物CD63、ALIX和TSG101的表达来抑制肿瘤的生长,促使肿瘤发生坏死,从而具有抗结直肠癌功能。其中和厚朴酚是通过调节NF2-Hippo信号通路并作用于PD-L1抑制乳腺癌细胞导致小鼠的肿瘤体积显著降低,肿瘤质量明显减少,从而治疗乳腺癌
[32]。而厚朴酚的抗癌机制是通过上调miR-124-3p和下调 PKCδ/ERK来激活细胞凋亡信号通路和抑制NF-κB通路,抑制肿瘤进展和改善膀胱癌患者的预后
[33]。由此可知,厚朴中发挥抗癌作用的主要是和厚朴酚、厚朴酚,但针对不同的癌症,其作用机制也会有所区别。
3 厚朴在畜禽生产中的应用
3.1 厚朴在养猪生产中的应用
近年来,厚朴及其主要生物活性成分因其具有抗炎、抗氧化和提高生长性能等作用被作为饲料添加剂广泛应用于养猪业。有研究表明,在日粮中添加厚朴提取物可有效改善育肥猪的生长性能、抗氧化能力、脂质代谢、屠宰性能和肉质,其中适宜添加量为0.030%
[34]。目前在饲料中添加较多的厚朴活性成分是厚朴酚。研究发现饲粮中添加0.04%厚朴酚可提高断奶仔猪粗蛋白质表观消化率和肝脏的抗氧化能力,并能改善脂代谢,调节微生物菌群结构,从而促进断奶仔猪生长和肠道健康
[35-36]。除了提高生长性能和抗氧化能力外,厚朴酚还能对抗细菌和病毒感染。如,陈小丽
[37]研究发现厚朴酚能显著降低猪流行性腹泻病毒相关蛋白(S、M、N)基因的表达水平,并抑制多种炎症因子(IL-6、IL-8、TNF-α、IFN-β、Mx1、ISG15)基因表达,从而调节宿主的免疫反应,抑制病毒来对抗感染。张玲等
[21]研究发现,厚朴酚能通过调节 TLR2和NF-κB作用位点,导致细胞活性和吞噬细菌能力方面有显著提升,炎性因子水平、氧化应激强度和TLR2/MAPK/NF-κB关键蛋白表达量显著下降,从而降低猪链球菌诱导的炎症反应和细胞损伤。此外,厚朴酚还可抑制猪链球菌生长和改变细菌细胞膜通透性,以及显著提高染菌巨噬细胞活性、吞噬细菌数量和降低炎症因子水平
[38]。以上研究表明厚朴酚主要是通过降低炎症反应从而调节猪的免疫力并对抗细菌和病毒感染。厚朴酚还能显著提高热应激卵母细胞体外成熟率和后续胚胎体外发育能力,其主要是通过提高卵母细胞中Sirt3蛋白的表达水平以及降低SOD2的乙酰化水平和ROS水平来实现
[39]。厚朴中的厚朴酚因其能提高抗氧化能力、调节肠道菌群结构、提高生猪生长性能和抗病毒能力被广泛应用在养猪业。
3.2 厚朴在家禽生产中的应用
厚朴及其提取物具有抗寄生虫、抗菌、调节肠道菌群结构、提高生长性能和减少重金属引起的损伤作用等功能,广泛应用于养禽业中。鸡球虫病是由肠道中的艾美耳球虫引起的一种严重的寄生虫病,给集约化的家禽养殖业带来了重大经济损失。莫家豪等
[40]研究发现,厚朴复方水提物具有良好的抗球虫效果,能有效减少柔嫩艾美耳球虫造成的盲肠损伤,并降低促炎因子、丙二醛和一氧化氮在血清中的含量,发挥抗炎和抗氧化应激的作用,使其恢复其生长性能。同样,卢玉洁等
[41]研究发现,添加3%厚朴也具有一定的抗球虫效果,并能降低血清谷丙转氨酶、谷草转氨酶的活性,提高血清总蛋白、白蛋白、碱性磷酸酶的浓度,缓解由鸡柔嫩艾美耳球虫导致的盲肠损伤。除了抗球虫作用外,厚朴及其提取物还能改善细菌性疾病引起的感染和调节肠道菌群结构。研究发现在日粮中添加厚朴提取物可改善产气荚膜梭菌感染肉鸡的肠道形态结构和免疫功能,并调控肠道屏障功能相关基因表达
[42]。此外,饲粮中添加500 mg/kg厚朴提取物还能提高产蛋率,导致料蛋比显著降低,并能调节蛋鸡肠道菌群结构,导致大肠杆菌、沙门氏菌数量均显著降低,乳酸菌数量显著升高
[43]。在饲粮中添加2 g/kg厚朴超微粉能提高黄羽肉鸡生长性能和改善盲肠微生物菌群结构,导致平均日增重显著提高、料重比显著降低,拟杆菌属相对丰度显著提高,瘤胃球菌属和毛螺菌属相对丰度差异显著
[44]。和厚朴酚还能减少由重金属引起的损伤,降低镉在肾脏中的蓄积,减少肾脏组织凋亡细胞数,并缓解肾脏组织损伤,改善鸡体内微量元素代谢紊乱情况,增强鸡体质
[45]。
3.3 厚朴在反刍动物生产中的应用
目前厚朴在反刍动物中的应用研究较少,主要是在牛羊养殖业中。其中在牛养殖业中,厚朴主要提高生长性能和调节肠道菌群,提高抗感染能力。如,张雨等
[46]研究发现厚朴酚固体分散体可显著提高犊牛末重和平均日增重,提高抗氧化能力并增加肠道菌群多样性,改善犊牛肠道菌群的组成。同样,Hu等
[47]研究发现厚朴酚能通过调节牛肠道微结构,增加肠道菌群多样性,在体内有效抑制牛肠道病毒(BEV)感染。而在羊养殖业中,厚朴可以提高其生长性能、抗氧化能力和免疫力。研究发现在湖羊日粮中添加100 mg/kg厚朴提取物能显著提高供湖羊末重、平均日采食量、日增重,显著降低料重比并改善瘤胃功能,提高血清抗氧化能力和免疫能力,且对动物代谢功能无负面作用
[48]。刘学贤等
[49]研究结果表明饲粮中添加0.10%厚朴酚可以提高湖羊羔羊的生长性能,降低腹泻率,提高免疫力和抗氧化能力。综上,厚朴及其提取物因具有较强的抗氧化能力、免疫力、提高生长性能和调节肠道菌群功能被广泛应用在牛羊养殖业。
4 结 语
近年来,抗生素的大量滥用及耐药性问题严重危害畜禽生产和食品安全。中草药因其具有绿色、安全和高效的特性,被广泛用作饲料添加剂。厚朴因其良好的抗炎、抗氧化、抗菌和抗癌作用可作为畜禽养殖业中的绿色植物性饲料添加剂,提高畜禽生长性能和抗病力。但关于厚朴及其活性成分在畜禽养殖业中应用的最适添加量研究较少,还需不断探索。同时厚朴含多种生物活性成分,具有药物特性,因此当前有必要深入挖掘更多有效成分,明确具体的作用机制。还需要建立合适的现代标准、技术和方法来单独和联合评估此类草药产品的安全性,确保厚朴将得到更安全、更有效的使用。未来随着研究不断深入,厚朴及其提取物的成分将逐渐明确、作用机制不断清晰、安全性得到保障,其在畜禽生产中将展现出更大的潜力。