在现代集约化养殖体系中,氧化应激是制约产业可持续发展的关键瓶颈,通常会造成种畜繁殖效率下降、幼畜高发病、低存活率以及畜产品品质低劣等问题,从而给养殖业带来严重的经济损失
[1]。起初抗生素的应用有效缓解了上述集约化养殖的问题,但随着滥用、乱用,造成了抗生素污染,各个国家开始陆续针对畜牧业实施了抗生素禁令,所以寻找绿色有效的替抗产品迫在眉睫。抗氧化剂可以重建机体自由基生成-清除平衡,缓解脂质、蛋白质和DNA的氧化损伤,饲料中精准引入外源抗氧化剂能够优化畜禽生长、繁殖效率及产品质量。
鞣花酸(ellagic acid,EA)为没食子酸的二聚衍生物,属天然多酚类化合物,多以鞣花单宁及其苷类缩合形式分布于植物组织及坚果中
[2]。近年来研究证实,EA具有强抗氧化、抗炎与广谱抗微生物活性,可同步调控肠道微生态、氧化还原稳态及环境应激响应,对改善畜禽养殖质量意义重大,因而成为动物营养领域关注的焦点
[3-4]。本文根据近年来EA在畜禽中的体内外研究,对EA的代谢、抗氧化机制及生产应用进行综述,以期为EA在动物生产中的应用提供参考,为畜禽高效、绿色生产提供新思路。
1 EA的代谢过程与代谢产物
EA属多酚二内酯类化合物,为没食子酸的二聚衍生物,分子式为C
14H
6O
8,如
图1所示。EA含有4个酚羟基与2个内酯环,呈反式没食子酸单宁骨架,是其具有高自由基淬灭活性的结构基础
[5]。
EA的生物学效应高度依赖其微生物代谢物——尿石素。EA在胃及小肠中被水解后,仅5%~10% EA经小肠上皮吸收,其余进入结肠,被特定菌群转化为生物利用度更高的尿石素
[6]。有研究分离出的泌尿系结石杆菌和帕梅莱亚戈尔多尼巴氏菌能够分解EA,其编码的鞣花酸裂解酶可打开内酯环,启动脱羧-脱羟级联反应,将EA转化为生物利用度更高的尿石素
[6]。另外,He等
[7]研究结果表明,两歧双歧杆菌、青春双歧杆菌和长双歧杆菌参与将EA代谢为尿石素A。人源尿石素代谢型A菌群体外发酵显示,EA经EA→尿石素M6→尿石素C→尿石素A级联反应后生成最终代谢产物尿石素A
[8]。经大鼠体内试验、高效液相色谱串联四级杆飞行时间质谱鉴定后进一步证实,EA在大鼠肠道阶段经甲基化、葡萄糖醛酸化等一系列反应后,依次生成尿石素D、C、A与B
[9]。尿石素可通过多重途径发挥其生物学效应,例如激活β3-AR/PKA/p38MAPK、ERK/AMPKα/SREBP1、PI3K/AKT/mTOR等信号通路改善胆固醇稳态、抑制肿瘤生长和缓解炎症反应等
[10]。在猪流行性腹泻病毒感染模型中,20 mg/kg EA可显著提升仔猪血清超氧化物歧化酶(SOD)活性与总蛋白浓度,同时降低总胆红素水平,从而缓解病毒诱导的氧化损伤与代谢紊乱
[11]。添加30 mg/kg EA,通过优化瘤胃微生物区系,增强哈萨克绵羊挥发性脂肪酸生成效率,促进日增重;此外,EA组血浆中总抗氧化能力(T-AOC)、SOD、过氧化氢酶(CAT)和谷胱甘肽过氧化物酶(GSH-Px)的活性显著升高,而丙二醛(MDA)浓度显著低于对照组
[12]。综上所述,EA主要被肠道菌群代谢为更易吸收的尿石素,发挥其生物学效应,同时还能优化肠道菌群结构,从而改善动物营养代谢,促进动物健康。
2 EA的抗氧化机制
结构生物学研究显示,EA通过形成3个氢键与2个π-π相互作用键从而与受体蛋白结合,发挥抗氧化作用,其抗氧化能力比维生素C高2.6倍
[13]。从分子机制来看,EA可以通过电离来参与抗氧化活性,其自由基清除活性与酚羟氢原子转移、单电子转移随后质子转移等机制有关。同时,EA还可以抑制氧化应激产生通路的蛋白质、酶和转录因子的表达,如通过下调烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸氧化酶及细胞色素P450的表达,从而抑制活性氧(ROS)的初始生成
[14]。在砷暴露神经元铁死亡模型中,EA可通过激活Nrf2/Keap1信号通路、促进GPX4表达和改善铁离子代谢的能力,从而缓解了氧化应激、铁代谢紊乱及认知障碍
[15]。Rozentsvit等
[16]研究发现,EA通过减少ROS生成和抑制ERK1/2活化等方式发挥抗氧化作用,从而缓解高血糖诱导的人类主动脉内皮细胞氧化应激。在体内,EA被肠道菌群代谢为系列尿石素,但它们的生理活性存在显著差异,尿石素A的抗氧化性
[4]、抗炎症活性
[17]强于尿石素B和异尿石素A,且比其母体化合物EA具有更高的生物利用度
[18]。Xu等
[19]在基础日粮中补充EA,发现EA可通过激活Nrf2-AR信号通路,促进脂质代谢和抗氧化能力,维持小鼠肝脏健康。Mise等
[20]研究结果表明,EA能够有效增强虹鳟鱼的免疫反应和抗氧化能力,从而缓解鲁克氏耶尔森氏菌引起的氧化应激作用。此外,Xiao等
[21]研究发现,EA还可以介导Nrf2信号通路缓解氧化应激,保护仔猪免受百草枯引起的肠道损伤。综上所述,EA可通过抑制ROS的初始生成,激活Nrf2信号通路,调控代谢功能,从而发挥其抗氧化作用,维持机体的氧化还原稳态,如
图2所示。
3 EA在畜禽生产中的应用
EA因其强抗氧化能力,在提高规模化扩繁效率和质量方面展现出巨大潜力。公畜精液在液态或冷冻保存过程中,ROS过量产生和冷休克等易使精子发生氧化应激,导致精子活力、膜完整及线粒体功能等下降,大大降低精子质量。EA作为抗氧化剂,在精液液态保存方面取得了巨大进展。任发
[22]研究结果表明,25 µmol/L EA可显著降低大白猪精子细胞内ROS与脂质过氧化水平,提高T-AOC活性,从而改善精液常温保存的品质。屈先先等
[23]进一步证实,EA可通过上调GSH-Px、CAT活性及T-AOC水平,提高杜洛克猪精子活率、质膜和顶体完整率,对常温保存的精液起到良好的保护作用。EA在精液的冻存方面也有显著的保护作用。Zhu等
[24]研究结果显示,添加5 µmol/L EA可以通过降低ROS水平和维持线粒体功能来促进ATP生成,从而改善山羊精子解冻后的质量。
此外,EA在改善母畜卵母细胞质量上也取得了突破性进展。Lee等
[25]研究发现,在猪卵母细胞体外成熟过程中,添加10 µmol/L EA可以通过抗氧化机制改善卵母细胞成熟及囊胚形成率。Kawasaki等
[26]研究指出,20 µmol/L EA可抑制透明质酸结合蛋白介导的过早顶体反应,降低多精受精率,并保障猪卵母细胞的后续发育潜能。另外,卵巢颗粒细胞作为功能性细胞,可为卵母细胞提供营养、支持并分泌激素辅助卵母细胞发育。Wen等
[27]报道,补充EA可显著改善贵州黑山羊卵巢颗粒细胞的免疫能力及延缓细胞的凋亡,同时还可促进卵巢颗粒细胞分泌性激素以促进卵母细胞成熟及发育。
EA作为抗氧化剂除了应用于辅助生殖技术领域以外,对促进畜禽健康和生长发育也极具潜力。肠道屏障是营养高效利用与机体健康的基础,EA能够改善肠道屏障功能,促进畜禽健康生长发育。在猪的应用上,Qin等
[28]研究结果表明,与对照组相比,日粮中添加0.1% EA可提高断奶仔猪空肠绒毛高度,促进肠道紧密连接蛋白表达,增强空肠抗氧化能力,调节断奶仔猪肠道微生物群,并提升肠道短链脂肪酸浓度,从而减轻断奶仔猪肠道损伤和氧化应激,促进断奶仔猪生长发育。Lu等
[29]研究发现,日粮中添加EA能影响肠道免疫反应,促进断奶仔猪肠道微生物群的有益生长,减少炎症反应的发生,从而促进断奶仔猪的生长和肠道健康。另一项研究表明,在育肥猪饲粮中添加400 mg/kg EA,可有效改善其生长性能和肉品质,同时提高血清T-AOC、CAT和SOD水平,降低MDA水平,增强育肥猪机体抗氧化功能
[30]。在黄羽肉鸡中,EA可通过促进短链脂肪酸分泌、降低肠道pH,从而抑制致病菌侵袭,同时降低肠道通透性,维持肠道屏障完整性,从而改善黄羽肉鸡的肠道屏障功能
[31]。在羊的应用方面,添加30 mg/kg EA显著提高了哈萨克羊血浆T-AOC、GSH-Px活性,提高了哈萨克羊机体的抗氧化能力
[32]。马超宇等
[33]在哺乳期湖羊羔日粮中添加15 mg/kg EA可提高羔羊总增重、平均日增重;梁应涛等
[34]补喂30 mg/kg EA提高了断奶羔羊血浆中总蛋白、白蛋白含量和矿物质离子浓度,降低了尿素氮水平和谷氨酰转肽酶活力,表明EA促进了羔羊的健康生长发育。在马的应用上,陈晖等
[35]研究结果表明,在哺乳期补饲30 mg/kg EA能够显著提高马驹体重和增长马驹体尺,并显著提高血浆总蛋白、白蛋白和高密度脂蛋白浓度,改善机体营养物质代谢,促进马驹的健康生长发育。Huang等
[36]饲喂15 mg/kg EA提升了母马泌乳期的产乳量,同时与对照组相比,EA组母马血清GSH-Px活性增强,乳中SOD和CAT活性升高,同时降低了乳中丙二醛(MDA)水平,优化母马肠道菌群,提高短链脂肪酸浓度,抑制有害菌群繁殖,改善了哺乳母马的生产表现和健康状况。贺林娇等
[37]研究发现,给泌乳期伊犁母马补喂15 mg/kg EA能够显著提高其后代马驹胸围、体长的总增长量,降低马驹血液尿素含量,增加血液碱性磷酸含量,从而促进马驹的生长发育。
4 总结与展望
EA能够通过其抗氧化机制,缓解氧化应激,改善肠道屏障功能,优化肠道菌群结构,促进肠道健康,从而提高畜禽繁殖效率及生产性能,为畜禽高效、绿色生产提供了新思路。然而,当前研究多停留在现象描述层面,对不同物种的有效剂量、代谢差异与安全阈值缺乏系统评估。未来可结合多组学与无菌动物模型,精准解析EA-肠道菌群-宿主互作网络,建立基于尿石素A生物标志物的个性化添加策略;同时,开展长期、多中心生产试验,评估其对生产性能、后代性能及抗生素替代潜力的综合经济效益,为EA作为新型绿色饲料添加剂的产业化应用提供坚实数据支撑。