姜黄素在缓解动物机体损伤中的应用研究进展

Progress on the application of curcumin in relieving the injuries in animal body

摘要

随着环境问题日益严重，粮食与饲料作物安全无法保障，在实际生产中可能导致动物机体生理平衡失调，引发损伤。因此，减少畜禽损伤、优化养殖产业是目前急需解决的问题。姜黄素作为新型绿色饲用替抗产品，具有重要的应用潜力和前景。本文系统阐述了姜黄素作为一种绿色、安全、有效的新型饲料添加剂的生物学特性与功能价值，其多酚类化合物具有降脂、抗炎、抗氧化、抗病毒、抗感染等生物活性功能。尤其是在动物养殖中，饲料添加姜黄素对畜禽的生长性能、抗氧化能力、脂质代谢、肠道形态、免疫功能、繁殖能力具有改善作用。同时，重点探讨了姜黄素对动物机体热应激损伤、霉菌毒素污染、病毒感染等方面的功能及作用机制，为姜黄素对动物损伤的治疗与应用提供参考。

Abstract

The safety of food and feed crops cannot be guaranteed with the increasing severity of environmental issues, which may lead to the physiological imbalance and injuries in animal bodies in the practice of production. Reducing the injuries in livestock and poultry and optimizing the farming industry are urgent issues that need to be addressed. Curcumin, as a new type of green product alternative to antibiotics for feed, has important potential and prospects of application. This article systematically reviewed the biological characteristics and functional value of curcumin as a green, safe, and effective new feed additive. Its polyphenolic compounds have biological activities including functions of lipid-lowering, anti-inflammatory, antioxidant, antiviral, and anti-infection. The addition of curcumin to feed especially in animal husbandry has an effect on improving the growth performance, antioxidant capacity, lipid metabolism, gut morphology, immune function, and reproduction capacity of livestock and poultry. The focus was on summarizing the functions and mechanisms of curcumin mitigating injuries caused by heat stress, mycotoxin contamination, viral infection and other aspects in animal body. It will provide a reference basis for the treatment and application of curcumin in animal injuries.

关键词

姜黄素 / 热应激 / 霉菌毒素 / 病毒感染 / 饲料添加剂 / 抗生素替代品

Key words

curcumin / heat stress / mycotoxin / virus infection / feed additives / alternatives of antibiotics

当前，污水排放、药品残留以及霉菌毒素污染等环境问题日益严重，粮食与饲料作物安全无法保障。在实际生产中，动物机体可能受到此类环境条件的影响，导致机体生理平衡失调，引发机体损伤，并通过食物链直接威胁人类的健康^[1]。因此，减少畜禽损伤带来的损失、优化养殖产业是目前急需解决的问题。在畜禽养殖业全面“禁抗”的背景下，寻找天然、安全、有效的预防药物，一直是畜禽养殖与动物医学领域的研究重点。目前众多研究表明，微量元素硒^[2]、锌^[3]、褪黑素^[4]、槲皮素^[5]和姜黄素^[6]等对动物机体损伤均有良好的缓解效果。

姜黄素是一种多酚类化合物，具有作用广泛、毒副作用小、易提取、成本低等优点。在畜禽生产中，姜黄素能提高消化酶活性，促进脂质代谢、抑制脂质沉积，改善生产性能与产品品质，增强免疫和抗氧化应激功能，加强肠黏膜屏障功能，并提升繁殖性能^[7]。本文就姜黄素对动物机体损伤的减缓作用进行综述，涵盖动物机体热应激损伤、霉菌毒素污染、病毒感染等方面，以期为姜黄素作为天然物质来缓解动物受损伤情况的应用提供参考。

1 姜黄素对动物机体受热应激损伤的保护作用

我国南方夏季常出现持续高温高湿天气，气温可长时间维持在40 ℃左右。在此环境条件下，动物极易发生热应激反应，导致生长性能下降、肠道微生物紊乱、肌肉氧化损伤、肉品质下降，严重时甚至引发死亡。

在动物热应激情况下，姜黄素表现出多方面的保护作用。对育成期延边黄牛，姜黄素可以提高其生长性能、饲料养分表观消化率及机体抗氧化能力^[8]。在波槐杂交羊中，饲料中添加姜黄素能够改善其应激情况，从而提高生长性能^[9]；在热应激湖羊的饲料中添加姜黄素，则能改善其脂质代谢、免疫应答及睾丸发育情况^[10]。

热应激也严重制约着蛋鸡养殖业的经济效益与健康发展，常见表现有采食量、产蛋率下降，死淘率与鸡蛋破损率显著上升。在蛋鸡养殖中，姜黄素可缓解热应激导致的蛋鸡肠道损伤，改善肠道形态，提高免疫功能，从而保障蛋鸡的健康生产^[11-14]，且姜黄素可通过降低肝脏活性氧（ROS）浓度，缓解氧化应激，发挥抗氧化的保护作用^[15-16]。此外，姜黄素还能改善循环高温环境中蛋鸡的生产性能，促进促黄体生成素（LH）和促卵泡激素（FSH）的分泌^[17]；当姜黄素添加量为250 mg/kg时，蛋鸡的产蛋率及卵泡发育效果最好^[18]。在试验动物中，刘阳^[19]的研究发现，饲喂姜黄素能够缓解热应激小鼠的睾丸功能下降，减少睾丸组织内生殖细胞的凋亡，还可抑制热应激所致的精母细胞凋亡。

综上所述，在畜禽遭受热应激损伤的情况下，姜黄素对其生长性能、抗氧化能力、脂质代谢、肠道形态、免疫功能、繁殖能力均具有一定的改善作用。

2 姜黄素对动物机体受霉菌毒素污染的保护作用

黄曲霉毒素B₁（AFB₁）对粮食与饲料作物的污染极其严重，尤其在湿热的南方地区更为突出^[20]。AFB₁在黄曲霉素中毒性最强，属一类致癌物^[21]，高剂量摄入会导致动物急性肝损伤，出现黄疸、呕吐甚至死亡；还可能诱发基因突变。

研究发现，姜黄素可通过减少氧化应激、增强线粒体功能、抑制细胞凋亡、恢复细胞周期及促进PI3K/AKT通路基因表达，缓解AFB₁诱导的猪卵巢颗粒细胞损伤^[22]。对于AFB₁引起的羊肝细胞损伤，姜黄素可通过改变香豆甾醇和亚精胺这两种代谢物的水平，调节ABC转运蛋白和苯丙素的生物合成，从而对肝细胞起到保护作用^[23]。

目前，针对姜黄素缓解AFB₁诱导的家禽肝脏损伤已有大量研究。姜黄素可通过促进肝细胞自噬活动和细胞增殖相关基因的表达，抑制肝细胞凋亡、坏死及炎症，是干预AFB₁致肉鸡亚慢性肝损伤的重要机制^[24]；姜黄素还能通过抑制自噬、恢复线粒体和溶酶体功能，缓解AFB₁诱导的鸡肝细胞脂毒性^[25]；同时，可提高DNA整体甲基化水平以及DNMTs的表达来缓解AFB₁诱导的肉鸡肝脏损伤^[26]；此外，姜黄素可上调Nrf2及解毒相关Ⅱ相酶（GSTA、GSTA3、GSTA4、GSTM2和EPHX1）的表达，促进黄曲霉毒素B₁-8,9-环氧化物与谷胱甘肽结合解毒^[27]，从而改善AFB₁诱导的肝损伤。在鸭上的研究同样表明，姜黄素对AFB₁所致损伤具有保护作用。姜黄素可激活Nrf2/HO-1信号通路，从而抑制NF-κB信号通路及下游炎性因子的表达，缓解AFB₁中毒导致的雏鸭脾脏炎性损伤^[28]；还能够有效缓解赭曲霉毒素A（OTA）诱导的肉鸭肠毒性，具有降低脂质过氧化，改善肠道屏障和线粒体功能的作用^[29]。

上述机制共同发挥对肝脏损伤的保护作用，表明姜黄素在畜禽养殖行业中具有重要的应用前景。

3 姜黄素对动物机体受病原感染的保护作用

姜黄素对减轻病毒感染具有十分重要的意义。研究发现，姜黄素可通过促进干扰素分泌，激活JAK-STAT信号通路，增强其下游干扰素刺激基因（ISGs）的转录，从而抵御猪流行性腹泻病毒（PEDV）的入侵，抑制PEDV感染^[30]。同时，姜黄素可以促进ISG15基因的表达，上调Ⅰ型干扰素（IFN-Ⅰ）通路相关的因子，增强猪瘟病毒（CSFV）感染后动物机体的先天性免疫反应^[31]。此外，姜黄素对仔猪感染繁殖与呼吸综合征病毒（PRRSV）具有一定的抑制作用^[32]，该机制可能与其可诱导血红素加氧酶-1（hemeoxygenase-1，HO-1）的表达，抑制PRRSV的复制有关^[33]。研究还证实，姜黄素可提高仔猪对圆环病毒2型（PCV2）的细胞免疫水平，且免疫活性随着姜黄素浓度的增加而增强^[34]。在抗猪轮状病毒（PRV）方面，姜黄素能通过增强细胞m⁶A RNA甲基化水平，抑制PRV对猪小肠上皮细胞（IPEC-J2）的感染与复制，缓解细胞免疫功能的失调与炎症反应，发挥抗病毒作用^[35]。在体外试验中，姜黄素能体外抑制马立克氏病病毒（MDV）的复制和增殖^[36]。

在试验动物方面，姜黄素能减少PRV感染引起的大鼠组织，尤其是海马组织的损伤^[37]。此外，姜黄素也具有抗细菌作用。研究表明，姜黄素可体外抑制金黄色葡萄球菌（S.aureus）生长^[38]，在体内则可缓解金黄色葡萄球菌造成的A549细胞损伤，对金黄色葡萄球菌肺炎小鼠有保护作用，可减轻其肺脏的病理变化，提高存活率^[39]。

总结相关报道可以看出，姜黄素因能抑制病毒的复制与感染，增强免疫力及发挥抗炎作用而受到广泛关注，这表明其具有开发为抗病毒及细菌临床药物的潜力，为其在畜牧兽医领域作为药物或保护剂的研发奠定了基础。

4 姜黄素对动物机体受其他损伤的保护作用

当前，重金属污染问题日益严重，部分畜禽水产品中重金属残留超标，危害动物与人类健康。有研究表明，姜黄素对重金属损伤具有一定的缓解作用，如通过调节ROS/NLRP3炎症小体，减缓六价铬诱导的肉鸭肠道损伤^[40]。此外，对于氟等非重金属污染物，姜黄素同样具有保护作用，可以通过调节Nrf2/HO-1及Drp1/OPA1/MFN2信号通路，缓解氟处理诱导的BHK-21细胞氧化损伤和线粒体损伤^[41]。

5 结语与展望

综上所述，姜黄素在动物遭受热应激损伤的情况下，对畜禽生长性能、抗氧化能力、脂质代谢、肠道形态、免疫功能、繁殖能力都有一定的改善作用；对受霉菌毒素损伤的动物机体，姜黄素可通过减少氧化应激和炎症反应、增强线粒体功能、抑制细胞凋亡从而对肝脏提供保护作用；此外，姜黄素在抑制病毒和细菌感染，以及缓解重金属损伤上也发挥着重要作用。目前，关于姜黄素作为营养性添加剂的基础性研究已较成熟，但在缓解动物机体损伤方面，其添加量及作用机制的相关研究还不够成熟，有待进一步探究。

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