全雪容，唐佳希，田鳳云，彭天舒，田科雄

（湖南農(nóng)業(yè)大學動物科學技術學院，湖南省畜禽安全生產(chǎn)協(xié)同創(chuàng)新中心，湖南長沙 410128）

黃芪為多年生草本植物，是一種應用歷史悠久的中草藥，具有免疫調節(jié)作用。黃芪多糖（Astragalus Polysacharin，APS）是從黃芪的莖或干根中提取的一種具有生物活性的水溶性雜多糖，成分復雜多樣，其高分子碳水化合物主要通過各單體多糖之間的α型糖苷鍵連接[1]。APS 的提取方法主要有水提取、微波提取、酶提取、堿水提取等，并且提取方法不同所獲得的多糖含量略有差異。陳玉霞等[2]用微波提取法APS 所得多糖的含量為31.25%。我國于20 世紀70 年代開始研究多糖，由于我國中草藥資源豐富和中醫(yī)理論較系統(tǒng)等優(yōu)勢，多糖的研究發(fā)展迅速，各種多糖的生物活性不斷被挖掘。APS 具有增強機體免疫力、抗氧化、抗炎、調節(jié)腸道健康等多種作用[3]。APS 作為飼料添加劑，因其低毒、無殘留、無耐受性等優(yōu)良特性而被廣泛應用于畜禽養(yǎng)殖，用以促進動物生長、提高成活率、增強抗病力、改善畜產(chǎn)品品質[3-4]。同時在醫(yī)學臨床領域，APS 對于各種疾病預防和治療、藥物的研究也發(fā)揮了重要作用。近些年，APS 在畜禽養(yǎng)殖生產(chǎn)中的研究進展較慢，有關其生理功能發(fā)揮機制也尚不清晰。本文主要綜述了APS 的生理功能及其可能的作用機制、在畜禽生產(chǎn)中的應用進展，以期為APS 的進一步研究和應用提供參考。

1 APS 的化學性質

APS 是從黃芪中提取的重要活性成分，棕黃色粉末，味道微甜，具有吸水性，相對分子量為80～160 ku[5]。APS 結構復雜，種類多，主要是葡聚糖發(fā)揮活性作用，化學特征為（1 →4）連接的葡聚糖主鏈，每10 個殘基有1 個（1 →6）連接的分支，其中多糖主要由葡萄糖、半乳糖、果糖和阿拉伯糖等組成[6]。

2 APS 的生物學功能

圖1 APS 的化學結構[6]

2.1 免疫調節(jié)作用 APS 主要通過調節(jié)機體免疫器官來促進免疫細胞的增殖、刺激免疫細胞因子的釋放，影響免疫信號的傳導，從而增強機體的免疫功能。孫波等[7]研究表明，APS 可以顯著提高肉雞脾臟、法氏囊、胸腺指數(shù)。APS 可增強動物免疫器官指數(shù)，其機制可能與APS 可增加B 淋巴細胞、T 淋巴細胞的增殖和分化，調節(jié)T 淋巴細胞亞群的平衡、激活自然殺傷細胞和巨噬細胞活性有關。研究表明，APS 可激活T 細胞[8]。小鼠注射200 mg/kg APS 可顯著提高外周血T 淋巴細胞、CD4+、CD8+細胞的百分比和CD4+/CD8+比值[9]。體內試驗表明，APS 通過對巨噬細胞的調節(jié)，增強自然殺傷細胞活性，殺滅腫瘤細胞[10]。此外，Li 等[11]研究發(fā)現(xiàn)，APS 可促進脾細胞產(chǎn)生白細胞介素2（IL2），誘導干擾素（IFN），促進淋巴細胞增殖，增加巨噬細胞吞噬作用。Wang 等[12]研究了APS 對脂多糖感染Caco-2 細胞炎癥反應的影響，結果顯示，APS 可顯著下調脂多糖感染Caco-2 細胞腫瘤壞死因子α（TNF-α）、白細胞介素1β（IL-1β）和白細胞介素8（IL8）的表達。因此，APS 通過誘導免疫細胞分泌IL2 等細胞因子，促進淋巴細胞等免疫細胞分化、成熟，進而增強機體免疫力。其調控機制可能是APS 通過刺激Toll 樣受體4（TLR4）-髓樣分化因子88（My D88）依賴性信號通路中的TNF受體相關因子，誘導IκB-α的降解，進而活化核轉錄因子-κB（NF-κB）[13]。NF-κB 途徑是作為免疫和腫瘤發(fā)生之間的重要分子連接。研究表明，APS 可增加小鼠單核巨噬細胞的TLR4/NF-kB 信號通路的表達[14]。Wang等[3]研究發(fā)現(xiàn)，在斷奶仔豬日糧中添加APS 后，仔豬的免疫力升高，其原因是TLR4-myd88 信號通路被誘導激活。另外，APS 可在體外激活p38/ 絲裂原活化蛋白激酶（MAPK）信號轉導通路，誘導巨噬細胞因子的產(chǎn)生[15]。APS 還可通過調節(jié)磷脂酰肌醇3-激酶/蛋白激酶（PI3K/AKT）磷酸化，激活PI3K/AKT 信號通路，此信號通路與細胞代謝、生長、遷移和增殖相關[16]。

綜上，APS 通過促進機體的特異性和非特異性免疫，活化免疫細胞，刺激免疫細胞因子釋放，誘導TLR4/NF-kB、p38/MAPK 等信號通路的表達，從而增強機體的免疫力。

2.2 抗氧化作用 動物在新陳代謝過程中，機體會產(chǎn)生一系列的活性氧（ROS），這些ROS 以羥基自由基、超氧陰離子和過氧化氫的形式存在動物體內。當機體遭遇到應激等不良情況時，就會產(chǎn)生過量的ROS、羥基等強氧化自由基，體內自由基的增加會造成組織和細胞損傷，導致脂質過氧化。研究發(fā)現(xiàn)，APS 能夠清除羥基自由基和降低過氧化氫的活性，并在體外有效地螯合鐵離子，改善氧化應激，防止氧化損傷[17]。體外試驗表明，APS 可清除1,1-二苯基-2-三硝基苯肼（DPPH）自由基、2,2' 氨基-二銨鹽（ABTS）自由基、超氧陰離子，可作為一種有效的抗氧化劑[18]。此外，APS 還可以通過提高機體多種抗氧化酶活性，從而提高抗氧化能力。研究表明，APS 可增加機體超氧化物歧化酶（SOD）、谷胱甘肽過氧化酶（GSH-Px）活性，阻斷丙二醛（MDA）的產(chǎn)生，降低ROS 的產(chǎn)生[19]。鄭嫩珠等[20]研究發(fā)現(xiàn)，APS 能顯著提高70 日齡番鴨肌肉總抗氧化能力（T-AOC）、SOD、GSH-Px 活性，顯著降低肌肉MDA 活性。其機制可能與APS 調節(jié)核因子 E2 相關因子 2（Nrf2）和抗氧化反應元件（ARE）的轉錄有關。研究表明，正常情況下，細胞抑制蛋白Keap1 將Nrf2 隔離在細胞質中，當細胞受到氧化應激時，Nrf2從中釋放出來，然后與Maf 或Jun 元件結合，在細胞核中形成異二聚體，異二聚體與ARE 結合，促進許多II期解毒酶和抗氧化酶的基因表達，包括血紅素氧合酶1（HO-1）和醌氧化還原酶1（NQO1），從而提高細胞清除ROS 的能力[21]。Simona 等[22]在過氧化氫誘導的氧化應激模型中發(fā)現(xiàn)，黃芪提取物可減少ROS 的釋放，激活Nrf2 的表達；APS 提取物可誘導HO-1、NQO1 表達，降低環(huán)氧化酶-2（COX-2）和誘導型一氧化氮合酶（iNOS）的含量，減少ROS 的釋放[22]。由上可知，APS 的抗氧化作用主要體現(xiàn)在：一方面，清除機體的自由基和降低過氧化反應，緩解氧化損傷；另一方面，通過激活Nrf2-ARE 信號通路，增加機體抗氧化酶水平，從而改善抗氧化性能。

2.3 維持腸道健康作用 研究報道，腸道健康可從腸道物理屏障、生物屏障、化學屏障和黏膜免疫屏障皆處于平衡狀態(tài)作為判定指標[23]。一方面，APS 可以調節(jié)宿主胃腸道內菌群的微生態(tài)平衡，發(fā)揮益生作用。研究表明，APS 通過顯著增加肉雞腸道有益菌乳酸桿菌、雙歧桿菌的數(shù)量來降低有害菌大腸桿菌、沙門桿菌的數(shù)量，從而有效調節(jié)肉雞腸道微生物菌群結構[7]。其可能機制是APS 內的大分子可以與大腸桿菌等有害菌爭占腸壁內的定植位點，抑制致病菌的吸附和繁殖，從而使有益菌得到增殖[24]。此外，APS 通過降低腸道pH 為腸道有益菌增殖提供有利環(huán)境，從而抑制有害菌[25]。Che等[26]研究表明，APS 通過降低腸道酸度，促進乳酸、短鏈脂肪酸和某些促生長因子等多種生物活性物質的產(chǎn)生，來促進消化酶的產(chǎn)生，從而保護腸道發(fā)育，促進動物生長。另一方面，APS 通過改善腸道形態(tài)結構發(fā)育，增加腸道微生物多樣性，來提高腸道的免疫力，維持腸道內環(huán)境穩(wěn)態(tài)。Yang 等[27]研究表明，在斷奶仔豬日糧添加APS，使仔豬腸道乙酸、異丁酸和丁酸含量顯著提高，腸道微生物種群和多樣性水平升高，隱窩深度降低、絨毛高度和隱窩深度的比值升高，從而促進斷奶仔豬的腸道健康發(fā)育。此外，Wang 等[28]研究發(fā)現(xiàn)，APS可改善感染脂多糖肉雞的空腸絨毛高度，增加空腸上皮內淋巴細胞數(shù)量。緊密連接是維持腸道黏膜上皮的機械屏障和滲透性的重要結構，APS 還可以通過提高腸道Occludin 和Claudin 緊密連接蛋白的表達來維持腸屏障功能[13]。同樣，Wang 等[29]研究也發(fā)現(xiàn)，APS 可顯著增加Occludin 和Claudin 的表達。

綜上，一方面，APS 通過調控腸道內有益菌生長所需的環(huán)境，從而維持了腸道微生態(tài)平衡，保護腸道形態(tài)的正常發(fā)育；另一方面，通過保護腸道上皮細胞和黏膜細胞，降低腸道屏障，進而促進腸道健康。

2.4 抑菌抗病毒 研究表明，APS 對金黃色葡萄球菌、大腸桿菌和沙門氏菌的菌株均有抑制作用[30]。Li 等[31]在1日齡雌雞日糧中添加200 mg/kg 的APS 進行42 d 飼養(yǎng)試驗發(fā)現(xiàn)，雌雞回腸和盲腸中大腸桿菌的數(shù)量分別減少4%和6%。李瑜等[32]研究表明，當APS 濃度為0.02 mg/mL時，對大腸桿菌和金黃色葡萄球菌的抑菌最好，且pH為6 時抑菌效果強，其原因可能是在強酸或強堿環(huán)境下，APS 結構容易變化，從而導致失去抑菌作用。在體外抗菌試驗中發(fā)現(xiàn)，APS 可抑制并殺滅奶牛乳腺炎的主要病原菌大腸桿菌、鏈球菌以及金黃色葡萄菌，并且對大腸桿菌抑制效果最明顯[30]。其原因可能是革蘭氏陰性菌細胞壁的肽聚糖層較薄，容易遭到APS 破壞，導致細胞膜破損，最終死亡[33]。APS 對許多病毒亦具有抑制作用，研究表明，APS 通過促進雛雞早期體液免疫應答，從而增強細胞免疫，減少H9N2禽流感病毒（AIV）的復制[34]。體外試驗表明，APS 可抑制豬圓環(huán)病毒2型（PCV2）的復制，其原因主要是由于APS 能降低PCV2 體內氧化應激反應和激活NF-κB 的信號通路[35]。因此，APS 主要通過調節(jié)機體免疫功來抑制病毒的復制過程。綜上，APS 對多種細菌和病毒均有抑制作用，這也為養(yǎng)殖生產(chǎn)中疾病的預防提供了參考。

3 APS 在畜禽生產(chǎn)中的應用

3.1 APS 在豬生產(chǎn)中的應用 研究表明，飼料中添加APS 對動物的生長具有明顯促進作用，究其原因可能是APS 具有免疫調節(jié)能力、促進腸道健康等作用。Yuan等[13]在斷奶仔豬日糧添加800 mg/kg 的APS 可顯著提高仔豬的平均日增重、降低耗料增重比、提高免疫球蛋白A（IgA）的表達，改善仔豬抗氧化性能。Yin 等[36]研究結果顯示，0.1% APS 組仔豬平均日增重較對照組和抗生素組分別顯著提高11%和4.4%，耗料增重比分別降低5.6%和8.4%，回腸消化率和氨基酸血清濃度增加，從而調節(jié)仔豬氨基酸代謝和腸道微生物的酸代謝，改善消化和吸收功能，促進生長。駱先虎等[37]研究表明，APS 能促進仔豬對粗蛋白質等營養(yǎng)物質的消化率，提高機體營養(yǎng)物質的利用率，降低仔豬腹瀉率。其改善腹瀉的原因可能是APS 通過降低仔豬腸道pH，使腸道有益菌數(shù)量顯著增殖，降低大腸桿菌等有害菌數(shù)量，通過改善仔豬腸道內環(huán)境，有效降低腹瀉率[25]。隋明靜[38]研究表明，APS 可促進仔豬腸道消化液分泌，通過改善腸道形態(tài)結構，從而擴大腸道的吸收面積，提高機體營養(yǎng)物質的吸收，加快仔豬的生長速度。Tan 等[39]在妊娠母豬預期分娩前1 周日糧中添加APS，分娩后檢測初乳中免疫細胞因子，結果顯示，APS 可顯著提高初乳中免疫球蛋白G（IgG）和免疫球蛋白M（IgM）表達，且豬瘟病毒抗體阻斷率也明顯提升。此外，母豬飼糧中添加APS 可提高產(chǎn)仔性能和仔豬成活率，改善泌乳量和乳品質[40]。侯曉礁等[41]研究發(fā)現(xiàn)，與對照組相比，在妊娠母豬飼料中添加300 mg/kg 的APS 后，母豬生產(chǎn)仔豬數(shù)量較高，仔豬死胎率、畸形率、弱仔率等較低。因此，APS 可通過增強機體免疫、提高營養(yǎng)物質利用率、改善腸道內環(huán)境，從而提高豬的飼料利用率、產(chǎn)仔性能，降低腹瀉率，促進生長。

3.2 APS 在家禽生產(chǎn)中的應用 APS 已被證實對肉雞生長性能具有提高作用[24,42-43]。APS 主要通過提高消化酶活性、改善腸道健康、增強免疫功能等方面提高肉雞生長性能。Wu 等[42]研究表明，APS 可提高肉雞腸道消化酶活性，增強血清免疫功能水平。APS 可調控脂多糖誘導的肉雞機體免疫應激，通過抑制蛋白質重分配，從而提高肉雞的蛋白質代謝，改善免疫應激狀態(tài)，緩解肉雞的生長抑制[44]。肉品質方面，孫波等[45]研究表明，APS 可不同程度地提高肉雞屠宰率、胸肌率等屠宰性能和肌肉的pH、滴水損失等肉品質指標。此外，APS 可有效降低肉雞的腹瀉率，究其原因是APS 抑制了大腸桿菌病、沙門菌病與綠膿桿菌病等細菌繁殖[46]。APS在蛋雞上的應用主要體現(xiàn)在提高生產(chǎn)性能和改善蛋品質方面。

官麗輝等[47]研究結果顯示，APS 可提高產(chǎn)蛋后期蛋雞產(chǎn)蛋率，降低耗料增重比，提高促卵泡激素（FSH）、促黃體生成素（LH）等生殖激素水平。APS 可以有效改善產(chǎn)蛋后期蛋雞卵巢功能，促進其卵泡發(fā)育與排卵，提高產(chǎn)蛋性能。APS 還可調節(jié)蛋雞血脂。楊秋霞等[48]研究結果顯示，在蛋雞日糧中添加APS 可顯著降低蛋雞血清膽固醇（TC）、甘油三酯（TG）和蛋黃中TG等脂質指數(shù)，APS 通過調節(jié)機體脂質代謝水平，改善雞蛋品質。在蛋品質方面，王翠菊等[19]研究也指出，APS 可以改善蛋黃顏色，提升蛋殼的厚度和哈氏單位，可能是APS 具有強抗氧化作用，可有效保護葉黃素氧化，起到促進色素堆積、調節(jié)蛋黃色澤的作用。在水禽方面，APS 主要集中在鴨生產(chǎn)上的研究。趙文文等[49]研究結果顯示，與對照組相比，APS 組耗料增重比降低12.97%，平均日增重和平均采食量分別提高了6.85%、0.70%；各免疫球蛋白和免疫細胞因子均得到不同程度提高，回腸隱窩深度降低了48.29%，有效提高了腸道菌群豐度。李桂芹等[50]研究顯示，APS 可緩解免疫應激導致的肉鴨免疫器官指數(shù)和應激激素降低，由此提高機體抵抗力，促進生長。鄭嫩珠等[20]研究表明，添加APS 可提高番鴨肌肉pH、降低滴水損失和剪切力，從而提高肌肉持水力，改善肉品質，原因在于APS 增強了肌肉中的抗氧化酶活性，保證了肌肉的品質。綜上表明，APS 對家禽的生產(chǎn)性能、產(chǎn)品品質、腸道健康、機體免疫等均有提升作用。

3.3 APS 在反芻動物生產(chǎn)中的應用 APS 對牛、羊等反芻動物具有促生長、調控能量代謝、緩解應激、增強免疫等作用[51-52]。劉延鑫等[51]研究發(fā)現(xiàn)，APS 通過降低應激肉牛抗氧化指標的升高，可有效緩解運輸導致的肉牛應激反應，使肉牛恢復正常生理狀態(tài)，降低發(fā)病率。王義翠等[53]研究表明，與對照組相比，在斷奶犢牛日糧中添加5 g/ 頭的APS 可顯著提高平均日增重，采食量提高了8.40%，耗料增重比、發(fā)病率分別降低了5.7%、66.6%，機體SOD、GSH-Px 等抗氧化酶活性也顯著提高。一方面，APS 可通過增強反芻動物抗氧化能力，提升其抗應激水平，改善其生長。另外，APS 可提高反芻動物的營養(yǎng)養(yǎng)物質消化率，降低腹瀉率，也是其促進生長的機制之一[54]。也有研究報道，APS 對奶牛乳房炎有一定的預防作用，主要是通過抑制金黃色葡萄球菌、無乳鏈球菌、大腸菌群屬等奶牛乳房炎致病菌，降低牛乳中的體細胞數(shù)和改善乳腺上皮細胞炎癥來實現(xiàn)[55]。因此，通過添加APS 后可以提高反芻動物生產(chǎn)性能，緩解應激反應，提高免疫力，促進動物生長。

4 小 結

綜上所述，APS 具有增強動物免疫力、促進動物生長、維持腸道健康發(fā)育、提高抗應激能力等作用。同時，因其具有高效、低毒、無殘留等優(yōu)良特性，逐漸被作為一種新型綠色添加劑應用在家畜、家禽和反芻動物生產(chǎn)中，并取得良好的效果。值得指出的是，在當前畜禽生產(chǎn)中禁止使用飼用抗生素的大環(huán)境下，APS 能否成為一種替抗產(chǎn)品需要開展更廣泛研究。目前APS 的提取工藝效率低，在不同畜禽生產(chǎn)中添加劑量差異較大及與其他飼料添加劑的互相關系尚不明確，需進一步深入研究。