■陳志龍 黃運茂 王一冰 蔣守群*

（1.仲愷農(nóng)業(yè)工程學(xué)院，廣東 廣州 510225；2.廣東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院動物科學(xué)研究所，畜禽 育種國家重點實驗室，農(nóng)業(yè)農(nóng)村部華南動物營養(yǎng)與飼料重點實驗室，廣東 省畜禽育種與營養(yǎng)研究重點實驗室，廣東 廣州 510640）

近年來，我國畜禽養(yǎng)殖集約化水平日益提高，隨著飼料全面禁抗時代的到來，畜禽腸道健康和免疫機(jī)能改善愈發(fā)成為養(yǎng)殖行業(yè)關(guān)注的熱點。實際生產(chǎn)中，飼糧抗生素禁用導(dǎo)致畜禽疫病發(fā)生率提高、生長性能降低，臨床治療用藥物用量增加，嚴(yán)重影響?zhàn)B殖效益和產(chǎn)品安全品質(zhì)。因此，安全、高效、新型、替代抗生素飼料添加劑產(chǎn)品的研發(fā)迫在眉睫。

從植物中提取的酚酸，因為其特有的共軛結(jié)構(gòu)和強(qiáng)大的給電子能力，具有較強(qiáng)抗氧化和抗菌等作用，其中部分還具有改善畜禽生長性能的作用[1]。沒食子酸（Gallic acid，GA）是酚酸的一種，廣泛存在于五倍子、鎖陽、地榆、刺三加等草藥中和山葡萄、石榴等水果中[2-10]。目前關(guān)于沒食子酸抗菌、抗炎、抗氧化及抗癌特性在人和小鼠等模式動物上的研究較深入，但在畜禽生產(chǎn)上的研究和應(yīng)用報道較少。

文章介紹了沒食子酸的理化特性，對其發(fā)揮生物學(xué)活性的分子機(jī)理進(jìn)行了討論分析，并針對其在畜禽生產(chǎn)上的應(yīng)用進(jìn)行總結(jié)與展望，旨在為沒食子酸對畜禽健康調(diào)控的進(jìn)一步研究和生產(chǎn)上的科學(xué)應(yīng)用提供參考。

1 沒食子酸的理化特性和吸收利用

沒食子酸又名五倍子酸、棓酸，學(xué)名為3，4，5-三羥基苯甲酸（C7H6O5），分子質(zhì)量為170.12 u，是一種白色或淡黃色針狀結(jié)晶或粉末，通常以一水化合物（C7H6O5·H2O）的形式存在。沒食子酸含有3個酚羥基和1個羧基，其分子結(jié)構(gòu)如圖1所示[1]。

圖1 沒食子酸的分子結(jié)構(gòu)式

沒食子酸在自然界中來源廣泛，五倍子、鎖陽、地榆、刺三加等草藥和芒果、石榴等水果中均含有沒食子酸。沒食子酸在我國已經(jīng)有幾十年的生產(chǎn)歷史，可以從五倍子等植物中直接提取，從五倍子和石榴皮等浸出液中分離的棓單寧在酸、堿、酶等催化作用下也可生成沒食子酸[9]。表1展示了近年來各種植物提取物中沒食子酸的含量，其中，馬桑皮提取物中沒食子酸含量最高，可達(dá)到10.79%左右[3]，五倍子提取物中棓單寧的含量高達(dá)18.3%，也可以作為沒食子酸的主要來源[6]。

表1 各種植物提取物中沒食子酸的含量

沒食子酸衍生物包括兩種類型：酯衍生物和兒茶素衍生物。沒食子酸最常見的酯衍生物是烷基酯，主要由沒食子甲酯（MG）、丙酯（PG）、辛酯（OG）、十二烷酯（DG）、十四甘酯（TG）和十六酯（HG）組成；主要的兒茶素衍生物是表兒茶素（EC）、表兒茶素沒食子酸酯（ECG）、表沒食子兒茶素（EGC）、加酸酯（GCG）和表沒食子兒茶素沒食子酸酯（EGCG）[11]。其中，EGCG 已被觀察到具有強(qiáng)大的抗癌活性和對心血管和代謝性疾病的保護(hù)作用，具有多種機(jī)制。由于強(qiáng)效抗氧化劑清除活性氧的特性，沒食子酸的衍生物如DG、PG、OG、TG 和HG 等，被廣泛應(yīng)用于食品制造和制藥行業(yè)[11]。

沒食子酸直接以中藥或者提取物形式口服時溶解度低，吸收效果差，首過效應(yīng)強(qiáng)，其在不同原料中的吸收效果也不同，所以在人中往往通過制成納米制劑藥片來提高其吸收率和生物利用度[12]。用結(jié)腸癌細(xì)胞Caco-2 單層膜進(jìn)行體外試驗，模擬純沒食子酸在細(xì)胞屏障上的跨膜轉(zhuǎn)運，發(fā)現(xiàn)其質(zhì)子梯度下的表觀通透性系數(shù)為0.20×10-6cm/s[11]。沒食子酸的代謝部位在腎臟，在腎臟經(jīng)過甲基化、硫基化或者糖苷酸化后，原型和代謝產(chǎn)物于全身分布，最后經(jīng)膽汁和尿液排出[11]。

2 沒食子酸的生物學(xué)作用與機(jī)制

作為一種有機(jī)酚酸，沒食子酸因為其較強(qiáng)的還原性，易與蛋白質(zhì)、酶以及細(xì)胞膜上受體發(fā)生反應(yīng)，激活或抑制一系列分子信號，發(fā)揮抑菌、抗氧化、抗炎及促進(jìn)物質(zhì)轉(zhuǎn)運等生物學(xué)作用，前人對其功能的研究見表2[1]。

表2 沒食子酸的生物學(xué)功能

2.1 殺滅/抑制病原菌的作用

沒食子酸在體外有廣泛的抗菌活性。體外研究表明，沒食子酸通過調(diào)節(jié)大腸桿菌胞外多糖合成pgaABCD基因表達(dá)抑制大腸桿菌（E.coli）細(xì)胞壁的形成[14]；沒食子酸通過調(diào)節(jié)mdoH基因和OpgH蛋白的表達(dá)，有效抑制福氏志賀菌（Sh.flexneri）細(xì)胞膜的形成和活性[22]，并通過調(diào)節(jié)ICA操作子的表達(dá)，對金黃色葡萄球菌（S.aureus）有特異性的抗生物膜作用[23]。體內(nèi)研究證明，沒食子酸可抑制幽門螺桿菌生長（H.pylori）[24]。

沒食子酸不僅可以抑制、殺滅細(xì)菌，而且也具有很強(qiáng)的抗真菌活性[14]。對新鮮黑塊菌進(jìn)行貯藏試驗，觀察到?jīng)]食子酸的體外抗菌活性，假單胞菌屬、腸桿菌科和傘狀菌的存活率顯著下降，并且沒食子酸對所有被測的皮膚癬菌菌株紅色毛癬菌（T.rubrum）、小孢子菌（M.canis）、疣毛癬菌（T.verrucosum）和白念珠菌（C.albicans）均顯示抗真菌活性[25]。

You 等[15]研究表明，甲型H1N1 流感病毒對沒食子酸敏感，其在人體內(nèi)感染的過程會被沒食子酸抑制。沒食子酸也具有抗乙肝病毒活性[26]。GutiéRrez等[27]以沒食子酸強(qiáng)大的抗菌活性為理論基礎(chǔ)進(jìn)行改良，合成了甲氧芐啶等抗菌劑，用于治療某些微生物傳染病。

2.2 沒食子酸的抗氧化作用機(jī)制

核因子E2相關(guān)因子2（Nrf2）是一種轉(zhuǎn)錄因子，負(fù)責(zé)調(diào)節(jié)哺乳動物細(xì)胞的氧化還原平衡和抗氧化及Ⅱ期解毒反應(yīng)[28]。應(yīng)激條件下，Keap 1中的——SH基團(tuán)的修飾或Nrf2 的磷酸化促進(jìn)了Nrf2 與Keap 1 的解離以及Nrf2 向核的移位。在與Maf 肌肉腱膜纖維肉瘤癌基因同源物重組蛋白（MAF）結(jié)合后，Nrf2激活A(yù)RE（抗氧化反應(yīng)元件，antioxidant response element），增加Nrf2 調(diào)控抗氧化酶基因[例如血紅素氧化酶（oxygen?ase-1，HO-1）、谷胱甘肽巰基轉(zhuǎn)移酶（Glutathione Stransferase，GST）、磷酸酰胺腺嘌呤二核苷酸醌氧化還原酶-1（NADPH quinineoxidoreductase-1，NQO-1）]的轉(zhuǎn)錄[29]。Zhang 等[30]用沒食子酸預(yù)處理人肝臟癌細(xì)胞HepG 后使用H2O2建立氧化損傷模型，發(fā)現(xiàn)沒食子酸處理組的Nrf2和HO-1表達(dá)水平顯著上升，從而提高了下游抗氧化酶谷氨酸半胱氨酸連接酶（glutamatecysteine ligase modifier，GCLM）和過氧化氫酶（cata?lase，CAT）的表達(dá)。當(dāng)抑制HepG2細(xì)胞的Nrf2基因轉(zhuǎn)錄時，沒食子酸引起的HO-1和NQO-1表達(dá)上調(diào)被抑制。Tanaka等[17]研究發(fā)現(xiàn)，通過敲除Nrf2可顯著降低沒食子酸誘導(dǎo)的抗氧化酶NQO-1、HO-1、CAT 和GCLM 的表達(dá)，提示沒食子酸對Nrf2靶向抗氧化基因的上調(diào)作用，從而提高抗氧化酶的活性。Pandurangan等[31]研究表明，沒食子酸可導(dǎo)致Nrf2 下游靶點的NQO-1 和二磷酸尿苷葡糖醛酸轉(zhuǎn)移酶（uridine di?phosphate-glucuronosyltransferases，UDP-GT）的表達(dá)增加，從而保護(hù)結(jié)腸黏膜，緩解結(jié)腸炎，降低結(jié)腸癌的發(fā)病風(fēng)險。沒食子酸可能是通過激活Keap1-Nrf2 通路，但在畜禽上的具體作用機(jī)制未見報道。

2.3 沒食子酸緩解炎癥作用機(jī)制

核轉(zhuǎn)錄因κB信號（Nuclear factor kappa beta，NFκB）通路在免疫調(diào)節(jié)、炎癥、應(yīng)激反應(yīng)和細(xì)胞凋亡等方面發(fā)揮著重要作用。在病原刺激過程中，白細(xì)胞介素-1β（interleukin，IL-1β）和腫瘤壞死因子-α（tumor necrosis factor，TNF-α）等炎癥因子刺激髓核細(xì)胞激活I(lǐng)-κB激酶，使I-κB蛋白在泛素化和磷酸化后降解，并暴露于NF-κB 二聚體，特別是二聚體p65-p50。然后，p65 被磷酸化，p65-p50 被導(dǎo)入細(xì)胞核，二聚體p65-p50 在進(jìn)入細(xì)胞核后激活轉(zhuǎn)錄因子，同時在細(xì)胞核內(nèi)被組蛋白乙酰轉(zhuǎn)移酶（HATS）乙?；Ｒ阴；膒65抑制了其與IκBα的結(jié)合能力，導(dǎo)致NF-κB信號通路的持續(xù)激活[32]。有研究發(fā)現(xiàn)，沒食子酸可以抑制NF-κB途徑上游的促炎因子TNF-α和IL-1β/6誘導(dǎo)的p65磷酸化，抑制p65-p50向細(xì)胞核的轉(zhuǎn)移，阻抑NFκB 途徑的激活，降低血栓形成素4、分解素和金屬蛋白酶的分泌，防止腰椎間盤退變[33]，抑制IL-4/10 釋放，則可以降低結(jié)腸炎肺炎和肺氣腫，酒精性肝炎和酒精性胃潰瘍的發(fā)病風(fēng)險[17]。Yang等[34]發(fā)現(xiàn)5 μg/mL沒食子酸可通過抑制A549 肺癌細(xì)胞的p65 乙酰化抑制LPS誘導(dǎo)的NF-κB信號轉(zhuǎn)導(dǎo)從而抑制誘導(dǎo)型一氧化氮合酶（inducible nitric oxide synthase，iNOS）和環(huán)氧化酶-2（cyclooxygenase-2，COX-2）的表達(dá)。Liu等[19]使用5%右旋糖酐硫酸鈉建立潰瘍性結(jié)腸炎模型的大鼠經(jīng)1、2 mL/kg和10 mL/kg沒食子酸處理后，發(fā)現(xiàn)沒食子酸處理減緩了右旋糖酐硫酸鈉誘導(dǎo)的TLR依賴的磷酸化PI3K/AKT/NF-κB 的表達(dá)水平升高，從而減輕潰瘍性結(jié)腸炎損傷，降低丙二醛（Malondialdehyde，MDA）、腫瘤壞死因子α、IL-1、IL-6、TLR-4（Toll 樣受體4，Toll like reactor 4）、p-PI3K(磷酸化磷酸肌醇-3-激酶，phosphorylated phosphoinositide-3-kinases)、p-AKT（磷酸化蛋白激酶A，phosphorylated protein kinases A）、p-NF-κB 水平，升高SOD（超氧化物歧化酶，superoxide dismutase）、GSH-Px（谷胱甘肽過氧化氫酶，glutathi?one peroxidase）、CAT 和IL-10 水平，其中10 mL/kg 沒食子酸處理組效果最佳。可見，沒食子酸調(diào)節(jié)炎癥反應(yīng)的作用對維持腸道健康的策略具有重要意義。因此，進(jìn)一步研究揭示其在特定動物及其不同生理階段下抑制動物腸道炎癥的機(jī)制十分必要。

3 沒食子酸在畜禽養(yǎng)殖中的應(yīng)用

目前關(guān)于沒食子酸在畜禽生產(chǎn)上的研究報道較少，現(xiàn)有研究顯示，沒食子酸在改善動物生長性能和健康方面具有顯著作用。

3.1 沒食子酸改善畜禽生長性能和肉、蛋品質(zhì)的作用

在飼料中添加沒食子酸，能通過改善動物機(jī)體的代謝能力，提高生長性能和改善肌肉和蛋的品質(zhì)。Samuel 等[35]在1 日齡愛拔益加肉雞飼糧中添加75～100 mg/kg 純度為90%的沒食子酸提高了飼料轉(zhuǎn)化率，當(dāng)沒食子酸的添加量為100 mg/kg和150 mg/kg時可提高42日齡肉雞胸肌率。Star?evi?等[36]在羅斯雞飼糧中添加5 g/kg沒食子酸后發(fā)現(xiàn)，35日齡羅斯雞血漿n-3多不飽和脂肪酸含量和胸肌脂肪沉積增加，同時降低肝臟膽固醇含量。Lee 等[37]研究發(fā)現(xiàn)，飼糧添加1%沒食子酸和亞麻油（1：1）混合物的35 日齡羅斯雞大腿中總酚含量、1，1-二苯基-2-吡啶酰肼（DPPH）自由基清除活性、2，2-偶氮-（3-乙基苯并噻唑啉-6-磺酸）（ABTS+）還原活性和還原力顯著提高，降低貯藏第7 d 的胸肌揮發(fā)性鹽基氮含量，同時大腿肌肉儲存時細(xì)菌豐度增加慢于對照組，說明飼料添加沒食子酸后的雞肉更不易腐敗而耐儲存。Jung 等[38]在蛋雞飼糧中添加1%沒食子酸和亞麻油（1：1）的混合添加劑可以提高雞蛋的抗氧化能力，降低蛋黃的MDA含量，提高蛋清的總抗氧化能力，提高蛋黃的脂肪酸含量，降低膽固醇水平。

3.2 沒食子酸對畜禽機(jī)體抗氧化作用

飼料添加沒食子酸可以提高動物機(jī)體抗氧化能力，減輕氧化損傷。Samuel等[35]在1日齡愛拔益加肉雞飼糧中添加75～100 mg/kg純度為90%的沒食子酸時，發(fā)現(xiàn)其上調(diào)21日齡肉雞血漿總抗氧化能力和總超氧化物歧化酶活性，降低了MDA含量。Al-sagheer 等[39]在新西蘭白兔飼糧中添加500 mg/kg沒食子酸，有效改善了熱應(yīng)激對白兔生長性能和血液生化特性的負(fù)面影響，顯著增加了白細(xì)胞、淋巴細(xì)胞和異嗜細(xì)胞的數(shù)量，提高過氧化氫酶活性，降低谷胱甘肽過氧化物酶和丙二醛的含量，還顯著提高了其對粗蛋白的消化率。以上研究表明，日糧中添加沒食子酸能增加畜禽體內(nèi)抗氧化酶活性，清除過量自由基類物質(zhì)，減少機(jī)體氧化損傷。

3.3 沒食子酸改善腸道健康的作用

腸道健康是動物正常生長的重要保證。除了抗氧化作用，沒食子酸還能通過改善腸道微生物群落和緩解腸道炎癥來改善腸道健康。Ma?ek 等[40]發(fā)現(xiàn)，飼糧添加5 g/kg 沒食子酸能改善35 日齡羅斯雞盲腸微生物發(fā)酵狀態(tài)，使得盲腸內(nèi)容物pH 降低，甲酸、乙酸和丁酸等短鏈脂肪酸含量增加，盲腸抗病能力增強(qiáng)。Lawal 等[41]研究則發(fā)現(xiàn)，飲水中添加1～3 ml/L 沒食子酸，能有效改善黃曲霉毒素導(dǎo)致的肉雞回腸黏膜結(jié)構(gòu)的破壞和炎性浸潤，從而緩解了黃曲霉素攻毒導(dǎo)致的肉雞腸道消化吸收功能的損傷和生長性能的下降。

沒食子酸可直接作用于腸道上皮，促進(jìn)動物腸道對其他營養(yǎng)物質(zhì)的吸收。在豬小腸上皮細(xì)胞IPEC-J2上的試驗表明，沒食子酸可能提高空腸特異性緊密連接蛋白的表達(dá)，使其完整性增加，50 μmol/L處理細(xì)胞時經(jīng)皮電阻相對減小36%，有利于物質(zhì)轉(zhuǎn)運[41]。此外，沒食子酸對腸上皮細(xì)胞對陽離子氨基酸、精氨酸和賴氨酸的攝取有積極影響，其機(jī)理可能為介導(dǎo)了陽離子氨基酸轉(zhuǎn)運蛋白-1（CAT-1）的表達(dá)[21]。沒食子酸對陰離子氨基酸的轉(zhuǎn)運有積極影響，但具體的作用機(jī)制尚待進(jìn)一步研究[11]。

綜上所述，沒食子酸可在飼料和飲水中添加提高動物生長性能和機(jī)體抗氧化能力，緩解炎癥損傷和改善盲腸微生物群落來改善腸道健康，改善肉蛋品質(zhì)，延長產(chǎn)品保存時間。歐盟食品安全局（EFSA）推薦飼料中添加沒食子酸的安全劑量為不大于5 mg/kg[40]，而實際生產(chǎn)中作為飼料添加劑沒食子酸應(yīng)用研究報道均顯示有效劑量往往在此之上，且針對具體動物品種和日齡的劑量選擇存在差異。

4 總結(jié)與展望

目前沒食子酸在人和小鼠等模式動物上已經(jīng)有了廣泛的研究。沒食子酸本身吸收效果較差，但是對促進(jìn)其他營養(yǎng)物質(zhì)的轉(zhuǎn)運有積極效果，在促進(jìn)負(fù)電氨基酸的轉(zhuǎn)運機(jī)制還需進(jìn)一步研究。

沒食子酸有廣泛的抗菌抗炎抗氧化作用，同時也具有促生長作用，但是作為飼料添加劑長期使用中，為了達(dá)到理想的效果可能會超過安全標(biāo)準(zhǔn)，對動物腸道和機(jī)體的不利影響并沒有得到有效評估。未來需要在特定動物及其不同條件下研究沒食子酸對動物腸道作用的具體機(jī)制，以便得出科學(xué)的添加量和添加劑型。