芦丁的生物活性及其在动物生产中的应用研究进展

李兰柱，胡红莲，管晓轩，张昆仑，孟 迪，魏晓玲，孙满吉

（1.东北农业大学动物科学技术学院，黑龙江 哈尔滨 150030；2.内蒙古自治区农牧业科学院动物营养与饲料研究所，内蒙古 呼和浩特 010031；3.内蒙古乌兰察布市凉城县永兴镇人民政府，内蒙古 凉城 013764）

中国养殖业已逐渐发展为集约化、 规模化的养殖模式， 抗生素作为加速动物生长的添加剂应用于畜禽生产， 但抗生素的残留和耐药等问题也日渐严重，对人们的身体健康产生威胁。农业农村部于2019 年7 月发布194 号公告， 要求自2020年实现饲料端禁抗、养殖端减抗和限抗，这促使人们寻找可用于促进动物生长、提高动物免疫力、增加饲料利用率的替抗产品。研究发现，植物多酚具有促进动物生长的潜力、 抗氧化能力和免疫调节特性，可成为抗生素的理想替代品，特别是黄酮类物质［1］。 黄酮类化合物具有抗炎、抗自由基、保护心脑血管系统等多种生物学功能， 芦丁作为黄酮类化合物的典型代表， 因其重要的生物学功能受到了广泛关注。 该文主要从芦丁的结构、 提取方法、 生物活性以及在动物生产中的应用等方面进行总结，为芦丁的进一步开发利用提供新思路。

1 芦丁的结构及其性质

芦丁（rutin）是一种黄酮醇苷类物质，包括黄酮酚苷元槲皮素和芦丁二糖， 属于维生素C2 家族， 化学名称为5，7，3′，4′-四羟基-3-芸香糖黄酮，结构式如图1 所示，广泛存在于槐米、荞麦、水果（如苹果、葡萄、柠檬）、蔬菜（如胡萝卜、土豆）和饮料（如茶和酒）及药用植物中［3-6］。 芦丁是一种以槲皮素为苷元，以芸香糖为糖基的糖苷。母核的基本结构为二苯基色原酮， 由3 个位于中央的碳原子连接2 个具有酚羟基的苯环所构成［7］。 芦丁的单体为黄绿色粉末或针尖状晶体， 通常含有3 个结晶水，味道苦涩，不易溶于冷水、氯仿、石油醚，易溶于热水、碱性水、甲醇、吡啶、二甲基亚砜等。

图1 芦丁分子结构式［2］

2 芦丁的提取方法

近几年已经研究出了多种从植物中提取芦丁的方法，包括传统提取方法和现代提取方法。芦丁在不同植物中的提取方法、 提取率以及优缺点见表1。

表1 芦丁提取方法、提取效果及优缺点

3 芦丁的吸收和代谢

研究证明，芦丁在体内和体外均可被吸收。韦博仁等［13］通过研究芦丁在大鼠体内和体外吸收程度发现，芦丁富集、吸收、转化的主要部位是小肠。根据体外模拟胃液和小肠液试验发现， 芦丁可以在模拟的胃液和肠液中稳定存在2～4 h，为后续动物吸收利用芦丁提供一定的基础保障［14］。 王海玲等［15］体外培养Caco-2 细胞发现，芦丁和槲皮素可以通过小肠上皮细胞吸收进入体内发挥生物学活性， 而且细胞破碎提取物色谱试验显示两者在小肠上皮细胞内也可以被吸收。 以上体内和体外试验均表明，芦丁可以被动物吸收，进入机体发挥生物学活性。通过奶牛十二指肠灌注试验表明，牛十二指肠注射芦丁后，槲皮素的生物利用度较低，血浆中的浓度可以忽略不计， 可能是由于芦丁在大肠中的停留时间较短，芦丁的水解程度较低，释放的槲皮素苷元快速降解［16］。 根据芦丁给药浓度不同，瘤胃对芦丁吸收存在一定差异，例如在奶牛瘤胃内给予10 mg/kg 的芦丁，30 min 后在血浆中获得最大浓度； 在应用更高剂量的芦丁（50 mg/kg）时，可在42 min 后观察到最大血浆浓度［17］。 由于芦丁代谢吸收存在物种与组织差异， 与单胃动物相比，芦丁进行瘤胃内给药时会被动物迅速吸收，30～45 min 后在血浆中出现峰值，而在单胃动物血液中则会较慢出现峰值， 例如猪和人类血浆中芦丁在2～4 h 达到最大浓度［18］。 由于组织分布和物种差异，芦丁无论给药形式和剂量如何，在瘤胃内施用后，吸收会迅速发生。 另外，反刍动物对芦丁的利用还与日龄有关，研究显示，出生2 d 的犊牛对芦丁的生物利用度显著高于出生29 d 的犊牛［19］。 大部分的黄酮类化合物不易被哺乳动物肠道吸收， 而是在肠道菌群代谢作用下分解为动物可以吸收利用的类黄酮苷元。研究显示，芦丁单体可被肠道细菌产生的α-L-鼠李糖苷酶 （α-Lrhamnosidase）代谢为槲皮素-3-O-葡萄糖苷；而韦永氏球菌（Veillonella sp.32）和拟杆菌（Bacteroides sp.42）对芦丁具有较高的代谢分解作用，使芦丁完全代谢为无色花青素［20］。 通过体外混合培养结肠肠道菌群发现， 芦丁可以作为混合培养结肠肠道菌群的有效底物， 芦丁可在结肠菌群的作用下分解为3-羟基苯乙酸和3-（3-羟基苯基）丙酸［21］。上述研究表明， 芦丁的代谢方式主要是通过肠道菌群的分解作用而生成槲皮素、 无色花青素等物质被机体吸收利用。 在荷斯坦奶牛瘤胃内给予100 mg/kg 芦丁前后收集血浆、 尿液和瘤胃液样本，然后通过靶向和非靶向液相色谱-质谱（liquid chromatography-mass spectrometry，LC-MS）的代谢组学分析发现，在血浆和尿液中4-甲基邻苯二酚硫酸盐被确定为芦丁最丰富的代谢产物， 该代谢产物的形成有益于芦丁在奶牛体内充分发挥其生物学活性， 同时该研究揭示了芦丁在奶牛瘤胃内的代谢途径， 其主要过程为芦丁→槲皮素→超支化 聚 酰 胺 胺 （redox-degradable hyperbranched polyamidoamine，DHPAA）→4-甲基儿茶酚，微生物代谢产物4-甲基邻苯二酚是芦丁的生物可利用终产物［22］。

4 芦丁的生物学功能

4.1 抗炎作用

炎症是一个复杂的过程， 当组织受到有害刺激，如病原体感染或损伤时，就会发生炎症。 在炎症发生时， 会有许多炎症因子产生， 例如细胞因子、活性氧、信号分子等。 芦丁通过抑制环加氧酶和脂加氧酶的活性，从而减少炎症的发生［23］。常见的炎症因子有肿瘤坏死因子-α （tumor necrosis factor，TNF-α）、核因子κB（nuclear factor-κB，NFκB）等。 在体外培养人皮肤角质形成细胞试验中，使用芦丁和抗坏血酸的混合物显著降低紫外线诱导的促炎症因子NF-κB 和促凋亡蛋白的表达，表明使用芦丁和抗坏血酸可能对紫外线诱导的皮肤损 伤 起 到 细 胞 保 护 作 用［24］。 髓 过 氧 化 物 酶（myeloperoxidase，MPO）、一氧化氮（NO）等是发生炎症时产生的主要信号分子。Arowoogun 等［25］研究发现，芦丁可以降低MPO 活性、NO 水平、环氧化酶-2（cyclooxygenase-2，COX-2）和诱导型一氧化氮合酶（inducible nitric oxide synthase，iNOS）的浓度， 表明芦丁对Cu2+处理的大鼠具有一定的抗炎作用。在LPS 诱导的肺组织损伤中，芦丁减少NFκB 通路的激活， 抑制了iNOS 和血管细胞间黏附分子-1（cell adhesion molecule-1，VCAM-1）的产生，减少中性粒细胞浸润，从而对肺损伤起到保护作用［26］。芦丁单体很难被动物机体吸收利用。负载壳聚糖微球的芦丁比单体芦丁表现出更好的抗炎效果，与未处理组相比，白介素-1β（IL-1β）和白介素-6（IL-6）浓度分别降低了50%和30%［27］。 由此可以看出，芦丁具有良好的抗炎特性，可以作为饲用添加剂进行生产使用， 减少动物炎症损伤带来的危害。

4.2 抗氧化作用

氧化应激是应激反应中最常见的一种， 活性氧（reactive oxygen species，ROS）是氧化应激时产生的主要物质。 细胞代谢产生一系列ROS 自由基，如羟自由基、过氧自由基和超氧阴离子，自由基使机体发生脂质过氧化， 蛋白质、DNA 的分子结构发生改变，机体清除自由基的能力下降，导致细胞发生凋亡。 芦丁的抗氧化作用主要通过抑制黄嘌呤氧化酶活性和脂质过氧化作用以及螯合铁来清除自由基，同时，芦丁还可以增强机体内具有抗自由基作用的酶活性来抑制脂质过氧化的发生［28］。芦丁有向自由基提供电子的倾向，将它们转化为更稳定的自由基中间体， 从而抑制自由基反应进一步发生［29］。 低剂量芦丁可以与氧化应激下的蛋白质通过共价和非共价交联改变蛋白的结构、疏水性和粒径，有效地提高凝胶的性能；高剂量芦丁则会产生不良的蛋白凝胶网络［30］。Nafees等［31］发现芦丁可以通过调节丝裂原活化蛋白激酶（mitogen-activated protein kinases，MAPK） 途径减少Wistar 大鼠的氧化应激和炎症反应。综上所述，芦丁表现出良好的抗氧化性能。

4.3 抗病原微生物作用

芦丁的抑菌机制是芦丁的酚羟基与病原微生物的细胞膜亲水基团相互作用， 使磷脂双分子层的流动性发生改变，影响细胞膜的电子传递链，从而抑制病原微生物的生长。 芦丁的酚羟基结构可以与金属离子发生螯合作用增强其抑菌效果。 通过抑菌圈试验发现， 芦丁对多种细菌均有较好的抑制作用，例如大肠杆菌和葡萄球菌等，而且当芦丁达到一定浓度时可以对细菌产生杀灭效果［32］。转肽酶A（sortase A）具有抗无乳链球菌感染的作用， 芦丁通过抑制sortase A 活性可以降低无乳链球菌对纤维连接蛋白的黏附作用以及影响生物膜的形成，从而降低罗非鱼对无乳链球菌的感染率，且呈剂量依赖性；通过动物饲养试验表明，芦丁对罗非鱼无乳链球菌感染具有显著的保护作用，具体表现为芦丁可以减少富含丝氨酸的结构 （serine-rich region 1，SRR1）在细菌表面的锚定作用以及抑制细菌生物膜的形成等［33］。 芦丁还具有一定抗病毒活性， 其抗病毒活性是通过与感染期间所需的一个或多个细胞蛋白相互作用介导， 可以与流感病毒神经氨酸酶大分子的非活性部位结合，产生非竞争性抑制，从而抑制病毒活性［34］。

5 芦丁在动物生产中的应用

5.1 芦丁在家禽生产中的应用

芦丁作为一种天然黄酮类化合物， 能够改善家禽的生产性能。 李颖平等［35］研究发现，在AA 肉鸡日粮中添加0.8%芦丁粉时，AA 肉鸡的平均日增重显著提高，生长加快，说明芦丁具有加速AA肉鸡新陈代谢、促生长功能，同时降低了肉鸡腹水综合征的发生率。 在肉鸡日粮中添加1 g/kg 芦丁，可以提高肉鸡的生长性能、抗氧化能力，抑制脂肪生成，从而降低脂肪沉积和血脂水平［36］。 研究表明， 芦丁通过减少群体感应信号分子AI-2 的产生、 生物膜形成和毒力基因的表达来干扰群体感应（quorum sensing，QS），从而减少禽致病性大肠杆菌（avian pathogenic Escherichia coli，APEC）感染的鸡Ⅱ型肺细胞的细胞损伤， 该研究可为鸡大肠杆菌病的预防提供新的依据［37］。也有研究显示，芦丁作为饲料添加剂对产蛋后期母鸡的生产性能没有显著影响，但显著增加了蛋壳厚度，避免了运输过程中鸡蛋的破损，提高了经济效益［38］。

5.2 芦丁在反刍动物生产中的应用

较单胃动物而言，反刍动物具有4 个胃室，研究显示， 在饲料中添加芦丁可影响反刍动物瘤胃的发酵以及瘤胃的酶活性。占今舜等［39］研究发现，在日粮中添加50 mg/kg 的芦丁可以显著提高湖羊平均日增重，降低料重比，影响瘤胃蛋白的降解，并能够清除血清胆固醇； 芦丁能够增加瘤胃纤维素降解酶的活性，显著提高湖羊瘤胃液中乙酸、丙酸以及总挥发性脂肪酸含量， 提高纤维素的利用率，改善瘤胃的环境和主要功能。 此外，芦丁可以提高动物生产性能以及抗氧化性能。 唐宇杰等［40］研究发现，日粮中添加2 g/d 芦丁能够显著提高热应激奶牛的生产性能、饲喂效率和改善饲料质量。孔庆友［41］研究发现，奶牛日粮中添加芦丁可以显著提高奶牛的产奶性能， 但对血清中免疫球蛋白G （immunoglobin G，IgG）、 总蛋白 （total protein，TP）、血糖（blood glucose，GLU）含量影响不显著。在一项绵羊次级卵母细胞体外培养的研究中，0.1 μg/mL 芦丁作为基础培养基中单一的抗氧化剂，替代转铁蛋白、硒和抗坏血酸，可维持卵泡活力长达12 d，可以提高谷胱甘肽（glutataione，GSH）水平［42］。100 μg/mL 芦丁可以有效提高体外培养奶牛乳腺上皮细胞的抗氧化功能，抑制其细胞凋亡［43］。

5.3 芦丁在水产动物中的应用

许多不同来源的天然化合物（细菌成分、动物或植物提取物等） 已被作为预防水产养殖中病原菌感染的潜在免疫刺激剂。 芦丁作为一种天然植物提取物受到众多研究者的青睐。研究表明，芦丁对草鱼的生长性能无影响， 但低剂量的添加可以有效地提高草鱼肠道的消化吸收能力和非特异性免疫力［44］。 芦丁作为绿色饲料添加剂有提高动物抗炎活性以及抗氧化功能的作用。 郑尧等［45］研究发现， 芦丁可以提高吉富罗非鱼血清抗体和抗炎因子含量，且具有剂量依赖性。 Baldissera 等［46］研究发现，添加3 mg/kg 芦丁可以降低银鲶鱼大脑中氧化应激生物标志物的产生，表明芦丁具有抗神经毒性作用； 同时有研究者发现芦丁在保护银鲶鱼肝脏免受土霉素诱导的氧化应激和细胞凋亡方面也具有重要作用［47］。 给凡纳滨对虾注射10、20、50 mg/g 芦丁溶液， 可以提高血液中酚氧化酶活性和超氧阴离子水平，增强机体免疫功能［48］。 综上所述，芦丁可以作为免疫刺激剂应用于水产养殖业，提高水产生物的成活率，提高经济效益。

6 小结与展望

芦丁作为一种来源广泛的黄酮类化合物，具有抗炎、抗氧化、提高动物生产性能等特点，在缓解动物氧化应激、 炎症和增强免疫能力等方面具有广阔的应用前景和开发潜力， 可作为一种绿色饲用抗生素代替品。 近几年对芦丁生物活性研究诸多，但大多数研究集中在小鼠，在畜禽中的应用报道较少， 且芦丁在使用过程中的剂量和毒性的关系没有明确表述。到目前为止，有关于芦丁的研究主要集中在生产性能、抗炎、抗氧化等方面，未见其作用机制报道，为了填补这一方面的空白，需要深入研究其对机体产生生物学活性的作用机制，如信号通路、作用靶点、与靶点结合模式的研究等。为了全面了解芦丁的替抗潜力，仍然需要进行大量的研究与探索。