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姜黄素的生理功能及其在水产饲料工业中的应用
2018/4/26 16:36:58

  姜黄素是从姜科植物姜黄的干燥根茎中提取的化学成分,一般情况下所说的姜黄素是姜黄素、去甲氧基姜黄素和双去甲氧基姜黄素的统称,其中姜黄素约占80 % ( Jasim Hilo Naama 等,2010; D Sogi等,2010; 张志琴等,2011) 。姜黄素最初是一种重要的添加剂,作为色素广泛运用于三升体育全讯足球中,此后研究发现其具有强大的三升体育全讯足球学功能,被用于化妆品和医疗等各个行业。


   文章综述了国内外对姜黄素的研究成果,期许其与其他植物提取物一样,能为解决当今水产养殖业出现的棘手问题提供相关理论依据。


  姜黄素的生理功能研究进展


   1.1 姜黄素的抗氧化性能


   姜黄素及其衍三升体育全讯足球的抗氧化机制研究主要集中在酚羟基和β 二酮2 种基团在抗氧化过程中的作用。姜黄素有2 个苯丙烯酰基骨架,2 个苯环上各有1 个酚羟基和1 个甲氧基,丙烯基与1 β 双酮/烯醇式结构连接。研究发现,姜黄素可以作为一个重要的氢给体,在抗氧化过程中主要是二酮中间的亚甲基提供质子,因此其主要活性部位在β -二酮单元( V Slobodan 等,1999) 。酚基团对于姜黄素清除氧自由基是必要的,甲氧基的存在进一步增强其抗氧化活性( K I Priyadarsini 等,2003) 。而Miriyala ( 2007) 认为姜黄素的抗氧化活性归因于酚基团和甲氧基团与13 二酮结合的双烯系统连接起来。姜黄素有2 个活性部位,分别是酚羟基单元和β 二酮单元,这2 个单元都可以提供质子阻断自由基反应。同时,姜黄素抗氧化活性的发生部位与反应介质有密切关系( 薛海鹏等,2010)


   自由基是三升体育全讯足球体新陈代谢过程中所产生的一类具有高度氧化活性的基团。三升体育全讯足球体新陈代谢过程中产生大量的活性氧自由基簇( ROS) ,主要有超氧阴离子自由基( O2 ) 、羟自由基( OH) 及其活性衍三升体育全讯足球,如:H2O2RO·ROO·ROOH。现已报道姜黄素在体内外可以直接清除自由基( ROS 和活性氮自由基)


   姜黄素降低ROS 产生的原因是其能够增加细胞内谷胱甘肽水平,且与转录因子( Nrf2) 有关。此外,姜黄素的抗氧化活性还与其能够抑制脂质过氧化反应,维持各种抗氧化酶的活性有关,如: 超氧化物歧化酶( SOD) 、过氧化氢酶( CAT) 和谷胱甘肽过氧化酶( GSH Px) 。脂质过氧化反应是由自由基介导的链式反应,造成细胞膜结构的破坏,姜黄素抑制脂质过氧化反应主要是通过清除参与过氧化反应的活性自由基( 狄建彬等,2010) 。姜黄素虽能保护三升体育全讯足球膜免受氧化应激的损伤,但姜黄素有时却表现出促氧化作用。姜黄素能够通过过氧化物酶- H2O2系统产生苯氧基团,该系统可能是协同氧化细胞内谷胱苷肽或还原型辅酶I( NADH) ,伴随着通过摄入O2形成ROS。因此姜黄素在氧化应激形式下可能不是一个彻底的抗氧化剂( GalatiG 等,2002) Sandur ( 2007) 报道姜黄素这种双向作用是由质量浓度调控的,从而使姜黄素的效应能在抗氧化和促氧化间相互转换。Hatcher ( 2008)也指出姜黄素是一个自由基清除剂和氢供体,显示出了亲氧化剂和抗氧化剂双重活性。


   在三升体育全讯足球系统的进化过程中,细胞内形成了防御活性氧毒害的保护机制,其中起重要作用的是SODGSH Px CAT 等。动物机体中SODGSH PxCAT 活力高低间接反映了机体清除自由基的能力。丙二醛( MDA) 为脂质过氧化产物( LPO) 。它们可以反映机体LPO 生成速率和强度,也间接反映组织LPO 损伤程度( 王建舜等,1999) 。机体抗氧化作用增强,可以减少自由基和LPO 对机体细胞膜完整性的破坏,从而提高机体免疫力和抗病能力。姜黄素也可通过诱导抗氧化酶及还原性物质的生成和活化,如: SODCAT 和还原型谷胱甘肽,将多种超氧化物、过氧化物及氧化物等自由基分解或还原,从而起到抗氧化或减轻氧化应激损伤的作用( Rajeswari A2006; 李薇等,2009)


   Kalpana ( 2007) 用尼古丁制备肺应激损伤模型,应用姜黄素后发现肺组织中的SOD CAT 水平大大提高,肺损伤程度明显减弱。对甲氨蝶呤诱发肝损伤的大鼠连续5 d 每天给予100 mg /kg 姜黄素后,发现肝内SODCAT GSH Px 活性增强,而MDA水平降低( R A Hemeida 等,2008 ) 。杨奕樱等( 2011) 研究了姜黄素对食饵性高脂血症小鼠血脂的影响及其抗氧化性作用,结果表明: 姜黄素能提高机体总抗氧化能力作用,但需要一个最适剂量。综上所述,在饲料中添加适量的姜黄素,能有效提高动物机体抗氧化性能,从而提高机体的免疫力和抗病能力。


   1.2 姜黄素抗感染症和抗肿瘤作用


   姜黄素对急性、亚急性和慢性炎症均有抑制作用,可治疗肝炎、肺炎、胰腺炎和过敏性脑脊髓膜炎等多种炎症。其作用机制可能是通过抑制白细胞介素2 ( IL 2) 、白细胞介素4 ( IL 4) 、白细胞介素8 ( IL 8) 、肿瘤坏死因子α ( TNF α) 和胰岛素生长因子结合蛋白( IGFBP 2) 等炎症因子且上调抑炎介质白细胞介素10 ( IL 10) 的表达,通过降低环氧酶- 2 ( COX 2) 、脂肪氧合酶及诱导型一氧化氮合酶( iNOS) 的表达,从而实现抗感染作用( M T Julie Jurenka2009; 王小玲,2011;赵承光等,2008) 。此外,过氧化物酶体增殖物激活受体- γ ( PPAR γ) 被推测可以负性调节核因子KB ( NF KB) 的表达,从而减少促炎因子并增加抗感染因子的释放,在246 三硝基苯磺酸( TNBS) 诱导的大鼠结肠炎中发挥抗感染作用,而三升体育全讯足球证明姜黄素可作为PPAR γ 的配体,通过激活PPAR γ 间接降低NF kB 的表达( 杨彩虹等,2008) 。体外三升体育全讯足球发现,姜黄素可以显著减少人肺上皮细胞内抑制性kB 激酶复合体的激活性和抑制性kB 的磷酸化,进而减少NF kB 的活化( KMoriyuki 等,2010) ,同样的结果在大鼠急性肾损伤模型及佐剂性关节炎大鼠的体内三升体育全讯足球中也被观察到( S S Ghosh 等,2009; 蔡辉等,2008) 。姜黄素的抗感染活性在离体及体内都得到充分的证实,且作用机制也已处于研究透彻的状态。有三升体育全讯足球表明,姜黄素抗感染活性大小与构效存在一定的联系,对其进行改造可以增强抗感染活性,如: 四氢姜黄素和姜黄素吡唑类和异唑类似物( A Mukhopadhyay 等,1982; C Selvam 等,2005) ,原因可能是多1 个羟基或亚氨基使其成为更好的自由基受体。


   姜黄素的抗肿瘤作用体现在癌症发生的起始、促进和演进各阶段。研究表明,姜黄素的添加可以显著改变小鼠或大鼠肝细胞色素P450 系统和谷胱甘肽- S 转移酶( GST) 家族的水平,而以上2个酶群能使致癌物质失活或代谢出体外( D P Chauhan2002) ; 此外,DNA 损伤或突变在癌症早期起着重要作用,抑制及减少DNA 损伤有利于肿瘤的预防,三升体育全讯足球表明: 姜黄素具有减少乳腺癌细胞中DNA 损伤及调节乳腺癌易感基因1 ( BRCA1) 基因表达的功能,从而预防乳腺癌的发生( Zhenyu Ji2010) 。此外,前已述及姜黄素能阻断自由基链式反应,这对预防癌症的发生也具有重要的意义。


   促进和演进阶段,姜黄素通过影响细胞周期和调节多种细胞信号途径来抑制肿瘤细胞的增殖; 姜黄素还可诱导细胞凋亡,其作用机制是裂解多聚腺苷核糖聚合酶和脱氧核糖核酸酶抑制剂,最终导致DNA 断裂,细胞凋亡( J A Bush 等,2001) ; 导致细胞凋亡的另一可能机制是使凋亡蛋白水平表达升高,抗凋亡蛋白水平表达降低( Y Wu 等,2002)


   血管生成是多种肿瘤增殖、转移和扩散的重要条件之一,其为肿瘤细胞和组织提供充足的养分,所以近年来众多抗癌药物的作用机制也跟阻止血管的生成有关。研究表明,姜黄素可在转录和转录后水平通过调节金属蛋白酶( MMP) 实现抑制血管生成的作用( E Anupama 等,2002) 。据报道,姜黄素能通过调节永生性人脐静脉内皮细胞ECV304 细胞周期相关基因的表达而实现抑制血管生成的作用( Park Myung Jin 等,2002)


   综上所述,姜黄素具有抗感染及抗肿瘤活性,与很多化疗药物一样具有一定的效果,不同的是至今未发现姜黄素对人体有明显的不良反应,在这点上姜黄素具有巨大的优势,但其不溶于水及在体内活性不高的缺点一定程度上限制了它的药理活性,相信人们将根据其构效关系开发出新的产品以弥补缺陷。


   1.3 姜黄素调节脂代谢


   高脂血症是动脉粥样硬化性疾病的重要危险因素,而长期高脂饮食则是导致该病产生的主要诱因。高脂血症导致动脉粥样硬化的机制主要是氧化修饰的低密度脂蛋白胆固醇( LDL C) 损害血管内皮,导致泡沫细胞产生及粥样斑块的形成,同时由于血管内皮的受损使得血管释放内皮源性舒张因子明显减少,导致血管内皮依赖性的舒张功能受损,是心血管疾病的起始环节。现代研究中发现,姜黄素对调节血脂有着显著正面作用。


   姜黄素对动物血脂代谢影响的探讨一般使用诱导形成高脂模型,促使动物脂代谢发生紊乱,之后用姜黄素作为治疗药物,评价其效果。对小鼠进行高脂血症诱导,以不同剂量姜黄素灌服后,测定血清中血脂四项,三酰甘油( TG) 、胆固醇( TC) 、高密度脂蛋白胆固醇( HDL C) ( LDL C) ,结果表明: 大剂量姜黄素( 每天200 mg /kg) 有明显的降低血清中TG TC 含量的作用( 潘赞红等,1999) 。何庆芝等推测姜黄素降脂作用的机制可能与促进微囊蛋白- 1 ( caveolin 1 ) 表达有关( 2010) 。此后的三升体育全讯足球证明,姜黄素不仅具有降高脂模型大鼠血脂的功能,还能改善高脂饮食导致的血管内皮依赖性的舒张功能减退( 朱红球等,2011) 。其脂代谢调控机制研究方面也有一定篇幅的报道。在姜黄素干预家鸭脂肪肝模型的三升体育全讯足球中发现姜黄素通过增加肝脂酶的活性来促进肝中脂肪的代谢,保护肝细胞( 任永等,2008) 。研究发现,姜黄素通过调节脂肪酸合成酶( FAS) 基因表达量来调控组织中脂肪的分布及影响脂肪沉积,与其他传统的FAS 基因抑制剂一样,姜黄素抑制小鼠胚胎成纤维细胞( 3T3 L1) 的分布,最终导致脂肪沉积减少,同时,姜黄素降低了FASPPAR γ 和脂肪酸转位酶( CD36) 的表达量,因此,姜黄素具有减肥的潜在效果( J Zhao 等,2011) 。瘦素( Leptin)可以刺激热休克蛋白( HSC) 表达及提高腺苷酸活化蛋白激酶( AMPK) 活性,从而诱导脂肪沉积相关基因的表达,增加血管内脂肪的水平,而姜黄素则能消除这种刺激和提高作用,通过此途径降低脂肪沉积和血脂( Y Tang 等,2010)


   HDL C,高密度脂蛋白分子所携的TC,是逆向转运的内源性胆固醇酯,将其运入肝,再清除出血液。一个针对人的双盲三升体育全讯足球,将一批高脂血症三升体育全讯足球对象分为3 个姜黄素质量浓度梯度组,低质量浓度组摄入姜黄素量为15 mg /d,中质量浓度组摄入姜黄素量为30 mg /d,高质量浓度组摄入量为60 mg /d,每天分3 次摄入,三升体育全讯足球周期维持1 ;三升体育全讯足球结果表明,姜黄素的日摄入剂量越低,HDL C 的升高量越大,此三升体育全讯足球表明: 适量质量浓度的姜黄素对患者有良好的治疗作用( I Alwi 等,2008) 。综上所述,姜黄素对血脂代谢有一定的调节作用,它可以降低血清中TCTG LDL C,而升高HDL C 水平,从而实现血脂代谢向有利的方向进行。


   1.4 姜黄素在畜牧和水产饲料中的应用研究进展


   姜黄素作为一种植物提取物,具有强大的三升体育全讯足球学活性,在养殖业发达的今天,被用作功能性饲料添加剂具有重要的意义。姜黄素在肉鸡和蛋鸡饲料中应用都有见报道,它可用于提高肉鸡的生产性能、提高机体抗氧化能力、增强免疫力、调节脂肪代谢及提高肉品质。系列研究发现在鸡饲料中添加150 250 mg /kg 姜黄素对鸡的摄食、生长、肉品质和产蛋率等均有有益作用( 胡忠泽等,2004; 胡忠泽等,2008; 祝国强等,2006; 祝国强等,2009) 。此外,使用姜黄素还可以改善鸡的颜色,提高市场价值。在水产饲料中,姜黄素被用于大黄鱼,不仅可以促进大黄鱼的生长、提高饵料利用率和成活率,还可以增强皮肤与肌肉的着色,且呈剂量效应( 王进波等,2007) 。此外,姜黄素在草鱼( 胡忠泽等,2003) 、罗非鱼( 郑清梅等,2008) 及凡纳滨对虾( 黄镇佳,2008) 饲料中使用也有报道,且取得了一定的经济效益。


2 ·展望


   在集约化程度极高、病害不断、抗生素产生抗药性及抗生素禁令呼声高涨的今天,植物性提取物作为无害不残留饲料添加剂扮演着更为重要的角色,也逐渐被养殖户接受。大量植物性添加剂的研究工作表明,有效性依然是使用的限制因素,而有效性受到水生三升体育全讯足球机体生理特性的影响,如何开发出体外效果极佳而体内效果显现的绿色添加剂成为难题。植物添加剂研究的途径可从剂量、剂型和结构演变着手,以适应水生动物的生理代谢特点。姜黄素作为一种极具生理活性优势的植物提取物,有理由相信它将为水产养殖中出现的脂肪肝、机体免疫下降的等问题提供一个解决的新途径,由于其水溶性差导致体内使用效率不高的缺陷是今后研究者需要重点解决的问题。

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