黨參多糖的生物學功能及其在畜牧生產中的應用

金俊奇 陳代文 毛湘冰 閻 輝

(四川農業大學動物營養研究所，動物抗病營養教育部重點實驗室，成都 611130)

黨參(Codonopsispillosula，CP)為桔?？浦参锶琰h參、素花黨參或川黨參的干燥根。在中醫臨床上，黨參用于治療脾肺氣虛、食少倦怠、氣血不足、氣短口渴、內熱消渴[1]。黨參的化學成分主要包括多糖、三萜類、聚炔類、甾醇類、糖苷類、生物堿類等，以及多種礦物元素和氨基酸[2]。黨參多糖(Codonopsispilosulapolysaccharides，CPP)是從黨參中提取的一類天然植物性多糖，具有抗氧化[3]、抗衰老[4]、抗腫瘤[5]、增強機體免疫力[6]等多種功能。我國養殖業正朝著集約化、專業化和智能化的現代養殖體系發展。隨著我國正式進入畜禽飼料全面禁抗時代，畜牧業生產面臨新的挑戰。研究和發現抗生素替代品、提高動物生產性能和抗病能力已經成為畜牧研究和生產的首要目標。在畜禽生產中，黨參多糖表現出提高動物生產性能、調節腸道微生物[7]、增強機體免疫[8]等多種生物學功能。因此，本文將對黨參多糖的生物學功能以及在畜禽生產實踐中的應用進行綜述，為其在畜牧業中的使用提供參考。

1 黨參多糖的理化性質和提取方式

粗黨參多糖為棕褐色粉末，易溶于水，分別由葡萄糖、半乳糖、半乳糖醛酸、木糖和阿拉伯糖等組成，且摩爾比為10.5∶2.0∶1.4∶1.0∶1.0[9]。黨參多糖的傳統提取方式是溶劑提取法。通過把黨參溶于溶劑中，通常是水，根據黨參內的不同活性成分在相同溶劑中不同的溶解度，使不同活性成分溶于溶劑。影響黨參多糖的提取因素有：所選溶劑、提取時間、提取溫度、提取料液比、提取次數等[10]。

張雅君等[9]采用傳統的水提醇沉法，將黨參根以1∶5(g/mL)在沸水中分別以2、1、1 h煮提3次；合并濃縮濾液后，以3倍體積的85%乙醇過夜醇析，離心，其粗黨參多糖得率為9.7%。李達等[11]以料液比1∶30(g/mL)，在75 ℃水中提取3次，每次提取時間2 h，粗多糖得率可達21.73%。武新亮等[12]通過響應面法優化傳統方法，以料液比1∶25(g/mL)，在80 ℃水中提取5次，每次提取5 h的工藝條件下，黨參多糖得率為22.31%。綜上表明，在粗多糖的提取中，在75～80 ℃水中，長時間多次提取可以提高黨參多糖的得率。

隨著技術的不斷發展，植物多糖的提取方法也隨之增多，這些提取方法都是以溶劑提取法為基礎，輔以不同優化處理手段，如酶解提取法、微波提取法、超聲波提取法、亞臨界水提取法等[10]。

酶解法提取采用特異性酶破壞植物細胞壁和脂質體，使溶劑與植物內的活性成分充分混合溶解，促進活性物質的提取。高建德等[13]利用果膠酶和纖維素酶等復合酶輔助提取黨參多糖，其使用0.2%復合酶在pH=4.2的50 ℃溫水中酶解1.5 h，其黨參多糖的得率為25.23%。周大寨等[14]采用木瓜蛋白酶、纖維素酶和果膠酶，分別添加90、90、150 U/g，在pH=5.0、溫度50 ℃、反應時間90 min時，黨參多糖得率最高達26.47%。因此，在用傳統水提法提取黨參多糖的同時，可以使用復合酶來提高粗多糖的提取量。

微波提取法是利用微波加熱讓溶劑快速進入細胞內，從而使植物細胞內的有效成分快速溶出。余蘭等[15]通過微波輔助萃取洛龍黨參，在萃取溫度為70 ℃、料液比1∶40(g/mL)、微波時間為20 min、微波輻射功率為500 W的條件下，黨參多糖的得率為14.8%。相對于傳統提取法，盡管微波提取法并沒有提高黨參多糖的得率，但卻極大地精簡工藝和縮短提取時間。

超聲波輔助法是在水提的同時，使用超聲波輔助，快速地破壞細胞壁，使黨參中的有效成分更加迅速地溶于溶劑，縮短提取時間，提高提取效率。Zou等[16]在超聲波提取工藝中，以料液比1∶56(g/mL)、采用320 W功率的超聲波提取44 min的條件下，其多糖得率為36.26%。超聲波輔助法在縮短提取時間的同時，有效提高了多糖得率。

亞臨界水提取法是在高溫高壓下，水的物理性質發生改變，其更容易萃取到植物細胞內的活性成分。張銳等[17]以料液比1∶12(g/mL)、在150 ℃高壓熱水中提取45 min的條件下，其粗多糖得率為19.5%。此方法快速，溶解充分，能使水再利用，很大程度降低提取的成本。

傳統水提法不僅粗多糖的得率低，而且所提取的粗多糖雜質較多，并且提取的時間較長。然而，近幾年所出現的酶解法、超聲波法、微波提取法和亞臨界提取法都在較大程度上節省提取時間，并一定程度提高了粗多糖的得率和純度，為進一步開展黨參多糖的產業化生產提供了保障。

2 黨參多糖的化學修飾改造

研究表明，分子結構的修飾可以顯著增強多糖的生物活性。硒化和硫酸化是黨參多糖最常見的分子修飾方法。通過與硒結合形成硒多糖，多糖表現出更高的生物活性，同時更加容易被機體吸收。硒化黨參多糖是黨參多糖與亞硒酸鈉在一定的溫度和反應時間下，按照一定比例制備而成。目前，人工合成硒多糖的方法有3種方式:一是在溫和條件下，用亞硒酸鈉對多糖進行修飾；二是利用化學性質活潑、具有酰氯結構的二氯氧化硒進行反應；三是將硒官能團轉移到多糖分子上[18]。最常見的方法為：將一定量的純化黨參多糖溶于水，并加入等量的冰醋酸，再加入等量亞硒酸鈉溶液，然后在50 ℃下攪拌反應48 h；混合溶液經過乙醇沉淀、離心、洗滌、透析后，得到硒化黨參多糖[19]。Qin等[20]將按照亞硒酸與多糖類化合物以3∶5混合，70 ℃反應8 h，其制備硒化黨參多糖用原子熒光光譜法測得硒含量為11.86 mg/g。Qin等[21]報道，在過氧化氫所誘導的巨噬細胞氧化損傷模型中，與未修飾的黨參多糖相比，經過硒化修飾的黨參多糖超氧化物歧化酶(SOD)的產生更多，丙二醛(MDA)的含量更少，巨噬細胞活性更強。這說明硒化可提高黨參多糖的抗氧化活性。

硫酸化修飾是用硫酸中的磺酸基(SO3H+)取代多糖分子中的羥基氫或者羧基氫形成硫酸酯多糖。據報道，被SO3H+修飾的多糖具有更好地抗病毒活性和免疫增強活性[22]。目前，所采取的硫化方式有：氯磺酸-吡啶法、硫酸法和三氧化硫-吡啶法[23]。Liu等[24]采用氯磺酸-吡啶法將黨參多糖懸浮于N，N-二甲基甲酰胺，然后以1∶6體積比與磺酸吡啶(CSA-Pyr)混合，在80 ℃水浴3 h；混合液調至pH=7～8，經過酒精沉淀、透析后，冷凍干燥得到硫化黨參多糖。Liu等[25]報道，采用氯磺酸-吡啶法制備的硫化黨參多糖，其抗氧化活性強于未修飾的黨參多糖；在小鼠肝損傷試驗中，相較于模型組和黨參多糖組，硫化黨參多糖顯著降低肝臟勻漿液中MDA含量，同時提高SOD和谷胱甘肽過氧化物酶(GSH-Px)的活性。因此，可以通過化學修飾提高黨參多糖的生物活性。

3 黨參多糖的生物學功能

3.1 改善生長性能

目前，在畜禽研究和生產中，中草藥作為抗生素潛在替代品，被廣泛添加在飼料中用于提高動物生長性能。

黨參多糖對畜禽的生長性能有明顯的促進作用。在斷奶仔豬中，飼糧中添加黨參多糖可以提高平均日增重(ADG)、平均日采食量(ADFI)，同時降低料重比(F/G)，極大地提高仔豬對飼糧的利用率，降低了能耗損失和養殖成本，給養殖帶來更大的經濟回報。王希春等[26]在14日齡仔豬代乳料中分別添加0、1%、2%的黨參多糖。21日齡時，2%添加組仔豬ADG極顯著高于對照組；28日齡時，2組黨參多糖組平均體重均顯著高于對照組；22～28日齡時，2%的黨參多糖組仔豬ADFI顯著高于對照組。Lan等[27]研究發現，在育肥豬飼糧中添加黨參和大蒜等混合物，也可顯著提高ADG，降低F/G。李開菊等[28]報道，在烏雞飼糧中添加100 mg/kg素花黨參多糖可以促進對烏雞的生長。Liu等[24]在小龍蝦的飼料中分別添加0、0.05%、0.10%、0.15%、0.20%、0.30%黨參多糖，發現添加黨參多糖的小龍蝦ADG和F/G均得到顯著改善。因此，在飼糧中添加黨參多糖可以極大改善動物的生長性能。

3.2 增強抗氧化作用

黨參多糖可以增強動物機體的抗氧化作用。劉文生[29]利用小鼠腹腔注射過氧化氫的氧化應激損傷模型，發現黨參多糖能減緩過氧化氫造成的損傷，有效清除體內自由基，增強SOD、GSH-Px、過氧化氫酶(CAT)的活性，降低血漿MDA含量。李啟艷等[30]在體外試驗中發現，黨參多糖具有清除1，1-二苯基-2-三硝基苯肼(DPPH)、羥自由基和超氧陰離子自由基的能力；在D-半乳糖所致衰老小鼠模型中，添加高劑量黨參多糖能夠抵抗D-半乳糖導致的小鼠衰老，顯著提高小鼠血清和肝臟中的SOD、GSH-Px的活性和還原型谷胱甘肽(GSH)的含量。細胞氧化損傷模型常被用來評價多糖的體外抗氧化活性。孫嘉琪[31]研究發現，在巨噬細胞中，黨參多糖和硫酸黨參多糖可以緩解過氧化氫誘導下的免疫應激，提高SOD活性，降低血清中MDA含量，有效促進GSH-Px活性；降低ROS含量，提高CAT活性。綜上所述，黨參多糖通過提高抗氧化酶活性、消除自由基，進而增強機體抗氧化作用。然而，黨參多糖調節抗氧化酶活性的作用機制依舊不清楚。

3.3 提高免疫功能

近幾年的研究發現，黨參多糖對先天性免疫和適應性免疫均具有調節作用，可以提高機體免疫力。

免疫器官(如脾臟、胸腺、肝臟)的指數在一定程度上反映了機體免疫活性和狀態。研究報道黨參多糖對免疫器官的應答和器官指數具有調節作用。Fu等[32]研究發現，在小鼠腹腔注射環磷酰胺誘導小鼠免疫抑制的模型中，添加黨參多糖顯著提高脾臟、胸腺和肝臟指數。石軼男等[33]研究發現，黨參多糖可顯著提高肉雞的胸腺、脾臟和法氏囊指數。盡管黨參多糖可以調節免疫器官指數，其對免疫力的調節作用還需要結合免疫指標和機體狀態綜合解讀。

先天性免疫是機體對抗病原體感染的快速反應機制。先天性免疫細胞主要是巨噬細胞和樹突細胞，感受病原體入侵后，釋放大量炎癥因子，激活適應性免疫細胞增殖和分化[34]。尹莉莉[8]研究發現，在仔豬飼糧中添加黨參多糖，能夠提高血清中干擾素-γ(IFN-γ)、白細胞介素(IL)-2、IL-4和IL-6含量，且提高水平與添加黨參多糖濃度呈正相關趨勢。Zhang等[35]報道，黨參多糖能誘導產生更多的IL-2、IFN-γ、腫瘤壞死因子-α(TNF-α)，進而改善Th1細胞所介導的免疫反應。Fu等[32]研究也發現，在環磷酰胺所造成的免疫抑制中，黨參多糖組可以恢復血清中IFN-γ、IL-2、IL-10和免疫球蛋白G(IgG)含量，還能提高回腸分泌免疫球蛋白A(sIgA)的含量。以上報道表明，黨參多糖可以促進機體免疫應答，提高抵抗力。然而，過度炎癥反應會導致機體免疫應激、正常細胞凋亡。因此，免疫穩態的維持對動物抗病能力和恢復能力具有重要作用。一氧化氮(NO)過量產生時是機體過度炎癥反應的標志，其會導致機體組織和細胞損傷，并加劇免疫應激[36]。孟燕等[37]研究發現，不同組分的黨參多糖均能夠通過抑制細胞NO的產生來減弱細胞的炎癥反應。先天性免疫細胞Toll樣受體感受病原體，并激活核轉錄因子-κB(NF-κB)介導促炎性因子表達，導致炎癥發生。孟燕等[37]進一步發現，黨參多糖能減少NF-κB、Toll樣受體4(TLR4)和炎性因子mRNA的表達水平，從而減弱炎癥反應。Gao等[38]研究發現，在卵清蛋白所致的小鼠免疫耐受模型中，硒化黨參多糖能夠提高IL-2、IFN-γ、IL-4的分泌，調節由Th1和Th2所介導的免疫反應。綜上所述，黨參多糖可以調節先天性免疫激活和炎性因子的水平，提高機體的免疫活性，同時也可調節機體免疫穩態，防止免疫應激。然而，黨參多糖調節免疫穩態機制依舊不清楚。

適應性免疫通過T、B淋巴細胞來實現功能，持續對病原體進行清除，并長時間保護機體不受感染。研究報道，黨參多糖具有調節T、B細胞增殖分化的作用。Sun等[39]研究發現，黨參多糖可以劑量依賴性地促進脾淋巴細胞增殖。Deng等[40]研究發現，黨參多糖對維持小鼠外周血或者脾臟的CD4+/CD8+有調節作用，其添加可以提高CD8+T細胞的含量從而維持CD4+/CD8+T細胞比例的平衡。Zhang等[35]研究發現，黨參多糖可以增加CD28+和減少CD152+T淋巴細胞。CD28+T淋巴細胞可以破壞病毒宿主細胞及各種病原微生物；CD152+T淋巴細胞發送負信號去終止T淋巴細胞的分化。以上研究表明，黨參多糖可以調節免疫增殖細胞分化，進而提高免疫力。免疫球蛋指具有抗體(Ab)活性或化學結構，由動物免疫系統淋巴細胞產生的蛋白質，經抗原的誘導可以轉化為抗體，包括IgG、免疫球蛋白A(IgA)、免疫球蛋白M(IgM)、免疫球蛋白D(IgD)和免疫球蛋白E(IgE)。尹莉莉[8]研究發現，在仔豬飼糧中添加黨參多糖能提高仔豬小腸黏膜SIgA含量，增加小腸黏膜SIgA、IgM和IgG的蛋白表達量以及mRNA的相對表達量，由此來提高小腸黏膜免疫。林丹丹等[41]研究表明，黨參多糖和硒化黨參多糖對環磷酰胺所致的免疫抑制小鼠均有免疫增強作用，且硒化修飾多糖組的IgG和IgM含量高于未修飾的黨參多糖組。因此，黨參多糖可能通過促進機體的淋巴細胞合成與分泌免疫球蛋白含量來提高機體的體液免疫水平。

3.4 改善腸道健康

研究表明，黨參多糖在改善腸道菌群失調、恢復機體健康等方面有一定的作用。Lan等[27]研究發現，在育肥豬飼糧中添加黨參混合物能明顯改變腸道微生物的平衡，增加乳酸菌數量，降低大腸桿菌數量，進而改變豬的消化能力。Fu等[32]研究發現，在環磷酰胺誘導小鼠免疫抑制模型中，黨參多糖恢復由環磷酰胺導致的盲腸乳酸桿菌數量降低和乙酸含量降低。Li等[42]研究發現，從黨參根中提取的3種高聚合度菊糖型果糖，在添加量2.0 g/L的條件下，顯著促進益生菌雙歧桿菌的生長，改善腸道健康，促進動物的生長發育。馬方勵等[43]研究發現，黨參多糖能明顯增加大鼠采食量以及體重，其中高劑量組能明顯促進胃蛋白酶的排出；在大鼠腸道切片中發現，黨參多糖能增加胃黏膜、胃壁厚，促進十二指腸、空腸微腸毛的生長，增加腸道對養分吸收的表面積，由此來提高動物的生長性能。

周衛東等[44]研究發現，通過小鼠口服黨參多糖，能改善由5-氟尿嘧啶所引起的結腸炎癥狀，降低腹瀉，其中添加50 mg/kg的黨參多糖能夠極顯著抑制5-氟尿嘧啶所引起的小腸絨毛縮短、隱窩深度下降。

因此，在畜禽飼糧中添加黨參多糖不僅能調節腸道菌群，促進有益菌和降低致病菌，還能改善腸道的結構，促進營養物質的充分吸收，提高畜禽的生長發育，提高飼料轉化率。

3.5 其他生理作用

疫苗是畜牧業發展中保證動物健康生長發育的重要手段。周建強等[45]研究發現，黨參多糖能夠提高新城疫疫苗的效價，促進外周血淋巴細胞增殖。韓天飛等[46]報道，黨參多糖可以緩解雞球蟲疫苗免疫對雞增重的不良影響，提高雞球蟲疫苗的免疫效果。李愷等[47]研究表明，黨參多糖對兔出血癥疫苗效果具有增強作用。Liu等[48]證實，硫化黨參多糖和黃精多糖有協同作用，一同增強抗新城疫病毒作用。

近幾年來，多糖提取物在抗腫瘤方面備受關注。植物類多糖對癌細胞的抑制通過以下途徑：1)抑制細胞增殖；2)誘導細胞凋亡；3)阻滯細胞周期；4)調節免疫功能[36]。Yang等[5]研究發現，從黨參中提取的由半乳糖醛酸、鼠李糖、半乳糖和阿拉伯糖組成的果膠多糖，可以作為免疫增強劑，與抗癌藥甲氨蝶呤共同作用抑制癌細胞生長，其可能是通過增強腫瘤對藥物治療的敏感性和增強免疫反應來介導。Xu等[49]研究表明，黨參側根所提取的多糖能明顯抑制腫瘤生長，其通過促進超氧硝酸鹽在腫瘤細胞中的合成，從而抑制呼吸鏈中電子傳遞，引起腫瘤細胞的DNA損傷，抑制腫瘤細胞的生長，最終導致腫瘤細胞死亡。

4 小結和展望

在2020年畜禽飼料全面禁抗的背景下，尋找和發現無毒、安全、促生長的抗生素替代品，成為了目前畜牧產業的挑戰。黨參資源豐富，黨參多糖作為黨參的提取物質，具有抗氧化、增強免疫力、提高動物生產性能、改善動物腸道健康等生理學功能，同時安全高效、毒副作用小。在當前禁抗的背景下，黨參多糖可以發展成為替抗產品。但目前，有關黨參多糖在動物體內的作用和機制研究較少，在動物生產中的運用也較少，還需要更多研究去驗證其效果。因此，今后需要進一步研究黨參多糖在動物體內的作用機制及其在畜禽生產中的應用。