【分享】张炳坤研究员：植物提取物延缓蛋鸡炎性衰老实现延长产蛋周期

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张炳坤
中国农业大学 特聘研究员，博士生导师

导读：我国是鸡蛋生产和消费大国，延长蛋鸡产蛋周期和改善蛋品质是行业的共同目标。而蛋鸡产蛋后期的产蛋性能和蛋品质下降的一个重要原因是其肠道功能衰老。随着机体的衰老，肠道功能在器官和细胞水平上也会出现明显下降，伴随炎症状态加剧是肠道衰老的标志之一。肠道健康是饲料高效利用的前提，是鸡只生长表现和养殖利润的主要驱动器，因此通过改善肠道健康、降低肠道炎症进而延长蛋鸡产蛋周期是实现“饲养100周产500枚优质鸡蛋”的重要保障。本期特邀中国农业大学张炳坤特聘研究员，通过对蛋鸡肠道和输卵管炎性衰老、植物提取物的抗炎机制进行阐述，为后续的研究和应用提供思路。

我国鸡蛋产量长期稳居世界第一。鸡蛋是一种廉价优质的蛋白质来源，现已成为人民饮食的重要组成部分，因此鸡蛋有着全球范围内的巨大需求。然而养殖成本的提高以及蛋鸡养殖中的环境问题却限制着蛋鸡行业的发展。为了解决这一问题，欧洲学者提出将商品蛋鸡的产蛋期延长至90~100周。伊莎公司于2011年提出“100-500计划”，即不经换羽的商品蛋鸡在100周产蛋期提供500枚优质鸡蛋。

据统计，如果每只蛋鸡多产25枚鸡蛋，英国的鸡群每年可能减少饲养250万只，这将大大减少蛋鸡饲养量和饲料消耗量，从而降低养殖成本、改善动物福利并缓解鸡群饲养对环境的压力[1]。因此，延长蛋鸡的产蛋周期是有效提高资源利用率的方法，能够带来巨大的经济和环境效益，对蛋鸡行业的发展具有重要意义。

如今，“饲养100周产500枚优质鸡蛋”已成为国内外蛋鸡行业的共同目标，但延长产蛋周期的同时还需要保证产蛋后期的蛋品质。目前商品蛋鸡一般是在72周龄左右淘汰，其主要原因是产蛋后期蛋鸡产蛋率和蛋品质下降[2-3]。这是由于蛋鸡在产蛋后期生殖系统功能退化、肠道功能紊乱、抗氧化和免疫功能衰退，此外，产蛋后期蛋鸡还会出现脂质和钙磷代谢紊乱等问题[4-5]。与哺乳动物类似，家禽的繁殖力也会随着年龄的增长而降低，目前一般认为蛋鸡在72周龄左右就会表现出明显的衰老迹象[6]。因此如何延缓蛋鸡衰老、延长产蛋周期、提高产蛋后期蛋品质将是家禽业面临的重要课题。近年来，已有大量的研究表明植物活性成分具有良好的抗炎和抗衰老作用[7]。本文对蛋鸡肠道和输卵管的炎性衰老以及植物提取物的抗炎机制进行阐述，以期为后续的研究和应用提供思路。

1、炎性衰老理论及其在蛋鸡中的研究进展

1.1 炎性衰老理论

炎性衰老这一概念最早是在2000年被提出，有研究人员发现，在衰老过程中，相对保守的先天免疫系统的变化超过了适应性免疫系统，因此提出了一个新的概念——炎性衰老，即衰老与一种慢性的、无菌的和轻度的炎症有关[8]。研究发现血浆中各种促炎细胞因子的浓度，包括白细胞介素1β（IL-1β）、白细胞介素6（IL-6）、白细胞介素8（IL-8）和肿瘤坏死因子α（TNF-α）都呈年龄依赖性增加，炎症与寿命的相关性比其他任何参数都更好，表明炎症是衰老的驱动因素[9-10]。最近的研究表明，衰老相关分泌表型（SASP）可能是细胞衰老过程中维持炎性衰老的一个重要因素，其主要特征是促炎介质分泌增强，如细胞因子、趋化因子和生长因子等。近年来已有研究将抗衰老着眼于靶向干预衰老相关分泌表型相关的信号级联通路，抑制衰老细胞或机体中的核因子-κB（NF-κB）、哺乳动物雷帕霉素靶蛋白（mTOR）和p38丝裂原活化蛋白激酶（p38 MAPK）通路，从而改善机体的衰老状态[11]。总之，目前国内外研究者们已经广泛认识到衰老与慢性、低水平、全身性炎症密切相关。

1.2 蛋鸡肠道衰老研究进展

随着动物机体的衰老，肠道的功能会衰退，包括消化吸收营养能力变弱、肠道屏障功能受损、免疫功能紊乱和微生态失调[12]。老龄蛋鸡肠道健康状况下降是导致其产蛋能力下降的原因之一[13]。鸡肠道中的微生物群有助于肠道稳态，保护宿主免受病原体的侵害[14]。随着蛋鸡年龄的增长，肠道菌群的结构和丰度会发生变化[15]。研究发现，老龄动物肠道中乳酸杆菌、双歧杆菌等肠道益生菌丰度下降，而大肠杆菌、产气荚膜梭菌、肠球菌等潜在有害菌丰度升高。肠道屏障功能在肠道健康中发挥重要作用，而老龄动物肠道菌群紊乱会破坏肠道黏膜屏障的完整性，细菌及其代谢产物透过黏膜屏障进入血液，刺激TNF-α高表达，进而引发宿主出现系统性炎症[16]。肠道衰老也会伴随着肠道炎症状态的加剧。衰老导致肠道促炎细胞因子（如IL-1β、IL-6和TNF-α）分泌增加，而抗炎细胞因子白细胞介素10（IL-10）分泌减少，这直接破坏肠道的稳态[17]。此外，肠道内环境的紊乱也会导致肠上皮细胞更新异常，衰老的肠道细胞大量分泌IL-6、TNF-α等炎性细胞因子，导致肠道出现炎症[18]。

1.3 蛋鸡输卵管衰老研究进展

蛋鸡在产蛋后期输卵管会发生萎缩和功能退化。研究发现，老龄蛋鸡输卵管膨大部黏膜面积和黏膜下层腺体组织会减少，管状腺分泌物减少，结缔组织增多[19]。衰老不仅会引起蛋鸡输卵管组织形态发生变化，还会改变细胞因子的表达。抗炎细胞因子和促炎细胞因子的表达必须保持平衡，才能维持黏膜内稳态。在鸡输卵管中，细胞因子不仅在抗感染的免疫应答中发挥作用，还在蛋壳矿化过程中发挥作用[20]。然而在老龄蛋鸡输卵管中抗炎细胞因子高表达，破坏了细胞因子平衡，影响蛋壳钙化过程，从而降低蛋壳质量[21]。中国农业大学家禽营养团队最新研究发现蛋鸡输卵管细胞衰老标志随着年龄增加显著增加，包括β-半乳糖苷酶活性、p21和p16基因表达以及细胞凋亡水平，100周龄蛋鸡输卵管衰老相关分泌表型包括IL-1β、IL-6、TNF-α和四氯化碳（CCL4）等水平显著高于产蛋高峰期蛋鸡。在蛋鸡输卵管中还发现巨噬细胞和CD8+ T细胞的数量会随着年龄的增加而增加，此外老龄蛋鸡输卵管中白细胞浸润相关的黏附分子的表达也显著升高[21]。由此可见，老龄蛋鸡输卵管可能存在炎性衰老，导致蛋鸡输卵管功能衰退，从而降低蛋品质。


近年来，越来越多的研究表明，肠道微生物及其代谢产物（如短链脂肪酸、胆汁酸和色氨酸衍生物等）通过肠道-肝脏/脑-输卵管轴间接调节蛋品质[22]。蛋鸡输卵管和肠道微生物群的组成有很大的重叠，肠道中扩增子序列变异的相对丰度与它们在输卵管中存在的概率相关，这表明肠道中的微生物会到达输卵管，因此肠道健康直接影响输卵管健康[23]。肠道和输卵管健康是保证蛋鸡蛋品质的前提，而衰老破坏了肠道和输卵管的黏膜内稳态和屏障功能，导致其功能衰退，从而降低老龄蛋鸡的蛋品质。由此可见，老龄蛋鸡蛋品质下降可能主要是由于炎性衰老所致，因此想要延长蛋鸡的产蛋周期，可以通过延缓蛋鸡炎性衰老来实现。

2、植物提取物抗炎性衰老的作用机制

2.1 植物提取物

植物提取物是以植物为原料，按照对最终产品用途的需要，经过提取分离过程，定向获取和浓集植物中的某一种或多种成分，一般不改变植物原有成分结构特征形成的产品[24]。根据活性成分的不同，植物提取物可分为：生物碱类、黄酮类、多糖类、皂苷类、有机酸类和挥发油类。植物提取物具有多种生物学活性，如抗炎、抗菌、抗氧化、抗癌等[25]。随着我国饲用禁抗及绿色养殖政策的实施，植物提取物因其具有绿色、安全、高效、无耐药性和药物残留等特点受到越来越多的关注，成为近年来研究的热点。

2.2 主要作用途径

植物提取物种类众多，具有多种生物活性，能够通过不同的机制发挥抗炎作用。炎性衰老与慢性的、低水平的炎症相关，而植物提取物可以通过抑制炎症信号通路、抗氧化、调节免疫细胞、花生四烯酸代谢和肠道菌群来抑制炎症（见图1）。


植物提取物能够通过调控炎症相关信号通路来降低动物机体的炎症水平。核因子-κB（NF-κB）对宿主防御和炎症反应必不可少，其调节参与炎症的细胞因子、趋化因子和黏附分子。植物提取物可以通过降低IκB磷酸化、抑制NF-κB p65亚基的核转位和抑制Toll样受体4（TLR4）信号来抑制NF-κB信号通路，从而减少促炎细胞因子的产生[26]。MAPK通路是另一个参与炎症和免疫反应的重要通路，是植物提取物发挥抗炎作用的另一靶点。很多植物提取物能够抑制甚至阻断上述通路，从而抑制炎症[27]。

植物提取物还能通过抑制氧化应激发挥抗炎作用。在炎症过程中会有ROS和活性氮（RNS）的过量产生，这些自由基通过氧化损伤导致氧化应激。植物提取物具有抗氧化活性，能够清除自由基，这种抗氧化活性是由芳香烃受体（AhR）/核因子E2相关因子2（Nrf2）途径介导的，从而增加多种抗氧化酶的产生，如超氧化物歧化酶、过氧化氢酶和谷胱甘肽过氧化物酶等[28]。

植物提取物还能够调节几种免疫细胞的活化、成熟和细胞因子的产生。它能够抑制树突状细胞的成熟，还会影响树突状细胞的分化[29]。体外研究表明，植物提取物能够抑制T细胞的活化和增殖[30]。植物提取物还可以抑制M1型巨噬细胞介导的炎症反应并驱动活化巨噬细胞M2型极化[31]。此外，植物提取物对自然杀伤（NK）细胞也具有免疫调节作用，能够增加其数量和活性。某些植物提取物能够抑制中性粒细胞和其他免疫细胞中促炎细胞因子和趋化因子的产生[32]。

花生四烯酸是由磷脂酶A2（PLA2）作用于膜磷脂而来，其经过环氧合酶（COX）和脂氧合酶（LOX）代谢产生前列腺素、血栓素和白三烯等炎症介质。植物提取物能够通过抑制参与花生四烯酸代谢的酶（如PLA2、COX和LOX），从而减少白三烯、前列腺素等炎症介质的释放[33]。

植物提取物对肠道菌群也有调节作用。植物提取物及其代谢产物能够增加肠道中的益生菌，特别是能产生短链脂肪酸，并增加肠道微生物多样性，同时抑制病原菌，从而减少内毒素的产生，促进肠道稳态，促进营养物质的吸收，从而改善动物机体健康[34]。在植物提取物调节肠道菌群的同时，肠道菌群也影响着植物提取物的代谢。来自肠道菌群的酶能够催化植物提取物发生水解，从而促进植物提取物的吸收和代谢[35]。

3、代表性植物提取物抗炎作用机制

很多植物提取物都有不同程度的抗炎作用。目前对黄酮类植物提取物的研究相对全面，黄酮类植物提取物也是中国农业大学家禽营养团队的研究重点，特别是染料木黄酮（异黄酮）、槲皮素（黄酮醇）和菊叶黄酮（混合黄酮），以下详细综述这三种植物提取物的抗炎机制。

3.1 染料木黄酮

染料木黄酮是一种广泛存在于豆科植物中的异黄酮，其结构与雌激素类似，具有多种生物学活性，如抗炎、抗氧化和抗癌等。目前已有大量的研究证实染料木黄酮能够通过多种途径发挥其在心血管疾病和肠道炎症等疾病中的抗炎作用。染料木黄酮能够通过抑制c-Jun氨基末端激酶（JNK）、细胞外调节蛋白激酶（ERK）和IκB的磷酸化来抑制脂多糖（LPS）诱导的丝裂原活化蛋白激酶（MAPK）和NF-κB通路[36]。体外研究表明染料木黄酮能够通过抑制细胞内ROS的产生来抑制TNF-α和脂多糖（LPS）诱导的炎症反应[37]。染料木黄酮还能够抑制一氧化氮合成酶（iNOS）和赖氨酰氧化酶（COX-2）蛋白表达[38]。最新的研究表明，在沙门氏菌感染诱导的肠炎模型中，染料木黄酮能够通过抑制NF-κB通路降低IL-6、TNF-α、COX-2以及PGE2水平，并抑制Wnt/β-catenin信号通路，同时激活mTOR信号通路，从而缓解沙门氏菌引起的肠道炎症、内稳态失调以及自噬（见图2）[39]。中国农业大学家禽营养团队最近研究表明，染料木黄酮能够通过调节肠道菌群的组成，改善肠道的屏障功能，进而调节衰老肠道的稳态，延长动物健康期；粪菌移植饲喂染料木黄酮的小鼠肠道菌群可以缓解早衰小鼠的衰老相关表型。此外，染料木黄酮的抗炎作用在家禽生产中也有广泛的应用。染料木黄酮能够改善LPS和大肠杆菌诱导的肠道炎症，改善蛋鸡生殖系统功能，改善脂肪肝综合征蛋鸡体内脂代谢紊乱和炎症反应，减少蛋鸡脂肪肝和脂肪沉积，提高免疫和抗氧化水平，提高蛋鸡产蛋后期蛋品质[40-44]。



3.2 槲皮素

槲皮素是一种常见的黄酮醇，存在于多种水果、蔬菜和植物中，近年来由于其广泛的生物学活性备受关注。槲皮素通过抑制MAPK、蛋白激酶B（AKT）和NF-κB信号通路抑制TNF-α、IL-1β、IL-6和单核细胞趋化蛋白1（MCP-1）等表达，从而缓解肠道炎症[45]。槲皮素还能够通过提高谷胱甘肽（GSH）水平缓解H2O2诱导的肠道损伤（见图2）[46]。大量的体外研究也证实了槲皮素具有良好的抗炎功能。在IFN-γ刺激的RAW 264.7细胞中，槲皮素可以抑制NF-κB的p50和p65的核转位，并抑制促炎相关基因NOS和COX-2的表达[47]。在肥大细胞中，槲皮素通过抑制NF-κB和p38 MAPK通路抑制细胞因子的产生[48]。此外，槲皮素对免疫细胞也有调节作用。在小鼠结肠炎中，槲皮素能够通过Nrf2/血红素加氧酶1（HO-1）通路促进巨噬细胞M2型极化，增强巨噬细胞的抗炎作用[49]。槲皮素还能够抑制树突状细胞分泌促炎细胞因子和趋化因子[50]。以上结果表明槲皮素可以通过抑制NF-κB和MAPK等炎症相关通路发挥抗炎作用。在日粮中添加槲皮素，能够增强蛋鸡免疫功能和抗凋亡能力，缓解蛋壳腺炎症反应，改善蛋品质[51]。


3.3 菊叶黄酮

菊花是我国传统中药材，具有清热解毒的功效，菊花的非药用部位也有着与菊花相似的活性成分，其中从菊叶中分离纯化得到的黄酮化合物（即菊叶黄酮）也有显著的生物活性[52]。研究人员对菊叶中的黄酮类成分进行分离和鉴定，发现其中主要包含槲皮素、山奈酚、木犀草素和芹菜素等，但不同品种会有成分差异[52-53]。这些黄酮类化合物也都具有抗炎作用。山奈酚可以通过TLR4/NF-κB途径抑制炎性细胞因子分泌，增强肠道屏障功能，缓解由高脂和LPS诱导的肠道炎症[54-55]。木犀草素可以调节NF-κB和JAK-STAT等通路，抑制IL-1β、TNF-α和COX-2等促炎介质的分泌，木犀草素对几种免疫细胞包括巨噬细胞、肥大细胞、树突状细胞、中性粒细胞和T细胞也具有抗炎活性[56]。在LPS刺激的BV2小胶质细胞中，芹菜素能够抑制NF-κB通路从而降低TNF-α、IL-1β、IL-6水平，同时激活GSK3β/Nrf2通路来抑制BV2细胞的活化[57]。此外，菊叶黄酮可以抑制促炎细胞因子的分泌改善LPS诱导的结肠炎[58]。

4、小结

“饲养100周产500枚优质鸡蛋”已成为国内外蛋鸡行业的共同目标，但目前如何在延长产蛋周期的情况下保证蛋鸡的蛋品质依然是家禽业有待解决的重要课题。老龄蛋鸡蛋品质下降，可能是由于炎性衰老导致的肠道和输卵管低水平炎症导致的。目前已有大量的体内和体外研究证实了植物提取物具有良好的抗炎作用，研究人员可以利用植物提取物的这一特性，减缓蛋鸡炎性衰老，从而延长产蛋周期，提高产蛋后期蛋品质。因此，植物提取物在蛋鸡生产中具有广泛的应用前景。

参考文献及更多内容详见：
饲料工业，2023，44（7）：8-14


作者简介
张炳坤，中国农业大学动物科技学院特聘研究员，博士生导师。聚焦畜禽黏膜屏障功能健康发育的营养调控及其相关机制研究。近年来，主持国家重点研发计划政府间国际科技创新合作重点专项和国家自然科学基金项目，以第一/通讯作者在Cell Host & Microbe、Journal of Crohn's and Colitis、Frontiers in Immunology、Communications Biology、Molecular Nutrition & Food Research、Journal of Nutritional Biochemistry等国际权威期刊发表SCI论文40余篇，获国家科技进步二等奖和省部级教学成果二等奖各1项；以第一发明人获得授权国家专利6项；制定/修订3项国家标准和中国饲料工业协会团体标准及《饲料添加剂安全使用规范》；入选北京高等学校“青年英才计划”，担任中国畜牧兽医学会动物营养学分会理事、副秘书长，北京畜牧兽医学会理事，全国动物营养指导委员会肉鸡营养分会等。

来源：饲料工业