植物提取物对畜禽免疫系统的影响：异喹啉生物碱模型（三）
发布时间：
2021-05-27
来源：
异喹啉生物碱
血根碱作为先驱者之一，自上世纪就已经进入大众视野。1997年，Madan M. Chaturvedi首先证明血根碱是NF-kB活化、I-kB磷酸化和降解的有效抑制剂。核因子NF-kB是一种多效转录因子，其激活会导致炎症、病毒复制和生长调节。NF-kB几乎存在于所有细胞类型中，并且参与细胞对刺激的反应，例如应激，细胞因子，自由基，重金属，紫外线照射以及细菌或病毒抗原，它在调节免疫系统应对感染过程中起着主导作用。由于其在发病机理中的作用，NF-kB被认为是药物开发的关键靶标。
血根碱及其结构类似物属于（苄基）异喹啉生物碱类。迄今为止，已经发现有超过3000种这类生物碱。这类生物碱来源于两个酪氨酸分子，其生物合成的中间体网状茶碱可以进行各种重排和修饰，以产生不同结构类别的苄基异喹啉生物碱（Zeng等，2013）。
多项研究证明了生物碱的抗炎活性，涉及抑制或调节重要的炎症介质，例如之前描述的NF-kB，COX-2和iNOS（Alves de Almeida等，2017）。
Lopes Souto等（2011）检索了过往的研究以评估生物碱的抗炎作用，并总结出其中40种具有显著抗炎活性的化合物。生物碱可作为预防与治疗肠道炎症的潜在药物，根据生物碱的类型和分子结构不同，其被吸收利用的差异性很大。至于生物碱的毒性，因为其很难吸收，所以不用担忧。生物碱的毒性并不会影响其作用机理。
Nrf2是另一种转录因子，可调节抗氧化蛋白的表达，从而保护其免受损伤和炎症引起的氧化损伤（Vrba等，2012）。研究表明，血根碱可在适当条件下通过激活p38 MAPK / Nrf2途径来增强酶性抗氧化防御系统的功能。
许多文献中充分描述了血根碱及其类似物，如：原阿片碱和白屈菜红碱。PubMed的检索（2018年7月）表明涉及血根碱的出版物有796个，涉及原阿片碱和白屈菜红碱的出版物分别是2442和248个。小檗碱是异喹啉生物碱研究领域冉冉升起的新星，其相关功能已在4909篇文章中进行了描述。但是，吗啡的研究超55,000种出版物，咖啡因在2016年就超过30,000份出版物，目前为31,849种。人们对生物碱的研究兴趣仍然很高。自J.Thompson1873年在《英国医学杂志》上首次描述了“马钱子及其生物碱的使用和滥用”以来，关键字“生物碱”检索引出446,813个条结果。
众所周知，来自博落回植物的异喹啉生物碱是非常好的抗炎化合物，作为饲料添加剂已经应用几十年了（Kosina等，2010）。在本章的以下部分中，将详细介绍异喹啉生物碱（血根碱和白屈菜红碱）的抗炎特性，包括其作用方式和对炎症级联反应的后续影响，以及对肠道健康和生产性能的益处。
异喹啉生物碱的作用方式:
抑制NF-κB激活
血根碱能够阻止“肿瘤坏死因子诱导的IkBα（NF-kB信号通路的抑制亚基）的磷酸化和降解，并抑制p65亚基（NF-kB的亚基之一）向细胞核的转运”（Chaturverdi等，1997）。结果就是NF-kB在细胞质中保持非激活状态，并且无法启动细胞核内编码促炎细胞因子的促炎基因的转录。因此，较少的促炎症细胞因子被合成和释放，从而降低了炎症反应的程度。
异喹啉生物碱降低炎症的效果
细胞因子是免疫调节蛋白，其在细胞信号转导中发挥作用。细胞因子由巨噬细胞，T淋巴细胞或成纤维细胞释放，主要包括白介素，淋巴因子和细胞信号分子，如干扰素和肿瘤坏死因子。Soler等（2016）使用肠道细胞系IPEC-J2研究了异喹啉生物碱（血根碱和白屈菜红碱）对肠上皮细胞单培养的促炎性细胞因子表达的影响。乙酰水杨酸具有广泛的抗炎和促生长生物活性，可以作为阳性对照（Xu等，1990；Botting，2010）。该研究使用了大肠杆菌触发炎症。结果表明，乙酰水杨酸和异喹啉生物碱显着降低了促炎症细胞因子的相对丰度（图17.1）。但是，对于TNF-α和IL-1b，在异喹啉生物碱和乙酰水杨酸之间没有发现显着差异。这项研究证明，异喹啉生物碱是真正的抗炎化合物，可减少促炎症细胞因子的表达。
图17.1 抗炎性化合物对IPEC-J2细胞对产肠毒素大肠杆菌菌株攻击的反应。
对照组=PBS; ASA组=乙酰水杨酸；IQ组=异喹啉生物碱（血根碱和白屈菜红碱）。实验重复数为3（n=3）。不同的字母表示存在显着差异（P <0.05）。
巨噬细胞在抵抗微生物感染的第一线防御中起着至关重要的作用，其是抗原呈递细胞，可通过自身或与适当的T细胞受体相互作用，来清除感染病原。这个过程称为吞噬作用，要求巨噬细胞产生氧自由基，溶菌酶，蛋白水解酶以及一氧化氮（NO）。被细胞因子激活的巨噬细胞释放高浓度NO。NO被认为与细胞凋亡的调节和肠道、关节及肺部炎症性疾病的发病机理有关（Sharma et al。，2007）。诱导型一氧化氮合酶（iNOS）催化L-精氨酸产生NO。因此，可以测量iNOS来评估巨噬细胞活性和炎症程度。
Khadem等（2014年）研究了日粮中补充异喹啉生物碱（血根碱和白屈菜红碱）对肉鸡iNOS表达的影响。在这项研究中，罗斯308肉雏鸡日粮中添加土霉素或异喹啉生物碱。在试验第35天，评估的肉鸡空肠iNOS基因的表达情况。结果表明，补充异喹啉生物碱以剂量依赖的方式降低了iNOS基因的表达。此外，土霉素也显着降低了iNOS的表达。饲料转化率结果与体外结果相似，即日粮补充异喹啉生物碱对饲料转换率具有剂量依赖性效果。因此，可以推断肉鸡炎症水平降低与较好的饲料转化率之间具有相关性。
此外，Pickler等（2013年）研究表明，当日粮中添加异喹啉生物碱时，与炎症相关的免疫细胞表达减少。在这项研究中，肉鸡被肠炎沙门氏菌攻毒，并评估了肠道形态的变化以及肠道粘膜和外周血中免疫细胞的表达。日粮添加异喹啉生物碱导致十二指肠和空肠中杯状和CD3T淋巴细胞的表达显着降低，进一步支撑了异喹啉生物碱的抗炎作用。
急性期蛋白（APPs）的产生是非特异性免疫反应的一部分。在由感染或损伤而导致组织损伤后，细胞因子将被释放并到达肝脏。接下来，在皮质醇的作用下，急性期蛋白的合成增加。相比正常情况下，在急性炎症过程中血浆急性期蛋白水平会升高很多倍（阳性急性期蛋白，如，C反应蛋白，血清淀粉样蛋白A，触珠蛋白）或降低很多倍（阴性急性期蛋白，如，转铁蛋白，白蛋白）。急性期蛋白具有多种功能，例如，抑制传染原的生长，对炎症反应提供负反馈或将更多的免疫细胞募集到感染部位。
由于社群，免疫，感染，代谢和营养的变化，断奶是猪应激最大的事件之一。众所周知，压力与肠道炎症有关，会导致细胞因子和急性期蛋白的产生增加，对肠道形态结构产生负面影响，并导致吸收能力降低和肠道屏障功能破坏，从而增加了细菌感染的风险（Pié等，2004；Al-Sadi等，2010）。坎塔斯（Kantas）等（2015）研究了异喹啉生物碱（血根碱和白屈菜红碱）对断奶仔猪生长性能和急性期蛋白水平的影响。在这项研究中，超过800头断奶仔猪作为试验猪。结果表明，在试验开始7和14天后，日粮中补充异喹啉生物碱试验组的猪血液中触珠蛋白和血清淀粉样蛋白A的水平显着降低，且呈剂量依赖性。此外，日粮添加异喹啉生物碱组的试验猪的饲料转化率和平均日增重显着提高，表明异喹啉生物碱可用于减少与断奶应激相关的肠道炎症，从而使断奶后的猪表现出更好生长性能。
异喹啉生物碱与肠道健康及应激
紧密连接是肠上皮细胞之间的蛋白连接复合体，它们的功能是防止大分子物质（包括病原体）的细胞旁渗漏。已知细胞因子和某些病原体会以负面的方式干扰紧密连接蛋白，可能导致肠屏障功能的损伤。Awad等很好地综述了肠道病原体如何改变肠道紧密连接，并导致肠道屏障损伤 （2017）。刘等 （2016）评估了日粮中添加异喹啉生物碱（血根碱和白屈菜红碱）对生长猪肠道紧密连接蛋白的影响，研究表明日粮中补充异喹啉类生物碱的试验猪肠道紧密连接蛋白zonulin-1（ZO-1）和claudin-1的表达更高，说明肠道屏障更健康且通透性较低（图17.2）。
图17.2猪空肠黏膜中紧密连接蛋白的相对蛋白丰度（n=6）。
不同的字母表示存在显着差异（P <0.05）。
众所周知，压力会引起肠道炎症和肠屏障功能障碍。皮质醇被广泛用作压力的标志物，并且可以在唾液中进行测量，可代表激素的活性部分。Artuso-Ponte等， （2015）研究了补充异喹啉生物碱对猪屠宰前后唾液中皮质醇的影响，以及应激与胴体沙门氏菌污染的相关性。研究结果表明，在试验开始时和运输到屠宰场之前阴性对照试验猪和补充异喹啉生物碱试验猪的唾液皮质醇浓度没有差异。但是，运输至屠宰场后，未补充异喹啉生物碱的试验猪唾液皮质醇水平显着增加，而补充异喹啉生物碱的试验猪没有观察到明显差异。此外，与补充异喹啉生物碱的试验猪相比，未补充的试验猪运输后的皮质醇浓度显著升高。甚至进一步研究还表明，补充异喹啉生物碱的试验猪的胴体沙门氏菌污染更低，并且唾液皮质醇水平更低。
这些结果表明，异喹啉生物碱可以调节应激反应，并能减少污染胴体及增加食品安全风险的细菌附着。研究结果进一步在母猪（分娩压力；Suwannathada等，2015）和仔猪（断奶压力；Artuso-Ponte等，2018）试验研究中获得进一步证实。
肠道炎症调控及对动物
生长性能的影响
异喹啉生物碱（血根碱和白屈菜红碱）具有抗炎活性，对生理性的肠道炎症有帮助。于是，肠道完整性更好，养分消化率更高（Boroojeni等，2018）。这些都得益于更好的饲料转化和生长性能（Kantas等，2015；Khadem等，2014）。例如，基于对全球20多个大学的研究成果分析表明，添加异喹啉生物碱可使攻毒和未攻毒肉鸡的料肉比分别降低4.1％和2.7％，日增重分别提高5.0％和3.6％（Pastor和Kraieski，2018）（表17.1）。
总之，目前的研究数据表明，具有抗炎活性的植物提取物，如异喹啉生物碱（血根碱和白屈菜红碱）才是真正的抗炎性化合物。异喹啉生物碱从抑制NF-kB激活开始，并通过多个步骤影响炎症级联反应，从而对肠道健康产生积极影响。最终，细胞因子和急性期蛋白的产生减少，皮质醇水平降至最低。此外，大量研究已经表明使用抗炎化合物可以获得更好和可持续的动物生产性能。
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