大蒜素的生理功能及其在動(dòng)物生產(chǎn)中的應(yīng)用研究進(jìn)展

樊慶燦，鄭路程，王倩倩，胡 威，楊 雪，鄭文亞

（1.宜春學(xué)院生命科學(xué)與資源環(huán)境學(xué)院，江西宜春 336000；2.江西綠科農(nóng)牧科技有限公司，江西宜春 336000）

以往，抗生素作為高效的殺菌劑和生長(zhǎng)促進(jìn)劑廣泛應(yīng)用于畜牧生產(chǎn)。但抗生素導(dǎo)致的藥物殘留等生物安全問題引起人們?cè)絹碓蕉嗟年P(guān)注。畜禽生產(chǎn)中限制或禁止使用抗生素是目前畜牧業(yè)發(fā)展的方向，開發(fā)具有抗菌和促生長(zhǎng)作用的抗生素替代物成為研究熱點(diǎn)。大蒜素（Allicin）是大蒜細(xì)胞受損后，液泡中的蒜氨酸酶逸出，催化細(xì)胞質(zhì)中的蒜氨酸轉(zhuǎn)化形成的油性物質(zhì)，化學(xué)名為二烯丙基硫代亞磺酸酯（CHOS）。大蒜素進(jìn)入生物體內(nèi)，迅速與谷胱甘肽反應(yīng)生成巰基谷胱甘肽S-烯丙基，游離的大蒜素則通過自由擴(kuò)散進(jìn)入細(xì)胞膜，使蛋白質(zhì)半胱氨酸中的硫醇基發(fā)生S-烯丙基氧化修飾。硫醇基的可逆氧化和還原反應(yīng)是大蒜素生物活性關(guān)鍵，可以調(diào)節(jié)細(xì)胞的多個(gè)生理過程。大蒜素具有抗菌、抗氧化、抗應(yīng)激、提高免疫力、調(diào)節(jié)脂質(zhì)代謝和促生長(zhǎng)等生理功能，且大蒜素為植物提取物，不會(huì)產(chǎn)生藥物殘留等問題，是一種極具潛力的抗生素替代物。本文主要綜述了大蒜素的生理功能及其在動(dòng)物生產(chǎn)中的應(yīng)用進(jìn)展，為大蒜素在動(dòng)物生產(chǎn)中應(yīng)用提供參考。

1 大蒜素的生理功能

1.1 抗菌作用 大蒜素對(duì)革蘭氏陽(yáng)性菌和陰性菌都具有廣譜抗菌活性，能高效抑制芽孢桿菌屬、鏈球菌屬、霍亂弧菌、鼠傷寒沙門氏菌、金黃色葡萄球菌、根癌農(nóng)桿菌、丁香假單胞菌和大腸桿菌等細(xì)菌。大蒜素還具有抵抗真菌的活性，醫(yī)學(xué)上不僅用于治療局部皮膚的念珠菌感染，還可以通過呼吸作用輸送到肺部，治療肺的曲霉病。此外，研究還發(fā)現(xiàn)大蒜素與其他已知的真菌毒性物質(zhì)（如銅）協(xié)同作用，抑制面包酵母等真菌的活性。

大蒜素的抑菌機(jī)制與其化學(xué)結(jié)構(gòu)存在密切關(guān)系。大蒜素分子中所含有的硫醚基及烯丙基可以破壞菌體細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)，抑制細(xì)菌生長(zhǎng)和增殖。大蒜素還可以通過對(duì)細(xì)菌中含巰基的蛋白質(zhì)進(jìn)行S-烯丙基修飾，從而使細(xì)菌蛋白質(zhì)聚集、關(guān)鍵酶失活和谷胱甘肽水平降低。研究發(fā)現(xiàn)，大蒜素能有效抑制細(xì)菌中異檸檬酸裂解酶（含硫醇基）、硫氧還蛋白還原酶、木瓜蛋白酶和乙醇脫氫酶活性，這種抑制作用可以通過添加還原劑來解除，說明大蒜素的抑制作用是由酶蛋白的硫醇修飾引起。此外，大蒜素還可以通過對(duì)谷胱甘肽池的硫醇修飾，引起酵母細(xì)胞氧化電位增加，最終導(dǎo)致細(xì)胞凋亡。

1.2 調(diào)節(jié)動(dòng)物脂質(zhì)代謝 大蒜素通過多種途徑影響動(dòng)物脂質(zhì)沉積。大蒜素不僅抑制機(jī)體內(nèi)脂肪的生成，還促進(jìn)脂肪分解產(chǎn)熱來減少脂肪堆積。研究發(fā)現(xiàn)，飼喂大蒜素的小鼠，脂肪酸結(jié)合蛋白（Fatty Acid-Binding Protein4，）等脂肪合成相關(guān)基因表達(dá)量減少，甘油三酯脂肪酶（Adipose Triglyceride Lipase，）等脂肪分解相關(guān)基因表達(dá)量增加，解偶聯(lián)蛋白1（Uncoupling Protein 1，）等機(jī)體產(chǎn)熱相關(guān)基因表達(dá)量增加，瘦素（Leptin，）等脂肪因子表達(dá)量顯著增加。大蒜素可以增加Krüppel 樣因子15（Krüppel-like Factor 15，）和基因表達(dá)，增強(qiáng)KLF15 蛋白與啟動(dòng)子區(qū)域的相互作用，誘導(dǎo)體內(nèi)棕色樣脂肪生成以及多泡脂肪細(xì)胞的出現(xiàn)。大蒜素可以增強(qiáng)胰島素活性，大蒜素組小鼠胰島素受體底物1（Insulin Receptor Substrate 1，）等基因表達(dá)量較對(duì)照組顯著增加，間接影響機(jī)體脂質(zhì)代謝。大蒜素還可以通過增加腸道有益菌群的豐度來減少脂肪堆積。飼喂大蒜素的小鼠，嗜黏蛋白阿克曼菌（，Akk）的豐度顯著增加，而Akk 可以產(chǎn)生對(duì)宿主和微生物群成員均有益的短鏈脂肪酸，調(diào)節(jié)宿主脂肪沉積。此外，大蒜素可與體內(nèi)酶蛋白的半胱氨酸的巰基直接反應(yīng)，抑制膽固醇生物合成途徑的2 種重要酶（角鯊烯單加氧酶和乙酰輔酶A 合成酶）的功能，這是膽固醇生物合成早期的步驟，直接影響膽固醇合成。

1.3 提高動(dòng)物抗氧化能力 大蒜素在動(dòng)物體內(nèi)也可以提高動(dòng)物的抗氧化能力。一方面，大蒜素可提高動(dòng)物對(duì)氧化應(yīng)激的抵御能力。大蒜素進(jìn)入生物體內(nèi)，迅速與谷胱甘肽氧化反應(yīng)生成氧化型谷胱甘肽（GSSG）。谷胱甘肽是真核生物含量最豐富的硫醇化合物，大蒜素進(jìn)入生物體內(nèi)后，機(jī)體生成大量GSSG，并通過氧化應(yīng)激傳感器系統(tǒng)，激活機(jī)體本身的氧化應(yīng)激保護(hù)反應(yīng)，這種輕度氧化應(yīng)激反應(yīng)使細(xì)胞能夠抵御更大氧化應(yīng)激造成的損傷。另一方面，大蒜素在室溫下很容易發(fā)生Cope 消除反應(yīng)，形成2-丙烯亞磺酸，這是一種非常有效的抗氧化劑，參與維持體內(nèi)氧化還原平衡。

1.4 提高動(dòng)物免疫力 研究發(fā)現(xiàn)，大蒜素可以通過刺激單核細(xì)胞，使單核細(xì)胞釋放出大量的溶菌酶，溶菌酶水解細(xì)菌細(xì)胞壁中的黏多肽，消滅病菌細(xì)胞。大蒜素也可以增加淋巴細(xì)胞與巨噬細(xì)胞的細(xì)胞數(shù)量，刺激淋巴細(xì)胞分泌較多的干擾素、白細(xì)胞介素等，這些細(xì)胞因子可以破壞病菌細(xì)胞，增強(qiáng)機(jī)體的非特異性免疫作用。大蒜素可以有效促進(jìn)脾臟B 淋巴細(xì)胞抗體細(xì)胞的形成，促進(jìn)抗體分泌。抗體和病原體相結(jié)合，產(chǎn)生干擾病原體中某些起作用的酶，減少病原體致病的效果，并與外毒素特異性結(jié)合，阻止外毒素吸附易感細(xì)胞。大蒜素能夠激活T 淋巴細(xì)胞，提高T 淋巴細(xì)胞內(nèi)-醋酸萘酯陽(yáng)性率，刺激中樞淋巴器官和外周淋巴器官的細(xì)胞增殖，加強(qiáng)機(jī)體細(xì)胞的免疫功能。

1.5 改善動(dòng)物生活環(huán)境，促進(jìn)動(dòng)物生長(zhǎng)發(fā)育 大蒜素可改善畜禽生活環(huán)境。一方面，大蒜素所含的硫化物散發(fā)出大蒜味，可驅(qū)避害蟲，避免它們對(duì)動(dòng)物飼料造成污染。大蒜辣素通過糞或尿從體內(nèi)排出，可阻止動(dòng)物糞便中蚊蠅的生長(zhǎng)繁殖，長(zhǎng)期添加可大大改善畜舍內(nèi)外環(huán)境。另一方面，大蒜素作為天然抑菌物質(zhì)，容易揮發(fā)到空氣中，飼料中添加大蒜素能在一定程度抑制環(huán)境中有害微生物的生長(zhǎng)，減少空氣中細(xì)菌數(shù)量，達(dá)到凈化環(huán)境空氣的效果。此外，大蒜素中存在多種硫醚化合物等揮發(fā)性物質(zhì)，其散發(fā)的自然香味對(duì)動(dòng)物有較強(qiáng)的引誘作用，提高動(dòng)物食欲，增加采食量，并通過嗅味覺對(duì)高級(jí)中樞的反射性活動(dòng)進(jìn)行調(diào)節(jié)，促進(jìn)腸道蠕動(dòng)和消化酶分泌，提高動(dòng)物對(duì)飼料的消化吸收。長(zhǎng)期飼喂大蒜素還能提升畜禽肉品質(zhì)及風(fēng)味。

1.6 其他生理作用 大蒜素還具有解毒作用，是一種預(yù)防重金屬中毒的天然草藥。大蒜素通過抑制鉛中毒誘導(dǎo)的肝細(xì)胞凋亡途徑保護(hù)肝臟，并通過上調(diào)丙酮酸激酶同工酶2（Pyruvate Kinase Isozyme 2，）的表達(dá)來緩解鉛誘導(dǎo)的干細(xì)胞衰老。大蒜素通過多種途徑抑制和治療消化道癌癥的發(fā)生。

2 大蒜素在動(dòng)物生產(chǎn)中的應(yīng)用

2.1 大蒜素在雞生產(chǎn)中的應(yīng)用 大蒜素可提高肉雞和蛋雞的生產(chǎn)效率。權(quán)根花等發(fā)現(xiàn)，2.0% 大蒜素組的白羽肉雞成活率、日增重和屠宰率都高于對(duì)照組，耗料增重比低于對(duì)照組。范兆卓等發(fā)現(xiàn)，飼糧中加入200 mg/kg 大蒜素能降低白羽肉雞腿肌和胸肌中膽固醇含量，并且改善腿肌和胸肌肉品質(zhì)。唐嬌玉等發(fā)現(xiàn)，在湘黃雞日糧中添加200 mg/kg 大蒜素可以提高調(diào)節(jié)熱應(yīng)激的糖和蛋白質(zhì)代謝，顯著降低熱應(yīng)激下的死亡率，提高湘黃雞的生產(chǎn)性能。劉兆輝等研究表明，在飼料中添加200 mg/kg 大蒜素可提高湘黃雞胸腺指數(shù)，增加血液中總蛋白和球蛋白含量。王文利等發(fā)現(xiàn)，飼料中添加0.2%大蒜素，不僅可使蛋雞的開產(chǎn)時(shí)間、產(chǎn)蛋高峰期提前，還可延長(zhǎng)蛋雞產(chǎn)蛋高峰期所持續(xù)的時(shí)間，增加平均蛋重、降低蛋雞的料蛋比，提高生產(chǎn)效益。由此可見，大蒜素可以提高雞成活率、飼料轉(zhuǎn)化率和抗熱應(yīng)激能力，改善雞肉品質(zhì)，增強(qiáng)機(jī)體免疫力，并有效提高肉雞和蛋雞的生產(chǎn)性能，應(yīng)根據(jù)生產(chǎn)需要添加不同濃度的大蒜素。

2.2 大蒜素在豬生產(chǎn)中的應(yīng)用 大蒜素有效促進(jìn)仔豬、育肥豬和繁殖母豬的生產(chǎn)性能。研究發(fā)現(xiàn)，仔豬生產(chǎn)中每天在飼糧中添加200 mg/kg 大蒜素，仔豬的糞便顏色淺且蚊蠅少，仔豬發(fā)病率低；200 mg/kg 大蒜素組仔豬日增重比對(duì)照組高8.04%，耗料增重比和腹瀉率均低于對(duì)照組；0.01%大蒜素組的斷奶仔豬血清低密度脂蛋白、葡萄糖含量、總膽固醇含量、甲狀腺素T3（FT3）、胰島素樣生長(zhǎng)因子I 都高于對(duì)照組，血清尿素氮含量低于對(duì)照組，其效果與抗生素相當(dāng)。在育肥豬生產(chǎn)中，0.25%大蒜素（日糧中連續(xù)3 周添加）組育肥豬平均日增重較對(duì)照組提高了 9.91%，日糧鈣、磷和粗蛋白質(zhì)的表觀消化率顯著提高；日糧中添加5%新鮮大蒜可提高去勢(shì)公豬屠體中過氧化物歧化酶活性、肌肉系水力和大理石花紋含量，降低滴水損失和丙二醛含量。此外，飼料中添加300 mg/kg 大蒜素可顯著提高母豬初乳中的總超氧化物歧化酶含量。綜上所述，在豬飼料中添加大蒜素可以有效減少仔豬疾病的發(fā)生，提高仔豬和育肥豬每日的采食量、日增重和飼料利用率，改善豬血清指標(biāo)，提高母豬初乳中的抗氧化指標(biāo)，提高豬的生產(chǎn)性能。

2.3 大蒜素在魚類生產(chǎn)中的應(yīng)用 大蒜素可以提高魚類抗病力，并作為營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)代謝調(diào)節(jié)劑改善飼料的口味，長(zhǎng)期飼喂還可以提高水產(chǎn)品的品質(zhì)。在羅非魚的飼料中添加200 mg/kg 大蒜素，可有效提高羅非魚魚苗的成活率，降低耗料增重比。日糧中添加40 mg/kg 大蒜素可以改善鱘魚的飼料效率、特定生長(zhǎng)率和蛋白效率，并提高機(jī)體粗蛋白質(zhì)含量，降低肌肉的蒸煮損失。研究表明，200 mg/kg 大蒜素組大菱鲆幼魚的特定生長(zhǎng)率和血清補(bǔ)體C3 顯著高于對(duì)照組，死亡率和飼料系數(shù)低于對(duì)照組，且400 mg/kg 大蒜素組溶菌酶活力、超氧化物歧化酶活力和抗病力高于對(duì)照組。大蒜素也可與其他中草藥添加劑混合使用。0.1%大蒜素和杜仲?gòu)?fù)合添加劑可顯著提高鯉魚的成長(zhǎng)速度、魚肉中蛋白質(zhì)和氨基酸的含量，降低脂肪含量，改善肌肉膠原蛋白和肌原纖維耐折力。由此可見，大蒜素可以增強(qiáng)魚類抵抗力，降低死亡率，提高飼料利用率，長(zhǎng)期飼喂可改善魚肉品質(zhì)，提高魚類生產(chǎn)效益。

2.4 大蒜素在羊、牛生產(chǎn)中的應(yīng)用 大蒜素在反芻動(dòng)物研究較少，但研究發(fā)現(xiàn)大蒜素能提高羊和牛的生產(chǎn)性能，并改善羊血液指標(biāo)。趙健康等發(fā)現(xiàn)，3 月齡湖羊精料中添加2 g/d 大蒜素并連續(xù)飼喂45 d，試驗(yàn)組羊的總增重和日增重均顯著高于對(duì)照組，腹瀉率低于對(duì)照組。劉敏研究發(fā)現(xiàn)，1.8 g/d 大蒜素干粉（濃度為25%）組哈薩克羊血清中的球蛋白、谷丙轉(zhuǎn)氨酶、谷草轉(zhuǎn)氨酶水平和總抗氧化能力均顯著高于對(duì)照組，丙二醛顯著低于對(duì)照組。陳丹丹等研究發(fā)現(xiàn)，精料中添加2.0 g/（只·d）大蒜素能夠一定程度上降低杜泊綿羊× 小尾寒羊雜交F代肉用成年母羊的甲烷排放量和單位代謝體重。劉敏研究發(fā)現(xiàn)，0.08% 大蒜素干粉（濃度為25%）組荷斯坦奶牛產(chǎn)奶量、乳脂率分別比對(duì)照組提高了0.93 kg 和0.06%，乳蛋白率和非脂固形物率顯著提高。此外，大蒜素雖能夠提高牛羊的生產(chǎn)性能，但反芻動(dòng)物的食物在瘤胃中停留時(shí)間較長(zhǎng)，大蒜素可能主要通過微生物來調(diào)節(jié)機(jī)體代謝，影響了大蒜素對(duì)反芻動(dòng)物的調(diào)節(jié)作用。

3 小結(jié)與展望

大蒜素對(duì)細(xì)菌和真菌具有廣泛的抑制作用，同時(shí)具有抗應(yīng)激、調(diào)節(jié)脂質(zhì)代謝、降低耗料增重比和促進(jìn)動(dòng)物生長(zhǎng)發(fā)育的生理功能，使它成為替代抗生素的良好選擇，已廣泛應(yīng)用于動(dòng)物生產(chǎn)。大蒜素是生物活性比較強(qiáng)的植物提取物，但自然狀態(tài)下的大蒜素極不穩(wěn)定，遇堿遇熱均會(huì)降解，嚴(yán)重影響了大蒜素在動(dòng)物生產(chǎn)中的應(yīng)用。在今后的研究中，應(yīng)重點(diǎn)尋找能在飼料中穩(wěn)定存在并在機(jī)體內(nèi)具有調(diào)節(jié)活性的大蒜素衍生品，并確定改善畜禽生產(chǎn)性狀的有效濃度，為畜牧業(yè)綠色健康發(fā)展提供助力。