姜黄素的生理作用
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姜黄素的生理作用及其在水产养殖中的应用前景李东玲吴承力胡成武 (广州市科虎生物技术研究开发中心,广东,广州,510450)
近年来,我国的集约化养殖业发展迅猛,与此同时也暴露出一个严峻的问题：对动物营养、生理、病理和生态等方面的基础理论和应用技术研究滞后于产业的发展,缺乏充分的科学指导,以致生产中经常出现强化投饲、滥施药物、饲料营养组成不平衡以及添加变质(如酸败油脂和霉变原料)或禁用成份(如某些激素和抗生素)等诸多问题,造成动物病害频繁发生,其中以损伤肝脏和诱发肝脏病变为特征的疾病危害甚大。动物肝脏病变中最常见和最主要的表现形式是脂肪肝,尤以营养性脂肪肝危害最突出。脂肪肝是一种可以由多种诱因引起的疾病,同时也是多种肝脏疾病发展中的一个病理过程,是最常见的弥漫性肝病之一,以肝细胞内甘油三酯蓄积过多为主要病理改变。其原因是多方面的：饲料中营养过剩(如蛋白质含量过高、脂肪或糖类含量过高)、某些营养成分缺乏(如胆碱、磷脂、蛋氨酸、维生素E、维生素B12等)、抗营养因子和毒素的影响、脂肪氧化、长期的滥用或过量使用抗生素和化学合成药物等。动物营养性脂肪肝在各养殖鱼类中已广泛存在,在生产中常常能够看到“油肚鱼”、“大肚鱼”和鱼体畸形等现象。淡水鱼中的鲤、鲫、草鱼、加州鲈、塘鲺容易出现脂肪肝的现象, 而海水鱼的脂肪肝现象则相当普遍,如军曹鱼、真鲷、牙鲆、大黄鱼等。脂肪肝的出现严重影响了鱼的生长,而且鱼肉的品质和风味的下降还严重影响到了鱼的商品价值。同时,肝脏是动物体内主要的代谢器官,其损伤或者病变往往导致水产动
物机体代谢机能紊乱和抗病力降低,极易造成继发传染性疾病的爆发和综合症的肆虐,严重威胁着集约化养殖业的持续健康发展。目前防治肝脏疾病的主要还是依靠应用抗生素类药物,这一方法在带来巨大经济效益的同时也具有许多弊端,如抗生素破坏动物体内正常微生物菌群,造成微生态平衡失调,引发内源性感染和二重感染；促进耐药菌株增加,使治疗用药更加困难；抗生素在畜产品(肉、蛋、奶等)中的残留,威胁人类健康。近年来随着人们对食品安全和生态环境要求的不断提高,抗生素的使用在世界各国越来越被严格限制。因此,开发一些效果良好又能克服抗生素上述弊端的替代品具有重要意义。作为中草药提取物的姜黄素就是其中极具开发、应用价值的一种。姜黄素 (Curcumin)是从姜科姜黄属 (Curcuma longa L.)植物姜黄、莪术、郁金等的根茎中提取的一种天然的黄色酸性酚类物质,是姜黄发挥药理作用的最主要的活性成分。姜黄素多产于日本、印度、中国等热带、亚热带国家。在亚洲各国,其应用历史悠久用处广泛,一直以来,姜黄素既可用来当作药物,亦可当作着色剂、调味品、香料及防腐剂。在印度和我国的传统医药学中,都认为姜黄素能行气、驱虫、散风活血、通经止痛等,具有良好的医疗保健作用；常常用于治疗厌食、鼻炎、肝胆疾患、风湿病等疾病。姜黄素目前是世界上销量最大的七大天然食用色素之一。早在 20 世纪 70 年代,姜黄素就被 EES、FAO/WHO、日本、美国等组织或国家列为准许使用的食品添加剂之一。姜黄素还具有特殊的芳香和口味, 东南亚国家的人们喜欢用其来制备咖喱、萝卜干、人造奶油等。现代,姜黄素不仅应用在食品中,还广泛涉及日用化学品和医疗领域。 1970 年后,国内外关于姜黄素的药理作用及生物活性有了更多的研究报道：抗炎活性、抗氧化作用、抑癌作用、抗肿瘤作用等,特别是其保肝利胆的作用,使其在当前动物生产中肝胆相关疾病危害严重的情况下
具有广阔应用前景。 1、姜黄素的理化性质姜黄为姜黄属植物,姜黄属植物主要含精油(4.2-14％)、脂肪油(4.4-12.7％)等挥发油及姜黄素类成分,此外还有树脂类、糖类、甾醇类、脂肪酸、多肽类、生物碱及微量元素,其中类姜黄素类是二苯基炔类物质,有酚性和非酚性成分,现已分离出 20 多个类姜黄素化合物。姜黄的黄色物质为略带酸性的酚类物质,是姜黄素、去甲氧基姜黄素、双去甲氧基姜黄素的混合物,称之为姜黄色素,是姜黄发挥药理作用的主要成分,而姜黄素是其中最重要的活性成分。姜黄中色素类化合物除了姜黄素之外,还含有去甲氧基姜黄素(Demethoxycurcumin)、去二甲氧基姜黄素(Besmethoxycurcumin)、六氢姜黄素等。姜黄中各种黄色素的存在含量比例如下：姜黄素的含量约占 70％,作为微量黄色色素的去甲氧基姜黄素含量约为 10-20％,而去二甲氧基姜黄素约为 10％。从姜黄中提取的姜黄素制品,为橙黄色结晶性粉末,呈特殊臭味。熔点为 179-182℃,不溶于水,微溶于苯和乙醚,溶于甲醇、乙醇、丙酮、丙二醇、醋酸乙酯、冰醋酸以及碱液。在碱性条件下呈红褐色。酸性条件下呈浅黄色,可与金属离子(尤其是铁离子)形成螯合物而变色。姜黄素的化学结构是由两个邻甲基化的酚以及一个β-二酮组成。姜黄素在中性介质中不稳定,分解产生香草醛、阿魏酸(4-羟基-3-甲氧基肉桂酸)和阿魏酰甲烷(4-羟基-3-甲氧基肉桂酰甲烷)。pH7.4 的磷酸盐缓冲液中,25μmol/L 的姜黄素很快降解,426nm 处的吸收值 5min 在后降低约 50％,10min 后只剩 10％,最后溶液变成无色的。降低 pH 值可显著增加姜黄素的稳 PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 试用版本创建
https://www.doczj.com/doc/d819089133.html, 定性,如在 pH6.5 的磷酸盐缓冲液中,放置 30min 吸收值无变化。 2、姜黄素的生理作用及机制 2.1、姜黄素的抑菌(替代抗生素)作用姜黄素不但可以调节吞噬细胞的活性,还可以抑制病毒、真菌、细菌。研究表明姜黄
素具有强烈的广谱抗菌作用,对红色毛癣菌、金黄色葡萄球菌、大肠杆菌等有强烈的抑制作用, 可以治疗皮肤病或改善肠道菌群。姜黄素对细菌的调节作用也表现为免疫功能的变化,同时其免疫调节作用与剂量有关。胡忠则等在肉鸡日粮中添加姜黄素发现可以改善其免疫功能。 M.Churchll 等研究表明,姜黄素可以提高动物的 CD4(+)T 细胞和 B 细胞,从而提高动物的免疫活性。现代医药证明：姜黄素及其去甲氧基衍生物具有降低胆固醇、β脂蛋白和甘油三脂的作用,特别是能降低主动脉中的胆固醇及甘油三脂；可增加胆汁的分泌和生成,并能增强胆囊收缩；有强力的抗真菌作用,对肝炎病毒有抑制作用。此外有改善生物体消化系统的功能,其中以双去甲氧基姜黄素的效果最佳。 2.2、姜黄素的抗氧化作用很多研究确认：具有邻-二羟基基团的酚类物质具有很强的抗氧化活性,因为此类化合物在抗氧化过程中会产生稳定性很好的醌类物质。而姜黄素也是具有邻-二羟基基团,因此姜黄素也是一种很好的抗氧化剂。姜黄素在生物体内的代谢和抗氧化机制姜黄素的抗氧化的捕获自由基阶段与其它酚类一致。 1998
年,Schneider 等采用脂氧化酶 (LPO)的氧化反应体系,分析并确定了姜黄素的许多氧化反应生成物,为进一步研究姜黄素的抗氧化机制奠定了一定的基础。此后,Masuda 等(1999)采 HPLC 和 GPC 分析研究了姜黄素的抗氧化机制,发现姜黄素经过氧化反应后会产生诸多产物,它们分离并鉴定了三个成分即香兰醛(1)、阿魏酸(2)、一种姜黄素二聚体(3),该二聚体具有稳定的二氢呋喃结构,结果还显示该二聚体是姜黄素抗氧化过程中止自由基阶段的初期产物。姜黄素氧化反应生成物姜黄素具有抗脂质过氧化作用和抗自由基的效应。姜黄素对高脂模型大鼠的抗氧化作用表现在降低血清、 TBArs,提高肝 T-AOC,SOD,GSH-Px 活性,进而降低脂质过氧化作用对心肝血管的损伤。姜黄素同时具有抗脂质过氧化作
用,能对抗铜离子引起的 LDL 氧化,显著减少血浆和肝脏中的过氧化脂质含量。在清除超氧阴离子方面：姜黄素具有较强的抗自由基、抗脂质过氧化和稳定细胞膜作用,并可抑制黄嘌呤脱氢酶向黄嘌呤氧化酶的转化,从而抑制氧自由基产生,增加谷胱甘肽的水平。姜黄素具有抑制成年小鼠和老年大鼠体内脂质过氧化作用,该作用除了与其本身的抗自由基效应有关外,还与其增强机体的 SOD 活性有关。有报道认为,姜黄素在体内外均能抑制 Fe2+诱导的肝细胞损伤,姜黄素浓度为 8.51μmol/L 时即可抑制 Cu2+诱导低密度脂蛋白氧化。 R.Motterlinni 等研究表明,姜黄素具有体内外的抗氧化活性。其机制主要是使肝内环氧化物水解酶、谷胱甘肽 S 转移酶、谷胱甘肽过氧化物酶的活性增加。另外,姜黄素还可以提高超氧化物歧化酶的活性。姜黄素具有抗空气氧化脂质作用。Toda 等报道用亚油酸空气氧化作用来检测姜黄素抗氧化活性,结果显示姜黄素具有明显的抗氧化作用,它的亚油酸空气氧化 IC50 为 1.83×l0-2％(硫代巴比妥酸值)和 1.15×l0-2％(过氧化物值)。姜黄素抗氧化作用 IC50 高于羟苯丁酸酯而低于 DL-α生育酚。 2.3、降脂肪作用早期试验表明,姜黄素具有降低血浆总胆固醇、β-脂蛋白和甘油三酯的作用。姜黄素对高脂模型大鼠在继续饲高脂饲料情况下有降低高血脂作用,姜黄素降血脂机理可能是增加 PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 试用版本创建 https://www.doczj.com/doc/d819089133.html, apoA 含量,促进 HDL 的代谢和降低 apoB,进而降低LDL-C 水平。沃兴德等研究发现,姜黄素可降低食饵性高脂血症小鼠血清 TC 和TG 浓度,增加 HDL-C 含量,显著降低 LPO 含量,并且呈量效相关关系。姜黄素能够降低高脂肪和高胆固醇膳食小鼠血清和肝脏胆固醇和甘油三酯的含量,尤以降低甘油三酯的作用更为显著。姜黄素可能通过促进醇合成而具有降血脂作用。还有研究认为,姜黄素可能通过促进脂肪向糖转化和抑制胆固肝和肾上腺
对低密度脂蛋白和脂蛋白的代谢,增加胆囊对低密度脂蛋白排泄,抑制脾对低密度脂蛋白的摄取,使血中低密度脂蛋白和脂蛋白的含量降低,从而具有降血脂的作用。近年研究发现,含姜黄素血清能增加 LDL 受体的数量。对高脂模型大鼠饲喂姜黄素,发现姜黄素具有抑制高血脂的作用,其机理可能是增加 ApoA 含量,促进 2.4、保肝利胆姜黄素能拮抗 CCL,D-半乳糖胺、过氧化物及离子载体对大鼠原代肝细胞培养的损伤作用,保护肝细胞,并使升高的谷草、谷丙转氨酶值分别降低,且有量效关系。姜黄素还能增加胆汁的生长和分泌,并能促进 2.5、色素功用姜黄素长期以来就作为一种常用的天然色素被广泛的应用在食品工业,可有效促进家的蛋黄、脚胫和皮肤着色,对于解决无鳞鱼体色变浅问题也有一定作用。禽胆囊收缩,且作用十分明显。 HDL 代谢和降低 ApoB,进而降低 LDL-C 水平。 3、姜黄素在动物生产中的应用前景姜黄素作为药物在治疗人类疾病上已有广泛应用,但在动物生产上的应用尚未推广,研究报道也较少。胡宗则等报道,在肉鸡日粮中添加 250mg/kg 的姜黄素提高了肉鸡的新城疫水平和胸腺指数(P<0.05),促进采食量和日增重的增加,加快生长速度。姜黄素对草鱼生长也有明显的促进作用,提高饲料利用率,提高肠道蛋白酶和淀粉酶的活性。当姜黄素的添加量由 0.02％增加到 0.06％时,草鱼肠道中蛋白酶的活力呈不断升高的趋势,在饲料中添加 0.02％的姜黄素就可使蛋白酶的活力升高 25.6％,差异极显著
(P<0.01)。草鱼饲料中添加 0.02％或 0.04％的姜黄素, 可使淀粉酶的活力升高24.68％和 48.5％,差异极显著(P<0.01)。同时在 0.02％-0.04％范围内, 随着姜黄素的添加量增大,草鱼肠道淀粉酶活力逐渐升高,当进一步增加姜黄素的用量时,淀粉酶的活力下降。总之,在当前抗生素使用越来越受限制的情况下,姜黄素在动物生产中可以抑制肠道细菌, 提高免疫功能,提高生长性能。而且姜黄素作为