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综述:丝兰提取物在畜禽和水生动物中的应用与作用机制
添加时间:2026-08-09

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综述:丝兰提取物在畜禽和水生动物中的应用与作用机制

  丝兰提取物(YSE)是一种富含甾体皂苷、多酚和多糖的植物源性饲料添加剂,具有抗炎、抗氧化、抗菌和氨结合特性。本综述系统综合了其主要生物活性成分、核心作用机制(包括Nrf2/ARE和NF-κB通路的调控、瘤胃发酵和氨氮代谢的调节以及肠道屏障完整性的维持)以及YS

  丝兰提取物(YSE)是一种富含甾体皂苷、多酚和多糖的植物源性饲料添加剂,具有抗炎、抗氧化、抗菌和氨结合特性。本综述系统综合了其主要生物活性成分、核心作用机制(包括Nrf2/ARE和NF-κB通路的调控、瘤胃发酵和氨氮代谢的调节以及肠道屏障完整性的维持)以及YSE在猪、家禽、反刍动物和水生动物中的种特异性应用效果。大多数研究表明,YSE能够改善生长性能、繁殖效率和产品质量,同时减少氨气和甲烷排放。然而,这些益处的幅度和一致性在不同物种、剂量和实验条件下差异显著,且大多数证据来自对照试验而非商业规模验证。通过整合跨物种剂量-反应数据并识别关键知识空白(包括产品标准化、长期安全性和商业条件下的经济可行性),本综述为YSE作为可持续饲料添加剂的循证应用提供了理论和实践基础。在全球减少抗生素使用和减轻畜牧业环境污染的背景下,YSE是一种有前景的多功能工具,可推动生态低碳畜牧业的发展。

  全球畜牧业集约化加剧了抗生素耐药性、食品安全和环境污染问题,促使研究者寻找安全绿色的抗生素替代品。丝兰(*Yucca schidigera*)原产于美国西南部和墨西哥西北部,其提取物(YSE)富含甾体皂苷、多酚和多糖,具有抗炎、抗氧化、抗菌、抗肿瘤和调节糖脂代谢等多种生物活性。制备方法包括机械压榨、冷压、蒸发或喷雾干燥,以及实验室和工业中的甲醇/乙醇提取;绿色技术如超声波辅助提取(UAE)和低共熔溶剂(DES)也被用于提取。YSE的主要活性成分包括甾体皂苷(可达28.1%)、多酚类(如白藜芦醇、丝兰酚A-E)和多糖。现有综述缺乏对分子机制和跨物种效能的综合整合,且新证据不断涌现,因此本综述系统总结了YSE的主要生物活性成分、核心功能、作用机制及其在猪、家禽、反刍动物和水生动物中的跨物种比较,旨在为YSE作为植物源性饲料添加剂的科学利用提供理论和实践基础。

  本叙述性综述整合了2017-2026年关于YSE在畜禽和水生动物中应用的相关文献,主要检索自Web of Science、中国知网(CNKI)和PubMed,关键词包括“Yucca schidigera”、“YSE”等。初始检索约400篇,经过标题/摘要筛选和全文评估,最终保留145篇英文文章进行综合叙述。由于仅使用已发表文献数据,无需伦理批准。

  甾体皂苷是YSE最具代表性的生物活性成分,主要包括萨洒皂苷元(sarsasapogenin)、斯米拉皂苷元(smilagenin)、海柯皂苷元(hecogenin)及其糖苷结合物。化学结构由甾体或三萜骨架通过糖苷键连接糖链组成,是典型的两亲性分子。甾体皂苷的核心生物学特性源于其表面活性,可降低液体表面张力,与细胞膜胆固醇结合改变膜通透性,从而具有抗血栓、疫苗佐剂和抗肿瘤等作用。此外,皂苷结构与糖皮质激素相似,可竞争性结合受体发挥抗应激效应,并具备抗寄生虫活性。

  丝兰多酚主要包括芪类衍生物(如白藜芦醇、丝兰酚A-E)和类黄酮,具有抗氧化、抗炎和抗菌活性。抗氧化方面,多酚可直接清除自由基(超氧阴离子和羟基自由基),抑制脂质过氧化,并激活核因子红系2相关因子2(Nrf2)信号通路,上调内源性抗氧化酶(超氧化物歧化酶(SOD)、谷胱甘肽过氧化物酶(GSH-Px)、过氧化氢酶(CAT))的表达。抗炎方面,抑制环氧合酶-1(COX-1)和环氧合酶-2(COX-2)的表达,减少前列腺素E2(PGE2)等促炎介质,并通过抑制核因子-κB(NF-κB)和丝裂原活化蛋白激酶(MAPK)信号通路,减少肿瘤坏死因子-α(TNF-α)、白细胞介素-6(IL-6)等炎症因子。白藜芦醇还可促进纤维降解菌增殖,抑制原虫和产甲烷菌,减少甲烷排放,同时抑制脲酶活性,减少氨气产生。

  丝兰多糖是另一类重要活性成分,如Fan等分离的丝兰多糖B(YPB),是由鼠李糖(Rha)、阿拉伯呋喃糖(Araf)、半乳吡喃糖(Galp)和葡萄糖吡喃糖(Glcp)以糖苷键连接组成的杂多糖。多糖具有高分子量、复杂空间构象和丰富的极性基团(羟基、羧基),可通过氢键、范德华力和静电相互作用与氨分子结合,形成稳定复合物,减少肠道和环境中氨的释放。此外,多糖可作为益生元,选择性促进有益菌(双歧杆菌、乳酸杆菌)增殖,维持肠道微生态平衡,并具有免疫调节活性,可激活巨噬细胞,促进细胞因子分泌,增强动物非特异性免疫功能。

  Kelch样ECH相关蛋白1(Keap1)/Nrf2信号通路是防御氧化应激的关键机制。在应激条件下,Keap1-Nrf2复合物解离,Nrf2核转位后与抗氧化反应元件(ARE)结合,启动内源性抗氧化系统。Fan等通过猪空肠上皮细胞系(IPEC-J2)实验证实,丝兰多糖通过结合甘露糖受体(MR)和表皮生长因子受体(EGFR)激活Nrf2信号通路,促进下游抗氧化酶(SOD、GSH-Px、CAT、HO-1)表达,清除活性氧(ROS)。MAPK通路(ERK1/2、JNK、p38)在细胞增殖和炎症反应中发挥关键作用,丝兰植物化学物可调节MAPK磷酸化,减少炎症因子产生。NF-κB是调控炎症反应的关键转录因子,YSE通过抑制NF-κB通路下调促炎细胞因子mRNA表达。白藜芦醇可减轻JAK2/STAT3通路活性,减少O-GlcNAc修饰,发挥抗炎作用。总之,YSE通过抑制MAPK、NF-κB和JAK/STAT通路减少促炎因子释放,维持免疫稳态。

  丝兰皂苷具有抗原虫特性,可间接减少甲烷生成,因为大量瘤胃产甲烷菌与原虫表面相关。研究表明,皂苷在体外可减少14.8%的甲烷产量,体内减少37%,但不同研究结果存在差异,与皂苷来源、剂量、动物种类和瘤胃微生物适应有关。此外,YSE可通过抑制脲酶活性、结合氨氮以及减少氨化细菌(如Proteiniphilum)的丰度来降低氨排放。在液体禽粪中添加0.5% YSE可显著减少60天储存期间累积NH3排放20.18%,同时降低NH4+-N积累。YSE中的水溶性非丁醇组分和皂苷的糖基成分可捕获氨氮,降低瘤胃氨浓度,并通过减少纤毛原虫限制微生物蛋白降解。

  YSE通过增强屏障功能、调节肠道菌群和发挥抗炎抗氧化作用促进肠道健康。研究表明,YSE可上调紧密连接蛋白(Occludin、ZO-1)和黏蛋白(MUC-2)表达,改善断奶仔猪肠道屏障功能;与合生元联用可降低蛋鸡血清促炎细胞因子(IL-2、IL-6、TNF-α)浓度。在镜鲤中,YSE上调Nrf2、下调Keap1 mRNA表达,提高总抗氧化能力(T-AOC),降低丙二醛(MDA),增强肠道抗氧化能力。YSE可选择性地抑制硝化细菌、大肠杆菌和氨化细菌,减少后肠氨氮和亚硝酸盐产生,同时促进乳酸杆菌、链球菌、副杆菌属等有益菌增殖。与酪酸梭菌联用可增加瘤胃球菌科(Ruminococcaceae),减少假单胞菌科(Pseudomonadaceae)和S24-7,改善断奶兔的绒毛高度和绒隐比。犬类研究中,YSE降低粪便氨和腐胺浓度,提高短链脂肪酸(SCFA)如丙酸水平。在肉鸽中,4-羟基苯乙酸(4-HPAA)提高血清IgG和IgM水平,增强体液免疫,并上调CAMK2G和MKNK1基因表达,但直接因果联系尚未建立。

  YSE在猪上的核心功能包括肠道健康维护和氮代谢调节。YSE显著增强全身和局部抗氧化能力,通过Nrf2/Keap1通路介导,丝兰多糖(YPB)是主要贡献成分。YSE改善肠道形态(增加绒毛高度和绒隐比),上调紧密连接蛋白表达,调节肠道菌群(促进乳酸杆菌、双歧杆菌、普雷沃氏菌,抑制大肠杆菌等)。此外,YSE降低血清尿素氮和肠氨氮浓度,减少NH3和H2S排放,机制与抑制脲酶活性、结合氨氮和改善蛋白质利用率有关。然而,YSE对生长性能(ADG、ADFI、F/G)的影响在不同研究中差异显著,可能与动物生理阶段、皂苷含量、联合添加剂协同作用和基础日粮差异有关。推荐剂量为断奶仔猪120 mg/kg,妊娠-哺乳母猪600 mg/kg。YSE应定位为肠道健康维护剂和氮减排工具,而非生长促进剂,优先应用于应激窗口期(断奶期、围产期),并建议与酶、锌或铬等复合使用。

  YSE在家禽上表现出明确且一致的正向效果,包括改善生长性能和饲料效率(降低FCR 5-9%,增加体重4-8%),增强体液免疫(提高血清IgA、IgM、IgY,减少IL-6、TNF-α),增强抗氧化防御系统(提高SOD、GSH、T-AOC,降低MDA),优化肠道微生态(减少大肠杆菌20-60%,增加乳酸杆菌丰度,改善肠绒毛结构),以及减少氨排放(降低垫料氮含量20-46%,含氨浓度16-36%)。与抗球虫药相比,YSE在减少卵囊脱落方面可能优于某些药物,但效果受皂苷含量和球虫感染强度影响。YSE对采食量、产蛋率和蛋品质的影响存在分歧,可能取决于补充时长和日粮蛋白水平。生产建议:以促生长和降FCR为目标时,推荐YSE粉剂100-125 mg/kg;以抗球虫和抗应激为目标时,推荐高皂苷含量(≥10.5%)产品500 mg/kg;以氨减排为目标时,可通过饮水(0.5-1 mL/L,8小时/天)或饲料(100-125 mg/kg)补充。YSE应作为抗生素替代策略的核心成分,与酸化剂、益生菌联用效果更佳。

  多项研究一致表明,YSE对干物质采食量(DMI)无显著影响,但可改变瘤胃发酵模式,向丙酸型发酵转变(增加丙酸比例,降低乙酸/丙酸比),这与皂苷抑制原虫、减少氢汇、促进丙酸产生菌增殖有关。YSE可提高犊牛IgA/IgG水平,降低腹泻发生率,减少应激牛对抗生素治疗的需求,表明免疫调节潜力。但对生产性能的影响存在争议:线性改善饲料效率的情况出现在某些牛和羊中,但在其他研究中降低饲料效率,可能与炎症-免疫平衡、瘤胃发酵模式、肠道屏障完整性和剂量有关。在氮代谢方面,多数研究显示YSE降低氨氮浓度,但长期试验中观察到氨氮和总挥发性脂肪酸(TVFA)同时升高,可能源于微生物蛋白合成加速伴随氮降解中间体积累。YSE在反刍动物中具有抗氧化和抗炎作用,但高剂量可能引发促炎反应。在泌乳奶牛中,每日补充5-30 g YSE线性降低峰值瘤胃氨氮浓度,增加丙酸比例,降低丁酸比例,提高乳脂含量,但减少乳蛋白。另一研究仅补充5 g YSE即降低乳蛋白,可能与YSE过度结合游离氨限制微生物蛋白合成或皂苷的苦味影响适口性有关。在绵羊繁殖试验中,YSE抑制卵泡发育,降低孕酮和雌二醇,但牛中未见此负面效应,表明种特异性。生产建议:YSE是环境减排的可靠手段,在羔羊中600 mg/kg DM可显著减少粪便和尿液中的氨气和H2S排放。纳米包封技术具有甲烷抑制潜力,但成本效益和体内转化效率待验证。当前证据不支持YSE作为单一添加剂在各类牛群中推广,且不能替代莫能菌素等离子载体抗生素的生长促进效果。