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隨著人民生活水平的不斷提高，人們對肉類的需求越來越大，使得企業(yè)不得不采取工業(yè)化集中養(yǎng)殖模式，但高密度養(yǎng)殖易造成疾病傳播。一般而言，為避免動物疾病，會在飼料中添加大量具有抑制作用的抗生素，以達(dá)到預(yù)防性治療的目的，但是長期使用抗生素會導(dǎo)致某些細(xì)菌產(chǎn)生抗藥性，還存在藥品殘留問題，這些殘留在動物產(chǎn)品中的抗生素或其產(chǎn)物對人類健康會造成很大的威脅。2020年我國飼料中全面禁止使用抗生素，以維護(hù)動物源食品安全和公共衛(wèi)生安全。因此，抗生素安全替代品的開發(fā)刻不容緩。研究發(fā)現(xiàn)，百里香酚具有抗菌、抗炎等活性，可廣泛應(yīng)用于動物養(yǎng)殖業(yè)中。目前，百里香酚已被歐盟委員會認(rèn)定可作為食品中的調(diào)味劑，且被美國食品藥品管理局認(rèn)定為公認(rèn)安全的食品添加劑。由此可見，百里香酚具有成為抗生素替代品的極大潛力。
百里香酚全稱為5-甲基-2-異丙基苯酚(5-methyl-2-iso-propylphenol)，是一種從唇形科植物的揮發(fā)油中提取出的單體物質(zhì)。一般為無色或白色的晶體物質(zhì)，分子式為C10H14O，相對分子質(zhì)量為150.22，相對密度為0.979，微溶于水，易溶于有機(jī)溶劑，熔點為51.5 ℃，沸點為232.5 ℃。因其主要是從百里草中提取分離，故名為百里香酚。
2.1 抗菌作用
2.1.1 抗細(xì)菌作用
大量研究結(jié)果揭示了百里香酚或含百里香酚的植物都具有顯著的抗菌活性，且百里香酚具有廣譜性，對大多數(shù)革蘭氏細(xì)菌有抑制作用。常見有沙門氏菌、百日咳桿菌、紫色色桿菌等革蘭氏陰性菌，以及金黃色葡萄球菌、單核增生李斯特菌等革蘭氏陽性菌。但是百里香酚對不同細(xì)菌的作用機(jī)理各不相同。例如，Qiu等研究發(fā)現(xiàn)，百里香酚抑制金黃色葡萄球菌中α-溶血素、腸毒素A(enterotoxin A，SEA)、腸毒素B(enterotoxin B，SEB)的轉(zhuǎn)錄，導(dǎo)致他們的分泌量減少，從而降低了溶血和腫瘤壞死因子(tumor necrosis factor，TNF)的誘導(dǎo)活性。Barbosa等利用未處理的對照組和具有亞致死濃度的牛至精油、香芹酚和百里香酚處理的試驗組進(jìn)行對比，研究表明抗菌活性優(yōu)先與百里香酚的存在有關(guān)，且百里香酚在DNA合成和蛋白質(zhì)調(diào)節(jié)方面可起到干擾作用。Upadhyay等通過體內(nèi)試驗檢測到百里香酚能在一定程度上降低單核增生李斯特菌的毒性，還能增強(qiáng)抗菌肽基因的表達(dá)能力，提高生命的生存能力。Dong等研究發(fā)現(xiàn)，百里香酚在亞抑制濃度下可以通過抑制嗜水氣單胞菌基因的轉(zhuǎn)錄而顯著減少溶氣素的產(chǎn)生和生物膜的形成，說明百里香酚具有抗群體感應(yīng)活性。同時，Caceres等表示百里香酚-香芹酚-化學(xué)型油是進(jìn)一步研究抗生素設(shè)計和開發(fā)抗細(xì)菌耐藥性的最佳候選者?？傊倮锵惴涌梢酝ㄟ^抑制細(xì)菌中毒性物質(zhì)的轉(zhuǎn)錄和翻譯，增強(qiáng)動物機(jī)體內(nèi)某些抗菌基因的表達(dá)以及抑制細(xì)菌生物膜的形成，從而發(fā)揮抵抗細(xì)菌的作用。
此外，百里香酚可以與其他物質(zhì)共同作用增強(qiáng)抗菌活性。比如百里香酚可作為抗生素佐劑和抗生素結(jié)合。Kissels等研究發(fā)現(xiàn)，百里香酚對百日咳桿菌和溶血支原體的最低抑菌濃度(minimum inhibitory concentration，MIC)分別為1.250和0.625 mmol/L，當(dāng)它與多西環(huán)素或替米考星合用時，經(jīng)分?jǐn)?shù)抑制濃度棋盤檢測其抗菌作用，結(jié)果顯示百里香酚與抗生素共同作用殺菌效果顯著增強(qiáng)。百里香酚可與香精油中揮發(fā)性化合物結(jié)合，Porter等發(fā)現(xiàn)白芥子揮發(fā)油與百里香酚共同抑制沙門氏菌，降低了抑制沙門氏菌所需的精油濃度，且具有一定的商業(yè)價值。百里香酚還可與噬菌體結(jié)合，與單獨使用百里香酚或噬菌體相比，可以大大減少雞肉制品中沙門氏菌的數(shù)量。
2.1.2 抗真菌作用
百里香酚還可以抑制真菌細(xì)胞的生成。真菌的細(xì)胞壁和細(xì)胞膜對細(xì)胞的正常生命活動有重要作用。真菌細(xì)胞壁的主要成分為脂多糖(lipopolysaccharide，LPS)，百里香酚可通過抑制脂多糖的釋放破壞細(xì)胞壁的正常結(jié)構(gòu)，發(fā)揮抗菌作用，并且對較低水平的幾丁質(zhì)細(xì)胞壁的抗性更強(qiáng)。真菌細(xì)胞膜的主要成分為麥角固醇，百里香酚會改變細(xì)胞膜的通透性進(jìn)而影響細(xì)胞膜的完整性(圖 1)。Ahmad等通過試驗研究了百里香酚對細(xì)胞生長和氫離子外排的抑制作用，表明百里香酚的抗真菌活性與氫離子-ATP酶的抑制作用有關(guān)?？傊?，百里香酚通過破壞真菌類細(xì)胞膜或細(xì)胞壁的正常結(jié)構(gòu)起到抑菌的效果，并可與細(xì)胞壁或細(xì)胞膜干擾劑聯(lián)合應(yīng)用，進(jìn)一步有效抑制真菌生長或繞過真菌對藥物的耐藥性。
2.2 抗炎作用
炎癥是由多種信號分子介導(dǎo)的復(fù)雜病理生理過程，信號分子由白細(xì)胞、巨噬細(xì)胞、肥大細(xì)胞等多種細(xì)胞產(chǎn)生。對于巨噬細(xì)胞而言，炎性過程主要通過核因子-κB(nuclear factor-kappa B，NF-κB)和絲裂原活化蛋白激酶(mitogen-activated protein kinase，MAPK)信號通路調(diào)節(jié)。因此，抑制細(xì)胞中的NF-κB和MAPK信號傳導(dǎo)是抑制炎癥反應(yīng)的重要靶點(圖 1)。NF-κB是一個轉(zhuǎn)錄因子，可激活大量的促炎癥基因(細(xì)胞因子、趨化因子、黏附分子)的表達(dá)，在氧化應(yīng)激、炎癥和免疫反應(yīng)中起重要作用。De Jesús等通過試驗說明NF-κB/Rel轉(zhuǎn)錄因子家族在炎癥反應(yīng)的起始和消退中起著核心作用，確定了NF-κB的亞基c-Rel轉(zhuǎn)錄因子為炎癥基因的轉(zhuǎn)錄阻遏物。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，百里香酚能抑制NF-κB信號通路，進(jìn)而抑制TNF-α和支氣管肺泡灌洗液(bronchoalveolar lavage fluid，BALF)中白細(xì)胞介素-6(IL-6)和白細(xì)胞介素-1β(IL-1β)的產(chǎn)生，同時促進(jìn)紅系衍生的核因子E2相關(guān)因子2(nuclear factor-E2-related factor 2，Nrf2)的表達(dá)。此外，百里香酚還能顯著降低Fos蛋白(c-Fos)、活化T細(xì)胞核因子1(NFAT1)、活化T細(xì)胞核因子2(NFAT2)的表達(dá)，并且在蛋白水平上，會誘導(dǎo)應(yīng)激活化蛋白激酶和信號傳導(dǎo)及轉(zhuǎn)錄激活蛋白磷酸化水平下降，從而起到抗炎作用?？傊?，百里香酚通過抑制細(xì)胞中的NF-κB和MAPK信號傳導(dǎo)，降低或阻止毒性蛋白或毒性物質(zhì)的產(chǎn)生，達(dá)到抗炎的效果。
對于一般的炎癥疾病，如風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎、胸膜炎、腹膜炎等，百里香酚均具有抗炎、促愈合功能。其中對山羊子宮內(nèi)膜炎癥抑制的安全濃度為100 μg/mL，此濃度范圍內(nèi)百里香酚可抑制山羊子宮內(nèi)膜細(xì)胞的炎癥作用，減輕細(xì)胞的結(jié)構(gòu)性損傷，但高于此濃度會顯著增強(qiáng)山羊子宮內(nèi)膜細(xì)胞的通透性，損傷細(xì)胞。
2.3 抗氧化作用
氧化應(yīng)激會對動物產(chǎn)生免疫抑制、減緩動物生長、降低生產(chǎn)性能以及引起臟器損傷等不良影響，其主要的細(xì)胞介質(zhì)是多形核中性粒細(xì)胞(polymorphonuclear leukocytes，PMNs)，激活的PMNs會產(chǎn)生活性氧(reactive oxygen species，ROS)，ROS的分泌會引起脂質(zhì)過氧化、氨基酸氧化、蛋白質(zhì)裂解和DNA損傷，從而引發(fā)自我持續(xù)的炎癥循環(huán)和氧化應(yīng)激。因此，ROS的釋放和PMN的增加都是使機(jī)體發(fā)生氧化的原因。氧化細(xì)胞損傷的治療策略包括清除特異的毒性效應(yīng)代謝物、增加特異的細(xì)胞內(nèi)抗氧化系統(tǒng)以及使用具有抗氧化活性的藥物。酚類化合物具有氧化還原性質(zhì)，在中和自由基和過氧亞硝酸鹽以及分解過氧化物方面起著重要作用，有關(guān)抗氧化活性的數(shù)據(jù)主要通過2，2-二苯基-1-苦基肼(DPPH)測定法或脂質(zhì)過氧化法的化學(xué)試驗收集。在生物體外，百里香酚通過清除自由基以提高抗氧化能力(圖 1)。百里香酚和過氧自由基易發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，其氫離子與自由基結(jié)合，生成中間產(chǎn)物苯氧自由基，快速與下一個自由基發(fā)生反應(yīng)，從而將過氧自由基清除。張有林等[29]通過DPPH測定法研究百里香精油對自由基的清除能力，發(fā)現(xiàn)百里香精油對自由基的清除能力與濃度呈線性關(guān)系，百里香精油濃度越大清除能力越強(qiáng)，因此可推斷百里香精油具有一定的抗氧化作用。
在生物體內(nèi)，其通過提高生物抗氧化酶活性以提高抗氧化能力(圖 1)。Güven?等通過測定精子質(zhì)量參數(shù)(活力、濃度、異常精子、活死精子比率)和生化參數(shù)(還原型谷胱甘肽、丙二醛含量和過氧化氫酶活性等)，并進(jìn)行組織病理學(xué)檢測研究不同劑量的百里香酚對精子質(zhì)量氧化應(yīng)激和抗氧化系統(tǒng)的影響，確定了使用百里香酚可以調(diào)節(jié)酶活性，減少氧化損傷，增加動物機(jī)體抗氧化水平，并改善精子質(zhì)量參數(shù)。但百里香酚是如何發(fā)揮抗氧化作用目前并不清楚，有研究認(rèn)為，植物精油含有某些抗氧化活性物質(zhì)能提高機(jī)體抗氧化能力，其能與細(xì)胞表面受體結(jié)合，通過轉(zhuǎn)錄和蛋白質(zhì)表達(dá)2個水平使抗氧化酶基因的表達(dá)量增加，機(jī)體抗氧化酶活性增強(qiáng)，從而提高機(jī)體抗氧化作用。
2.4 免疫調(diào)節(jié)作用
百里香酚具有調(diào)節(jié)樹突狀細(xì)胞(dendritic cells，DC)生長成熟、增強(qiáng)T細(xì)胞活性、誘導(dǎo)細(xì)胞增殖、影響炎癥反應(yīng)等免疫調(diào)節(jié)作用。在現(xiàn)代醫(yī)學(xué)和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方面具有一定范圍的應(yīng)用。Gholijani等研究發(fā)現(xiàn)，百里香酚可通過調(diào)節(jié)端激酶(c-Jun N)、信號轉(zhuǎn)導(dǎo)子和轉(zhuǎn)錄激活因子降低炎性細(xì)胞因子IL-1β、TNF-α、激活蛋白-1(activator protein-1，AP-1)和活化T細(xì)胞(nuclear factor of activated T cells，NFAT)基因的轉(zhuǎn)錄，使白細(xì)胞介素-2(IL-2)和干擾素-γ(IFN-γ)的生成受到抑制，從而調(diào)節(jié)T細(xì)胞活性(圖 1)。Palabiyik等通過在細(xì)胞培養(yǎng)基中分別添加25、50、100 mmol/L的百里香酚，對比發(fā)現(xiàn)，3種濃度均可提高細(xì)胞活力，并記錄到100 mmol/L的百里香酚在24 h時效果最好，活性最強(qiáng)。同時Amirghofran等的研究發(fā)現(xiàn)，百里香酚還能抑制同種異體T細(xì)胞應(yīng)答，并且可以促進(jìn)DC的成熟。DC是免疫系統(tǒng)中最有效的抗原呈遞細(xì)胞，可分為未成熟DC(immature DC，iDC)、半成熟DC(semi-mature DC，sDC)以及成熟DC(mature DC，mDC)。mDC具有激活初始T細(xì)胞、抗感染、引發(fā)特異性免疫反應(yīng)等功能，而iDC或sDC可以促進(jìn)機(jī)體產(chǎn)生免疫耐受，是躲避腫瘤免疫殺傷的機(jī)制之一。Li等通過試驗發(fā)現(xiàn)百里香酚對膀胱癌細(xì)胞增殖有抑制作用，百里香酚可應(yīng)用于治療腫瘤方面。Palabiyik等通過百里香酚與卡瓦酚(carvonol，Car)聯(lián)合治療肝癌，發(fā)現(xiàn)百里香酚的治療效果優(yōu)于卡瓦酚。Chauhan等發(fā)現(xiàn)百里香酚不僅是一種良好的有絲分裂原，可使脾細(xì)胞的增殖顯著增加，而且還能增加膜流動性和增強(qiáng)巨噬細(xì)胞的吸收能力，同時也增加了巨噬細(xì)胞的溶酶體活性。此外，Ahmed等[38]研究發(fā)現(xiàn)，使用百里香油和百里香酚處理阿霉素(doxorubicin，DOX)的大鼠的腎臟和心臟中脂質(zhì)過氧化作用顯著降低，而谷胱甘肽(glutathione，GSH)、酶促抗氧化劑(glutathione enzymatic antioxidant，GST)含量和谷胱甘肽過氧化物酶(glutathione peroxidase，GPx)活性顯著增加，顯著改善了DOX引起的腎臟組織學(xué)變化，增強(qiáng)了大鼠的抗氧化防御機(jī)制。綜上所述，百里香酚提高免疫活性主要是通過緩解炎癥反應(yīng)、增加免疫物質(zhì)含量和提高氧化損傷能力，但缺乏具體的機(jī)制研究，需要進(jìn)一步有系統(tǒng)的研究。
2.5 其他
目前研究人員正在探究百里香酚對神經(jīng)活性和內(nèi)在特性的影響，結(jié)果顯示百里香酚可激活多種瞬時受體電位(transient receptor potential，TRP)非選擇性陽離子通道，其中包括TRPV3、TRPA1和TRPM8通道。TRP通道的調(diào)節(jié)，尤其是TRPA1，被認(rèn)為是百里香酚抗傷害性活動的潛在機(jī)制。Vatanparast等通過試驗研究了百里香酚對白花蝸牛中樞神經(jīng)元自發(fā)活動和動作電位的影響，發(fā)現(xiàn)百里香酚(0.5 mmol/L)與鉀離子通道阻滯劑四乙基銨協(xié)同作用，不能引起蝸牛神經(jīng)元突發(fā)放電，此結(jié)果也支持了鉀離子通道抑制。
此外，百里香酚還表現(xiàn)出其他幾種生物活性，包括促生長、抗傷害、血管松弛素、基因毒性、殺蟲等特性。
百里香酚具有抗菌、抗炎等多種功能，且添加到動物飼料中對生長性能、腸道菌群和動物福利都有積極作用。長期反復(fù)吸入高劑量百里香酚沒有發(fā)現(xiàn)慢性毒性。因此，百里香酚在動物飼料生產(chǎn)領(lǐng)域備受關(guān)注。
3.1 在豬等哺乳動物生產(chǎn)中的應(yīng)用
作為一種天然酚類物質(zhì)，百里香酚能更好的被動物吸收、消化、分解、代謝。在動物生長中能增強(qiáng)抗病能力、改善生產(chǎn)性能、保證產(chǎn)品質(zhì)量，進(jìn)而在豬飼料生產(chǎn)中具有良好前景(表 1)。在妊娠晚期和哺乳期觀察到系統(tǒng)性氧化應(yīng)激的增加，使母豬產(chǎn)奶量不足，直接影響哺乳仔豬的健康和生長。飼糧中添加百里香酚可顯著增加仔豬的體重和生長速度。為了降低成本，在豬的飼養(yǎng)中普遍應(yīng)用早期斷奶技術(shù)，早期斷奶會導(dǎo)致仔豬出現(xiàn)“斷奶應(yīng)激綜合征”，使仔豬腸道屏障損傷，毒素等物質(zhì)進(jìn)入腸道產(chǎn)生免疫應(yīng)答和分泌細(xì)胞炎性因子，使仔豬的消化能力和免疫能力變差。百里香酚具有抗炎和抗氧化活性，可促進(jìn)斷奶仔豬腸道吸收和增強(qiáng)其抗菌活性，有效地改善仔豬腸道微生物菌群。另外，百里香酚和有機(jī)酸結(jié)合可有效促進(jìn)腸道黏膜成熟，降低腸道通透性，促進(jìn)早產(chǎn)仔豬的生長發(fā)育，且效果更佳。
3.2 在禽類生產(chǎn)中應(yīng)用
禽類在養(yǎng)殖過程中，容易感染病毒和細(xì)菌而大量死亡，嚴(yán)重時還會影響人類的身體健康。因此，為了降低禽類感染幾率、提高成活率和提高產(chǎn)品質(zhì)量，在禽類養(yǎng)殖中需要一種廉價有效的抗菌物質(zhì)作為飼料添加劑。百里香酚可從自然植物中提取、來源便利，并且抗菌效果顯著，所以可作為禽類飼料添加劑使用。杜恩存、魏磊等研究得出百里香酚對2種雞源常見致病菌(大腸桿菌、金黃色葡萄球菌)均具有抑制作用，且作用效果明顯，這與其抗菌活性密不可分(表 1)。與此同時，百里香酚在禽類養(yǎng)殖過程中可用作抗菌劑與肉桂醛共同對脂多糖誘導(dǎo)的肉仔雞炎癥反應(yīng)起免疫調(diào)節(jié)功能，主要是影響腸道微生物區(qū)系，改善腸上皮屏障功能、緩解產(chǎn)氣莢膜梭菌誘導(dǎo)的肉仔雞壞死性腸炎。此外，在飼糧中添加一定量的百里香酚可提高肉雞的平均日增重，改善肉質(zhì)，降低氧化反應(yīng)。
3.3 在水產(chǎn)動物中應(yīng)用
在水產(chǎn)動物養(yǎng)殖業(yè)中主要的殺菌方式是依靠殺毒劑和抗生素，但長時間的使用會產(chǎn)生細(xì)菌耐藥性和水體污染等問題。植物精油具有高效的抗菌活性，可用于防治水產(chǎn)動物細(xì)菌性疾病。百里香酚、香芹酚、丁香酚和肉桂醛4種常見的植物精油成分中，百里香酚的殺菌效果最明顯。研究發(fā)現(xiàn)，百里香酚作為飼料中的誘食劑，在誘食、促進(jìn)攝食、改善肉質(zhì)等方面發(fā)揮積極作用，可促進(jìn)虹鱒生長、提高增重率及降低飼料系數(shù)；提高羅非魚生長性能，增強(qiáng)脂肪酶活性(表 1)。同時，飼料中添加一定量的百里香酚會使黃顙魚體重迅速增加，其主要原因是對神經(jīng)肽(neuropeptide Y，NPY)mRNA表達(dá)產(chǎn)生影響。魚類在饑餓狀態(tài)下，其腦部中的NPY mRNA表達(dá)量較飽食狀態(tài)下明顯增加，呈現(xiàn)出強(qiáng)烈的攝食欲望，從而促進(jìn)攝食能力。
百里香酚是一種純天然的植物提取物，具有抗菌、抗炎、抗氧化等多種活性，在動物生產(chǎn)中具有很大潛力。但有研究發(fā)現(xiàn)，百里香酚對動物皮層和黏膜等組織有刺激作用，濃度過高還會損壞肝臟和腎臟，因此使用時需注意用量。此外，由于環(huán)境等因素的限制，天然百里香酚的成本很高。目前主要依靠間甲酚和丙烯或異丙醇等經(jīng)傅-克烷基化反應(yīng)人工合成，在生成百里香酚的同時也產(chǎn)生很多副產(chǎn)物，如2-異丙-3甲基酚、4-異丙基-3-甲基酚和3-甲基苯-異丙基醚等，均具有一定毒性，若處理不當(dāng)會嚴(yán)重污染環(huán)境。但現(xiàn)在已有研究出百里香酚的最佳工藝條件為：以平均孔徑為7.48 nm的大孔γ-Al2O3為催化劑，反應(yīng)溫度為250 ℃，間甲酚與丙烯的摩爾比為1:2，空速為0.87 mL/(g·h)，在此條件下，百里香酚獲得最大生產(chǎn)率為73.0%。希望通過不斷的探索和完善，百里香酚能早日大規(guī)模投入生產(chǎn)中，實現(xiàn)其在動物生產(chǎn)中的廣泛應(yīng)用。