葡聚糖對(duì)水生動(dòng)物免疫功能的影響

浙江大學(xué)動(dòng)物科學(xué)學(xué)院 王 超 王敏奇

目前對(duì)于水生動(dòng)物疾病的防控，主要采用化學(xué)藥物，然而藥物的使用帶來了一系列問題，如耐藥性及水體污染等。免疫增強(qiáng)劑為水生動(dòng)物疾病防控提供了一個(gè)新的方向。免疫增強(qiáng)劑可以通過增強(qiáng)吞噬作用和促進(jìn)結(jié)節(jié)形成來增強(qiáng)體內(nèi)多種免疫相關(guān)酶的活性和誘導(dǎo)機(jī)體產(chǎn)生多種殺菌物質(zhì)，提高水生動(dòng)物的非特異性免疫系統(tǒng)，從而有效提高水生動(dòng)物的免疫功能，降低死亡率。這對(duì)于缺乏特異性免疫的甲殼類動(dòng)物尤為重要（Boman，1995）。葡聚糖作為一種重要的天然免疫增強(qiáng)劑，可減少由化學(xué)藥物帶來的水體污染及耐藥性問題。因此，葡聚糖在水產(chǎn)動(dòng)物的疾病防治方面受到了廣泛關(guān)注。本文對(duì)葡聚糖在水生動(dòng)物免疫功能方面的研究進(jìn)展作一綜述。

1 葡聚糖

1.1 葡聚糖的來源 葡聚糖又稱為右旋糖酐或右旋糖酣，廣泛存在于真菌、細(xì)菌和植物體內(nèi)，是細(xì)胞壁的主要結(jié)構(gòu)多糖，如酵母葡聚糖、燕麥葡聚糖、大麥葡聚糖等（陳昌福等，2003）。葡聚糖分為α-葡聚糖和β-葡聚糖兩種。目前α-葡聚糖多為人工合成，生物體內(nèi)合成的尚未發(fā)現(xiàn)，自然界存在的葡聚糖為β-葡聚糖。β-葡聚糖有多種結(jié)構(gòu)和多種生物活性。

1.2 葡聚糖的理化特性 葡聚糖的分子式為（C6H10O5）n，糖苷鍵結(jié)構(gòu)有多種，現(xiàn)在研究的主要是β-葡聚糖，它的結(jié)構(gòu)主鏈為β-1，3與β-1，6結(jié)合物。葡聚糖的來源、提取和分離方法不同其結(jié)構(gòu)也不相同，同時(shí)影響葡聚糖的生物活性。葡聚糖屬于生物大分子物質(zhì)，大多數(shù)的相對(duì)分子質(zhì)量在20000以上。

研究表明，葡聚糖可有效提高日本沼蝦、對(duì)蝦和鯉魚的抗病能力、抗氧化性能。Sahoo和Mukherjeee（2001）報(bào)道，用含 0.1%的 β-葡聚糖日糧飼喂鯪7 d后再向體內(nèi)注射黃曲霉素B1，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，與對(duì)照組相比，用β-葡聚糖處理后的鯪對(duì)黃曲霉毒素的抵抗力顯著提高 （P<0.05）。此外，葡聚糖還具有降血脂、抗血栓、抗腫瘤多種生物功能。

1.3 葡聚糖對(duì)免疫性能的作用 葡聚糖可通過增強(qiáng)機(jī)體的特異性與非特異性免疫兩種方式來提高機(jī)體的免疫力。在特異性免疫方面主要是增加T細(xì)胞與B細(xì)胞的分化，產(chǎn)生細(xì)胞因子，對(duì)病原微生物進(jìn)行特異性殺滅。在非特異性免疫上，葡聚糖可通過與巨噬細(xì)胞的特異性受體結(jié)合，增強(qiáng)細(xì)胞的吞噬作用；另外葡聚糖可以激活機(jī)體內(nèi)的補(bǔ)體系統(tǒng)，增加免疫系統(tǒng)相關(guān)酶的活性，共同作用提高機(jī)體的免疫力。對(duì)于水生動(dòng)物而言，葡聚糖主要是通過作用于非特異性免疫系統(tǒng)來提高機(jī)體的免疫力。

2 水生動(dòng)物的免疫系統(tǒng)

水生動(dòng)物相對(duì)缺乏特異性免疫，特別是水生甲殼類動(dòng)物。魚與爬行類動(dòng)物具有特異性免疫，但在剛孵化出時(shí)特異性免疫系統(tǒng)發(fā)育不完善，此時(shí)非特異性免異起著重要作用。非特異性免疫系統(tǒng)指機(jī)體組織和體液中的大量細(xì)胞和抗菌的蛋白質(zhì)等。對(duì)于相對(duì)缺乏T淋巴細(xì)胞的水生動(dòng)物，血淋巴細(xì)胞是一道重要的防線，與高等動(dòng)物白細(xì)胞具有相似的性質(zhì)。血淋巴細(xì)胞主要分為玻璃樣細(xì)胞、半顆粒血淋巴細(xì)胞與粒性血淋巴細(xì)胞三類，均有不同結(jié)構(gòu)與獨(dú)特的生物學(xué)功能 （Johansson等，2000；Le Moullac等，1997）。 血淋巴細(xì)胞是重要的過濾器，對(duì)外來刺激物有吞噬作用，從而有效減少外來病原體，同時(shí)其亦與甲殼類的外骨骼硬化及血凝固有關(guān) （Song 和 Hsieh，1994；Johansson 和Soderhall，1989）?？咕鞍字饕ひ阂葝u素，金屬離子螯合劑（鐵傳遞蛋白、血漿銅藍(lán)蛋白和金屬硫蛋白）、蛋白酶抑制因子、溶菌酶（溶解酵素、幾丁質(zhì)酶、非特異性細(xì)胞溶素）、補(bǔ)體、外源凝集素（趙紅霞等，2001）。

細(xì)胞的吞噬作用大小可由呼吸爆發(fā)作用體現(xiàn)出來。當(dāng)細(xì)胞通過胞吞或胞飲作用殺滅外來異物時(shí)，產(chǎn)生呼吸爆發(fā)作用，并伴隨著一氧化氮和活性氧的產(chǎn)生。因而呼吸爆發(fā)作用和機(jī)體活性氧的產(chǎn)生可以在一定程度上反應(yīng)機(jī)體細(xì)胞的吞噬作用。

酚氧化物酶也與血淋巴的吞噬作用相關(guān)。酚氧化物酶原激活系統(tǒng)是一個(gè)重要的機(jī)體防御機(jī)制。一般酚氧化物酶在血細(xì)胞內(nèi)無活性，而主要以酚氧化物酶原的形式存在，在一定條件下被激活，有活性的酚氧化物酶催化相應(yīng)底物由酚變?yōu)轷愇镔|(zhì)，同時(shí)生成黑色素后者沉積于外來異物表面，隔離異物，減少異物毒性，提高機(jī)體免疫力（賈永紅等，2008；王雷等，1995）。同時(shí)生成的醌類物質(zhì)對(duì)病原微生物有直接殺滅效果。

3 葡聚糖對(duì)水生動(dòng)物免疫系統(tǒng)的作用

葡聚糖主要通過提高血細(xì)胞的吞噬作用、增加免疫相關(guān)酶活性（酚氧化物酶、溶菌酶等）、激活體內(nèi)補(bǔ)體系統(tǒng)及誘導(dǎo)機(jī)體產(chǎn)生殺菌物質(zhì)來促進(jìn)非特異性免疫來提高水產(chǎn)動(dòng)物的免疫力。

3.1 葡聚糖對(duì)吞噬作用的影響 葡聚糖作為一種免疫增強(qiáng)劑可以顯著增強(qiáng)水生動(dòng)物的血細(xì)胞含量，增強(qiáng)吞噬作用。這與其他多種微生物多糖相似，如脂多糖（LPS）、肽聚糖。吞噬作用在水產(chǎn)動(dòng)物中，特別是甲殼類動(dòng)物的非特異性免疫中起著重要作用，是主要的細(xì)胞防御系統(tǒng)。在吞噬作用發(fā)生時(shí)，能夠產(chǎn)生呼吸爆發(fā)作用，同時(shí)也產(chǎn)生大量的活性氧和一氧化氮?；钚匝踔饕ㄟ^氧化氫（H2O2），氫氧根離子（OH-），超氧根離子（O2-）和單線態(tài)氧（O21）等可以直接殺滅入侵病原體（Segal，1989）。 Philippis等（2002）研究發(fā)現(xiàn)，用含有β-葡聚糖的海水（濃度為0.5 mg/L）對(duì)北美白對(duì)蝦進(jìn)行洗浴處理1、3 h和6 h，在處理后的24 h和48 h檢測蝦的血細(xì)胞總數(shù)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，用β-葡聚糖處理后的蝦體內(nèi)血細(xì)胞的含量是對(duì)照組（不含β-葡聚糖）的1.5～2倍。不同處理組之間，洗浴3 h的蝦體內(nèi)血細(xì)胞含量在48 h后達(dá)到最高。Chang等（2003） 用含不同濃度的 β-葡聚糖（0、1、2、10、20 mg/kg）的日糧飼喂斑節(jié)對(duì)蝦，然后用白紋病毒感染對(duì)蝦， 在感染病毒后的 0、1、3、6、9、12、24 d觀察血細(xì)胞總數(shù)、吞噬作用、產(chǎn)生的超氧離子和蝦的成活率，結(jié)果表明，β-葡聚糖可明顯提高細(xì)胞的吞噬作用、酚氧化物酶和超氧根離子的含量；飼喂含0 mg/kg和1 mg/kg的β-葡聚糖日糧的對(duì)蝦體內(nèi)的細(xì)胞總數(shù)在染毒后迅速下降到不足原來的20%并在12 d內(nèi)全部死亡，而飼喂含2、10 mg/kg和20 mg/kg β-葡聚糖日糧的對(duì)蝦在染毒后對(duì)蝦體內(nèi)的血細(xì)胞總數(shù)、酚氧化物酶及超氧根離子含量稍有下降并在12 d后恢復(fù)到正常水平，成活率顯著提高（P<0.05）。 Costa 等（2008）認(rèn)為，β-葡聚糖可顯著提高紫貽貝的呼吸爆發(fā)力，并增加一氧化氮的含量。筆者認(rèn)為，在血細(xì)胞上可能存在識(shí)別β-葡聚糖的受體，因而β-葡聚糖可以通過作用于吞噬細(xì)胞提高水產(chǎn)動(dòng)物的細(xì)胞吞噬作用，同時(shí)增強(qiáng)呼吸爆發(fā)作用，增加活性氧和一氧化氮的含量，活性氧與一氧化氮可以直接作用于病原微生物，起到直接殺滅作用，從而提高了動(dòng)物機(jī)體的抗病能力和殺菌能力。

3.2 葡聚糖對(duì)酚氧化物酶的影響 在自然狀態(tài)下，酚氧化物酶多是以無活性的酚氧化物酶原的形式存在，其需在一定條件下酚氧化物酶原被活化。酚氧化酶系統(tǒng)是水產(chǎn)動(dòng)物一個(gè)重要的防御系統(tǒng)，對(duì)水生甲殼類動(dòng)物尤為重要。與肽聚糖、脂多糖相似，在酚氧化物酶原的激活過程中β-（1，3）-葡聚糖是激活酚氧化物酶的一個(gè)專一信號(hào)，可以與酚氧化物酶原專一結(jié)合，使其活化成酚氧化物酶?；罨蟮姆友趸锩缚梢匝趸椒宇惖孜锂a(chǎn)生黑色素，與蛋白質(zhì)結(jié)合形成集合體，包圍吞噬異物減少異物毒性。Sung等（1996，1994）研究發(fā)現(xiàn)，對(duì)老虎蝦而言，無論是在體內(nèi)或是體外，β-葡聚糖均能提高甲殼動(dòng)物血細(xì)胞中的酚過氧化物酶的活性，提高機(jī)體免疫力。這與β-葡聚糖可以提高蝦對(duì)弧菌的抵抗力相一致。賈永紅等（2008）用不同濃度的β-葡聚糖溶液對(duì)白蝦進(jìn)行不同時(shí)間的洗浴處理，結(jié)果表明，隨著β-葡聚糖溶液濃度的提高，酚氧化物酶的濃度升高，但隨著洗浴時(shí)間的增長，酶的活性降低。

3.3 葡聚糖對(duì)溶菌酶的影響 在β-葡聚糖的作用下，水產(chǎn)動(dòng)物體內(nèi)的溶菌酶含量增加。溶菌酶作為一種具有抵抗微生物入侵的免疫防御因子，可直接殺滅革蘭氏陽性菌，輔助抵抗革蘭氏陰性菌，并活化巨噬細(xì)胞，增加細(xì)胞的吞噬作用。細(xì)胞吞噬作用增強(qiáng)的同時(shí)也增加機(jī)體活性氧和酚氧化物酶的含量，增強(qiáng)機(jī)體免疫力。Sung等（2000）的試驗(yàn)證明，溶菌酶在防治病原微生物對(duì)蝦的入侵方面起到了重要作用。Misra等（2004）研究發(fā)現(xiàn)，用不同濃度的 β-葡聚糖（5、10 mg/L 和 15 mg/L）處理羅氏沼蝦，5 mg/L和10 mg/L的β-葡聚糖明提高了血清中溶菌酶的含量，提高了機(jī)體的抗病能力。Rolf等（1992），對(duì)鮭魚進(jìn)行腹腔注射β-葡聚糖處理，并觀察鮭魚體內(nèi)的溶菌酶與補(bǔ)體的活性，結(jié)果顯示，鮭魚在注射處理后，1～3周內(nèi)的溶菌酶活性和2～4周內(nèi)的補(bǔ)體活性均明顯增強(qiáng)，對(duì)細(xì)菌病原體的抵抗能力明顯增強(qiáng)。Debaulney等（1996）研究表明，用含β-葡聚糖的配合日糧飼喂大菱鲆，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，大菱鲆體內(nèi)溶菌酶活性明顯提高，機(jī)體的抗病能力增強(qiáng)。另外，Philippis等（2002）研究表明，β-葡聚糖可增強(qiáng)血細(xì)胞的吞噬作用，在發(fā)生吞噬作用時(shí)產(chǎn)生溶菌酶，使體內(nèi)溶菌酶的含量增加。筆者認(rèn)為β-葡聚糖可以激活水產(chǎn)動(dòng)物的補(bǔ)體系統(tǒng)和增加溶菌酶含量，提高溶菌酶活性，溶菌酶與補(bǔ)體系統(tǒng)聯(lián)合作用殺滅病原微生物。激活的補(bǔ)體系統(tǒng)可以破壞革蘭氏陰性菌的外膜蛋白，溶菌酶在直接殺滅革蘭氏陽性菌的同時(shí)作用于失去外包膜的革蘭氏陰性菌，從而起到更廣譜的殺菌作用。另外，溶菌酶還可啟動(dòng)吞噬作用，從而更好地增強(qiáng)機(jī)體的免疫力。

4 小結(jié)

葡聚糖可以通過提高水生動(dòng)物的非特異性免疫系統(tǒng)，主要通過增強(qiáng)血細(xì)胞的吞噬作用，激活酚氧化物酶原系統(tǒng)、增加體內(nèi)溶菌酶的含量、提高溶菌酶的活性和產(chǎn)生多種殺菌物質(zhì)，從而提高機(jī)體的免疫功能，有效殺滅病原微生物。但是葡聚糖難以消化吸收，并且對(duì)水產(chǎn)動(dòng)物進(jìn)行處理的時(shí)間和頻率不同，其作用效果也不盡相同，這值得進(jìn)一步研究。

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