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酵母细胞壁多糖对免疫功能的作用机制
发布时间:2015-04-14 11:12作者:xujing来源:

 摘  要:抗生素替代品的研究对提高人们的生活水平具有重要意义,在抗生素替代品研究方面,β-葡聚糖和甘露寡糖作为酵母细胞壁多糖主要成分在提高动物免疫方面的功效日益引起人们关注。随着多糖类免疫增强剂的免疫增强效应的分子机理研究的不断深入,人们逐渐认识到了酵母细胞壁多糖对免疫功能的作用机制。本文从酵母细胞壁多糖组成成分β-葡聚糖和甘露寡糖两方面,分别讲述了β-葡聚糖和甘露寡糖对免疫功能的作用机制。

 

关键词:酵母细胞壁多糖;β-葡聚糖;甘露寡糖

 

酵母细胞壁多糖是酵母细胞壁的重要组成部分,广泛存在于酵母和真菌的细胞壁中,主要活性物质是β-葡聚糖、甘露寡糖(MOS)和糖蛋白,其作为一种全新的天然绿色添加剂,其主要成分对各种动物机体免疫系统的调节作用和在饲料和动物生产中应用效果的研究已取得了较大的进展。诸多研究表明,其不仅具有一定的营养价值,还能促进生长、抗病毒、增强免疫功能、促进免疫器官发育等多种生物学功能[1-3]

酵母细胞壁多糖的化学组成和特点

酵母细胞壁是一种全新天然绿色添加剂,其产品为淡黄色粉末状,无苦味,占整个细胞干重的20%-30%[4],主要成分是β-葡聚糖(β-Glucan)占30%,甘露寡糖(Manna oligosaccharide, MOS)占30%,糖蛋白(Glucoprotein)占20%和几丁质(Chitin[5]。其结构类似于三明治,内、外层为甘露寡糖和β-葡聚糖,在细胞与细胞,细胞与环境之间的识别和相互作用决定酵母免疫特异性中起作用;中间层为糖蛋白和几丁质,其作用是保持细胞壁的稳定性,维持细胞其形态[6]。β-葡聚糖是复杂的分枝状聚合物,其间夹有一层蛋白质分子,酵母β-葡聚糖不同于植物细胞壁β-1,4)葡聚糖, 是由D-葡聚糖通过β-1,3)键方式结合,并含有高度分支的β-1,6)键结合的多聚糖。它在消化道中不可溶不吸收,同时不产生黏性[7]。甘露寡糖又称甘露低聚糖或葡甘露聚糖,英文缩写为MOS(Mannose Oligosaccharide),是寡糖的一类。MOS是有几个甘露糖分子或甘露糖与葡聚糖通过α-1,2、α-1,3、α-1,6糖苷键组成的寡聚糖。一般生理pH和通常饲料加工条件下较为稳定,易溶于水和其它极性溶剂[8]

酵母细胞壁多糖的对免疫调节作用的机制

2.1 β-葡聚糖作用机制

多糖对机体的免疫调节作用主要通过以下几个途径实现:通过多糖类受体发挥作用;通过调节相关基因表达量发挥作用;通过免疫细胞信号传导发挥作用。

2.1.1通过多糖类受体发挥作用

大量研究表明,β-1,3-葡聚糖是通过结合到单核细胞、巨噬细胞、嗜中性粒胞和NK细胞表明葡萄糖受体发挥作用[9,10]。单核细胞、巨噬细胞、嗜中性粒细胞和NK细胞上存在补体3CR3)受体,该受体含有两个功能域,一个与补体3裂解片段(iC3b)结合,称为(iC3b)结合位点;另一个结构域与β-葡聚糖结合后,是上述免疫细胞处于预激活状态,通过iC3b为纽带,使效应细胞和靶细胞结合在一起,才能气到杀伤作用。Mueller[11]研究表明β-1,3-葡聚糖特异性受体,存在于单核细胞和巨噬细胞表明,随着葡聚糖配体结合到单核细胞表面受体上后,可以导致NF-kB激活,IL-6 mRNA的表达以及葡萄糖内化。

2.1.2通过调节相关基因表达量发挥作用

多糖同时可以通过促进细胞因子基因表达而促进细胞因子分泌。在免疫应答中,iNOS基因等几种基因的表达常在转录水平上被NF-kB所调节。有研究酵母多糖促进巨噬细胞TNF合成的分子机制报道,酵母多糖可显著提高NF-kB活性,进而提高TNF基因启动子活性和TNF的表达。iNOS在诱导巨噬细胞产生大量的NONO具有广泛生物活性的细胞信号分子,可参与神经、免疫等调节作用影响T淋巴细胞的增殖,对T淋巴细胞和巨噬细胞的细胞因子的分泌有调节作用、增强巨噬细胞杀灭微生物。

2.1.3通过免疫细胞信号传导发挥作用

细胞内钙离子和cAMPcGMP是重要的第二信使分子。细胞内Ca2+激活蛋白酶CPKC),与DAG有协同作用,共同促进其他信息传递蛋白及效应蛋白活化,对细胞免疫功能其主要作用进而调节淋巴细胞的分裂增殖、促进T淋巴细胞分泌IL-2的释放,介导巨噬细胞的吞噬作用等,而研究表明多糖可引起巨噬细胞内钙离子浓度的改变[12]。作为第二信使的cAMPcGMP作用相反,细胞增殖时候细胞内cAMP浓度升高,细胞增殖停止是cGMP浓度升高,而研究表明葡聚糖可调节淋巴细胞内cAMPcGMP浓度,对机体免疫功能起调节作用。

2.2 MOS作用机制

酵母细胞壁也是低聚糖甘露寡糖(MOS)的重要来源,甘露寡糖的两个主要作用于吸附肠道病原菌调节非免疫调节机制和调节细胞和体液免疫调节免疫调节机制。

2.2.1 作用于吸附肠道病原菌调节非免疫调节机制

首先对于病原菌的吸附,消化道为病原微生物入侵提供了巨大的表面积,病原微生物要感染机体最重要的一步在于其在肠道上皮细胞上的定殖。因此,对于沙门氏菌和致病性大肠杆菌等病原来说,成功附着到动物肠道粘膜上是整个感染过程的关键一步,其机制是:病原菌通过其附属物——鞭毛或绒毛的外源凝集素对宿主上皮细胞膜上的“特异性糖类受体”的识别,并与受体结合而附着于肠壁上,在肠道上大量繁殖,分泌毒素,进而导致疾病的发生[4]。而酵母细胞壁中的甘露寡糖与肠道上特异性受体非常相似,病原菌与肠道特异性糖类受体的结合可被甘露寡糖及其类似物所阻断,同时沙门氏菌和大肠杆菌等致病性微生物是以葡萄糖为主要能量来源,双歧杆菌和乳酸杆菌等有益菌则是以寡糖为主要能量来源,病原菌不能利用MOS而缺乏能量[13],再者病原菌外源凝集素同甘露寡糖结合后就会失活而失去同宿主肠道粘膜上甘露寡糖受体位点结合的能力,所以病原菌最终死亡并排除体外。

2.2.2 调节细胞和体液免疫调节免疫调节机制

大部分动物免疫防御系统用于保护胃肠道表面免受病原菌侵害,机体约75%的免疫细胞和肠淋巴组织作为肠道相关淋巴组织(gut-associated lymphoid tissue, GALT)的一部分存在于肠道上,GALT具有非特异性免疫和特异性免疫作用。非特异性免疫是组织入侵病原菌的第一道防线,巨噬细胞在非特异性免疫反应初期吞噬和杀死入侵微生物过程中起重要作用。吞噬抗原是对巨噬细胞的最初刺激,随后,由TH细胞的细胞素和入侵微生物细胞壁分泌物进一步激活。外源微生物细胞壁分泌物通过旁路途径可激活免疫系统的补体,调节巨噬细胞的活性,这加速了对病原微菌的排除。

研究表明,甘露寡糖对机体的免疫调节可通过充当免疫刺激的辅助因子而发挥作用,Sharon[14]研究提出,甘露寡糖不仅能连接在细菌上,而且能连接在毒素、病毒、真核生物上,结合后甘露寡糖可以作为这些外源抗原的助剂,缓解抗原的吸收,增强机体的细胞免疫和体液免疫。甘露寡糖可以经肠绒毛免疫细胞表面蛋白质受体相互作用,或通过干预存在于淋巴结和黏膜固有层记忆细胞上的信号系统进行免疫调节[15]

3.酵母细胞壁的应用前景

酵母细胞壁主要通过激发免疫功能,维持消化道微生态平衡来增强动物免疫力,改善动物健康状况,增加动物对外界不良刺激的适应,从而提高生产性能,增加经济效益。现今,酵母细胞壁多糖在全球很多国家和地区的畜禽和鱼类养殖中已经得到普遍应用,且发挥了良好的防病、治病和保健作用,是一种具有很大发展前景的饲料添加剂,具有抗生素和益生素双重作用的免疫促进剂,越来越受到学术界和养殖业重视。

参考文献(略)

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