葡聚糖在动物营养中的研究进展

葡聚糖在动物营养中的研究进展 2008-10-29 08:46:08.0 中国饲料在线独家报道 一、 葡聚糖的结构特点 葡聚糖为右旋吡喃型葡萄糖聚合体，其相邻葡萄糖残基的碳1、2、3、4、6的半缩醛氧之间以葡糖苷键连接构成骨架，有α和β位两种结构形式。β-1，3-葡聚糖是一类广泛存在于微生物、植物乃至动物体内的大分子多糖，主链结构为B-1，3-糖苷键连接，通常还含有不同比例和大小的β-1，2/β-1，4/β-1，6-连接的支链，主要以细胞结构成分（如细胞壁）的形式存在，对异体宿主防御系统具有较强的诱导和活化作用，是一类活性强、毒副作用低的良好的生物应答效应物。 β-1，3-葡聚糖广泛存在于微生物和植物，尤其是真菌中，其有3个构象：无规则卷曲、单螺旋和性质稳定的三螺旋结构。其中三螺旋结构在自然界中最常见，但这种葡聚糖不溶于水。葡聚糖有两种存在形式：胶体态和水溶解态。脊椎动物由于缺乏特异性水解酶，葡聚糖在其体内降解方式主要为缓慢氧化，有时几个月后仍然以原型存在于体内；而其侧链比主链氧化快。葡聚糖是D-葡萄糖的聚合物，D-葡萄糖单元可通过1-2、1-3、1-4、1-6等糖苷键连接。酵母是一种重要的食品和工业微生物，在其细胞壁中存在β-1，6 分枝的碱不溶性β-D-1，3-葡聚糖，β-1，6分枝的碱溶性β-D-1，3-葡聚糖，中间插有β-1，3-键的无定性的酸溶性β- D- 1，6-葡聚糖，连接有蛋白质的无定性的酸溶性甘露聚糖等，其中β- D-1，3-葡聚糖占绝大多数。 二、 葡聚糖的生物活性 β-1，3-葡聚糖的结构特异性在单糖组成、构型、糖苷键等初级结构水平均有所表现，它的受体可以区分多糖的上述结构，对同型甘露聚糖（mannan）和β-1，6-葡聚糖结构的石脐素(pustulan)等均不显识别活性，对由多种多糖组成的酵母多糖(zymosan)的识别活性也只与其中所含的β-1，3-葡聚糖成分有关。单糖的构型（α/β）是决定糖苷键定向及空间构象的关键因素之一，由β-型葡萄糖组成的β-1，3-葡聚糖有利于分子卷曲成螺旋结构，而由α型葡萄糖组成的α-1，3-葡萄糖形成的是带状结构，前者具有较强的抗癌及免疫调节活性。 通常β-1，3-葡聚糖的生物活性主要指抗肿瘤及免疫调节等药理活性，这些活性与分子大小有着明显应关系。大分子多糖具有较强的生物活性，但水溶性较差，能够基本保留其大分子活性的可溶性多糖，分子量多介于10-50KD，低于此限生物活性显著下降。活性最强的多糖是具有分支的β-1，3-葡聚糖，所有的活性多糖具有一个共同的结构：主链由β-(1-3)连接的葡萄糖基组成，沿主链随机分布着由β-(1-6)连接的葡萄糖基，呈梳状结构，生物活性的大小随多糖的精细结构和构象不同而变化。这些多糖的生物活性是因为其活化了宿主的免疫系统的结果，而不是直接的细胞毒性作用。活性最强的多糖来自于真菌的菌丝、子实体和发酵液。表2是一些具有生物活性的β-(1，3)-D-葡聚糖和它们的分支度。 表2：一些具有生物活性的β-1，3-葡聚糖及其分支度

对人和其它动物来说，β-1，3-葡聚糖的生物活性可能是生物进化和自然选择的结果，因为它代表的是一种典型的异己成分或病原菌成分，它的出现给机体输入了“外敌”入侵的信息，从而唤起机体对“异物”的广谱免疫排斥反应并形成记忆。β-1，3-葡聚糖与其受体细胞的识别反应是引发一系列抗癌生物应答反应的触发机制之一，通过活化的免疫系统间接完成。例如它可诱导巨噬细胞的增殖、分泌及吞噬活性，其中诱导产生的IL-1又可间接刺激Th细胞分泌IL-2等抗癌细胞因子。上述这些细胞因子的诱发又可启动一系列生物反应，如IL-1促进T、B、NK等细胞的增殖与活化，IL-2诱导LAK、TIL等效应细胞杀伤肿瘤。β-1，3-葡聚糖对免疫应答反应的调控具有明显的双向性特点，即在适应剂量条件下表现为正向调节（免疫增强），但在过量条件下则呈负向调节（免疫抑制）。另外，活化补体是β-1，3-葡聚糖的另一抗癌机制，它可使血管通透性增加，活化炎性细胞，趋势化吞噬细胞，调理并杀伤肿瘤细胞。然而，过度活化补体对实验性癌转移则表现有促进作用，其中C5a对肿瘤细胞的化学趋势化可能是形成转移的原因之一。 三、 酵母葡聚糖的作用 酵母细胞壁从外向内分三层．分别为甘露聚糖、蛋白质、葡聚糖。葡聚糖是由葡萄糖组成的均一多糖，酵母细胞壁含有碱不溶性、酸溶牲、碱溶性三种葡聚糖。酵母葡聚糖能够增强动物的免疫力，如具有抗癌、抗细菌、抗病毒、抗真菌、抗寄生虫等作用，还能降低胆固醇、血脂和促进伤口愈合等，是一种良好的生物效应调节剂（BRMs）。 3.1 具有免疫调节作用 由各种酵母细胞制成的葡萄糖苷可以直接注射体内，已证明对特异性和非特异性免疫反应都有刺激作用，并能促进动物的生长。纯β-1，3／1，6-葡萄糖苷有很强的选择性，仅与特殊的受体相结合，对吞噬细胞，粒细胞和NK细胞产生作用。这些受体被激活时，发生胞质变异，从而刺激T淋巴细胞进行反应，该类反应反过来也刺激B淋巴细胞，从而产生抑制细菌和病毒的抗体。因此，β-1，3/1，6-葡萄糖苷既能增强非特异性防御功能又可提高特异性免疫效能双重影响，从而使疫苗变得更加有效。β-1，3-葡聚糖参与免疫调节的关键机制可能在于对单核细胞、巨噬细胞、粒细胞等膜表面β-1，3-GR的识别。已知该受体是既不同于IgG的补体结合片段受体(FcR)、CR1、CR3，也不同于纤维粘连蛋白受体(FnR)的蛋白类分子，对胰蛋白酶的灭活作用很敏感。它在被粒细胞识别后可刺激粒细胞释放次级溶酶体颗粒标识物??VB12结合蛋白，而且具有时间和剂量依赖性；它还可以激活多形核白细胞（PMN）分泌白三烯（LTB4）和超氧化物（O2-）等炎性介质，提高效应细胞的吞噬活性。活化的巨噬细胞可分泌多种生物活性物质，如NO、IL-l、TNF、活性氧等，其中NO和IL-1具有多种生物学功能，是重要的免疫调节因子，且还具有抗细菌、抗病毒和抗肿瘤活性。 1940年，美国雷依逊博士就开始观察酿酒酵母细胞壁对癌细胞的抑制作用，60年代以后日本中田光冈博士继续使用酵母细胞壁(yeast cellwall，YCW)做?些控制癌细胞的试验，并通过小鼠试验证明，服用酵母多糖可增加小鼠腹腔巨噬细胞的数量，提高酸性磷酸酶的活力，脾脏中抗体形成细胞数量增加。候军发（2002）研究结果显示酵母多糖可诱导体外培养的小鼠腹腔巨噬细胞产生NO和IL-1，且NO的生成量呈剂量依赖关系，说明酵母多糖可活化巨噬细胞，产生生物活性物质。酵母多糖可能通过与巨噬细胞表面的β-葡聚糖受体或其他受体结合，进而活化巨噬细胞，诱导巨噬细胞产生NO和IL-l等细胞因子，从而发挥免疫调节、抗微生物、抗肿瘤作用。Sherwood等给小鼠腹腔注射可溶性β-1，3-葡聚糖（100mg/kg）后发现，脾巨噬细胞的IL-1水平在12小时到5天内显著提高，脾淋巴细胞IL-2水平在6小时到9天内持续提高；同时小鼠血浆IL-1、IL-2水平在给药后12小时逐步提高，其中IL-1于12天后开始回落，而IL-2仍处于上升态，相比之下静脉给药（IV）较腹腔途径（IP）效果更显著。张洁等（2000）用CD35单抗阻断实验研究酵母菌活性物质(yeast competence prducts，YCP)和酵母多糖(zymosan A，ZA)增强红细胞免疫粘附能力并探讨其作用机理，结果YCP和ZA组在CD35单抗阻断前RBC．C3bRR率分别为24．73土2．72，22．82土3．66，与对照组(12．33土1．07)比较有非常显著性差异。CD35单杭阻断后RBC?CabRR率分别为6．45土1．86、6．45土1．29，与阻断前比较有非常显著性差异，提示YCP和ZA能增强红细胞免疫粘附能力，其机理可能与红细胞膜上细胞受体表达增强有关。 3.2 具有降低重金属的作用 近年来，一种崭新的处理含重金属废水的方法??生物吸附法以其高效、廉价的优点逐渐引起了重视。与传统的处理方法相比，生物吸附法具有如下优点：①在低浓度下，金属可以被选择性地去除；②节能、处理效率高；③操作的pH值和温度条件范围宽；④易于分离回收重金属；⑤吸附容易再生回用。因此，生物吸附技术在处理重金属污染和回收重金属方面有广阔的应用前景。国外学者在20世纪80年代初就开始了这方面的研究，大量研究结果表明，一些微生物如细菌、真菌、酵母和藻类等对金属有很强的吸附能力。利用微生物吸附重金属离子是目前治理重金属污染，减少食用动物重金属含量的最有发展前景的方法之一。 有关细胞壁在吸附重金属离子中作用的研究大都以完整酿酒酵母细胞为材料，并没有对分离纯化的细胞壁对重金属的吸附作用进行研究。孙勇生等（1998）采用啤酒酵母菌(Saccharomyces cerevisiae)和盐泽螺旋藻(Spiruiina subsala)对铜、镍和镉3种金属离子进行了吸附研究，结果表明它们对3种金属离子都有显著吸附作用，其吸附选择性顺序都是镉离子大于镍离子大于铜离子，且吸附后的菌体和藻类经络合剂处理后可继续使用。李明春等（1998）以6属33株酵母菌的活菌或死菌对重金属离子铜离子，镉离子、镍离子进行了吸附能力的初步研究。结果显示：吸附时间、吸附温度、溶液的pH、共存离子和菌体的生理状态对吸附作用都有明显的影响。在优化组合后发现一株假丝酵母菌对三种重金属离子的吸附比为Cd＞Cu＞Ni，每克活菌体吸附量分别为17．23mg＞10．57mg＞3．2mg。干菌体对三种重金后的吸附量较明显的低于活菌体的吸附量。Ashkenazy(1997)等对细胞壁上参与重金属离子吸附的基团进行了初步研究，但究竟是哪些成分参与重金属离子吸附，目前国内外未见报道。Berh认为所有生物大分子都对重金属离子有较强吸附性，某些分子可特异吸附重金属，并介导酵母细胞对重金属的抗性。其中细胞表面高分子聚合物倍受关注，酵母细胞壁约含40种蛋白，有关这些蛋白对重金属离子吸附的作用目前还未见报道。李峰（2000）比较了细胞与分离纯化的细胞壁对铜离子吸附能力差异，观察了铜离子浓度、温度和pH位对产朊假丝酵母吸附铜离子的影响，并对细胞壁上铜离子的吸附机理进行了研究。结果表明，细胞壁是酵母吸附重金属离于的主要部位，细胞壁的蛋白酶酶解实险证明，对蛋白酶不敏感的细胞壁嵌合蛋白是铜离于吸附的主要位点。 3.3 具有降低胆固醇和血脂的作用 一些多糖类物质结构与肝索类似，能促进脂蛋白脂肪酸释放，使血液中大分子的脂质分解成小分子，因而对血脂过多引起的血清浑浊有澄清作用，也能明显降低血胆固醇。研究认为可溶性好的和有凝胶特性的多搪，如琼脂、果胶、海藻胶、阿拉伯树胶和葡聚搪等多种粘液质均能起到降低血浆与肝组织胆固醉含量和调节脂蛋白代谢的作用；而不溶性多搪，如纤维素、木质素等降脂效果较差。吴