大豆抗原蛋白的研究进展

收稿日期:2008211207

于春艳,女,1981年生,硕士研究生,研究方向:饲料资源开发与利用。

大豆抗原蛋白的研究进展于春艳　田　河　刘　军(辽宁省沈阳农业大学畜牧兽医学院,沈阳110161)

摘要　对大豆抗原的组成、抗营养作用、作用机制,对仔猪产生的影响、加工处理方法作一综述,以期为利用大豆作为畜禽饲料提供一个有益的参考。关键词　大豆抗原蛋白;大豆球蛋白(11S);β2伴球蛋白(7S);断奶仔猪;腹泻

大豆是最优秀的植物性蛋白原料,具有极高的营养价值,而且种植广泛,价格相对低廉,是养猪生产不可缺少的蛋白质来源。但在断奶日粮中应用大豆及其加工产品经常会引起断奶仔猪发生消化异常甚至腹泻。本文就大豆抗原的组成、抗营养作用、作用机制,对仔猪产生的影响、加工处理方法作一综述,为利用大豆作为畜禽饲料提供一个有益的参考。1　大豆蛋白的抗原组成按离心沉降和免疫学方法可将大豆蛋白分为11S球蛋白(大豆球蛋白)和7S球蛋白(β和γ伴球蛋白),其中大豆球蛋白和β2伴球蛋白约占大豆蛋白70%,它们是大豆蛋白质的主要功能性成分。Cas2timpools等从大豆种子中分离鉴别出4种球蛋白,包括球蛋白、α2伴球蛋白、β2伴球蛋白和γ2伴球蛋白,并证明它们是大豆蛋白中主要的抗原成分[122]。大豆球蛋白是大豆中的主要储藏蛋白,是一个四聚体蛋白,分子质量在350～360kDa,具有3000个氨基酸残基。由6对相同的蛋白亚基构成,每对亚基的分子质量约60kDa由一个酸性A肽链(35～40kDa)和一个碱性B肽链(22kDa)通过二硫键连接而成[325]。大多数A肽链能引起致敏反应。球蛋白的亚基表现出多态现象,可分为五种,根据氨基酸顺序的相似性,五种亚基可分为两组,即组Ⅰ(A1aB2,A1bB1b,A2B1a)和组Ⅱ(A3B4,A5A4B3)[629]。天然状态下的11S组分蛋白质分子结构十分紧密,不容易被酶所催化水解。醇能促进球蛋白的解离,其作用能力在一定范围之内,随脂肪醇链长度增加而增加。β2伴球蛋白是7S组分中的主要成分,又称7S

球蛋白,约占大豆中蛋白质总量的20%～30%,为一个三聚体蛋白,分子质量在150～175kDa之间,

由α、α′、β3个亚基组成,分子质量分别为76kDa、72kDa、53kDa[10]。目前研究表明有十种存在形

式,其中有六种已被鉴定出来,被称为B12B6,分别为αβ1、αβ2、αα′β、α2β、αα2、α3。β2伴球蛋白是亚基都

含氨基葡糖和甘露糖残基的糖基化蛋白,可低温溶解,这是7S球蛋白和11S球蛋白间最典型的差别所在(11S球白内不包含碳水化合物),在适宜的纯化条下,pH4.8时可获得β2伴大豆球蛋白沉淀物[11]。目前认为,β2伴球蛋白含量可作为大豆蛋白营养价值的评判指标之一。

2　大豆抗原蛋白的抗营养作用大豆抗原蛋白的抗营养作用主要有:①降低饲料蛋白质的利用率;②由于活化免疫系统而提高了维持需要;③增加内源蛋白质的分泌,导致粪氮增加;④有些敏感动物会出现过敏反应,导致腹泻、生产性能下降甚至死亡[12]。长期以来,人们对仔猪断奶腹泻的原因进行了深入研究,早期的研究集中于病源微生物上,研究表明病原微生物不是仔猪断奶腹泻的原发病因[13214]。轮状病毒的感染部位与断奶仔猪的肠道损伤的部位不同,大肠杆菌感染不会造成肠道形态学变化,而腹

・74・养殖与饲料2009年第2期专论综述泻仔猪往往伴随肠粘膜的组织学变化。大量研究证实,断奶仔猪的肠道损伤是由于日粮抗原的过敏反应引起的,断奶日粮中大豆抗原引起的短暂过敏反应是仔猪断奶腹泻的决定因素。Risley等、Hampson等、Li研究表明大豆抗原引起的免疫反应可造成肠道损伤,主要表现在小肠绒毛萎缩和隐窝细胞增生[15217]。Dureau等进一步证明,仔猪对大豆抗原的超敏性与仔猪小肠内皮细胞发生细胞免疫应答而造成小肠绒毛损伤有关。孙泽威等进一步地阐明了大豆抗原蛋白对犊牛的抗营养作用,即大豆抗原蛋白可引起犊牛肠道组织结构变化,从而降低了肠道吸收能力,导致犊牛腹泻、消化率降低和生产性能下降[18]。3　大豆中主要抗原蛋白致敏机理的研究 动物采食日粮抗原后,大部分大分子物质、蛋白质和碳水化合物被消化成不能引起免疫反应的小分子物质,不到0.02%的大分子物质被原样吸收进入循环系统,刺激机体的免疫系统产生免疫应答即产生分泌型IgA,血清型IgA、IgM、IgG、IgE。大豆抗原进入动物体内主要引起的过敏反应有两种,即Ⅰ型变态反应和Ⅲ型变态反应。IgE是日粮抗原引起免疫损伤的主要抗体,IgE的Fc段可与组织中肥大细胞上的Fc受体结合,从而使机体致敏.当大豆抗原再次进入机体后,抗原与结合在肥大细胞上的IgE结合而导致组织胺的快速释放,释放的速度在15min时达到高峰,释放的时间可持续1h,这就是IgE引发的Ⅰ型变态反应。其结果导致血浆中蛋白质漏入肠腔、肠黏膜水肿、杯状细胞渗出黏液及对液体和电解质吸收不良。但是IgE引起的损伤不改变小肠绒毛的结构。IgA对阻止大豆抗原入侵及对已入侵的大豆抗原清除具有至关重要的作用,血清型IgA和分泌型IgA具有互补作用。而黏膜中产生的IgM也可释放到肠腔中,在IgA缺陷的个体中发挥黏膜免疫效应。IgG在黏膜部位的合成量很小,并且不能通过上皮细胞,因此在黏膜免疫系统中只起一般的作用。但是,穿过肠壁进入循环的大豆抗原可刺激全身的淋巴结,产生较多的IgG。循环中的IgG2抗原复合物和IgM2抗原复合物可沉积在肠壁组织内,通过激活补体系统(可能以IgGⅠ型抗体为主),释放出过敏毒素和血管通透性增强因子;抗原抗体复合物还可粘附于血小板上,促使活性胺的释放,或吸引嗜中性粒细胞并被它所吞噬。由嗜中性粒细胞释放出各种蛋白水解酶,引起组织损伤,即Ⅲ型变态反应。可见,Ⅲ型变态反应可以引起小肠绒毛结构的改变,但不引起隐窝增生,Ⅰ型变态反应可以促进Ⅲ型变态反应。研究表明,饲粮抗原可引起仔猪发生细胞介导的超敏反应(即迟发性超敏反应或Ⅳ型超敏反应)[19]。但是Li研究认为无论血液淋巴细胞还是肠道淋巴细胞对纯化的大豆蛋白质(抗原)均无增殖反应,但却发现腹泻仔猪血液中含有高水平的抗大豆蛋白抗体(主要是IgG),因此认为大豆抗原引起仔猪发生免疫复合物介导的超敏反应(即Ⅲ型超敏反应)[20]。一般认为几种(即复合型)超敏反应在断奶仔猪采食大豆蛋白时同时发生。Tizard[21]认为,

绝大多数自然条件下发生的超敏反应性疾病是由几种不同的免疫损伤机制共同造成的,细胞介导的超敏反应是一种常见的致病机制,但很少是疾病的主要机制,更不可能是疾病的唯一机制。因此,大豆抗原进入肠壁后可能引起几种超敏反应的发生。

4　对仔猪产生的影响肠道形态学的改变进而引起功能上的改变,双糖酶数量和活性下降,肠道吸收机能降低,仔猪因此发生腹泻和生长受阻。Stokes用生大豆饲喂3周龄断奶仔猪,5d后发生过敏反应,13d后消失,木糖吸收试验的小肠组织学研究结果与之一致,表明过敏期达8d。而过敏高峰期在断奶后2周左右,过敏期可能持续更长,同时发现给未断奶仔猪饲喂含大豆蛋白日粮也会导致肠道损伤而腹泻[22]。Hep2pell研究表明大豆抗原造成仔猪小肠绒毛结构损伤,肠刷状缘酶活性下降,营养物质的吸收能力降低[23]。Newby[19]等总结了大量文献,提出了“日粮抗原的过敏反应是断奶仔猪腹泻的先决条件”的理论,后来的许多研究进一步证明了这种观点。陈代文等、董国忠等、Keylly等、Dunsford等的研究表明,仔猪肠道对日粮抗原过敏从而导致肠道损伤是仔猪断奶后腹泻和生长发育受阻的一项主要原因[24227]。Li、Friessen研究认为大豆中的大豆球蛋白和β2伴大豆球蛋白是引起仔猪发生超敏反应的抗原物

质[28229]。Li发现给7日龄的仔猪灌服大豆蛋白提

・84・专论综述养殖与饲料2009年第2期取液,21日龄断奶后,喂以含相同大豆蛋白的断奶日粮,结果在血清中检测到高效价的大豆球蛋白和β2伴大豆球蛋白抗体,表明大豆球蛋白和β2伴大豆球蛋白可引起仔猪的体液免疫反应[33]。Fukushima的研究认为β2伴大豆球蛋白是仔猪的主要抗原[31]。5　加工处理方法不同加工处理的大豆产品其大豆蛋白抗原性不同,适当的加工方法可破坏饲粮中的抗原物质,可大大减缓断奶、更换日粮等所产生的应激,是早期断奶仔猪良好的蛋白质饲料。目前降低大豆致敏性的加工处理方法有膨化法、热乙醇处理、微生物发酵、酶解法等。普通热处理的大豆产品会引起断奶仔猪的消化过程异常,包括消化物的运动和肠道粘膜的炎症反应,这种变化是仔猪胃肠道对热处理大豆产品的抗原过敏反应引起的。通过膨化或曲霉预处理大豆粕(大豆球蛋白和β2伴球蛋白明显下降),或使用其他低抗原的大豆产品,可减轻肠道的迟发型过敏反应,减少大豆这种蛋白源对仔猪断奶的应激[32]。在适宜的温度下,膨化加工的大豆产品能加快仔猪的生长,提高采食量和改善饲料转化率,主要原因在于膨化加工的高温、高压可使大豆中脲酶和胰蛋白酶抑制因子的抗营养因子失活,增加适口性,从而提高仔猪采食量。同时,膨化加工的物理作用也可使细胞壁破裂,使细胞内的脂肪和蛋白质等养分释放出来,更易被动物消化吸收,从而提高养分消化吸收率。席鹏彬等[33]试验发现:经135℃湿法挤压处理的大豆日粮与豆粕日粮相比,可以减轻断奶仔猪的过敏反应,提高木糖吸收能力,降低断奶仔猪的下痢百分率,仔猪的日增重提高,采食量提高,饲料报酬提高。Li等发现对大豆分离蛋白经过湿法挤压处理,可以降低其抗原性,减少对断奶仔猪的应激[20,30]。谯仕彦等报道,可通过改善热加工条件,采用特殊溶剂浸提及微生物发酵来降低大豆抗原的活性和含量[34]。Kilshow等学者的研究表明,从热乙醇(65～80℃)提取的大豆蛋白中未检出大豆球蛋白和β2伴大豆球蛋白[35],而Sisson等发现用热乙醇提取的大豆产品中仍含有少量的抗原活性物质,但不影响仔猪的消化[36]。研究认为豆粕经微生物发酵后减轻饲粮中大豆蛋白对肠道的过敏损伤,使肠道维持良好的结构形态,从而促进营养物质的消化吸收,显著提高仔猪的生长性能[37]。Hong等研究显示豆粕经过发酵处理显著降低了大分子抗原蛋白和胰蛋白酶抑制因子的水平[38]。王之盛等通过对大豆抗原蛋白进行酶解研究,表明不同外源酶对生大豆和豆粕抗原蛋白均有不同程度的降解作用,且认为pH值4.0的磷酸盐缓冲体系和37℃是复合酶制剂降解大豆抗原蛋白质的适宜环境条件,使用外源酶制剂可显著提高生大豆和豆粕的真蛋白质消化利用效率[39]。

6　小　结人们对大豆球蛋白和β2伴大豆球蛋白理化特性、稳定性以及对不同动物的影响进行了广泛的研究。但过去的研究工作还不足以完整地解释大豆抗原蛋白的免疫原性及其致过敏机理,大豆抗原蛋白在断奶仔猪肠道上皮细胞的定位和通透情况的研究、大豆抗原蛋白结构与功能关系的研究、在动物体内的降解过程的研究以及其检测方法的研究等内容将成为今后工作的方向。只有这些研究从理论上获得全面突破,才能实现在生产中掌握灭活大豆抗原蛋白的方法,有效监控大豆制品的质量以及降低养殖业的生产成本,提高饲料的安全性。