葡聚糖對水生動物免疫功能的影響

浙江大學動物科學學院 王 超 王敏奇

目前對于水生動物疾病的防控，主要采用化學藥物，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。免疫增強劑為水生動物疾病防控提供了一個新的方向。免疫增強劑可以通過增強吞噬作用和促進結節形成來增強體內多種免疫相關酶的活性和誘導機體產生多種殺菌物質，提高水生動物的非特異性免疫系統，從而有效提高水生動物的免疫功能，降低死亡率。這對于缺乏特異性免疫的甲殼類動物尤為重要（Boman，1995）。葡聚糖作為一種重要的天然免疫增強劑，可減少由化學藥物帶來的水體污染及耐藥性問題。因此，葡聚糖在水產動物的疾病防治方面受到了廣泛關注。本文對葡聚糖在水生動物免疫功能方面的研究進展作一綜述。

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、細菌和植物體內，是細胞壁的主要結構多糖，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，生物體內合成的尚未發現，自然界存在的葡聚糖為β-葡聚糖。β-葡聚糖有多種結構和多種生物活性。

1.2 葡聚糖的理化特性 葡聚糖的分子式為（C6H10O5）n，糖苷鍵結構有多種，現在研究的主要是β-葡聚糖，它的結構主鏈為β-1，3與β-1，6結合物。葡聚糖的來源、提取和分離方法不同其結構也不相同，同時影響葡聚糖的生物活性。葡聚糖屬于生物大分子物質，大多數的相對分子質量在20000以上。

研究表明，葡聚糖可有效提高日本沼蝦、對蝦和鯉魚的抗病能力、抗氧化性能。Sahoo和Mukherjeee（2001）報道，用含 0.1%的 β-葡聚糖日糧飼喂鯪7 d后再向體內注射黃曲霉素B1，結果發現，與對照組相比，用β-葡聚糖處理后的鯪對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 葡聚糖對免疫性能的作用 葡聚糖可通過增強機體的特異性與非特異性免疫兩種方式來提高機體的免疫力。在特異性免疫方面主要是增加T細胞與B細胞的分化，產生細胞因子，對病原微生物進行特異性殺滅。在非特異性免疫上，葡聚糖可通過與巨噬細胞的特異性受體結合，增強細胞的吞噬作用；另外葡聚糖可以激活機體內的補體系統，增加免疫系統相關酶的活性，共同作用提高機體的免疫力。對于水生動物而言，葡聚糖主要是通過作用于非特異性免疫系統來提高機體的免疫力。

2 水生動物的免疫系統

水生動物相對缺乏特異性免疫，特別是水生甲殼類動物。魚與爬行類動物具有特異性免疫，但在剛孵化出時特異性免疫系統發育不完善，此時非特異性免異起著重要作用。非特異性免疫系統指機體組織和體液中的大量細胞和抗菌的蛋白質等。對于相對缺乏T淋巴細胞的水生動物，血淋巴細胞是一道重要的防線，與高等動物白細胞具有相似的性質。血淋巴細胞主要分為玻璃樣細胞、半顆粒血淋巴細胞與粒性血淋巴細胞三類，均有不同結構與獨特的生物學功能 （Johansson等，2000；Le Moullac等，1997）。 血淋巴細胞是重要的過濾器，對外來刺激物有吞噬作用，從而有效減少外來病原體，同時其亦與甲殼類的外骨骼硬化及血凝固有關 （Song 和 Hsieh，1994；Johansson 和Soderhall，1989）。抗菌蛋白主要包括黏液胰島素，金屬離子螯合劑（鐵傳遞蛋白、血漿銅藍蛋白和金屬硫蛋白）、蛋白酶抑制因子、溶菌酶（溶解酵素、幾丁質酶、非特異性細胞溶素）、補體、外源凝集素（趙紅霞等，2001）。

細胞的吞噬作用大小可由呼吸爆發作用體現出來。當細胞通過胞吞或胞飲作用殺滅外來異物時，產生呼吸爆發作用，并伴隨著一氧化氮和活性氧的產生。因而呼吸爆發作用和機體活性氧的產生可以在一定程度上反應機體細胞的吞噬作用。

酚氧化物酶也與血淋巴的吞噬作用相關。酚氧化物酶原激活系統是一個重要的機體防御機制。一般酚氧化物酶在血細胞內無活性，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底物由酚變為醌類物質，同時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，提高機體免疫力（賈永紅等，2008；王雷等，1995）。同時生成的醌類物質對病原微生物有直接殺滅效果。

3 葡聚糖對水生動物免疫系統的作用

葡聚糖主要通過提高血細胞的吞噬作用、增加免疫相關酶活性（酚氧化物酶、溶菌酶等）、激活體內補體系統及誘導機體產生殺菌物質來促進非特異性免疫來提高水產動物的免疫力。

3.1 葡聚糖對吞噬作用的影響 葡聚糖作為一種免疫增強劑可以顯著增強水生動物的血細胞含量，增強吞噬作用。這與其他多種微生物多糖相似，如脂多糖（LPS）、肽聚糖。吞噬作用在水產動物中，特別是甲殼類動物的非特異性免疫中起著重要作用，是主要的細胞防御系統。在吞噬作用發生時，能夠產生呼吸爆發作用，同時也產生大量的活性氧和一氧化氮。活性氧主要包括過氧化氫（H2O2），氫氧根離子（OH-），超氧根離子（O2-）和單線態氧（O21）等可以直接殺滅入侵病原體（Segal，1989）。 Philippis等（2002）研究發現，用含有β-葡聚糖的海水（濃度為0.5 mg/L）對北美白對蝦進行洗浴處理1、3 h和6 h，在處理后的24 h和48 h檢測蝦的血細胞總數，結果發現，用β-葡聚糖處理后的蝦體內血細胞的含量是對照組（不含β-葡聚糖）的1.5～2倍。不同處理組之間，洗浴3 h的蝦體內血細胞含量在48 h后達到最高。Chang等（2003） 用含不同濃度的 β-葡聚糖（0、1、2、10、20 mg/kg）的日糧飼喂斑節對蝦，然后用白紋病毒感染對蝦， 在感染病毒后的 0、1、3、6、9、12、24 d觀察血細胞總數、吞噬作用、產生的超氧離子和蝦的成活率，結果表明，β-葡聚糖可明顯提高細胞的吞噬作用、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-葡聚糖日糧的對蝦體內的細胞總數在染毒后迅速下降到不足原來的20%并在12 d內全部死亡，而飼喂含2、10 mg/kg和20 mg/kg β-葡聚糖日糧的對蝦在染毒后對蝦體內的血細胞總數、酚氧化物酶及超氧根離子含量稍有下降并在12 d后恢復到正常水平，成活率顯著提高（P<0.05）。 Costa 等（2008）認為，β-葡聚糖可顯著提高紫貽貝的呼吸爆發力，并增加一氧化氮的含量。筆者認為，在血細胞上可能存在識別β-葡聚糖的受體，因而β-葡聚糖可以通過作用于吞噬細胞提高水產動物的細胞吞噬作用，同時增強呼吸爆發作用，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，從而提高了動物機體的抗病能力和殺菌能力。

3.2 葡聚糖對酚氧化物酶的影響 在自然狀態下，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。酚氧化酶系統是水產動物一個重要的防御系統，對水生甲殼類動物尤為重要。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專一信號，可以與酚氧化物酶原專一結合，使其活化成酚氧化物酶。活化后的酚氧化物酶可以氧化苯酚類底物產生黑色素，與蛋白質結合形成集合體，包圍吞噬異物減少異物毒性。Sung等（1996，1994）研究發現，對老虎蝦而言，無論是在體內或是體外，β-葡聚糖均能提高甲殼動物血細胞中的酚過氧化物酶的活性，提高機體免疫力。這與β-葡聚糖可以提高蝦對弧菌的抵抗力相一致。賈永紅等（2008）用不同濃度的β-葡聚糖溶液對白蝦進行不同時間的洗浴處理，結果表明，隨著β-葡聚糖溶液濃度的提高，酚氧化物酶的濃度升高，但隨著洗浴時間的增長，酶的活性降低。

3.3 葡聚糖對溶菌酶的影響 在β-葡聚糖的作用下，水產動物體內的溶菌酶含量增加。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，并活化巨噬細胞，增加細胞的吞噬作用。細胞吞噬作用增強的同時也增加機體活性氧和酚氧化物酶的含量，增強機體免疫力。Sung等（2000）的試驗證明，溶菌酶在防治病原微生物對蝦的入侵方面起到了重要作用。Misra等（2004）研究發現，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，提高了機體的抗病能力。Rolf等（1992），對鮭魚進行腹腔注射β-葡聚糖處理，并觀察鮭魚體內的溶菌酶與補體的活性，結果顯示，鮭魚在注射處理后，1～3周內的溶菌酶活性和2～4周內的補體活性均明顯增強，對細菌病原體的抵抗能力明顯增強。Debaulney等（1996）研究表明，用含β-葡聚糖的配合日糧飼喂大菱鲆，結果發現，大菱鲆體內溶菌酶活性明顯提高，機體的抗病能力增強。另外，Philippis等（2002）研究表明，β-葡聚糖可增強血細胞的吞噬作用，在發生吞噬作用時產生溶菌酶，使體內溶菌酶的含量增加。筆者認為β-葡聚糖可以激活水產動物的補體系統和增加溶菌酶含量，提高溶菌酶活性，溶菌酶與補體系統聯合作用殺滅病原微生物。激活的補體系統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，溶菌酶還可啟動吞噬作用，從而更好地增強機體的免疫力。

4 小結

葡聚糖可以通過提高水生動物的非特異性免疫系統，主要通過增強血細胞的吞噬作用，激活酚氧化物酶原系統、增加體內溶菌酶的含量、提高溶菌酶的活性和產生多種殺菌物質，從而提高機體的免疫功能，有效殺滅病原微生物。但是葡聚糖難以消化吸收，并且對水產動物進行處理的時間和頻率不同，其作用效果也不盡相同，這值得進一步研究。

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