一種新的免疫刺激物—海藻多糖

摘 要：近幾年，為使“疾病預防性免疫策略的效率和收益最大化”，科學家們正不斷探索新的方法。本文將簡要介紹海藻——免疫增強劑的一種新來源，尤其是免疫機理，主要關注其某些組分——含硫多糖及海藻對動物免疫的影響和其潛在的應用。

關鍵詞：免疫 海藻 含硫多糖

如今，所有的動物生產都會用到疫苗。這是保護動物健康的一項重要技術，然而它會給養殖業者產生巨大的成本。

因此，如何使“疾病預防性免疫策略的效率和收益最大化”顯得非常重要。為達到這一目的，科學家們正不斷探索新的方法。

其中一種方法就是使用從海藻中提取的新分子，以幫助優化動物機體的天然防御系統以及其對免疫策略的應答反應。

機體對病原體入侵的應答反應是建立在兩種類型的免疫基礎上的：即先天性免疫應答和適應性免疫應答或獲得性免疫。

1 先天性免疫力

先天性免疫應答反應是動物機體抵御病原體入侵的第一道防線。它會被立即激活并快速發揮作用。所有動物均擁有這種免疫應答反應機制。動物機體不論何時遇到該病原體，它都是相同的。

但是，機體的這種免疫機制不會對此感染因子產生記憶作用。此類免疫的作用機制取決于識別被多種病原體共有的分子模式，主要為病原體的膜組分（多糖-蛋白復合物）。

能夠引發先天性免疫應答反應的各種要素有：

物理屏障（黏膜、皮膚、黏液、絨毛等）。

吞噬細胞，如巨噬細胞。

自然殺傷（NK）細胞。

某些細胞因子。它們可給機體傳送危險警告信號。

補體系統。

Toll-樣受體（TLR）。這是近年來才發現的一類膜受體家族。它們控制著傳染性因子防御分子的表達水平（通過效應細胞和激活適應性免疫系統直接或間接起作用）。

與先天性免疫應答反應有關的要素可通過產生效應細胞（細胞因子等）直接或間接性地作用于病原體。緊接著后者將會通過激活T細胞和B細胞而激發獲得性免疫。

2 獲得性免疫

與先天性免疫應答反應不同，獲得性或適應性免疫應答反應僅脊椎動物才有。在首次接觸到某種病原體（首次感染）的過程中，它起著機體第二道防線的作用，它的激活需要花費一定的時間，即潛伏期（表1）。

但是，這種免疫應答反應能對其遇到的病原體產生記憶，當機體再次接觸到這些病原體時，它的潛伏期就會縮短很多，且免疫系統幾乎在病原體入侵的同時做出反應。

獲得性免疫的特異性：它可以識別出已經遇到過的病原體的分子模式（圖1）。

有助于適應性免疫的各種要素如下：

T細胞；

B細胞；

抗體；

免疫球蛋白、Toll-樣受體（TLR）、能產生抗體（AB）的漿細胞+先天性免疫效應細胞的偶聯輔助因子。

3 海藻——免疫增強劑的一種新來源

最近幾年，越來越多的研究論文介紹了海藻多種生物學應用價值的前沿研究成果，尤其是免疫機理，主要關注其某些組分—含硫多糖。

這些復雜的碳水化合物不會出現在陸生植物體內。它們被認為可通過多種尚不太清楚的途徑影響動物的免疫系統。

4 含硫多糖

多糖是一類在結構上具有多樣性的大分子物質，在自然界分布相對較廣。

多糖有簡單形式的多糖和復雜形式的多糖二種。與蛋白質和核酸不同，多糖含有重復的結構，是單糖殘基通過糖苷鍵連接在——起的糖鏈。

因此，它們能夠形成多聚物的鏈式結構，這種結構可以是同質的（同型多糖），也可以不是同質的（異型多糖）。

簡單形式的多糖是同型多糖，由一種類型的糖分子組成，實際上以線性方式聯接在一起（如直鏈淀粉、糖原、纖維素）。

本質上，它們是結構性化合物，或是機體以容易釋放的形式儲存的能量物質。因為它們能夠在每個組成單元的不同水平上建立聯接，因此它們的結構可能會變得更為復雜，這使得其可在三維空間上生出很多分枝結構。

這些是有分枝的同型多糖。

5 多糖結構上的變異性

核酸中的核苷酸以及蛋白質中的氨基酸僅能以一種方式相互聯接，而寡糖和多糖中的單糖分子卻可在多個位點上相互聯接，從而形成多種類型的線性或分枝結構。

例如，四種不同的單糖分子可能的排列組合數可得到高達35 560種獨特的四聚糖，而四種氨基酸僅能形成24種不同的排列組合。

這就解釋了以下的事實，即在大分子中，多糖攜帶的生物學信息最大，因為它們具有最大的結構變異能力。

另外，多數海洋多糖具有的特性之一是它們的多聚陰離子特性，這為它們提供了較強的化學反應性（表2）。

在這些陰離子多糖中，大多數來自巨藻的陰離子多糖是含硫多糖：半乳糖聚糖（瓊脂、角叉菜膠）、石莼聚糖，脫氧半乳糖聚糖。

例如，石莼聚糖是一種水溶性多糖，可見于石莼目（石莼屬、滸苔屬）海藻中，以硫、鼠李糖、木糖和艾杜糖醛酸和葡萄糖醛酸為其主要的組分。

石莼聚糖的結構顯示出巨大的復雜性和變異性，這與證實其具有大量寡糖重復結構模式相一致。

已經報道的主要重復雙糖單元是3-硫酸-石莼聚糖雙糖醛酸，其含有葡萄糖醛酸或艾杜糖醛酸。另外，在3-硫酸-鼠李糖單元的聯接處/O-2糖苷鍵處能發現含有含硫木糖（代替艾杜糖醛酸和葡萄糖醛酸）的多個重復模式。

多糖結構上的這種巨大的變異性為其在高等生物中正確調節各種細胞-細胞間的相互作用提供了靈活性。

特別是，硫酸化作用似乎有益于從海洋巨藻中獲得的多糖上見到的各種生物活性。

6 對動物免疫的影響

研究顯示，廣泛分布于巨藻的含硫多糖具有抗感染（抗病毒、抗菌、抗腫瘤）、抗氧化、和抗血栓的活性，還具有免疫調節活性，表現為其具有能刺激免疫應答反應或控制免疫細胞活性以緩和炎癥等不良作用的價值（圖2）。

海洋含硫多糖發揮作用的途徑之一（最近已經得到關注）是其對TLR（Toll-樣受體）的激活作用。

事實上，越來越多的研究證明，海藻多糖能通過結合識別受體（即所謂的PRR：模式識別受體）來影響先天性免疫應答反應，例如包括且特別是巨噬細胞等吞噬細胞的甘露糖受體或Toll-樣受體（TLR）。

Toll-樣受體（TLRs）是一類跨膜蛋白，它可通過結合微生物的先天分子（即所謂的病原體相關性分子模式，PAMPs）來檢測出入侵的病原體。

在TLR水平上的PAMPs接觸可引發級聯反應，結果可誘發炎性反應基因的表達。在哺乳動物上，這些已經得到鑒定的受體按照從I～II的順序進行了編號（TLR I-TLR II）。通過接觸它們各自的PAMPs，TLR能夠特異性地激活信號通路，從而激活核因子-κB（Nuclear Factor-kappa B，NF-κB）和活化因子蛋白I （Activator Protein Ⅰ，API）轉錄因子（可調節炎性細胞因子的表達，如TNFα、TL-1或IL-6）。

因此，現在看起來TLR在獲得性免疫應答反應中起著關鍵作用，但是，其激活所產生的信號會導致其他大量細胞和免疫系統功能的激活，這使得它成為先天性免疫機制和獲得性免疫的關鍵要素。

作為TLR激活劑的某些含硫海藻多糖，它們所具有的活性可能是這些海洋多糖和細菌脂多糖（LPS）之間在結構上有某種相似性的結果。

細菌脂多糖是出現在細菌外膜表面上的一種結構性物質，可被細菌特異性識別因子所識別。尤其是，哺乳動物中的細菌脂多糖可被TLR4特異性地識別。

7 潛在的應用

可以得出結論，即海藻含有多糖形式的糖類，其中一些多糖——含硫多糖——是復雜的多聚陰離子結構物質，它們具有多種生物學特性。

大量的研究證實，此類含硫多糖中的一部分，尤其是巖藻聚糖、角叉菜膠和石莼聚糖，具有某些炎性應答反應和免疫機制的作用。

這些從海藻中提取的多糖經過鑒別和選擇后，可用作刺激各種與機體防御有關的免疫機制，尤其是先天性免疫機制。

在動物飼養和動物健康領域的潛在應用框架下，研究人員提出了兩種非-排他性策略：定期連續地的攝入海藻多糖，目的是總體刺激機體的防御功能：通過定期地攝入海藻多糖而不進行免疫接種，可增強機體的防御狀態。

重復攝入可使機體的“基礎”免疫系統得到發育，并可增強先天性免疫的防御功能。

在預防策略的上、下游使用海藻多糖，可能有助于提高家畜個體或群體的免疫保護水平，同時也有助于更好地控制家畜的感染壓力，預防傳染性病原體的重復流行。

在免疫計劃框架下有的放矢地攝入海藻多糖：作為免疫計劃的一部分，海藻多糖可以提高疫苗的免疫保護力。這無疑將能夠為改善疫苗攝入量和免疫持久性提供機會，因而能夠提高免疫預防計劃的技術和經濟性能。□□

參考文獻可在contact@amadietie.com網站獲取。

原題名：A new option for immune stimulation-marine algal polysaccharides（英文）

原作者：H. Demais博士和P. Nyvall博士