扶正類中藥多糖調控畜禽免疫功能的研究進展

楊 植 , 王煜軒 , 龔詩淼 , 吳世海 , 劉曉曄 , 何至遠 , 董 虹

[1. 北京農學院 獸醫學 (中醫藥) 北京市重點實驗室 , 北京 昌平 102206 ; 2.北京農學院 北京市中獸藥工程技術研究中心 , 北京 昌平102206]

我國獸用中藥原料豐富,應用廣泛,具備安全性好、研發成本低、毒性小、不良反應少和低碳環保等優勢[1]。多糖是中藥的重要生物活性成分,當前,扶正類中藥多糖在家畜和家禽養殖過程中均有大量應用。例如,仔豬黃白痢是影響仔豬腸道健康的重要傳染病,可造成新生仔豬的大量死亡;臨床針對仔豬黃白痢多采用抗生素治療,但抗生素濫用導致多重耐藥菌的出現和快速傳播,影響抗生素的治療效果[2],仔豬日糧中添加黃芪多糖能提高斷奶仔豬的生長性能、降低腹瀉率,并能提高斷奶仔豬的免疫功能[3]。在家禽養殖過程中,口服黃芪多糖可以有效治療雞傳染性喉氣管炎,對感染模型的治愈率高達95.6%;此外,黃芪多糖還可以通過提高抗球蟲藥物指數,緩解雞球蟲病的臨床癥狀[4]。扶正類中藥多糖對仔豬腹瀉、奶牛乳房炎和雞球蟲病等常見畜禽傳染病均具有防控作用,且其還是一類優質的飼料添加劑,可以用于改善畜禽生產性能、提高免疫力[5]、有效緩解畜禽應激反應。研究表明,黃芪多糖可以緩解雛雞運輸應激造成的腸道功能紊亂[6],緩解奶牛熱應激[7],改善畜禽的生產性能[8]。事實上,扶正類中藥多糖單獨使用可以很好地替代化學藥物用于畜禽疫病的防控,同時也可以作為疫苗佐劑增強疫苗的免疫效果,聯合抗生素使用增強抗生素的治療效果[9]。

1 常用扶正類新獸用中藥現狀

我國的中藥資源十分豐富,種類高達12 800余種,其中藥用植物11 100余種、藥用動物1 580余種、藥用礦物80余種,其品種之多,數量之大,居世界首位[10]。扶正類中藥是我國中藥資源的重要組成部分,其單藥即可有效提高畜禽免疫力,和其他中藥配伍使用可以扶正兼祛邪,這類復方往往在發揮殺菌、抗病毒作用的同時起到提升機體正氣的作用。扶正類中藥主要分為補氣藥、補血藥、助陽藥和滋陰藥,具有益氣養血、健脾益腎等功能,可以改善因氣血兩虛和脾腎不足造成的乏力、氣短和疲倦等癥狀。現代藥理學研究表明,扶正類中藥對畜禽機體的免疫監控、免疫調節和免疫防御等功能均起著重要的調節作用,可增強機體的抗病能力。隨著研究的持續深入,扶正類中藥多糖治療疾病的作用靶點越來越明確,作用機制越來越清晰,逐漸受到企業和養殖戶的認可。

目前,已有部分扶正類獸用中藥被成功開發并在畜禽養殖中投入使用,其主要劑型包括粉劑、注射劑和口服液等,粉劑常用作飼料添加劑,注射劑可作為抗生素的溶劑,口服液適用于幼畜。扶正類獸用中藥能夠通過調控畜禽體液免疫和細胞免疫增強畜禽免疫功能,也可作為疫苗佐劑,提升疫苗的免疫效果。有研究發現,黃芪多糖對豬瘟疫苗的免疫效果有顯著的增強作用,相比于單獨使用豬瘟疫苗,配合使用黃芪多糖可特異性增強免疫豬瘟疫苗后的體液免疫和細胞免疫反應[11];五加芪粉可以增強豬圓環病毒2型疫苗的免疫效果,相比于單獨使用豬圓環病毒2型疫苗,配合使用五加芪粉可加大對豬的保護力度[12]。當前,我國獸醫臨床上黃芪的使用較多,其次是人參、黨參、白術和淫羊藿等。我國獸醫臨床上常用于提高畜禽免疫力的扶正類獸用中藥見表1。

表1 提升畜禽免疫力的扶正類獸用中藥

2 扶正類中藥多糖及其組成

目前,畜禽相關研究較多的扶正類中藥多糖主要是補氣藥和助陽藥中的多糖類成分,這些多糖大都具有免疫調節功能,毒性低,藥物作用機制呈現多靶點、多通路的特點[13]。此外,扶正類中藥多糖組成清晰,適口性好,藥效穩定,使用安全。在國家減抗替抗的大背景下,它們作為常規的飼料添加劑被廣泛使用,同時也能與抗生素或疫苗配伍使用,例如,黃芪多糖和恩諾沙星聯合治療仔豬白痢比各自單獨使用效果更好,提高了仔豬腹瀉的治愈率[14]。

糖類化合物是多羥基醛或多羥基酮及其衍生物和聚合物的統稱,多具有Cx(H2O)y通式,其化學特性與蛋白質較為相似,但具有更多的取代位點、異頭構型和糖鏈分支,這使得多糖結構更加復雜[15]。多糖又稱多聚糖,一般是由20個以上的單糖分子聚合而成,是一種高度聚合的高分子化合物,具有較強的極性,其結構可分為一級結構、二級結構、三級結構和四級結構。同時,多糖具有較高的生物信息攜帶能力,參與多種生命活動,具有廣泛的生物學活性[16]。有研究分析了52種常見的中藥多糖,發現其單糖的組成相似,但含量有很大差異,含量由高到低依次為葡萄糖、半乳糖醛酸、半乳糖、阿拉伯糖、甘露糖、葡萄糖醛酸和巖藻糖;大多數中藥多糖以葡萄糖為主,少數中藥中葡萄糖含量較低,主要以半乳糖、半乳糖醛酸、阿拉伯糖和甘露糖為主[16]。

隨著研究深入,扶正類中藥多糖的組成逐漸清晰。目前,研究較多的多糖有黃芪多糖、黨參多糖、白術多糖、人參多糖和淫羊藿多糖等,這些多糖的組成中大多有阿拉伯糖、木糖、半乳糖和鼠李糖等。常見扶正類中藥多糖的組成表2。

表2 扶正類中藥多糖的組成

3 扶正類中藥多糖的作用機制

扶正類中藥多糖可以通過多種途徑調控畜禽的免疫功能,通過調節免疫信號通路的傳遞,影響淋巴細胞的成熟和分化;同時扶正類中藥多糖還可以調節相關炎性細胞因子的轉錄和表達,提高畜禽血清中免疫球蛋白的濃度,也能上調B淋巴細胞(B lymphocyte)、T淋巴細胞(T-lymphocyte)和自然殺傷細胞(Natural killer cell)的數量。有研究表明,黃芪多糖能夠促進免疫器官的發育,以及免疫細胞的產生、增殖和活化,進而提高畜禽機體的細胞免疫和體液免疫水平。

目前,研究較多的扶正類中藥多糖都具有明確調控免疫功能的作用,主要通過調節先天性免疫信號通路的激活和傳導發揮作用,可應用于動物應激反應、母畜難產、產后護理、畜禽疾病防控、配伍抗生素和免疫佐劑等。其中研究最多的是單個中藥的多糖,如補氣藥中的黃芪、黨參和人參等。甘草的有效成分為甘草多糖、甘草酸和甘草黃酮,它們均有免疫增強作用,能夠促進機體的體液免疫和細胞免疫應答[22]。黃芪多糖、白術多糖和防風多糖可提升小鼠腸道黏膜免疫功能,3種多糖配伍組成的玉屏風多糖調控免疫功能的效果更好[23]。已有黃芪多糖、黨參多糖注射劑在畜禽養殖中投入使用,應用十分方便快捷,但目前可以制作成注射劑的中藥多糖數量有限,仍有待進一步開發。復方多糖成分更復雜,研究難度和成本更高,但是已經有研究發現復方多糖具有更好的效果,未來對復方多糖的探索還需繼續進行。

3.1 扶正類中藥多糖調控淋巴細胞免疫信號分子傳遞 扶正類中藥多糖能夠與淋巴細胞表面受體結合并參與相關信號傳導,通過激活轉錄因子調控淋巴細胞的增殖和活化,進而發揮先天性免疫的調控作用。細胞信號轉導通路的主要參與者包括環磷酸腺苷(Cyclic adenosine monophosphate,cAMP)、環磷酸鳥苷(Cyclic guanosine monophosphate,cGMP)、一氧化氮(Nitric oxide,NO)和鈣離子(Calcium ion,Ca2+)等第二信使分子,以及相關轉錄因子[24]。現有研究表明,白術多糖通過影響仔豬淋巴細胞內NO和cAMP和干擾素γ(Interferon γ,IFN-γ)的濃度來調控免疫信號的轉導[25]。黃芪多糖可以通過調控雞脾臟淋巴細胞中游離Ca2+濃度來調控免疫[26]。厥麻多糖可以提高小鼠脾臟淋巴細胞內Ca2+和cGMP的濃度,促進NO的分泌增加,進而增強免疫功能。另外,黃芪多糖可以通過影響NO-cGMP信號通路轉導發揮免疫調節功能[27]。

3.2 扶正類中藥多糖調控畜禽體內細胞因子的分泌 細胞因子在先天性免疫和特異性免疫反應過程中發揮重要作用,直接調控并介導免疫應答和炎癥反應。機體細胞因子是衡量畜禽健康水平的重要生物標志物,其水平和變化過程會直接影響畜禽的免疫功能。事實上,中藥可以通過調控細胞因子的表達水平發揮免疫調節作用。現有研究表明,刺五加多糖可以增加雛雞血清中白細胞介素-2(Interleukin-2,IL-2)、白細胞介素-4(Interleukin-4,IL-4)、白細胞介素-6(Interleukin-6,IL-6)和IFN-γ等細胞因子的濃度,進而調控雛雞的免疫功能[28]。白術多糖可以影響雞體內T淋巴細胞的生成,提高免疫過新城疫疫苗的雞血清中IL-2、白細胞介素-1β(Interleukin-1β,IL-1β)、腫瘤壞死因子α(Tumor necrosis factor α,TNF-α)和IFN-γ的表達水平,進而增強疫苗的免疫效果[29]。白術多糖可以通過抑制Toll樣受體4(Toll-like receptor 4,TLR4)/核因子κB(Nuclear factor kappa-B,NF-κB)信號通路轉導,降低TNF-α、IL-1β和IL-6等細胞因子的表達水平,進而緩解大鼠的腸道炎癥反應[30]。刺五加多糖可以提高雞血液中IFN-γ和IL-2細胞因子的mRNA轉錄水平,降低血液中IFN-γ、IL-2、IL-4、白細胞介素-10(Interleukin-10,IL-10)、IL-1β、IL-6、誘導型一氧化氮合酶(Inducible nitric oxide synthase,iNOS)和TNF-α等細胞因子的mRNA轉錄水平,進而調控雞的免疫功能[31-32]。參苓白術散多糖可以顯著下調結腸炎小鼠結腸中細胞因子TNF-α、IL-1β和IFN-γ的水平,上調抑炎因子IL-10的水平,對小鼠結腸炎有顯著治療作用[33]。

3.3 扶正類中藥多糖調控畜禽體液免疫應答 B淋巴細胞是介導體液免疫的主要細胞,其在受到外來抗原刺激后經過一系列的增殖、分化產生漿細胞,漿細胞分泌抗體介導免疫應答,畜禽血清中抗體的含量與畜禽的體液免疫水平直接相關。有研究發現,黃芪多糖和白術多糖可以增強吞噬細胞的增殖,提高吞噬能力,上調小鼠血清中免疫球蛋白G(Immunoglobulin G,IgG)的表達量,進而發揮免疫增強作用[34]。黃芪多糖還可以提升雜交鱧血液中補體C3(Complement 3,C3)/補體C4(Complement 4,C4)的含量,提高機體免疫力[35]。在水產養殖中,黃芪多糖和白術多糖可以增加草魚血液中免疫球蛋白M(Immunoglobulin M,IgM)、補體C3和溶菌酶(Lysozyme,LYS)的蛋白活性,以及相關基因的轉錄和表達水平[36]。還有研究表明,茯苓多糖能夠提高小鼠血清中免疫球蛋白A(Immunoglobulin A,IgA)、IgG和IgM的含量[37]。

3.4 扶正類中藥多糖調控畜禽細胞免疫應答 扶正類中藥多糖可以通過調節中樞免疫器官中T、B淋巴細胞的增殖和分化,進而調節細胞免疫應答。現有研究表明,刺五加多糖可以促進雞外周血中CD4+和CD8+T淋巴細胞的增殖[38]。黨參多糖可以增加小鼠外周血中CD4+T淋巴細胞數量和CD4+/CD8+比值[39],進而增強細胞免疫。茯苓多糖和枸杞多糖可以增強小鼠體內吞噬細胞的吞噬功能,調控免疫抑制小鼠外周血中CD4+/CD8+比值[40]。黃芪多糖能激活和增強小鼠巨噬細胞功能,促進外周血T淋巴細胞的分化和增殖,提高B淋巴細胞與NK細胞的數量和活性[41],同時可以使小鼠外周血中CD3+、CD4+T淋巴細胞的含量和CD4+/CD8+T淋巴細胞的比值升高[42]。黃芪多糖還可以增加肺癌小鼠CD4+T淋巴細胞的含量和CD4+/CD8+T淋巴細胞比值[43]。

扶正類中藥多糖可以提升畜禽免疫力,調控畜禽亞健康狀態,增強一些疫苗的免疫效果。如圖1所示,扶正類中藥多糖主要通過調控免疫信號分子、細胞因子、細胞免疫和體液免疫,調控畜禽免疫功能。

圖1 扶正類中藥多糖調控畜禽免疫功能的作用機制示意圖(自繪)

4 扶正類中藥多糖的臨床應用

4.1 扶正類中藥多糖調控家畜生產性能

4.1.1 扶正類中藥多糖調控奶牛生產性能 現有研究表明,黃芪多糖可以抑制金黃色葡萄球菌的定植,降低牛乳中體細胞數,緩解乳腺上皮細胞炎癥反應,降低奶牛乳房炎的發病率[44]。另外,黃芪多糖可以調節應激奶牛血清代謝平衡,調控血清中谷胱甘肽代謝,緩解奶牛的應激反應[45]。口服黃芪多糖可顯著提高新生犢牛的先天性免疫,降低出生后21 d內犢牛腹瀉的發病率[46]。有研究在325頭早期斷奶犢牛日糧中添加黃芪多糖進行干預,并設置抗生素對照組,結果顯示,試驗組犢牛腹瀉率為5.5%,成活率為94.2%,且試驗組犢牛腹瀉率比抗生素對照組降低5.5%,成活率提高7.2%,表明黃芪多糖對早期斷奶犢牛腹瀉有明顯的防治效果[47]。另外,口服黃芪多糖可以改善奶牛代謝,促進蛋白質沉淀,改善瘤胃發酵功能,提高表觀消化率[48]。

4.1.2 扶正類中藥多糖調控生豬生產性能 有研究表明,刺五加多糖可以改善豬的生長性能,改善畜禽腸道健康和免疫功能[49]。白術茯苓多糖可以通過改善仔豬盲腸的菌群結構,減少變形菌門的菌群,降低仔豬腸道致病菌的致病率[50]。黃芪多糖還可作為疫苗佐劑,當其含量為500 mg/L時能顯著提高仔豬傳染性胸膜肺炎滅活疫苗的免疫效果,使疫苗發揮更好的免疫保護效果[51]。黃芪多糖和葛根提取物能夠有效提高哺乳母豬哺乳全階段的采食量和總泌乳量,增加斷奶仔豬體重,降低仔豬腹瀉發病率[52]。黃芪多糖作為豬瘟疫苗稀釋液可刺激機體迅速產生特異性抗體,免疫14 d時血清中的豬瘟抗體水平比常規豬瘟疫苗提高9.8%;免疫28 d時,產生的豬瘟抗體水平仍比常規豬瘟疫苗高14.2%,表明黃芪多糖作為疫苗稀釋液配合豬瘟疫苗使用,可提高豬瘟疫苗的免疫效果[53]。

4.1.3 扶正類中藥多糖在其他家畜上的應用 有研究證明,綿羊注射口蹄疫疫苗后,體內的抗體效價水平會隨時間延長而逐漸降低,而使用一定劑量的黃芪多糖可有效減緩抗體的消減速率,增強綿羊口蹄疫疫苗的免疫效果[54]。日糧中添加100 mg/kg黃芪多糖可以提高羊奶質量,增強山羊免疫力[55]。飼料中添加黃芪多糖可以增強斷奶仔兔的免疫功能,降低臨床腹瀉率和病死率,提高生產性能,降低料肉比[56]。一定劑量的黃芪多糖可以作為免疫增強劑促進兔瘟抗體的產生,提高抗體的水平,減緩抗體的消減速率[57]。有關臨床羊痘的病例研究發現,對病羊進行黃芪多糖注射液和地塞米松注射液混合物的肌肉注射,其治愈率高達95%以上[58]。

4.2 扶正類中藥多糖調控家禽生產性能

4.2.1 扶正類中藥多糖調控鴨生產性能 現有研究表明,按250 mg/kg劑量在飼糧中添加黃芪多糖可提高1～14日齡肉鴨的平均日采食量(Average daily feed intake,ADFI),提高櫻桃谷鴨的屠宰性能,增強機體免疫功能和抗氧化能力,促進腸道形態發育[59-60]。酵母硒和黃芪多糖均可改善鴨肉產品質量,提高抗氧化能力,有效延長貨架期,且對鴨肉pH和嫩度改善均具有明顯的效果[61]。在1～14日齡和15～28日齡階段,日糧中添加白術多糖能明顯改善肉鴨腸道菌群,促進有益菌群的占位,進而抑制有害微生物的定植[62]。在櫻桃谷肉鴨的1～14日齡和15～28日齡2個生長階段添加白術多糖,均能一定程度提高其日增重,降低料肉比[63]。

4.2.2 扶正類中藥多糖調控雞生產性能 研究發現,在雞的日糧中添加一定量的白術多糖可以有效降低綠殼蛋雞的球蟲感染率[64]。黨參多糖可以提高雞球蟲疫苗的免疫效果[65]。淫羊藿多糖能夠促進雞脾臟淋巴細胞和腹腔巨噬細胞的增殖,調節免疫功能[66]。黃芪多糖和淫羊藿多糖可以增強雞傳染性法氏囊病活疫苗的免疫效果,提高疫苗保護力[67]。淫羊藿多糖能在一定程度上改善肉仔雞十二指腸、空腸和回腸的形態結構,增強機體免疫力[68]。黃芪多糖在肉雞養殖中可以調控肉雞免疫功能,提高生長性能,降低疾病的發病率[69]。

4.2.3 扶正類中藥多糖在其他家禽上的應用 研究表明,白術多糖可以緩解環磷酰胺誘導的雛鵝肝臟損傷,消除肝臟腫大、膽汁淤積和膽囊萎縮現象,維持肝臟組織結構的完整性[70]。此外,白術多糖可以有效維持雛鵝腸道菌群的豐度和多樣性,改善腸道菌群的組成和結構[71]。飼糧中添加一定劑量的黃精多糖可以提高鵪鶉的受精率和受精蛋的孵化率,且添加量在0.4%時效果最好[72]。

5 小結和展望

中藥多糖有復方多糖和單藥多糖。單藥多糖的優勢在于研究熱度較高,提純難度相對較低,且已經明確了很多免疫相關的作用機制,開發了不同的劑型,如黃芪多糖注射液、黃芪多糖粉和黃芪多糖口服液等,同時黃芪多糖還可以作為免疫佐劑。與單藥多糖相比,復方多糖作用靶點更多、有效成分更復雜、提純難度更高,且其作用機制也更廣泛,在臨床上具有更好的治療效果。目前,復方多糖的相關研究相對較少,藥物作用機制尚不明確,研究有待深入。劑型的研究有助于進一步發揮各種劑型的優勢,擴大應用范圍,但多糖的劑型仍有待進一步開發,目前可以制作成注射劑的中藥多糖種類有限,需要進一步深入研究,擴大可以制成注射劑的中藥種類。

中藥多糖作為飼料添加劑,在一定程度可代替抗生素。我國農業農村部第194號公告規定,2020年起全面禁止在飼料中添加抗生素,而中藥多糖可以作為飼料添加劑提升畜禽免疫功能。雖然中藥多糖具有作為飼料添加劑的優勢,但其質量需要嚴格把控。中藥多糖的質量和原材料的質量密切相關。現代大規模人工種植、中藥產地變化、化肥大量使用、采摘時間不科學和炮制不規范等導致中藥有效成分減少。例如,不同采收期會影響川芎有效成分阿魏酸、洋川芎內酯I、洋川芎內酯H、洋川芎內酯A和藁本內酯的積累[73]。原材料的品質直接影響中藥多糖的含量以及其治療效果,扶正類中藥多糖的生產需要嚴格管控來源中藥材的質量,使用國家藥典記載的道地藥材進行生產。目前,扶正類中藥多糖的作用機理還需要更加深入的研究,組成成分也需要進一步解析,以使得扶正類中藥多糖的使用更加安全。此外,部分中藥價格較高也影響了扶正類中藥多糖的發展,可以通過開發藥物的非藥用部位,充分利用中藥藥渣以降低經濟成本。中藥多糖的獲取需要穩定的、可重復的制備工藝和高效、靈敏的質量控制方法,這些技術問題仍需要長時間的探索和完善[13]。總之,中藥多糖雖然有一定優勢,可以作為飼料添加劑、免疫佐劑、配伍抗生素或單獨使用,但是穩定、高效、高品質多糖的提取還需要進一步的探索,需深入開發應用中藥非藥用部位、中藥藥渣以及中藥發酵等提取多糖,以降低成本。最重要的是要嚴格把控中藥質量,確保中藥多糖的質量。