柏籽提取物對犢羊腹瀉免疫調節機制的研究與模擬仿真分析

摘 要：為探究柏籽提取物對犢羊腹瀉的免疫調節作用機制，采用體外細胞實驗與計算機模擬相結合的方法。實驗選取30頭健康犢羊分為對照組和實驗組，通過檢測血清細胞因子表達水平和T淋巴細胞亞群比例變化，并運用人工神經網絡構建免疫調節模型。結果表明，柏籽提取物顯著提高了IL-2和IFN-γ的表達（P ＜0.05），促進Th1型免疫應答。模擬結果與實驗數據具有一致性（R2=0.892），證實柏籽提取物通過調節T細胞亞群平衡可以發揮免疫調節作用。

關鍵詞：柏籽提取物；犢羊腹瀉；免疫調節；研究與模擬仿真

犢羊腹瀉不僅會對畜牧業造成巨大的經濟損失，還可能引發繼發感染導致死亡。目前主要依靠抗生素防治，但長期使用會導致耐藥性增強和殘留問題，因此開發天然免疫增強劑成為研究熱點。柏籽作為傳統中藥材，其中的黃酮類化合物和多糖具有顯著的免疫調節功能。然而，柏籽提取物對犢羊免疫系統的作用機制，特別是對腹瀉相關免疫應答的調節作用尚需深入研究。本研究通過實驗與計算機模擬相結合的方法，深入探討柏籽提取物對犢羊免疫系統的調節作用及其分子機制，為開發新型天然免疫增強劑提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 實驗材料

實驗選用30頭健康湖羊犢羊（體重20±2 kg）作為實驗對象，由一只郝羊生態農業科技有限公司自有牧場提供。在標準動物房中單籠飼養，環境溫度為20±2 ℃，相對濕度維持在60±5%。柏籽提取物通過95%乙醇回流提取、減壓濃縮和冷凍干燥制備而成。實驗采用隨機區組設計，將犢羊平均分為對照組和實驗組，每組15頭。實驗組在基礎日糧中添加0.2%柏籽提取物，對照組僅飼喂基礎日糧。實驗持續4周，其間嚴格按照標準程序進行飼養管理和免疫指標檢測[1]。所有實驗操作均遵循實驗動物倫理規范，并獲得相關倫理委員會批準。

1.2 實驗方法

實驗主要采用以下方法進行檢測和分析：采用無菌操作技術采集犢羊靜脈血樣，通過密度梯度離心法分離外周血單個核細胞，并在37 ℃、5%CO2條件下培養。研究采用多種檢測手段：使用ELISA法檢測血清中細胞因子（IL-2、IL-4、IFN-γ）的表達水平；通過流式細胞術分析T淋巴細胞亞群，檢測CD4+和CD8+T細胞的比例；利用免疫組織化學染色技術觀察小腸黏膜組織中免疫細胞的分布和數量變化。數據分析采用SPSS 22.0軟件進行統計處理，組間比較采用t檢驗（P ＜0.05為顯著性水平），并通過MATLAB構建人工神經網絡模型進行免疫網絡的動態模擬[2]。

2 實驗結果

2.1 柏籽提取物對血清細胞因子的影響

ELISA檢測結果顯示，經柏籽提取物干預4周后，實驗組犢羊血清中IL-2水平顯著高于對照組（P ＜0.05），平均濃度達到386.5±42.3 pg/mL，而對照組為243.8±35.7 pg/mL。IFN-γ含量在實驗組中表現出明顯升高，達到275.4±31.2 pg/mL，較對照組165.9±28.6 pg/mL增加66.0%（P ＜0.05）。血清IL-4水平在兩組間未見顯著差異（P ＞0.05），實驗組為156.3±25.4 pg/mL，對照組為148.7±23.9 pg/mL。動態觀察發現，實驗組IL-2和IFN-γ水平在飼喂柏籽提取物后第2周開始升高，第3周達到峰值，隨后維持在較高水平[3]。相關分析表明，IL-2與IFN-γ表達水平呈顯著正相關（r=0.875，P ＜0.01）。這些結果表明柏籽提取物顯著促進了Th1型細胞因子的分泌，增強了細胞免疫應答。通過對細胞因子網絡的分析發現，IL-2和IFN-γ的協同升高有利于激活細胞毒性T淋巴細胞，增強機體的抗病能力。

2.2 柏籽提取物對T淋巴細胞亞群的影響

從表1可知：流式細胞術分析結果顯示，柏籽提取物顯著提高了犢羊外周血中CD4+T細胞的比例。實驗組CD4+T細胞比例達到38.6±3.2%，較對照組的31.2±2.9%增加了23.7%，且差異具有統計學意義（P ＜0.05）。同時，實驗組CD4+/CD8+比值升至1.59±0.15（P ＜0.05），明顯高于對照組的1.37±0.13。在組織水平上，免疫組織化學染色結果進一步證實了柏籽提取物的免疫調節效果。實驗組小腸黏膜中CD4+T細胞數量顯著增加，每個高倍視野下計數達156±18（P ＜0.05）個，遠高于對照組的112±15個。此外，細胞功能研究表明，實驗組CD4+T細胞的增殖活性明顯增強，其增殖指數達2.86±0.25（P ＜0.05），比對照組提高了23.8%。

3 免疫網絡模擬分析

3.1 模型構建

研究采用三層BP神經網絡模型對柏籽提取物的免疫調節過程進行模擬。該模型包括5個輸入變量節點（如柏籽提取物濃度、作用時間等）、12個隱含層神經元，以及3個輸出層指標（IL-2、IFN-γ、CD4+/CD8+比值）。模型使用Levenberg-Marquardt算法進行訓練，將70%的數據用于訓練，剩余30%平均用于驗證和測試。模型驗證結果顯示出優異的預測能力。以0.2%濃度柏籽提取物、作用時間21 d的參數組合為例，模型預測的IL-2水平（382.4 pg/mL）與實際測定值（386.5 pg/mL）相對誤差僅為1.06%。經過2 000次迭代訓練后，模型達到了良好的收斂效果，相關系數R2為0.892，證實了該模型具有可靠的預測性能（圖1）。

3.2 模擬結果

神經網絡模型對柏籽提取物免疫調節作用的模擬展現出良好的預測性能。在0.2%濃度條件下，IL-2表達呈現典型S型增長曲線，第14 d達到拐點（298.5 pg/mL），第21 d達到峰值（382.4 pg/mL），與實驗觀測值的相對誤差在5%以內。IFN-γ水平表現出相似趨勢，預測峰值（271.8 pg/mL）與實測值（275.4 pg/mL）高度吻合。通過不同濃度梯度（0.1%、0.2%、0.3%）的模擬分析發現，0.2%濃度時免疫調節效果最佳。在0.1%濃度下，IL-2峰值僅為326.7 pg/mL，而0.3%濃度組雖然達到375.2 pg/mL，但出現免疫應答延遲現象。敏感性分析指出作用時間是影響免疫調節效果的關鍵因素，相對重要性為0.458。模型成功揭示了IL-2與IFN-γ之間的正反饋調節機制，為制定最優給藥方案提供了重要參考（圖2）。

4 討論

研究通過實驗與計算機模擬相結合的方法，探討了柏籽提取物對犢羊腹瀉的免疫調節機制。實驗結果表明，柏籽提取物顯著提高了犢羊體內IL-2和IFN-γ的表達水平，促進了Th1型免疫應答，這種效應比傳統中藥黃芪表現出更強的細胞因子誘導能力[4]。流式細胞術分析顯示，柏籽提取物優化了T淋巴細胞亞群比例，提高CD4+/CD8+比值，增強了細胞免疫功能。通過人工神經網絡模型的構建，實現了對免疫網絡動態變化的定量預測，模擬結果顯示0.2%是最適宜地給藥濃度。研究發現IL-2與IFN-γ之間存在正反饋調節機制，表明柏籽提取物通過激活多個細胞因子協同發揮免疫增強作用。這種多靶點調節特征為開發新型天然免疫增強劑提供了科學依據，但其中具體哪些活性成分參與免疫調節作用仍需進一步研究[5]。

結語

揭示了柏籽提取物通過調節T淋巴細胞亞群平衡發揮免疫增強作用的分子機制。實驗證實，柏籽提取物顯著提高了犢羊體內IL-2和IFN-γ表達水平，優化了CD4+/CD8+T細胞比例。構建的免疫網絡模型成功模擬了不同濃度柏籽提取物的免疫調節效應，預測結果與實驗數據相關性達0.892。研究表明0.2%為最佳給藥濃度，闡明了柏籽提取物通過激活IL-2與IFN-γ間的正反饋調節通路發揮作用。研究成果豐富了中藥免疫調節的理論基礎，為開發新型動物免疫增強劑提供科學依據。后續將深入探索柏籽提取物活性成分的結構特征及其作用機制。

參考文獻：

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[5] 范維，劉昕昕，翟藝祿，等.羊源肺炎克雷伯菌分離鑒定及其外膜囊泡提取方法的建立[J/OL].畜牧獸醫學報，1-19[2024-12-23].