一種新的免疫刺激物---海藻多糖

用心做飼料

  目前，所有的動物飼養(yǎng)產(chǎn)業(yè)都涉及接種疫苗，這雖然是動物保健的必要技術(shù)，但是卻給養(yǎng)殖者帶來很大的開銷。因此，如何使“疾病預(yù)防性免疫策略的效率和收益最大化”顯得非常重要。為達(dá)到這一目的，科學(xué)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(yōu)化動物機體的天然防御系統(tǒng)以及其對免疫策略的應(yīng)答反應(yīng)。

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

先天性免疫力

    先天性免疫應(yīng)答反應(yīng)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(fā)揮作用。所有動物均擁有這種免疫應(yīng)答反應(yīng)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(chǎn)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(fù)合物 )。

能夠引發(fā)先天性免疫應(yīng)答反應(yīng)的各種要素有：

●物理屏障 ( 黏膜、皮膚、黏液、絨毛等 )。

●吞噬細(xì)胞，如巨噬細(xì)胞。

●自然殺傷 (NK) 細(xì)胞。

●某些細(xì)胞因子。它們可給機體傳送危險警告信號。

●補體系統(tǒng)。

● Toll- 樣受體 (TLR)。這是近年來才發(fā)現(xiàn)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(dá)水平 ( 通過效應(yīng)細(xì)胞和激活適應(yīng)性免疫系統(tǒng)直接或間接起作用 )。

    與先天性免疫應(yīng)答反應(yīng)有關(guān)的要素可通過產(chǎn)生效應(yīng)細(xì)胞 ( 細(xì)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(xì)胞和 B 細(xì)胞而激發(fā)獲得性免疫。

獲得性免疫

    與先天性免疫應(yīng)答反應(yīng)不同，獲得性或適應(yīng)性免疫應(yīng)答反應(yīng)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(yīng)答反應(yīng)能對其遇到的病原體產(chǎn)生記憶，當(dāng)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(tǒng)幾乎在病原體入侵的同時做出反應(yīng)。

    獲得性免疫的特異性：它可以識別出已經(jīng)遇到過的病原體的分子模式 ( 圖 1)。

有助于適應(yīng)性免疫的各種要素如下：

● T 細(xì)胞；

● B 細(xì)胞；

●抗體；

●免疫球蛋白、Toll- 樣受體 (TLR)、能產(chǎn)生抗體 (AB) 的漿細(xì)胞 + 先天性免疫效應(yīng)細(xì)胞的偶聯(lián)輔助因子。

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(xué)應(yīng)用價值的前沿研究成果，尤其是免疫機理，主要關(guān)注其某些組分—含硫多糖。這些復(fù)雜的碳水化合物不會出現(xiàn)在陸生植物體內(nèi)。它們被認(rèn)為可通過多種尚不太清楚的途徑影響動物的免疫系統(tǒng)。

含硫多糖

    多糖是一類在結(jié)構(gòu)上具有多樣性的大分子物質(zhì)，在自然界分布相對較廣。

    多糖有簡單形式的多糖和復(fù)雜形式的多糖二種。與蛋白質(zhì)和核酸不同，多糖含有重復(fù)的結(jié)構(gòu)，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?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)可以是同質(zhì)的(同型多糖)，也可以不是同質(zhì)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(lián)接在一起(如直鏈淀粉、糖原、纖維素 )。

    本質(zhì)上，它們是結(jié)構(gòu)性化合物，或是機體以容易釋放的形式儲存的能量物質(zhì)。因為它們能夠在每個組成單元的不同水平上建立聯(lián)接，因此它們的結(jié)構(gòu)可能會變得更為復(fù)雜，這使得其可在三維空間上生出很多分枝結(jié)構(gòu)。這些是有分枝的同型多糖。

多糖結(jié)構(gòu)上的變異性

    核酸中的核苷酸以及蛋白質(zhì)中的氨基酸僅能以一種方式相互聯(lián)接，而寡糖和多糖中的單糖分子卻可在多個位點上相互聯(lián)接，從而形成多種類型的線性或分枝結(jié)構(gòu)。例如，四種不同的單糖分子可能的排列組合數(shù)可得到高達(dá) 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(xué)信息最大，因為它們具有最大的結(jié)構(gòu)變異能力。

    另外，多數(shù)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(xué)反應(yīng)性 ( 下圖)。

    在這些陰離子多糖中，大多數(shù)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(jié)構(gòu)顯示出巨大的復(fù)雜性和變異性，這與證實其具有大量寡糖重復(fù)結(jié)構(gòu)模式相一致。

    已經(jīng)報道的主要重復(fù)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(lián)接處 /O-2 糖苷鍵處能發(fā)現(xiàn)含有含硫木糖 ( 代替艾杜糖醛酸和葡萄糖醛酸 ) 的多個重復(fù)模式。

    多糖結(jié)構(gòu)上的這種巨大的變異性為其在高等生物中正確調(diào)節(jié)各種細(xì)胞 - 細(xì)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藻類中獲得的多糖上見到的各種生物活性。

對動物免疫的影響

   目前的研究表明來源于大型藻類的硫酸多糖具有抗感染 (抗病毒、抗菌和抗腫瘤)、抗氧化、抗血栓形成的活性及免疫調(diào)節(jié)活性。其中免疫調(diào)節(jié)活性的機制可能與硫酸多糖能夠刺激免疫應(yīng)答或控制免疫細(xì)胞的活性從而緩和像炎癥之類的不良反應(yīng)。其中的一條最近被著重強調(diào)的途徑是海洋硫酸多糖在TLR的激活過程中起到重要的作用。確實，目前越來越多的研究正在表明海藻多糖能夠通過結(jié)合模式識別受體 (PRR) 影響固有免疫應(yīng)答，這類識別受體包含有甘露糖受體，吞噬細(xì)胞特別是巨噬細(xì)胞的 TLR。

    圖 3 硫酸多糖通過巨噬細(xì)胞活化途徑發(fā)揮免疫調(diào)節(jié)活性TLR是一類能夠結(jié)合病原體相關(guān)分子模式(PAMPs) 的微生物來源的遺傳分子的跨膜蛋白。PAMPs 在 TLＲ水平上的接觸引發(fā)級聯(lián)應(yīng)答從而發(fā)生炎癥應(yīng)答基因的表達(dá)。最近在哺乳動物體內(nèi)被鑒定出的這類受體被編號為Ⅰ和Ⅱ (TLRⅠ和 TLRⅡ)。一旦與它們各自的 PAMPs 相結(jié)合，TLR 便會特定的激活信號通路，進而激活核因子 κB (NF-κB) 和激活蛋白Ⅰ (APⅠ) 轉(zhuǎn)錄因子來調(diào)控炎癥細(xì)胞因子，如腫瘤壞死因子-α (TNF-α)、白細(xì)胞介素-1 (IL-1) 或白細(xì)胞介素-6 (IL-6) 表達(dá)，見圖 3。因此，看起來好像 TLＲ 在過繼免疫應(yīng)答中扮演著重要的角色，但是它們的活化產(chǎn)生的信號導(dǎo)致了大量其他細(xì)胞和免疫系統(tǒng)功能的激活，而這些信號正是固有免疫機制和過繼免疫的重要成分。

    一些硫酸海藻多糖能夠作為 TLR激活劑的原因可能是由于海洋多糖和細(xì)菌的脂多糖 (LPS) 在結(jié)構(gòu)上存在一定的相似性。細(xì)菌的脂多糖表達(dá)在它們外部細(xì)胞膜表面，被認(rèn)為是細(xì)菌特異性識別成分。特別是在哺乳動物體內(nèi)細(xì)菌的 LPS 可以被 TLＲ4 特異性識別。

潛在的應(yīng)用

    可以得出結(jié)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(fù)雜的多聚陰離子結(jié)構(gòu)物質(zhì)，它們具有多種生物學(xué)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(yīng)答反應(yīng)和免疫機制的作用。這些從海藻中提取的多糖經(jīng)過鑒別和選擇后，可用作刺激各種與機體防御有關(guān)的免疫機制，尤其是先天性免疫機制。

    在動物飼養(yǎng)和動物健康領(lǐng)域的潛在應(yīng)用框架下，研究人員提出了兩種非 - 排他性策略：

●定期連續(xù)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(tài)。重復(fù)攝入可使機體的“基礎(chǔ)”免疫系統(tǒng)得到發(fā)育，并可增強先天性免疫的防御功能。在預(yù)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(yù)防傳染性病原體的重復(fù)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(yù)防計劃的技術(shù)和經(jīng)濟性能。

暮雨撒江天

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