β-甘露聚糖酶：緩解腸道免疫應(yīng)激并提高家禽生產(chǎn)性能

■翟利利 喬巖瑞

（禮來（上海）動(dòng)物保健有限公司，上海 200021）

目前，在飼料中添加β-甘露聚糖酶以降解餅粕類原料中的半乳甘露聚糖，從而緩解它的抗?fàn)I養(yǎng)作用，提高動(dòng)物的生產(chǎn)效益，這一做法和效果已經(jīng)得到廣泛的認(rèn)同和證實(shí)。但是，傳統(tǒng)的關(guān)于β-甘露聚糖酶的作用機(jī)理局限在對底物的消化和營養(yǎng)的釋放，與活體試驗(yàn)數(shù)據(jù)對比，消化和營養(yǎng)釋放所帶來的好處遠(yuǎn)小于在生產(chǎn)中所觀察到的數(shù)據(jù)。因此，消化理論并不能圓滿地解釋β-甘露聚糖酶的作用機(jī)理。

例如，計(jì)算表明，玉米豆粕型的家禽飼料中可溶性半乳甘露聚糖的含量可以在2 500～4 500 mg/kg之間，假設(shè)半乳甘露聚糖完全被β-甘露聚糖酶消化為單糖（己糖）并被吸收和代謝，同時(shí)釋放等量葡萄糖代謝的能量（3.72 kcal/g）[1]，那么消化理論帶來的能量的好處在9～17 kcal/kg之間。然而，動(dòng)物試驗(yàn)觀察顯示，添加β-甘露聚糖酶（和美酵素）帶來的飼料能量水平的好處遠(yuǎn)大于這個(gè)數(shù)字（見表1）。

表1 家禽飼料中添加β-甘露聚糖酶所能釋放的能量和實(shí)際觀察到的能量效益

本文將從免疫的角度闡述β-甘露聚糖酶的作用機(jī)制，引入飼料誘導(dǎo)型免疫反應(yīng)（Feed Induced Immune Response,FIIR）的概念，描述β-甘露聚糖酶解除不必要的飼料誘導(dǎo)型免疫反應(yīng)所帶來的好處和對家禽生產(chǎn)效率的改善。

1 飼料誘導(dǎo)型免疫反應(yīng)（FIIR）

簡而言之，因飼料中存在非傳染性因子而誘發(fā)機(jī)體產(chǎn)生的免疫反應(yīng)，被稱之為飼料誘導(dǎo)型免疫反應(yīng)（feed induced immune response,FIIR）。不同于蛋白質(zhì)（抗原）引發(fā)抗體的獲得性免疫反應(yīng)，由半乳甘露聚糖和脂多糖等這類非傳染因子直接引發(fā)的免疫反應(yīng)，在免疫學(xué)上被歸類為先天性免疫反應(yīng)。

相對于獲得性免疫對抗原的特異性識別，先天性免疫系統(tǒng)（樹突狀細(xì)胞、巨噬細(xì)胞等）存在模式識別受體（pattern recognition receptor,PRR），對非己的排除是通過對病原保守結(jié)構(gòu)的識別，這種識別機(jī)制不具有免疫記憶性，識別的異己部分通常稱為病原相關(guān)分子模式（pathogen associated molecular pattern,PAMP）。表2列出部分含有PAMP的病原、識別它們的PRR以及識別后引發(fā)的生物學(xué)反應(yīng)[2]。模式識別受體（PRR）識別病原相關(guān)分子模式（PAMP）后，先天性免疫系統(tǒng)啟動(dòng)并產(chǎn)生前炎性細(xì)胞因子，在局部或全身產(chǎn)生急性期蛋白，進(jìn)而產(chǎn)生炎癥反應(yīng)或者啟動(dòng)獲得性免疫，用于抵抗感染、應(yīng)激和組織損傷等。其中急性期蛋白常被用來指示先天性免疫反應(yīng)啟動(dòng)的一個(gè)重要指標(biāo)[3]。

β-甘露聚糖可以被機(jī)體免疫細(xì)胞通過多種模式識別受體（PRR）（包括血清蛋白甘露糖結(jié)合凝集素MBL、甘露聚糖受體MR等）識別為病原相關(guān)的分子模式(PAMP)，誘導(dǎo)機(jī)體炎癥反應(yīng)以及細(xì)胞吞噬等一系列生物學(xué)反應(yīng)[4]。另外，研究表明，MBL參與機(jī)體對含有甘露聚糖的病原體的吞噬作用以及壞死細(xì)胞的清除，可以有效的通過細(xì)胞表面的TLR進(jìn)行信號傳導(dǎo)[5]。體外研究表明，從病原菌或非病原菌（植物源）提取的高度純化的甘露聚糖可以誘導(dǎo)機(jī)體先天性免疫反應(yīng)[6-10]。

因此，家禽飼料中存在的β-半乳甘露聚糖這種病原相關(guān)分子結(jié)構(gòu)(PAMP)可誘發(fā)免疫反應(yīng)(FIIR)。β-半乳甘露聚糖會被先天免疫系統(tǒng)識別，進(jìn)而產(chǎn)生一系列的生物學(xué)反應(yīng)，浪費(fèi)能量和營養(yǎng)物質(zhì)，導(dǎo)致生產(chǎn)效益下降[15-18]。

2 β-甘露聚糖酶阻止FIIR的機(jī)制和依據(jù)

β-半乳甘露聚糖是一種以β-（1-4）-甘露糖為主鏈的線性可溶性多糖，β-（1-6）半乳糖和/或葡萄糖連接于β-甘露聚糖的主鏈上。它們具有很高的黏性、水溶性、可以耐受大豆加工過程中的干燥/烘烤中的高溫。動(dòng)物體內(nèi)缺少分解半乳甘露聚糖的內(nèi)源酶。β-半乳甘露聚糖作為一種非淀粉多糖，廣泛存在于飼料原料中，主要包括豆粕、向日葵粕、棕櫚粕、椰子粕以及芝麻粕等。因?yàn)槎蛊稍谌蚱毡楸挥米饕环N主要的植物蛋白來源，所以β-半乳甘露聚糖存在于大部分飼料中[19]。

飼料中添加β-甘露聚糖酶水解PAMP-半乳甘露聚糖為小分子物質(zhì)后，甘露寡糖片段不能被模式識別受體(比如MRL)[20]所識別。因此，通過阻止飼料誘導(dǎo)型免疫反應(yīng)，β-甘露聚糖酶可以節(jié)約昂貴的能量，用于生長和生產(chǎn)，增進(jìn)群體整齊度，提高生產(chǎn)性能。

喬治亞大學(xué)進(jìn)行了肉雞飼料中半乳甘露聚糖和血清中α-酸性糖蛋白（AGP）含量關(guān)系的試驗(yàn)。在對0～2周齡的肉雞血清中AGP測定中，發(fā)現(xiàn)隨著飼料中半乳甘露聚糖含量的增加，血清中AGP含量也呈現(xiàn)線性的升高。在飼料中加入β-甘露聚糖酶后，AGP的含量下降(見圖1)[21]。由此說明β-甘露聚糖酶分解甘露聚糖為小分子物質(zhì)，阻止了腸道細(xì)胞對甘露聚糖的識別，避免了不必要的免疫應(yīng)激。

圖1 半乳甘露聚糖與血清AGP含量的關(guān)系

瓜爾膠含有大量的水溶性半乳甘露聚糖，常被用作半純化的甘露聚糖來源研究β-甘露聚糖酶對家禽生產(chǎn)性能的影響。俄克拉荷馬州立大學(xué)研究瓜爾膠以及添加β-甘露聚糖酶對肉雞代謝能以及凈能的試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，加酶組與不加酶組相比代謝能提高2.2%，差異不顯著，然而加酶組的增重凈能提高5.2%，與不加酶組相比差異顯著[22]。由此可見，飼料中β-甘露聚糖酶的影響體現(xiàn)在凈能而不是代謝能，它不同于普通的消化酶。這同時(shí)說明，β-甘露聚糖酶改變了能量的分配模式，使更多的能量用于生長和維持（凈能）。

研究報(bào)道，對7日齡的肉雞灌入堆型艾美耳球蟲卵及巨型艾美耳球蟲卵，分別在第11、12、13 d,每一天灌入產(chǎn)氣莢膜梭狀芽孢桿菌形成人工誘導(dǎo)的壞死性腸炎。添加β-甘露聚糖酶的顯著提高了感染組的日增重（14.2%），降低FRC（3.14%），并且顯著降低了壞死性腸炎導(dǎo)致的腸道損傷；與加入BMD的感染組相比，感染加酶組與其在日增重，F(xiàn)CR以及腸道損傷評分，方面差異不顯著[23]。由此可見，肉雞感染壞死性腸炎的情況下，加入β-甘露聚糖酶緩解了腸道的免疫應(yīng)激，改善了腸道健康，在一定程度上可以達(dá)到抗生素的功效。同時(shí)再次說明了β-甘露聚糖酶不同的作用機(jī)制。

β-甘露聚糖酶避免了多余的免疫反應(yīng)包括炎癥反應(yīng)，使腸道組織更健全，從而節(jié)省了用于免疫應(yīng)激的能量，改善了動(dòng)物的生產(chǎn)性能。在腸道健康出現(xiàn)問題的時(shí)候，日糧中使用β-甘露聚糖酶帶來的效應(yīng)遠(yuǎn)超腸道健康時(shí)。這里需要強(qiáng)調(diào)的是，β-甘露聚糖酶阻止飼料誘導(dǎo)型免疫反應(yīng)，只是降低了病原菌或者其它不良生產(chǎn)條件下甘露聚糖對家禽腸道和生產(chǎn)性能的影響，而不是具有治療作用的藥物。

綜上所述，飼料誘導(dǎo)型免疫應(yīng)激是客觀存在，而β-甘露聚糖是一個(gè)良好的研究飼料源性免疫應(yīng)激的模型。通過在飼料中添加β-甘露聚糖酶，可以限制甘露聚糖的負(fù)面作用，減少飼料誘導(dǎo)型免疫應(yīng)激，改善能量的利用，提高動(dòng)物的生產(chǎn)水平。

3 β-甘露聚糖酶對家禽生產(chǎn)的影響

表3 β-甘露聚糖酶對肉雞生產(chǎn)性能的影響

家禽免疫系統(tǒng)對能量和營養(yǎng)物質(zhì)使用具有優(yōu)先權(quán)，昂貴的能量被首先用于免疫系統(tǒng)的發(fā)育、維持以及動(dòng)員，正常情況下大約有2%～4%的攝入的代謝能用于免疫系統(tǒng)。倘若先天性免疫系統(tǒng)因?yàn)榉莻魅疽蜃佣粍?dòng)用就將耗費(fèi)大量的能量，遠(yuǎn)比動(dòng)用特異性的獲得性免疫的代價(jià)更高，而且，長期的慢性的免疫應(yīng)激將會造成組織器官的損傷[24]。

FIIR對家禽生產(chǎn)及其均勻度，尤其是對弱小動(dòng)物以及處于營養(yǎng)不良、熱應(yīng)激和疾病等狀態(tài)的動(dòng)物，是一個(gè)潛在威脅。在不良的生產(chǎn)環(huán)境下，特別是存在腸道完整性遭遇挑戰(zhàn)的情況下，半乳甘露聚糖作為一種偽病原，其誘導(dǎo)的先天性免疫反應(yīng)可能會加重弱小動(dòng)物的免疫應(yīng)激。

大量的研究表明，飼料中添加β-甘露聚糖酶可以改善肉雞和蛋雞的生產(chǎn)性能[11,14,25]。表3顯示，β-甘露聚糖酶改善肉雞的增重和料肉比。降低日糧能量濃度，補(bǔ)充β-甘露聚糖酶，可以使肉雞的生產(chǎn)性能達(dá)到高能量日糧組的水平。此外，這種做法還能減少腹脂比例，降低肉雞的死亡率。

飼料中添加225 mg/kg(降能42 kcal/kg)和400 mg/kg（降能77 kcal/kg）的β-甘露聚糖酶顯著提高了肉雞43日齡的日增重（分別為4.6%、8.7%），改善群體的變異系數(shù)1.4～2.7個(gè)點(diǎn)，雞群的整齊度得到改善，最終將會在屠宰上看到收益[25]。研究表明，采取這種降能的策略，加入β-甘露聚糖酶顯著提高肉雞的胸肉產(chǎn)量（8.3%）[13]。

使用β-甘露聚糖還可以拓展飼料原料的利用范圍，緩解豆粕價(jià)格因素的限制，充分使用當(dāng)?shù)亓畠r(jià)的飼料原料，降低成本。研究表明，β-甘露聚糖酶可以使肉雞飼料中瓜爾粕的添加量提高到8%左右[26-27]，鷹嘴豆的添加量提高10%以上[28]，全棗的使用量可以達(dá)到35%[29]，棕櫚粕提高到40%仍可以達(dá)到滿意的生產(chǎn)成績[30]。

4 結(jié)論

飼料中添加β-甘露聚糖酶可以分解半乳甘露聚糖為小分子，緩解飼料誘導(dǎo)型免疫應(yīng)激（FIIR）。當(dāng)家禽處于不良狀態(tài)，比如營養(yǎng)不良、疾病、熱應(yīng)激或者管理不善等情況時(shí)，在飼料中添加β-甘露聚糖酶可以避免動(dòng)物遭受因?yàn)轱暳现写嬖诘陌肴楦事毒厶嵌a(chǎn)生的免疫攻擊，從而節(jié)約能量和營養(yǎng)物質(zhì)，提高動(dòng)物生產(chǎn)性能。另外，使用β-甘露聚糖酶還可以擴(kuò)大非常規(guī)飼料原料的使用，提高配方原料使用的靈活度，節(jié)約配方成本。