海藻多糖的免疫調(diào)節(jié)作用及其在畜禽生產(chǎn)中的應(yīng)用

■游金明 郭曉波 王自蕊 鄒田德 楊 晉

（江西農(nóng)業(yè)大學(xué)江西省動(dòng)物營(yíng)養(yǎng)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室江西省營(yíng)養(yǎng)飼料開(kāi)發(fā)工程中心，江西南昌 330045）

抗生素作為飼料添加劑使用在畜牧業(yè)上已有50 多年歷史，其對(duì)畜牧業(yè)的發(fā)展和進(jìn)步發(fā)揮了極大的促進(jìn)作用。但是，隨著抗生素的超量添加和長(zhǎng)期使用，帶來(lái)的畜禽免疫力降低、耐藥性增強(qiáng)、畜產(chǎn)品藥物殘留等弊端也日益突出。這些問(wèn)題不但影響到畜牧業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，同時(shí)也威脅著人類的健康[1-2]。歐盟于2006年出臺(tái)禁止在以促生長(zhǎng)為目的在畜禽飼料中添加抗生素的法規(guī)。我國(guó)農(nóng)業(yè)部也于2015年發(fā)布規(guī)定，宣布停止在食品動(dòng)物中使用洛美沙星、培氟沙星、氧氟沙星和諾氟沙星等4種抗生素添加劑作為畜禽促生長(zhǎng)劑。2017年則將限制使用對(duì)象增加了硫酸黏桿菌素。由此可見(jiàn)，隨著畜牧業(yè)的發(fā)展和人民生活質(zhì)量的不斷上升，無(wú)抗飼料的研發(fā)和使用將會(huì)是未來(lái)畜牧業(yè)發(fā)展的必然趨勢(shì)[3]。

近年來(lái)，海洋生物的一些活性功能不斷被證實(shí)，越來(lái)越多的研究人員開(kāi)始把目光投向海洋生物[4-5]。多糖是海藻藻體的主要組成成分，具有多種活性功能，是海洋藥物開(kāi)發(fā)和研究的熱點(diǎn)之一。據(jù)目前一些研究報(bào)道，海藻多糖在畜牧生產(chǎn)中對(duì)畜禽的生產(chǎn)性能、腸道健康、免疫力等方面都具有促進(jìn)作用[6-9]。但是，目前對(duì)海藻多糖在畜禽生產(chǎn)中的應(yīng)用及其作用機(jī)理還處于探索階段。本文就海藻多糖的免疫調(diào)節(jié)及其在畜禽生產(chǎn)中的應(yīng)用情況進(jìn)行綜述。

1 海藻與海藻多糖

海藻是海洋生物資源的重要組成部分，是一種無(wú)根、莖、葉分化，含光合色素的自養(yǎng)植物，全世界的藻類約有3萬(wàn)多種。我國(guó)是世界上主要的海藻主產(chǎn)國(guó)之一，擁有豐富的海藻資源，產(chǎn)量占據(jù)世界海藻市場(chǎng)的50%以上[10]。多糖是海藻中含量最為豐富的物質(zhì)，同時(shí)也是其重要的組成成分，而海藻酸鈉是其中最主要的多糖。海藻多糖是海藻中碳水化合物的總稱，其種類繁多，來(lái)源廣泛，是一種多組分化合物。海藻多糖的藥用功能十分廣泛，其在免疫調(diào)節(jié)、抗病毒、抗腫瘤、抗氧化等方面均具有顯著的效果[11]。

2 海藻多糖對(duì)畜禽免疫系統(tǒng)的調(diào)節(jié)作用

2.1 海藻多糖對(duì)免疫器官的調(diào)節(jié)作用

免疫器官作為產(chǎn)生和貯藏免疫細(xì)胞的主要場(chǎng)所，它的發(fā)育會(huì)直接影響機(jī)體的免疫狀態(tài)。有研究指出，向小鼠灌服300 mg/kg的海藻多糖，可以顯著提高小鼠的脾臟指數(shù)，說(shuō)明海藻多糖對(duì)小鼠脾臟具有調(diào)節(jié)作用[12]。在肉雞試驗(yàn)中，通過(guò)飲水方式每天補(bǔ)充20 mg/kg的海藻多糖，可提高21～42 d肉雞免疫器官的免疫系數(shù)，尤其是脾臟免疫系數(shù)最為顯著[13]。脾臟是B淋巴細(xì)胞的主要儲(chǔ)存器官，如果脾臟免疫系數(shù)升高，則說(shuō)明其對(duì)B淋巴細(xì)胞增殖具有促進(jìn)作用，后來(lái)的研究已經(jīng)證實(shí)海藻多糖具備促進(jìn)淋巴細(xì)胞增殖的功能[14-15]。

2.2 海藻多糖對(duì)免疫細(xì)胞的調(diào)節(jié)作用

作為信號(hào)分子，多糖廣泛參與了多種生理活動(dòng)，如細(xì)胞間的受體與配體的識(shí)別、細(xì)胞間信號(hào)分子的傳導(dǎo)等，同時(shí)還對(duì)細(xì)胞的增殖、分化及凋亡等一系列生理活動(dòng)具有調(diào)節(jié)作用[16]。

2.2.1 海藻多糖對(duì)巨噬細(xì)胞的調(diào)節(jié)作用

多糖可以通過(guò)刺激巨噬細(xì)胞分泌免疫因子來(lái)改變宿主的免疫反應(yīng)[17]。巨噬細(xì)胞是先天免疫的核心細(xì)胞，它可以對(duì)細(xì)胞進(jìn)行固定和游離后對(duì)細(xì)胞殘片和病原體進(jìn)行吞噬，同時(shí)激活淋巴細(xì)胞或其他免疫細(xì)胞，使其對(duì)病原體作出應(yīng)答。多糖在吞噬作用、抗原呈遞、細(xì)胞因子分泌和NO生成中的重要作用近來(lái)被廣泛關(guān)注[18]。有學(xué)者指出，從海藻中提取的硫酸多糖可以刺激巨噬細(xì)胞增殖、PGE2和NO分泌，進(jìn)而調(diào)節(jié)機(jī)體的免疫性能[19]。

2.2.2 海藻多糖對(duì)淋巴細(xì)胞的調(diào)節(jié)作用

研究報(bào)道，馬尾藻多糖可以促進(jìn)豬和雞脾臟淋巴細(xì)胞增殖，并且通過(guò)調(diào)節(jié)細(xì)胞的NO、IFN-γ水平，提高免疫細(xì)胞的抗氧化能力和活性[20-22]；螺旋藻多糖可以促進(jìn)小鼠淋巴細(xì)胞的增殖并通過(guò)誘導(dǎo)IFN-γ的表達(dá)發(fā)揮免疫調(diào)節(jié)作用[15，23]。Jin等[14]在研究中發(fā)現(xiàn)，向小鼠腹腔注射10 mg/kg的海藻多糖后，小鼠體內(nèi)成熟CD細(xì)胞增多，從而提高小鼠機(jī)體的免疫力。另有研究指出，海藻多糖可以通過(guò)EGFR、IGFR和TLRs受體，AKT、NF-κB和 MAPKs信號(hào)通道來(lái)調(diào)節(jié)腸上皮細(xì)胞和淋巴細(xì)胞的增殖和分化[24]。

2.2.3 海藻多糖對(duì)紅細(xì)胞的調(diào)節(jié)作用

紅細(xì)胞可以表達(dá)多種免疫分子，在機(jī)體的免疫調(diào)節(jié)中發(fā)揮著重要作用。楊運(yùn)高等[25]采用紅細(xì)胞免疫功能缺陷型模型，向大鼠腹腔注射200 mg/kg的海藻多糖后發(fā)現(xiàn)，海藻多糖對(duì)大鼠的紅細(xì)胞免疫和自由基損傷有明顯的改善作用。后來(lái)的研究還發(fā)現(xiàn)，當(dāng)組織受到損害時(shí)，海藻多糖還可促進(jìn)血小板的活化和黏附，參與凝血過(guò)程[26]。

2.2.4 海藻多糖對(duì)其它細(xì)胞的調(diào)節(jié)作用

有研究指出，褐藻多糖硫酸酯可以有效的抑制人肺腺癌細(xì)胞A549的增殖、黏附與遷移，這種抑制作用主要是通過(guò)誘導(dǎo)TLR4調(diào)節(jié)肺癌細(xì)胞中的ROS和下游的PERK-ATF4-CHOP信號(hào)通道進(jìn)而導(dǎo)致癌細(xì)胞凋亡來(lái)實(shí)現(xiàn)的[27]。同時(shí)有研究發(fā)現(xiàn)，褐藻多糖硫酸酯還可以通過(guò)調(diào)節(jié)膽堿能系統(tǒng)，減少氧化應(yīng)激，保護(hù)神經(jīng)PC12細(xì)胞凋亡和改善AD模型小鼠的學(xué)習(xí)記憶障礙[28]。

3 海藻多糖在畜禽生產(chǎn)中的應(yīng)用

3.1 改善畜禽的生產(chǎn)性能

海藻多糖作為一種天然綠色的植物性飼料添加劑，對(duì)動(dòng)物具有一定的促生長(zhǎng)作用，并降低料重比和提高飼糧消化率。研究發(fā)現(xiàn)，在哺乳母豬的飼糧中添加海藻多糖，其21 d斷奶仔豬的平均日增重和料重比均得到顯著改善[8]。O’Doherty等和Mcdonnell等用海藻多糖替代部分乳糖，在低乳糖組和高乳糖組中分別添加0、2.8 g/kg的海藻多糖，結(jié)果表明，添加海藻多糖組仔豬的平均日增重、氮和總能的表觀消化率均顯著高于對(duì)照組，料肉比顯著低于對(duì)照組[29-30]。有人在肉雞試驗(yàn)中獲得了類似的試驗(yàn)結(jié)果，即在肉雞的飼糧添加1.5%的海藻多糖，肉雞6周齡出欄屠宰后的平均體重、屠宰率以及胸腿肌率與對(duì)照組相比顯著提高，料肉比顯著下降[6]。此外，海藻多糖對(duì)仔豬的腹瀉也有一定的抑制作用。Heim等[31]在母豬哺乳期日糧中添加海藻多糖后，結(jié)果表明仔豬的腹瀉率顯著降低。

海藻多糖提高畜禽生長(zhǎng)性能的作用機(jī)理尚不清楚，目前有兩種推測(cè)。一是通過(guò)調(diào)節(jié)腸道的菌群結(jié)構(gòu)發(fā)揮作用。海藻多糖可借助生物頡頏作用抑制病原菌的黏附和定植，使大腸桿菌的數(shù)量減少，從而降低畜禽的腹瀉率[32-33]。海藻多糖同時(shí)也可提高乳酸菌的數(shù)量，而乳酸菌分泌產(chǎn)生的糖苷酶可以進(jìn)一步促進(jìn)飼料的消化吸收和利用[34]。二是通過(guò)改善腸道形態(tài)結(jié)構(gòu)發(fā)揮作用。研究表明，飼糧中添加海藻多糖對(duì)仔豬小腸的絨毛高度提高具有促進(jìn)作用[7，32]，而小腸是畜禽消化和吸收養(yǎng)分的主要場(chǎng)所，小腸絨毛高度的增加，將使小腸對(duì)飼料養(yǎng)分的吸收面積和吸收效率得到有效提高。

3.2 調(diào)節(jié)腸道菌群結(jié)構(gòu)

腸道是機(jī)體與外界接觸最為密切的組織之一。腸道的菌群和腸道的黏膜共同構(gòu)成一道保護(hù)屏障，阻止細(xì)菌和病毒的侵入。有研究指出，豬飼糧結(jié)構(gòu)的變化可以影響其腸道微生物菌群結(jié)構(gòu)定植[35]。飼糧中補(bǔ)充海藻多糖可以顯著提高糞便中益生菌的數(shù)量，同時(shí)也減少了有害菌的數(shù)量[30]。在妊娠107 d到仔豬26 d斷奶的母豬飼糧中添加海藻多糖，可以顯著降低斷奶仔豬結(jié)腸中大腸桿菌的數(shù)量[8]。多糖引起致病菌的減少可能是由于其具有抑制某些種類細(xì)菌的能力，并減少致病菌在腸道黏膜上的黏附和定植[36-38]，也可能是因乳酸菌比例的提高，降低了腸道的pH值，那些對(duì)腸道敏感的細(xì)菌（如大腸桿菌、沙門(mén)氏菌）的生長(zhǎng)隨即受到限制，降低了有害菌的比例[39]。

3.3 對(duì)免疫的調(diào)節(jié)作用

3.3.1 對(duì)免疫球蛋白的調(diào)節(jié)作用

海藻多糖可以提高仔豬的體液免疫[32-40]。Leon?ard等[7-8]在妊娠107 d到26 d斷奶的母豬飼糧中添加海藻多糖，發(fā)現(xiàn)泌乳母豬初乳中的IgA、IgG含量得到了顯著提高。而新生仔豬血液中的IgG同母乳中的IgG是呈正相關(guān)的[41]。初乳中含有豐富的免疫球蛋白，可以使新生仔豬獲得被動(dòng)免疫，提高抵抗力。初乳中所有IgG都是來(lái)自于血清[42-43]。因此，當(dāng)哺乳母豬初乳中免疫球蛋白含量增加，將在很大程度上避免因新生仔豬免疫力低下和病原體侵入等造成的仔豬死亡，從而減少經(jīng)濟(jì)損失[44]。

3.3.2 對(duì)免疫器官和白細(xì)胞的調(diào)節(jié)作用

王燁等[13]在1日齡肉雜雞的飲水中添加20 mg/l的海藻多糖發(fā)現(xiàn)，海藻多糖組在21 d和42 d中都能顯著提高免疫系數(shù)和白細(xì)胞數(shù)量。Leonard等[8]在哺乳母豬飼糧中添加海藻多糖同樣發(fā)現(xiàn)血液中的白細(xì)胞數(shù)量顯著升高，白細(xì)胞作為機(jī)體血液中免疫細(xì)胞，其在免疫過(guò)程發(fā)揮著十分重要的作用，主要通過(guò)吞噬異物和產(chǎn)生抗體，抵抗病原體侵入等途徑來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)體的保護(hù)作用。

3.3.3 對(duì)免疫因子的調(diào)節(jié)作用

大量研究表明，海藻多糖可以改善機(jī)體的免疫性能，通過(guò)刺激機(jī)體免疫細(xì)胞分泌細(xì)胞因子。免疫因子是由免疫細(xì)胞和非免疫細(xì)胞分泌的一種生物活性物質(zhì)，是細(xì)胞間的信號(hào)傳遞分子，同時(shí)也參與機(jī)體的免疫應(yīng)答。在哺乳母豬飼糧中添加海藻多糖，發(fā)現(xiàn)可以下調(diào)其后代斷奶仔豬IL-1、IL-6基因的表達(dá)[9，32]。IL-6是由機(jī)體的免疫細(xì)胞分泌產(chǎn)生，在炎癥狀態(tài)下都會(huì)上調(diào)[45]，IL-6是大腸桿菌引起腹瀉的經(jīng)典細(xì)胞因子[41]。研究發(fā)現(xiàn)，用海藻多糖治療LPS刺激后的斷奶仔豬，可以顯著的緩解由LPS刺激引起的TNF-α的大量的表達(dá)[7]。

3.4 對(duì)黏蛋白的刺激作用

腸道黏膜上皮中的杯狀細(xì)胞可以向腸腔內(nèi)分泌黏蛋白以潤(rùn)滑和保護(hù)腸道，構(gòu)成腸道上皮表面的黏液系統(tǒng)。腸腔中的黏液層分為兩層，內(nèi)外黏液層相互配合既可以為微生物提供適宜的共生環(huán)境，同時(shí)又通過(guò)內(nèi)黏液層的緊密超微結(jié)構(gòu)阻止病原微生物的侵入，降低發(fā)病率[39，46]。Simth 等[47]研究發(fā)現(xiàn)，在仔豬飼糧中添加600 mg/kg的海藻多糖可以顯著提高結(jié)腸中MUC2和MUC4的表達(dá)量。Simth等認(rèn)為，日糧中的纖維、蛋白質(zhì)和抗?fàn)I養(yǎng)因子等因素均可影響?zhàn)さ鞍椎姆置诤徒M成。海藻多糖作為一種可溶性的日糧纖維，是刺激腸道分泌黏蛋白的重要因素。當(dāng)然，這還可能是因?yàn)槟c道中菌群結(jié)構(gòu)的變化，刺激了杯狀細(xì)胞分泌黏蛋白，進(jìn)而引起黏蛋白表達(dá)量增高。

4 小結(jié)

抗生素在畜牧業(yè)生產(chǎn)中的超量使用帶來(lái)細(xì)菌耐藥性、畜產(chǎn)品藥物殘留及畜禽免疫抑制等負(fù)面影響已引起人們的廣泛關(guān)注。海藻多糖可以調(diào)控機(jī)體免疫應(yīng)答反應(yīng)，以增強(qiáng)機(jī)體免疫力和體抗病力。同時(shí)，還可以通過(guò)改善畜禽的腸道形態(tài)和菌群結(jié)構(gòu)等方式來(lái)提高畜禽的生長(zhǎng)性能，減少腹瀉率。雖然其作用機(jī)制和適宜添加量還尚未明確，但是隨著研究的不斷深入，海藻多糖在畜牧業(yè)中作為綠色飼料添加劑替代或部分替代抗生素具有一定的可行性和廣闊的應(yīng)用前景。