營(yíng)養(yǎng)與免疫關(guān)系及其研究進(jìn)展

郭冬生

(湖南文理學(xué)院 生命與環(huán)境科學(xué)學(xué)院,湖南 常德,415000)

營(yíng)養(yǎng)與免疫的關(guān)系已經(jīng)突破了營(yíng)養(yǎng)缺乏、營(yíng)養(yǎng)過度和營(yíng)養(yǎng)失衡的范疇,現(xiàn)已證明,許多對(duì)動(dòng)物生長(zhǎng)發(fā)育和健康必需的營(yíng)養(yǎng)素對(duì)動(dòng)物免疫力有著重要的影響。從宏觀上講,營(yíng)養(yǎng)與免疫的關(guān)系是相互的,營(yíng)養(yǎng)是免疫的基礎(chǔ),同時(shí)動(dòng)物免疫力高低又改變動(dòng)物對(duì)營(yíng)養(yǎng)的需要量。隨著動(dòng)物營(yíng)養(yǎng)學(xué)的研究深入和動(dòng)物福利意識(shí)的增強(qiáng),營(yíng)養(yǎng)與免疫研究已成為動(dòng)物營(yíng)養(yǎng)學(xué)研究的重要內(nèi)容,形成了營(yíng)養(yǎng)免疫學(xué)交叉學(xué)科。營(yíng)養(yǎng)免疫是指通過飼料等輸入性營(yíng)養(yǎng),刺激并激活機(jī)體的免疫系統(tǒng)功能,其中影響動(dòng)物機(jī)體免疫力的營(yíng)養(yǎng)成分主要包括脂肪、蛋白質(zhì)、氨基酸、礦物質(zhì)和維生素等。

1 營(yíng)養(yǎng)與免疫關(guān)系

營(yíng)養(yǎng)(nutrition)是指機(jī)體消化吸收食物并利用食物中的有效成分(營(yíng)養(yǎng)素)來維持生命活動(dòng)、修補(bǔ)組織,實(shí)現(xiàn)生長(zhǎng)生產(chǎn)的全部過程,營(yíng)養(yǎng)的過程就是營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)在機(jī)體內(nèi)消化、吸收和代謝的過程。免疫(immune)是指機(jī)體通過免疫系統(tǒng)識(shí)別“自己”和“非己”成分,并通過機(jī)體免疫應(yīng)答排除抗原性異物,以維持機(jī)體生理平衡的功能。免疫可以分為先天性免疫和獲得性免疫2 種類型。免疫具有識(shí)別自身與非自身、特異性和免疫記憶3 項(xiàng)基本特性;免疫具有抗感染、維持自身穩(wěn)定和免疫監(jiān)視3 個(gè)基本功能。營(yíng)養(yǎng)與免疫關(guān)系主要體現(xiàn)在2 個(gè)方面,一是動(dòng)物營(yíng)養(yǎng)狀況是機(jī)體免疫系統(tǒng)和免疫功能的基礎(chǔ);二是動(dòng)物的免疫反應(yīng)和臨床疾病可以改變營(yíng)養(yǎng)代謝和營(yíng)養(yǎng)需要量。

2 機(jī)體的免疫系統(tǒng)

維持機(jī)體內(nèi)外環(huán)境平衡是動(dòng)物健康生長(zhǎng)和進(jìn)行生產(chǎn)活動(dòng)最基本的條件,動(dòng)物在長(zhǎng)期進(jìn)化過程中形成了特殊的免疫系統(tǒng),免疫系統(tǒng)是機(jī)體執(zhí)行免疫功能的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ),機(jī)體的免疫系統(tǒng)主要由免疫器官、免疫細(xì)胞和免疫活性物質(zhì)等組成。

機(jī)體抵御病原體的攻擊主要依靠3 道防線,分別為皮膚和黏膜;吞噬細(xì)胞和體液中的殺菌物質(zhì);免疫器官和免疫細(xì)胞。其中第1 和第2 道防線稱為非特性免疫(先天性免疫),第3 道防線稱為特異性免疫(獲得性免疫)。機(jī)體的免疫器官主要包括胸腺、淋巴結(jié)、骨髓、脾和扁桃體,是免疫細(xì)胞生成、成熟和集中分布的場(chǎng)所;免疫細(xì)胞是參與免疫應(yīng)答或與免疫應(yīng)答有關(guān)的細(xì)胞,主要包括吞噬細(xì)胞和淋巴細(xì)胞(T 淋巴細(xì)胞、B 淋巴細(xì)胞),分別通過效應(yīng)T 細(xì)胞和漿細(xì)胞參與細(xì)胞免疫和體液免疫;免疫分子包括細(xì)胞因子、抗體和溶菌酶等,對(duì)免疫應(yīng)答的發(fā)生、調(diào)節(jié)及效應(yīng)起重要作用,主要包括白細(xì)胞介素、干擾素、群落刺激因子和腫瘤壞死因子4 大類。

3 脂肪與免疫

當(dāng)機(jī)體受到外界抗原刺激時(shí),抗體和淋巴因子等免疫物質(zhì)的產(chǎn)生都有賴于脂肪的參與,尤其是多聚不飽和脂肪酸(PUFA)是細(xì)胞膜磷脂雙分子層的重要組成部分,決定細(xì)胞膜的流動(dòng)性和變形性。Calder等[1]研究發(fā)現(xiàn),飼喂高水平的多聚不飽和脂肪酸會(huì)降低動(dòng)物的免疫力。Kinsella 等[2]報(bào)道,哺乳動(dòng)物缺乏多聚不飽和脂肪酸會(huì)降低淋巴細(xì)胞增殖和IL-2的產(chǎn)生,同時(shí),日糧中必需脂肪酸(EFA)缺乏也會(huì)降低淋巴細(xì)胞的免疫功能,因?yàn)榱馨图?xì)胞的活性與功能與花生四烯酸的代謝密切相關(guān)。Willie 等[3]研究證實(shí),日糧中添加油脂促進(jìn)了B 細(xì)胞的增殖反應(yīng),但B 細(xì)胞抗體的產(chǎn)生卻不受日糧中脂質(zhì)的影響。機(jī)體免疫功能明顯受到日糧脂肪酸的飽和度和添加量的影響,適量的供給才能提高機(jī)體的免疫功能。

4 蛋白質(zhì)與免疫

蛋白質(zhì)是構(gòu)成動(dòng)物機(jī)體免疫系統(tǒng)正常發(fā)育及其機(jī)能健全的物質(zhì)基礎(chǔ),是免疫蛋白的主要成分,各種免疫細(xì)胞和抗體的生成都需要蛋白質(zhì)和氨基酸的參與。蛋白質(zhì)缺乏會(huì)降低免疫反應(yīng),這在許多試驗(yàn)中得到了驗(yàn)證。Glick 等[4]研究表明,飼料極度缺乏粗蛋白時(shí),小雞會(huì)降低對(duì)綿羊紅細(xì)胞(SRBC)的抗體反應(yīng)和抑制T 細(xì)胞免疫力;Pric 等[5]研究報(bào)道,飼喂缺乏蛋白質(zhì)日糧的雞,接種巴氏桿菌后其抗體生產(chǎn)減少;蛋白質(zhì)缺乏會(huì)抑制腸道表面IgA的合成,從而降低對(duì)傳染源的抵抗力。對(duì)犢牛和斷奶仔豬,以大豆蛋白為補(bǔ)充料時(shí),因大豆球蛋白和β-大豆球蛋白具有免疫抗原性,誘導(dǎo)腸道的過敏和損傷,造成吸收不良、腹瀉和生長(zhǎng)受阻。在斷奶仔豬的日糧中添加富含免疫球蛋白的血漿蛋白粉和乳清粉等功能性蛋白飼料,可以提高仔豬免疫力,降低大腸桿菌的易感性[6]。

5 氨基酸與免疫

蛋白質(zhì)是由氨基酸脫水縮合形成的大分子物質(zhì),氨基酸是蛋白質(zhì)的基本組成單位,因此,蛋白質(zhì)對(duì)免疫的影響實(shí)際上氨基酸對(duì)免疫功能的影響。Thacker[7]指出,蛋白質(zhì)消化率、氨基酸平衡對(duì)機(jī)體免疫機(jī)能的影響,是考慮蛋白質(zhì)和氨基酸營(yíng)養(yǎng)需要時(shí)的一個(gè)關(guān)鍵性因素。目前,關(guān)于氨基酸與免疫的研究主要集中在賴氨酸、蛋氨酸和蘇氨酸等幾種必需氨基酸。

關(guān)于賴氨酸(Lys)對(duì)免疫應(yīng)答的影響研究報(bào)道也不一致,Cook[8-9]研究報(bào)道,賴氨酸缺乏并不會(huì)降低動(dòng)物機(jī)體的免疫反應(yīng),飼料賴氨酸水平降低到需要量的30%時(shí),也未能抑制機(jī)體對(duì)綿羊紅細(xì)胞(SRBC)及多殺巴氏桿菌的抗體反應(yīng)。但也有部分試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)賴氨酸影響機(jī)體免疫力,Alemed[10]研究報(bào)道,在7%蛋白質(zhì)水平日糧中添加賴氨酸,可以提高大鼠破傷風(fēng)內(nèi)毒素免疫抗體水平。此外,在大鼠日糧中添加賴氨酸和蘇氨酸可使胸腺增重,皮膚對(duì)異源移植的排斥反應(yīng)增強(qiáng)。Kornegay 等[11]試驗(yàn)發(fā)現(xiàn),斷奶仔豬日糧中添加賴氨酸可以提高體液免疫反應(yīng)。

蛋氨酸(Met)對(duì)動(dòng)物機(jī)體的免疫功能有較大影響,Biear[5,10]報(bào)道,蛋氨酸缺乏使大鼠生長(zhǎng)發(fā)育受阻,胸腺和脾臟萎縮;Tsiagbe 等[12]試驗(yàn)發(fā)現(xiàn),雛雞日糧蛋氨酸缺乏時(shí),雛雞對(duì)綿羊紅細(xì)胞(SRBC)的抗體反應(yīng)和對(duì)植物血凝素(PHA)的遲發(fā)型過敏反應(yīng)降低。

蘇氨酸(Thr)與免疫關(guān)系也很重要,試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn),蘇氨酸是IgG的第一限制性氨基酸,當(dāng)其缺乏時(shí),會(huì)導(dǎo)致免疫球蛋白水平降低,抑制T 和B 細(xì)胞產(chǎn)生;Bhargava 等[13-14]等試驗(yàn)發(fā)現(xiàn),蘇氨酸是IgG的第一限制性氨基酸,當(dāng)其缺乏時(shí),導(dǎo)致免疫球蛋白水平降低,抑制T 和B 細(xì)胞產(chǎn)生,用缺乏蘇氨酸日糧的飼料喂小雞,后將蘇氨酸的含量提高到0.7%,發(fā)現(xiàn)小雞對(duì)新城域病毒抗體滴度直線上升,且獲得最大生長(zhǎng)速度。

谷氨酰胺(Gln)是組織和血液中含量最豐富的游離氨基酸,是腸道上皮細(xì)胞和淋巴細(xì)胞的主要能量來源,可以促進(jìn)淋巴細(xì)胞增殖和修復(fù)受損的腸道粘膜,對(duì)維持腸道屏障功能,保護(hù)腸道不受細(xì)菌侵害具有重要作用。精氨酸(Arg)對(duì)免疫器官的發(fā)育具有重要作用,能夠促進(jìn)胸腺的增大和T 淋巴細(xì)胞的生成。纈氨酸(Val)是免疫球蛋白中含量最高的氨基酸,對(duì)免疫功能也具有重要作用。

6 微量元素與免疫

微量元素是動(dòng)物重要的營(yíng)養(yǎng)成分,對(duì)于促進(jìn)動(dòng)物的正常生長(zhǎng)發(fā)育,維持動(dòng)物的健康,減少疾病發(fā)生具有重要作用。與動(dòng)物健康和免疫功能密切相關(guān)的微量元素主要包括銅、鐵、鋅、錳和硒等元素。

銅是血漿銅藍(lán)蛋白和銅鋅超氧化物歧化酶的必需微量成分,其次銅還是凝血因子Ⅴ和金屬硫蛋白的組成成分,銅缺乏時(shí),動(dòng)物免疫功能受損,主要表現(xiàn)為胸腺萎縮、抗體合成受損和抗體效價(jià)降低等。用鼠傷寒桿菌進(jìn)行感染試驗(yàn),結(jié)果發(fā)現(xiàn)銅缺乏的大白鼠死亡率高,且致死時(shí)間短,原因是銅缺乏時(shí)細(xì)胞免疫和體液免疫功能均降低。

鐵是動(dòng)物機(jī)體最必需的微量元素之一,是血紅蛋白、細(xì)胞色素酶及氧化酶體系的重要組成成分,為機(jī)體內(nèi)各種酶所必需,鐵缺乏或過量會(huì)明顯影響到機(jī)體的免疫功能。人體缺鐵時(shí)最明顯的是會(huì)出現(xiàn)貧血,從而使白細(xì)胞減少和殺菌能力降低,抑制抗體產(chǎn)生,干擾溶菌酶的活性,降低對(duì)感染的應(yīng)答效能。鐵的不平衡,無論過高或過低,都會(huì)增加動(dòng)物對(duì)細(xì)菌性及寄生性傳染病的易感性。缺鐵動(dòng)物的胸腺發(fā)育受阻和淋巴細(xì)胞轉(zhuǎn)化受抑制,肉雞表現(xiàn)為法氏囊,胸腺和脾臟重量顯著減輕。Parsons 等[15]報(bào)道,缺鐵仔豬易患傳染性胃炎,肌肉注射鐵制劑后可以預(yù)防。雖然鐵是機(jī)體免疫機(jī)能所必須,但過量的鐵也會(huì)對(duì)細(xì)胞的免疫功能具有一定的阻礙作用。

就微量元素而言,鋅對(duì)動(dòng)物免疫作用最為重要,也是目前研究較活躍的領(lǐng)域。有資料報(bào)道,缺鋅影響胸腺和法氏囊發(fā)育。Primentel 等用低鋅日糧(8 mg/kg)飼喂雛雞,在第5 周時(shí)胸腺和法氏囊明顯小于對(duì)照組雛雞[16],其原因可能是鋅是胸腺嘧啶核苷酸激酶和DNA 多聚酶的一種重要輔助因子。鋅具有促進(jìn)人體外周血單核細(xì)胞產(chǎn)生TNF的作用,白細(xì)胞減少是缺鋅的特征,也是淋巴細(xì)胞減少的重要原因,鋅還能促進(jìn)IFN、IL-1 和IL-2的生成。鋅是過氧化物歧化酶(SOD)和谷胱甘肽過氧化物酶(GSH-PX)的激活劑,因此,鋅是維持生物膜正常結(jié)構(gòu)和功能所必需的。Graham 等[17]報(bào)道,奶牛日糧中添加蛋氨酸鋅可顯著降低牛奶中體細(xì)胞數(shù)(SCC)和乳腺炎的發(fā)生率。在多種疾病康復(fù)過程中,鋅能夠縮短病程和減輕癥狀,明顯提高機(jī)體免疫功能。鋅缺乏和過量都會(huì)導(dǎo)致免疫缺陷,免疫應(yīng)答中也總是伴隨著體內(nèi)鋅水平的改變[18]

錳超氧化物歧化酶(Mn-SOD)是動(dòng)物體內(nèi)重要的超氧化物歧化酶,能夠催化超氧自由基發(fā)生歧化反應(yīng),具有清除超氧陰離子的作用,維持DNA、蛋白質(zhì)和細(xì)胞膜的完整性,使機(jī)體免疫器官處于良好的狀態(tài)。硒被稱為畜禽的免疫促進(jìn)劑,因硒和維生素E 對(duì)免疫有協(xié)同作用,經(jīng)常同時(shí)添加使用。硒是谷胱甘肽過氧化物酶(GSH-PX)的組成成分,能夠催化還原型谷胱甘肽變成氧化型谷胱甘肽,使有毒的過氧化物還原成無害的羥基化物,使H2O2分解而保護(hù)細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)和功能不受損害。在犢牛和羔羊的日糧中添加硒0.2 mg/kg,并接種牛傳染性支氣管炎病毒和副流感病毒疫苗后,血清IgM的濃度和抗體滴度顯著提高[19]。給繁殖機(jī)能較低的奶牛補(bǔ)充硒,可使子宮炎發(fā)病率下降,并有預(yù)防胎衣不下(RFM)的作用。schwarz 和Foltz[20]發(fā)現(xiàn)硒可以預(yù)防小鼠肝壞死和雞滲出性素質(zhì)(excudative diathesis);補(bǔ)硒可以預(yù)防和治療羔羊白肌病;研究還表明,硒能夠提高T 細(xì)胞數(shù)量,降低血清中皮質(zhì)醇(一種免疫抑制劑)的含量。

7 維生素與免疫

維生素在機(jī)體內(nèi)含量很少,既不是機(jī)體的結(jié)構(gòu)成分,也不為機(jī)體提供能量,但對(duì)動(dòng)物機(jī)體的新陳代謝和維持動(dòng)物健康具有重要作用。維生素A的化學(xué)名叫視黃醇,是脂溶性的醇類物質(zhì),包括維生素A醇(只存在于動(dòng)物性食物中)和β-胡蘿卜素兩種形式,β-胡蘿卜素能夠轉(zhuǎn)化形成視黃酸和視黃醛等衍生物,維生素A 是維持機(jī)體正常免疫功能的重要營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。視黃醇主要通過B 淋巴細(xì)胞介導(dǎo)來增加免疫球蛋白合成,視黃酸主要通過T 淋巴細(xì)胞介導(dǎo)或產(chǎn)生淋巴因子促進(jìn)球蛋白合成,從而增強(qiáng)機(jī)體免疫功能;β-胡蘿卜素能夠保護(hù)細(xì)胞膜免遭氧化破壞,還能促進(jìn)T 淋巴細(xì)胞的增殖,增加NK 細(xì)胞上的IL-2 受體。雞缺乏維生素A 時(shí),機(jī)體內(nèi)抗體反應(yīng)減弱,淋巴細(xì)胞衰竭,胸腺和法氏囊重量減輕;母豬缺乏維生素A時(shí),其產(chǎn)仔數(shù)和仔豬成活率降低;chew 等[21]研究發(fā)現(xiàn),血漿中β-胡蘿卜素和維生素A 高的奶牛,乳房炎感染率較低。

維生素E 又名生育酚,屬脂溶性維生素,其中以α-生育酚活性最高,維生素E 是細(xì)胞膜上最有效的脂溶性抗氧化劑,可以通過清除細(xì)胞代謝所產(chǎn)生的過氧化物保護(hù)細(xì)胞膜的完整性;其次,維生素E 通過防止花生四烯酸的過氧化作用,影響前列腺素(PGE)的合成,而PGE 是一種免疫抑制劑。Gebremichael等[22]認(rèn)為,維生素E 可促進(jìn)巨噬細(xì)胞增殖,增加抗體的合成。維生素E 可促進(jìn)T 淋巴細(xì)胞增殖,降低血清中皮質(zhì)醇的含量,而皮質(zhì)醇是人們熟知的免疫抑制劑。Smith 等[23]報(bào)道,干乳期奶牛日糧中添加740 IU 維生素E,在下一個(gè)泌乳期乳房炎和乳腺內(nèi)感染的發(fā)生率分別下降37%和42%;Reddy 等(1987)[24]報(bào)道,補(bǔ)充維生素E 可以提高T 細(xì)胞和B 細(xì)胞的分裂速度,降低乳房炎的發(fā)生率。

維生素C可以防治壞血病,因而又叫抗壞血酸或稱“抗壞血病維生素”,維生素C能夠增加免疫球蛋白的含量、具有抗感染和抗應(yīng)激功能。維生素C 和維生素E 能夠清除機(jī)體內(nèi)的自由基,提高其抗氧化能力和淋巴細(xì)胞的殺滅病毒的能力。B 族維生素主要包括維生素B1、維生素B2、維生素B6、維生素B12、煙酸、葉酸、泛酸和生物素,是多種酶的輔酶或輔基,參與重要代謝和免疫。