大豆抗原蛋白的致敏作用及其緩解方法研究進(jìn)展

周 楊，鄭樹貴

(沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)動物科學(xué)與醫(yī)學(xué)學(xué)院，遼寧 沈陽 110866)

1 前言

在養(yǎng)豬生產(chǎn)中，大豆作為主要的植物性蛋白質(zhì)來源，具有蛋白質(zhì)含量高和氨基酸平衡等特點，相比較于動物性蛋白質(zhì)飼料原料，價格相對實惠，因此，大豆在飼料原料中一直占據(jù)著重要地位。同時，大豆中含有多種抗?fàn)I養(yǎng)因子，例如大豆抗原蛋白、脲酶、植酸等，能夠?qū)嗄套胸i生長性能和腸道健康產(chǎn)生不良影響。早期，大豆被聯(lián)合國列為八大致敏食物之一，而大豆抗原蛋白是引發(fā)過敏反應(yīng)的主要物質(zhì)。由大豆抗原蛋白誘發(fā)的仔豬斷奶綜合征，也成為世界范圍內(nèi)的公共問題[1]。因此探究大豆抗原蛋白的致敏機(jī)理并去除其免疫原性是提高養(yǎng)殖效益的重要途徑。本文對大豆抗原蛋白致敏和抗?fàn)I養(yǎng)作用以及如何緩解大豆蛋白對仔豬的不良影響進(jìn)行了系統(tǒng)地總結(jié)，以期為大豆及其制品科學(xué)應(yīng)用提供理論依據(jù)。

2 大豆抗原蛋白簡介

大豆抗原蛋白是大豆中具有免疫活性的一類大分子蛋白質(zhì)。因其遇熱不易被破壞，也是大豆抗?fàn)I養(yǎng)因子中具有熱穩(wěn)定性的一類物質(zhì)。根據(jù)離心沉降系數(shù)值可將大豆抗原蛋白分為四類分別是2S、7S、11S 和15S[2，3]。它們分別占大豆球蛋白的20%、30%、40%、10% 左右，其中大豆球蛋白(11S) 和β -伴大豆球蛋白(7S) 是抗原活性相對較強(qiáng)的蛋白質(zhì)[4]。相關(guān)研究表明，大豆球蛋白(11S) 和β -伴大豆球蛋白(7S) 是大豆制品中誘發(fā)免疫反應(yīng)的主要成分，并且相比較11S，7S 的免疫活性更強(qiáng)[5]。

2.1 大豆球蛋白

大豆球蛋白是11S 球蛋白，也是大豆中主要的儲藏蛋白，分子量為300 ～380kDa，由六個亞基組成，每個亞基由酸性肽鏈和堿性肽鏈通過二硫鍵連接起來[6]，大豆球蛋白之所以會引起免疫反應(yīng)主要是因為其組成成分具有抗原性。其中酸性多肽是引起過敏反應(yīng)主要原因。

2.2 β-伴大豆球蛋白

β-伴大豆球蛋白是一類復(fù)合糖蛋白質(zhì)，由α 亞基、α′亞基以及β 亞基組成[7]，3 個亞基通過非共價鍵的形式組成三聚體蛋白[8]。在Maruyama 等[9]的研究中分析了β-伴大豆球蛋白的結(jié)構(gòu)，其含有5%的α -螺旋、35%的β-折疊和60%的不規(guī)則結(jié)構(gòu)[10]，β-伴大豆球蛋白的抗消化性及熱穩(wěn)定性與其三聚體的結(jié)構(gòu)有關(guān)。研究表明β-伴大豆球蛋白更易引發(fā)過敏反應(yīng)[11，12]3 個亞基都具有免疫原性，但是β-伴大豆球蛋白致敏原是α 亞基[5]。

3 大豆抗原蛋白對斷奶仔豬的致敏機(jī)制

大豆抗原蛋白能夠引起斷奶仔豬發(fā)生過敏反應(yīng)，這是因為當(dāng)大豆蛋白進(jìn)入小腸后，大部分蛋白在蛋白酶的作用下，被分解成氨基酸和小肽，而大豆抗原具有抗消化性，這部分未被消化的大分子抗原蛋白穿過消化道上皮后隨著血液循環(huán)系統(tǒng)進(jìn)入淋巴組織，促進(jìn)B 細(xì)胞產(chǎn)生特異性抗體(特異性IgE)，肥大細(xì)胞與IgE 結(jié)合致敏肥大細(xì)胞脫顆粒釋放組胺，進(jìn)而導(dǎo)致仔豬發(fā)生腹瀉、生長性能下降等不良反應(yīng)。

4 大豆抗原蛋白對仔豬的抗?fàn)I養(yǎng)作用

4.1 大豆抗原蛋白對仔豬生長性能的影響

許多研究表明，大豆抗原蛋白對仔豬生長性能具有不良作用，能夠引起仔豬發(fā)生腹瀉以及降低日增重，增加料重比。SUN 等[13]在對大豆球蛋白致敏仔豬模型的研究中發(fā)現(xiàn)，大豆球蛋白刺激了過敏仔豬的局部和全身免疫反應(yīng)，對仔豬生產(chǎn)性能有負(fù)面影響。并且過敏反應(yīng)的嚴(yán)重程度與大豆球蛋白劑量成正比。劉欣等[14]在研究中發(fā)現(xiàn)，大豆球蛋白和β-伴大豆球蛋白通過誘導(dǎo)仔豬發(fā)生過敏反應(yīng)，造成仔豬發(fā)生腹瀉，進(jìn)而使仔豬生長發(fā)育遲緩，甚至停滯。

4.2 大豆抗原蛋白對仔豬腸道屏障功能的影響

在腸道屏障功能方面，大豆抗原蛋白能夠破壞仔豬的腸道功能[15]，通過使小腸絨毛萎縮加強(qiáng)隱窩深度從而降低生長性能。有研究表明，飼喂了大豆抗原蛋白的仔豬在血清中檢測到高濃度的二胺氧化酶(DAO)[16]，而DAO是反應(yīng)腸道損傷程度的指標(biāo)之一。

腸上皮細(xì)胞通過緊密連接的方式形成防御屏障預(yù)防外來物種的入侵，緊密連接蛋白對于仔豬腸道黏膜屏障和腸壁通透性具有重要作用。在李寶等[17]的研究中表明7S 和11S 均能使仔豬各腸段Claudin-1 基因的表達(dá)量顯著降低，造成仔豬腸黏膜損傷，并且對仔豬的損傷程度7S 高于11S[18]。

這與Tsuji 等[19]在研究中得到的結(jié)果相似，當(dāng)動物采食富含大豆的飼糧后，大豆抗原蛋白誘發(fā)的免疫反應(yīng)抑制了腸道上皮細(xì)胞之間的緊密連接蛋白基因的表達(dá)，并且隨著大豆抗原蛋白劑量的增加，腸黏膜細(xì)胞的防御功能受損越嚴(yán)重。

4.3 大豆抗原蛋白對仔豬免疫因子水平的影響

在Sun 等[13]的研究中，探討了大豆球蛋白與過敏反應(yīng)嚴(yán)重程度的關(guān)系，該試驗以早期斷奶仔豬為實驗動物，通過在飼料中添加不同濃度的大豆球蛋白進(jìn)行致敏試驗，結(jié)果表明大豆抗原蛋白的添加顯著增加了腸道肥大細(xì)胞數(shù)、免疫球蛋白E (IgE) 水平、大豆球蛋白特異性IgG1、白細(xì)胞介素(IL) -4 和IL-10的濃度，隨著大豆球蛋白劑量的增加，仔豬反應(yīng)的過敏癥狀越嚴(yán)重。

在Zheng 等[20]的在鑒定β-伴大豆球蛋白的潛在致敏亞基的研究中得到了類似的結(jié)果，在致敏的仔豬血清中，檢測到特異性IgG 和IgE 抗體，并得出β -伴大豆球蛋白的三個亞基均是仔豬潛在的過敏原。

可見，大豆抗原蛋白能夠增加仔豬體內(nèi)抗體以及免疫相關(guān)的細(xì)胞因子水平，誘導(dǎo)了仔豬的免疫反應(yīng)，造成仔豬一系列的不良反應(yīng)。

5 緩解大豆蛋白抗原性的方法

5.1 物理方法

5.1.1 熱處理 在Xi 等[21]的研究中探討了熱處理對大豆球蛋白抗原性和結(jié)構(gòu)性質(zhì)的影響。結(jié)果表明，大豆抗原蛋白在溫度為110 ℃條件下處理50 min 后，通過間接酶聯(lián)免疫吸附試驗(ELISA) 檢測到的大豆球蛋白抗原性達(dá)到最低水平，并且熱處理促進(jìn)了小分子量蛋白亞基和濃縮蛋白的形成。孫鵬等[22]的研究中，首先將大豆經(jīng)過120 ℃蒸氣條件下處理7.5 min得到熟化的大豆，然后分別從生、熟大豆粉中分離并純化大豆球蛋白和β -伴大豆球蛋白，將純化的大豆球蛋白和β -伴大豆球蛋白通過小鼠皮下注射后檢測其血清中抗體水平，結(jié)果表明在經(jīng)過蒸氣處理的大豆中提取的大豆球蛋白已經(jīng)不具有免疫原性，但β -伴大豆球蛋白受蒸氣處理影響較小。說明蒸氣處理能夠破壞大豆抗原蛋白，但不能完全消除。在另一項研究中，在同樣的蒸氣處理條件下探討了蒸氣處理全脂大豆粉對大豆抗原蛋白的影響，結(jié)果表明，蒸氣處理幾乎不會使大豆抗原蛋白失活[23]。

5.1.2 膨化加工處理 大豆在高溫高壓條件下突然減壓從而使大豆膨脹破碎被稱為膨化處理，這個過程包含高溫加熱處理以及機(jī)械破碎。能夠使大豆抗原失活，減少動物發(fā)生過敏反應(yīng)的概率，提高動物的生長性能。這在Li等[24]的研究中得到了專業(yè)的解釋，在仔豬飼糧中分別添加膨化大豆和豆粕一定時間后將仔豬生長性能等指標(biāo)進(jìn)行對比，發(fā)現(xiàn)飼喂膨化大豆組的仔豬日增重以及飼料利用率更高。同時降低仔豬血清中抗大豆抗原蛋白的抗體水平，有效緩解仔豬過敏反應(yīng)。

在王紅云[25]的研究中探討了大豆膨化的參數(shù)以及在仔豬日糧中的應(yīng)用，結(jié)果表明膨化加工處理能夠降低大豆中抗原成分，有效降低仔豬過敏反應(yīng)，在仔豬生長性能，飼料轉(zhuǎn)化率以及緩解腹瀉等方面均有積極作用。但是有研究表明，膨化過程的高溫會使大豆中氨基酸的含量不同程度的被破壞[26]。

5.2 化學(xué)方法

5.2.1 糖基化修飾 糖基化，也被稱為美拉德反應(yīng)，具有改善蛋白質(zhì)的功能[27]。大豆分離蛋白在經(jīng)過美拉德反應(yīng)后得到糖基化復(fù)合物，通過ELISA 方法檢測能夠檢測到大豆球蛋白和β-伴大豆球蛋白的抗原均有不同程度上的降低，說明糖基化反應(yīng)能夠緩解大豆抗原蛋白致敏性[28]。

在朱婷偉[29]的研究中表明，葡萄糖為降低大豆抗原蛋白致敏性的最有效的糖體供體，大豆經(jīng)過糖基化反應(yīng)后大豆抗原蛋白中β -伴大豆球蛋白所受到的影響最大，這可能是因為β-伴大豆球蛋白本身就是一種糖蛋白，而大豆球蛋白之所以效果不顯著可能是與其具有相當(dāng)高的熱穩(wěn)定性有關(guān)。

如上所述，糖基化能夠在一定程度上緩解大豆抗原蛋白致敏性，但如果大規(guī)模地應(yīng)用，還需要進(jìn)一步的研究。

5.2.2 化學(xué)試劑法 對于大豆抗原蛋白來說，熱穩(wěn)定的特性已成為棘手的問題。僅依靠加熱對其抗原性影響很小。張克英等[30]在研究中使用70%的熱乙醇處理普通豆餅30 分鐘，后與未處理的豆餅分別飼喂斷奶仔豬，結(jié)果表明，含有乙醇處理過的豆餅的飼糧干物質(zhì)、有機(jī)物、能量和蛋白質(zhì)的消化率均有所提高，其中以蛋白質(zhì)消化率提高最大，但是對飼料利用效率和增重方面沒有顯著影響，其原因可能是乙醇處理過的豆餅有殘留并降低了適口性。

此外還有化學(xué)鈍化法，使用亞硫酸鈉處理大豆也有一定效果[31]，但是化學(xué)試劑的使用，可能存在殘留和影響適口性的缺點，所以在實際生產(chǎn)中不易推廣使用，有待進(jìn)一步研究。

5.3 生物方法

5.3.1 微生物處理 Aguirre 等[32]探討了乳酸菌對大豆抗原蛋白的影響，檢測了12 株乳酸菌在37℃大豆蛋白提取物上6 h 的蛋白水解活性。結(jié)果表明，乳酸菌能夠水解大豆蛋白，并且對β - 伴大豆球蛋白的作用大于大豆球蛋白。只有少數(shù)乳酸菌株對大豆球蛋白的堿性多肽有一定的作用。Mir 等[33]在39 ℃的條件下將豆粕放入牛的瘤胃液中發(fā)酵2.5 h，經(jīng)檢測大豆抗原蛋白的免疫活性顯著降低。微生物處理相對安全目前在乳豬飼料中應(yīng)用較廣泛，在其他動物方面應(yīng)用較少。Zhu 等[34]在研究中比較了益生菌發(fā)酵豆粕與非發(fā)酵豆粕對斷奶仔豬生長性能、血清指標(biāo)、免疫化學(xué)和腸道形態(tài)的影響。結(jié)果表明飼喂發(fā)酵豆粕的仔豬表現(xiàn)出平均日增重和飼料消耗量顯著降低，說明有效提高了飼料效率，飼喂10%和15%發(fā)酵豆粕的仔豬生長改善效果較好，十二指腸、空腸和回腸的絨毛高度也顯著升高，隱窩深度顯著降低。得到發(fā)酵豆粕可顯著改善斷奶仔豬的生長、免疫功能和腸道健康并且以10% 發(fā)酵豆粕組的效果最佳的結(jié)論。

5.3.2 酶解處理 Wang 等[35]用地衣芽孢桿菌蛋白酶以及胰蛋白酶處理脫脂大豆，分別檢測大豆蛋白亞基的變化和抗原蛋白的含量，鑒定酶解法去除致敏蛋白的效果。結(jié)果表明，大豆中可以在酶的作用下使致敏蛋白減少或消失，大豆中β-伴大豆球蛋白和大豆球蛋白對地衣芽孢桿菌蛋白酶敏感性高于胰蛋白酶，并且β-伴大豆球蛋白的亞基更容易被水解。支盛等研究了外源酶制劑對大豆抗原蛋白的作用，結(jié)果表明，pH 值是抗原降解效率的影響因素之一，大豆球蛋白在酸性條件下更易被降解，而β-伴大豆球蛋白則在中堿性條件下易被降解。在Park 等的研究中，探討了在豆粕基礎(chǔ)飼糧中添加蛋白酶對豆粕中大豆球蛋白和β-伴大豆球蛋白的降解及腸道健康的影響，結(jié)果表現(xiàn)為添加蛋白酶有增加大豆球蛋白在體外胃內(nèi)降解的趨勢，并降低血清TNF -α 的濃度，但是蛋白酶對小腸組織形態(tài)無影響。蛋白酶胃內(nèi)增加大豆球蛋白降解、降低腸道通透性和血清促炎細(xì)胞因子濃度的趨勢，說明蛋白酶可用于斷奶豬豆粕基礎(chǔ)飼糧中，達(dá)到改善腸道健康的目的。

5.4 創(chuàng)新型飼料添加劑的應(yīng)用

Hao 等研究中探討了連翹提取物減輕β -伴大豆球蛋白誘導(dǎo)的斷奶仔豬過敏反應(yīng)。仔豬通過口服純化的β-伴大豆球蛋白創(chuàng)建致敏模型。致敏后，在日糧中補(bǔ)充連翹提取物，通過分析仔豬的過敏癥狀、皮膚試敏實驗、血漿組胺和腸道菌群以及細(xì)胞因子水平，結(jié)果表明連翹提取物通過顯著減少過敏抗體、肥大細(xì)胞脫顆粒和組胺的釋放來緩解β -伴大豆球蛋白引起的過敏癥狀。還顯著抑制了IL -4 的水平并調(diào)控了腸道微生物菌群的結(jié)構(gòu)，得到連翹提取物對過敏仔豬發(fā)生免疫反應(yīng)具有保護(hù)作用的結(jié)論。

Chang 等研究了果糖低聚糖是否能夠緩解大豆誘導(dǎo)的仔豬過敏反應(yīng)，結(jié)果表明經(jīng)過果糖低聚糖處理的仔豬組，白細(xì)胞介素4 (IL -4)和白細(xì)胞介素10 (IL -10) 水平降低，干擾素-γ (IF-γ) 水平升高，腸道中乳酸桿菌和雙歧桿菌有益菌的豐度增加，變形菌門的豐度減少，所以果糖低聚糖可以減輕大豆抗原引起的仔豬過敏反應(yīng)，而機(jī)制與調(diào)控腸道微生物菌群結(jié)構(gòu)密不可分。

5.5 多種方法聯(lián)合使用

在Meinlschmidt 等的研究以大豆分離蛋為原料，研究了酶制劑酶解前和酶解過程中的高壓處理對大豆分離蛋白β -伴大豆球蛋白免疫反應(yīng)性的影響。在400 ～500 MPa 的酶解之前和期間的高壓處理構(gòu)成了一種創(chuàng)新的方法，使用酶制劑高壓輔助酶解有效地降低了大豆蛋白的免疫反應(yīng)性。另一項研究探討超聲輔助酶解去糖基化對β-伴大豆球蛋白結(jié)構(gòu)及致敏性的影響。在超聲輔助酶解去糖基化處理條件下，β-伴大豆球蛋白中過敏原β -伴豆球蛋白分子量略微的減小。

6 小結(jié)

大豆制品因其含有的大豆抗原蛋白具有抗原性使其應(yīng)用受到了很大限制，隨著我國畜牧業(yè)的快速發(fā)展，如何提高飼料資源的利用效率，成為亟待解決的實際問題。因此，繼續(xù)深入研究緩解大豆抗原蛋白致敏作用的方法，對于提高動物健康提高養(yǎng)殖業(yè)效率具有重要意義。