啤酒酵母葡聚糖的生物应答

啤酒酵母葡聚糖的生物应答

1939年，有人提议葡萄糖母具有驱疫性，但在20世纪60年代，研究人员发现了提供免疫特征的主要因素是祖母细胞膜中存在的糖苷元。1957年,Benacerarf和Sebestyn发现静脉注射酵母细胞壁的酵母多糖可以提高巨噬细胞的吞噬活性,促进肝脏、脾脏巨噬细胞的增殖。随后,他们对酵母细胞壁多糖进行了纯化。酵母多糖的主要成分是β-葡聚糖、甘露聚糖和几丁质。Riggi等于1961年确定酵母多糖的活性成分是β-D-葡聚糖,所以人们就将这种具有免疫活性的酵母多糖称作酵母葡聚糖。酵母葡聚糖是第1个被发现具有免疫活性的葡聚糖,随后,酵母葡聚糖又被发现具有抗感染、抗肿瘤、抗辐射和促进伤口愈合等功能,是一种重要的生物效应应答剂(biologicalresponsemodifiers,BRM)。因此,开发利用啤酒酵母葡聚糖具有重要的应用前景。1-1,6-葡聚糖化合物结构及成分分析啤酒酵母葡聚糖包括碱溶性和碱不溶性两种,二者在细胞壁中的含量大致相当。关于两种葡聚糖的详尽化学分析,Bacon等1969年提出酵母葡聚糖是以β-1,3-葡聚糖为主,β-1,6-葡聚糖为辅的混合物组成。Manners等所作的葡聚糖分析发现,85%的碱不溶性葡聚糖是β-1,3-键连接,同时在链间穿插3%β-1,6-葡聚糖苷键,其余15%的碱不溶性葡聚糖是β-1,6-键连接的,成高度分支,约含有19%β-1,3-葡聚糖苷键。从它们的结构分析来看,尚不清楚存在单分支还是多重分支,分子是呈层状、梳状还是树突结构。一些学者认为,低度分支有助于线性链段的排列并最终形成螺旋结构,从而使得大分子具有一定的刚性和弱水溶性。2关于葡萄糖祖母的科学研究2.1葡萄糖的免疫作用机制2.1.1葡聚糖对脏器细胞增殖的影响自从人们发现β-1,3-D-葡聚糖具有免疫增强特性以来,国内外学者就一直对该葡聚糖的免疫作用机理进行不断的研究。经研究发现,β-1,3-D-葡聚糖可以刺激无脊椎动物血细胞的增加(相当于脊椎动物的白细胞增加)和一些超氧化物歧化酶(SOD)的产生,从而抵抗外来病毒、细菌的侵入,属于一种非特异性的免疫应答反应。另外,这些具有免疫作用的因子通过非特异性免疫反应来调节机体免疫性能,需要受到激素的控制。2.1.2葡聚糖的结构和耐药活性β-1,3-D-葡聚糖的免疫活性与它的支链的状况有关,包括支链的数量、位置和长度。试验证明,因为从不同的生物中分离到的葡聚糖的分支度和侧链的长度不同,所以它们的免疫活性就有所不同,这些发现为葡聚糖免疫活性的研究提供了很大的帮助。随着研究的深入,人们还发现许多具有极其相似结构的β-葡聚糖,其抗肿瘤活性却有着较大差异,此种现象表明,多糖结构与抗肿瘤活性之间的相互关系不仅涉及到多糖的初级结构,而且与它们的次级结构和构象形态等也有密切关系。长期的研究表明,在多糖骨架链上占优势的交替1,3-键连接,且具有1,6-键分支的β-葡聚糖往往具有较明显的抗肿瘤活性。若骨架结构主要由1,6-键或其他1,2-和1,4-键连接,则抗肿瘤活性就很低。经13C核磁共振谱分析推断,连接在β-1,3-葡聚糖骨架上的多羟基基团,对抗肿瘤活性起重要作用。通过对具有抗肿瘤活性的β-葡聚糖进行X-衍射分析表明,它们绝大多数具有三股螺旋构象,由氢键把β-1,3-键连接的D-葡聚糖残基连接起来。然而通过α-1,3-键连接的D-葡聚糖是一种带状的单链构象,沿着纤维轴伸展而不是呈螺旋状,所以没有抗肿瘤活性。水生植物中所含的酸性杂多糖及其降解产物,是通过β-1,3-键连接的D-半乳聚糖或甘露聚糖组成主链,不是D-葡聚糖,显然也没有抗肿瘤活性。2.2葡萄糖的免疫功能2.2.1维持免疫功能研究发现,酵母的β-1,3-D-葡聚糖能够增强宿主预防寄生虫的能力,增强细胞免疫功能。β-1,3-D-葡聚糖可以调节免疫系统,持续刺激免疫系统处于高度活性状态,从而行使免疫功能。具体的免疫反应为,骨髓白细胞产生的巨噬细胞、中性粒细胞和单核细胞攻击并吞噬有害的入侵物;动员免疫细胞运动到异物处;提高巨噬细胞的吞噬能力,最终吞噬或毁灭入侵物。这里需要指出,巨噬细胞的功能是限制或毁灭外来异物,例如,细菌、真菌、病毒和寄生虫等,因此,不能把β-葡聚糖应用于治疗自体免疫系统疾病。2.2.2对免疫调节的作用众所周知,生物体的免疫系统如果不能及时将癌基因表达产生的第1个癌细胞清除,机体就可能患癌症。β-1,3-D-葡聚糖可产生以下免疫应答,它可以诱导巨噬细胞增殖,增强高等哺乳动物血浆内补体系统的溶菌功能,促进T细胞和B细胞的分化;此外,细胞因子在其中也发挥了重要的作用,例如,IL-1促进T、B、NK等细胞的增殖与活化,IL-2诱导LAK、TIL等效应细胞杀伤肿瘤。2.2.3对肺细胞的抗氧化性质酵母β-1,3-D-葡聚糖作为一种生物效应应答剂,具有广泛的活性。SlamenovaD等研究了β-1,3-D-葡聚糖的3种水溶性衍生物对田鼠肺细胞DNA氧化损伤的影响,结果表明,3种衍生物都能很好的保护肺细胞由于羟自由基或单线态O所造成的DNA氧化损伤。PathchenML等研究表明,水溶性葡聚糖能够增强由60CO诱导辐射的快速痊愈。用β-1,3-D-葡聚糖治疗经辐射的小鼠。可以增强小鼠恢复的能力,并且能够提高骨髓活力,使白细胞数量增加,同时增强脾脏功能。2.2.4葡聚糖促进皮质形成细胞β-1,3-D-葡聚糖参与机体的自然防御和加速皮肤创伤愈合的过程。细胞培养试验表明,羧甲基葡聚糖抵御皮肤细胞抗氧化分子损耗和促进角质形成细胞和增殖。同时,β-1,3-D-葡聚糖可以用作为渗透抑制剂,消除Cs+、Cd+、Co+等金属离子的毒性。3关于祖母葡萄糖在动物生产中的应用研究3.1葡萄糖的应用3.1.1对黑虎虾的免疫作用水生动物与大多数动物一样,在生命的进化过程中也形成了其独有的系统。但是,鱼类是最低等的脊椎动物,其免疫系统还不成熟,它们对微生物感染的抵抗主要依赖于非特异性免疫反应,尤其是虾的免疫系统比鱼类发育还差,对感染的抵抗更是依赖于非特异性的免疫反应。台湾水生生物所的研究人员在2000年研究了β-1,3-D-葡聚糖对黑虎虾的幼虫影响。研究结果表明,无论是户外还是室内,饲喂含有β-1,3-D-葡聚糖的黑虎虾幼虫的存活率显著高于不喂β-1,3-D-葡聚糖幼虫的存活率。SteinarM等研究发现,酵母β-1,3-D-葡聚糖具有促进大西洋大马哈鱼巨噬细胞溶菌酶生成的作用。经β-1,3-D-葡聚糖作用后的细胞与未经处理的细胞相比,其溶菌酶的生成显著提高,同时伴有溶菌酶基因表达复制的积累。3.1.2纯化酵母葡聚糖对鸡鸡细胞的抗氧化活性影响孵化后1周的雏鸡的天然免疫系统还不健全,容易被肠炎沙门菌感染入侵,并在内脏器官繁殖。纯化酵母葡聚糖,作为饲料添加剂,可显著对抗侵入雏鸡内脏器官的肠炎沙门菌。与采食常规饲料的雏鸡作对比,从采食含有纯化酵母葡聚糖饲料的雏鸡血液中分离到的白细胞的活性升高,其吞噬能力、杀菌作用和氧化能力增强。其结果显著减少了肠炎沙门菌对雏鸡内脏器官的损伤。3.1.3酵母葡聚糖李军等研究表明,在断奶仔猪日粮中添加50mg/kg酵母葡聚糖,可以提高断奶仔猪的日增重。在断奶仔猪日粮中添加啤酒酵母葡聚糖可以提高仔猪的日采食量,从而增加仔猪的日增重。3.1.4利用特别配方美国农业部农业研究所的一位研究员EicherS成功研制一种小牛饲料添加剂的特别配方,该添加剂可以使小牛在应激状态下抵抗感染,这个配方包括从酵母细胞壁中提取的β-1,3-D-葡聚糖。试验表明,饲喂这种特别饲料配方的小牛,不但可以抵抗在运输过程中的一些应激,还可以降低细菌和病毒的感染。3.2加强研究,为酵母葡聚糖的添加提供智力支持酵母葡聚糖克服了以往所有抗生素、益生素、酶制剂等的不足。具有用量少、纯天然、无残留且稳定性强,能提高动物机体的免疫能力,促进动物生长等优点,在动物营养上具有广阔的应用前景。但要为酵母葡聚糖在饲料添加剂中的应用开辟一个更为广阔的空间,还应加强以下几个方面的研究,研究酵母葡聚糖在不同种类动物中的最佳添加量及添加方式;降低酵母葡聚糖生产成本的新工艺、新方法;加强对酵母葡聚糖副作用及其控制措施的研究。有人提出将酵母葡聚糖作为免疫增强剂添加到疫苗中,在给动物注射疫苗的同时,不仅使动物自身产生相应的抗体,而且还可以促进动物免疫系统的发育,增强细胞免疫和体液免疫的能力,通过内源和外源共同作用,提高动物抵抗外来病原微生物的能力。将酵母葡聚糖添加到疫苗中比作为饲料添加剂具有更大的优势。首先,作为饲料添加剂,动物在采食的过程中会造成一定的浪费,并且酵母葡聚糖中的有效成分会在动物体内被消化系统消化掉;其次,与疫苗同时注入动物体内,操作较方便。4生物活性酵母葡聚糖的免疫作用机制我国是啤酒生产大国,废酵母泥是啤酒生产中的重要副产物。基于啤酒酵母中葡聚糖含量高的特点,开发利用啤酒酵母葡聚糖可以为啤酒废酵母的综合利用开辟新途径。β-1,3-D-葡聚糖是一种比较好的免疫增强剂,目前此类免疫增强剂已经广泛的应用于多种动物由于感染病原菌所在成的疾病的预防和治疗中,并起到了很好的效果,但是,我们仍然需要对其免疫作用机制进行深入