酵母細(xì)胞壁多糖的研究進(jìn)展

zhuchunsen · 發(fā)表于 2008-1-27 09:00:33

廣東海洋大學(xué)農(nóng)學(xué)院動物醫(yī)學(xué)系 /朱春森徐春厚

   摘要：酵母細(xì)胞壁多糖主要包括葡聚糖和甘露聚糖，它能夠激發(fā)、增加機(jī)體的免疫力和抗病力，對細(xì)菌、真菌和病毒引起的畜禽疾病以及運(yùn)輸、轉(zhuǎn)群、接種、氣候變化等引起的應(yīng)激反應(yīng)產(chǎn)生非特異性免疫。因此，它是一種很有發(fā)展前景具有抗生素和益生素雙重作用的免疫促進(jìn)劑，目前越來越受到學(xué)術(shù)界和養(yǎng)殖業(yè)的重視。
   關(guān)鍵詞：酵母胞壁多糖；葡聚糖；甘露聚糖
   近年來，隨著人們對濫用抗生素和添加高水平的礦物元素作為生長促進(jìn)劑對環(huán)境和人類健康帶來極大危害的認(rèn)識不斷深入，限制其使用逐漸提上日程，而尋找新的替代品也日益迫切。由于多糖[Polysaccharide，通式為（C6H10O5）n]具有各種各樣特殊的、復(fù)雜的化學(xué)結(jié)構(gòu)和不同的生理功能以及廣泛的（潛在的）應(yīng)用價值，如在抗腫瘤、抗炎、抗病毒、降血糖、抗衰老、抗凝血、免疫促進(jìn)等方面發(fā)揮著重要的生物活性作用，已經(jīng)成為當(dāng)今科研最熱門的研究領(lǐng)域之一；其中酵母細(xì)胞壁（主要成分為多糖）是一種很有發(fā)展前景的飼料添加劑和具有抗生素兼益生素雙重作用的免疫促進(jìn)劑，并越來越受到學(xué)術(shù)界和養(yǎng)殖業(yè)的重視。
1 酵母細(xì)胞壁多糖概述
酵母細(xì)胞壁約占細(xì)胞干重的30%，一般分為3層，中間層是糖蛋白層，內(nèi)外兩層分別為葡聚糖層(約占細(xì)胞壁干重的30％～34％)和甘露聚糖層（約占細(xì)胞壁干重的30％），這兩層多糖也是酵母細(xì)胞壁多糖的主要成分（陳思紜，1991）。有研究表明，酵母細(xì)胞壁的結(jié)構(gòu)是一個動態(tài)且可被調(diào)控的的結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)和組成可以被嚴(yán)格調(diào)控并能對環(huán)境變化作出響應(yīng)，如利用紫外照射培養(yǎng)后的酵母細(xì)胞提取葡聚糖的試驗證實葡聚糖含量提高29.25%（趙華，2004）。酵母細(xì)胞壁多糖能激發(fā)、增加機(jī)體的免疫力和抗病力，對細(xì)菌、真菌和病毒引起的畜禽疾病以及運(yùn)輸、轉(zhuǎn)群、接種、氣候變化等引起的應(yīng)激反應(yīng)產(chǎn)生非特異性免疫力，這些主要?dú)w功于其2種重要的多糖成分——葡聚糖和甘露聚糖。目前酵母細(xì)胞壁多糖的基礎(chǔ)研究在國外進(jìn)行得比較多，在國內(nèi)報道的相對較少。
2 酵母葡聚糖
葡聚糖（Glucan）是酵母細(xì)細(xì)胞壁最重要的結(jié)構(gòu)成分之一，其結(jié)構(gòu)研究得較為清楚，大部分是由D-葡萄糖通過β-D-(1→3)鍵的方式相結(jié)合的聚合物，也有小部分以高度分支的β-D-(1→6)鍵結(jié)合的聚糖，一般分為堿性葡聚糖（約占細(xì)胞壁的20%）、酸性葡聚糖（約占細(xì)胞壁的6%）和中性葡聚糖（約占細(xì)胞壁的34%）3種類型。
酵母細(xì)胞壁葡聚糖的生物活性與它的分子大小密切相關(guān)，高分子的β-（1，3）-葡聚糖具有較強(qiáng)的免疫及抗腫瘤活性。β-（1，3）-葡聚糖的七聚體是競爭嗜中性粒細(xì)胞葡聚糖受體的最小分子。這表明免疫應(yīng)答對單糖的化學(xué)結(jié)構(gòu)是非特異的，而主要由連接方式、分子大小和構(gòu)象所決定，高分子的β-（1，3）-葡聚糖具有獨(dú)特的分子結(jié)構(gòu)，它通常以三股螺旋的構(gòu)象存在，這種三股螺旋緒構(gòu)對調(diào)節(jié)其免疫活性是至關(guān)重要的、對于β-（1，3）-葡聚糖來講，只有分子量大于9×104才能形成三股螺旋。β-（1，3）-葡聚糖的三股螺旋結(jié)構(gòu)通常是靠氫鍵和分支來穩(wěn)定的，因此，多聚糖分子主鏈上側(cè)鏈的性質(zhì)和分布對生物活性也有很大影響。酵母細(xì)胞壁中堿不溶性多糖80%以上是含有β-（1，3）連接的β-（1，3）-葡聚糖，其分子量大約為2.4×105，具有很強(qiáng)的免疫活性。有研究表明，β-葡聚糖是免疫反應(yīng)的基質(zhì)，在免疫上具有如下的效果：①刺激動物體內(nèi)淋巴細(xì)胞的增殖；②活化動物體內(nèi)的巨噬細(xì)胞，一般認(rèn)為體內(nèi)網(wǎng)狀內(nèi)皮系統(tǒng)在葡聚糖的刺激下，產(chǎn)生大量對機(jī)體免疫功能起關(guān)鍵作用的巨噬細(xì)胞，而巨噬細(xì)胞通過吞噬作用吸收、破壞和清除體內(nèi)損傷的、衰老的、死亡的自身細(xì)胞和侵入體內(nèi)的病原微生物；③增加動物體產(chǎn)生自然殺傷細(xì)胞的能力；④誘使動物對念珠菌癥產(chǎn)生非特異性免疫，提高存活率。
此外，一些磷酸化葡聚糖的價值在于它能與所感染的致病細(xì)菌、真菌和病毒結(jié)合，從而改善病灶的發(fā)展過程。葡聚糖在消化道中不可溶、不吸收，也不產(chǎn)生粘性，尚有清腸、清除游離基、抗輻射、溶解膽固醇和預(yù)防高脂血癥作用及抵抗濾過性病毒、真菌、細(xì)菌等引起的感染。葡聚糖還是一種低卡路里食品添加劑，可明顯減少血液中的葡萄糖量，并能控制肥胖癥，預(yù)防糖尿病及心血管疾病的發(fā)生，同時在口腔內(nèi)不會產(chǎn)生齲齒，還能夠提供脂肪樣口感。
3 酵母甘露聚糖
甘露聚糖（Mannan）是酵母細(xì)胞壁另一重要的多糖成分，其相對分子量為20000～200000，主鏈為單鏈，由約50個α-甘露糖間以α-(1→6)鍵形成的；主鏈上聯(lián)結(jié)有以α-(1→2)和α-(1→3)鍵聯(lián)結(jié)數(shù)目不等的甘露糖側(cè)鏈，有些側(cè)鏈也結(jié)合有一些基團(tuán)，這些側(cè)基可能是酵母細(xì)胞抗原的決定部位。酵母甘露聚糖可以通過選擇性乙酰解反應(yīng)，特異性地切斷主鏈的α-（1，6）-糖苷鍵，其切斷α-（1，6）-糖苷鍵的速度比切斷支鏈的α-（1，2）-糖苷鍵及α-（1，3）-糖苷鍵的速度快。因此，選用合適的反應(yīng)條件，即控制反應(yīng)的酸度、溫度和時間等，可以使甘露聚糖鏈完全從α-（1，6）-糖苷鍵連接的骨架處斷開，生成若干種寡糖，即甘露寡糖（簡稱MOS），它也是動物營養(yǎng)與免疫研究和應(yīng)用中主要的功能性多糖，具有多種生物活性。
在實際生產(chǎn)應(yīng)用中，也多是以添加甘露寡糖為主。甘露寡糖能夠優(yōu)化動物胃腸道微生態(tài)環(huán)境，降低胃腸道疾病，如抗腫瘤、抗輻射和抗感染等，并且由于細(xì)胞表面的碳水化合物主要負(fù)責(zé)細(xì)胞的識別作用從而具有吸收基質(zhì)的功能。甘露寡糖具有較高的結(jié)合病原菌的能力，研究表明：病原菌細(xì)胞表面或絨毛上具有類丁質(zhì)結(jié)構(gòu)(如植物凝集素)，它能夠通過識別“特異性糖類”受體(糖脂或搪蛋白的殘基)，并與受體結(jié)合，從而在腸壁上發(fā)育繁殖，導(dǎo)致一些腸道疾病的發(fā)生。很多腸道病原體的凝集素能利用與含D-甘露糖受體結(jié)合的1型菌毛附著于腸黏膜上皮上，由于甘露寡糖結(jié)構(gòu)與病原菌在腸壁上的受體非常相似，并與類丁質(zhì)有很強(qiáng)的結(jié)合能力，添加細(xì)胞壁多糖為細(xì)菌提供了豐富的甘露糖源，從而避免了細(xì)菌與腸壁的親和，一旦甘露寡糖與這些類丁質(zhì)結(jié)合，會使病原菌不再附著于腸壁上，而病原菌是不能利用甘露寡糖作為供其生長的能量來源的，導(dǎo)致病原菌因不能利用甘露寡糖而缺乏能源。由于甘露寡糖不會被消化酶降解，從而攜帶病原菌通過腸道，因此可以起到防止病原菌定殖的作用，故又稱其為“病原菌吸附劑”或“病原菌清除劑”。此外，甘露寡糖還可以減少腸道病原菌的數(shù)量，提高消化率、激活免疫等功效，這是因為甘露寡糖中含有較高濃度的磷酸成分，對結(jié)合病原菌雖不利，但對調(diào)節(jié)免疫機(jī)能則很重要的。試驗研究表明，甘露寡糖和磷酸之間的比例與免疫應(yīng)答之間，存在一定的相關(guān)性。
甘露寡糖作為飼料添加劑應(yīng)用于動物生產(chǎn)時，能清除某些毒素，激活動物的免疫反應(yīng)，提高肉雞、火雞、斷奶仔豬及犢牛的日增重和飼料轉(zhuǎn)化率，降低胃腸道疾病的發(fā)生率和死亡率。研究發(fā)現(xiàn)，甘露寡糖可以鰲合胃腸道釋放的黃曲酶素，并且可以結(jié)合玉米赤霉烯酮，且結(jié)合力成非直線關(guān)系，其具體作用機(jī)制還有待進(jìn)一步的研究；據(jù)報道，甘露寡糖也能顯著提高犢牛的日增重，降低發(fā)病率；也有證實，魚的嗜中性細(xì)胞活性因添加甘露寡糖而加強(qiáng)。Savage(1996)報道，注射火雞粘膜IgA和全身IgG水平提高。有試驗證實，甘露寡糖能提高仔豬日增重和飼料轉(zhuǎn)化率，其原因可能是其提高了仔豬的免疫力，抑制了病原菌在胃腸道的增殖。Spring（1998）通過深入研究了甘露低聚糖對仔豬加強(qiáng)防御能力的作用發(fā)現(xiàn)，仔豬膽汁中免疫球蛋白(Ig)的濃度在常規(guī)豬和SPF豬中沒有差別，但常規(guī)豬腸和血清中的Ig濃度更高，SPF豬添加甘露寡糖提高了腸和血清中的Ig濃度，該效應(yīng)在常規(guī)豬中并不太明顯，僅在小腸中Ig濃度較高，常規(guī)育成豬飼喂甘露寡糖顯著提高了B淋巴細(xì)胞的數(shù)目。這一結(jié)果說明，甘露寡糖可以提高豬的體液免疫功能。日糧中添加甘露寡糖對胃腸道微生物區(qū)系的影響己在肉雞和火雞上做了大量的試驗研究，結(jié)果表明可顯著地降低腸道內(nèi)沙門氏菌和大腸桿菌的數(shù)量，這可能是通過甘露寡糖產(chǎn)品影響腸道的微生物區(qū)系或影響動物的免疫應(yīng)答而帶來的變化。
4 酵母細(xì)胞壁多糖的應(yīng)用
一般認(rèn)為，酵母細(xì)胞壁多糖通過激發(fā)免疫功能，維持微生態(tài)平衡來增強(qiáng)動物免疫力，改善動物健康狀況，增加動物對外界不良刺激的適應(yīng)性，從而提高生產(chǎn)性能，增加經(jīng)濟(jì)效益。并且，酵母細(xì)胞壁多糖對酸解過程比較穩(wěn)定，其碎片能完好無損地通過胃或皺胃，這種能抵抗酸消化的能力，造就了它在不同種類動物的廣泛應(yīng)用。在養(yǎng)殖業(yè)中，許多國家己普遍使用酵母細(xì)胞壁類產(chǎn)品，如奧特奇公司生產(chǎn)的奧奇素，它是源于經(jīng)過篩選的酵母菌株細(xì)胞壁，經(jīng)提純得到的甘露寡糖。它在畜禽和魚類養(yǎng)殖中發(fā)揮了良好的防病、治病和保健的作用，可刺激不同畜禽巨噬細(xì)胞的應(yīng)答反應(yīng)。Savage等 (1996)研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，奧奇素可提高分泌IgA水平達(dá)25%。在低卡路里色拉調(diào)味料、奶酪類似物和象冰淇淋樣的冷凍甜點的生產(chǎn)中作為脂肪替代物；葡聚糖還有吸水膨脹的性質(zhì)，在香腸、火腿腸、熱狗等大多數(shù)肉制品中作為持水、持油劑；在食品中，酵母葡聚糖也可以作為膳食纖維來發(fā)揮作用。此外，它還有保溫、成膜、無刺激性的特點，故廣泛用于醫(yī)藥、食品、化妝品等行業(yè)。
總之，隨著酵母細(xì)胞壁多糖的研究不斷深入，其應(yīng)用于實際生產(chǎn)也會越來越普及。未來針對酵母細(xì)胞壁多糖的研究，一方面對其作用機(jī)制方面的應(yīng)作進(jìn)一步研究；另一方面，選育出多糖高產(chǎn)菌，并研究其作用的方式、劑量、時間長短等，具有很大的理論和實踐意義。