葡聚糖对水生动物免疫功能的影响

浙江大学动物科学学院 王 超 王敏奇

目前对于水生动物疾病的防控，主要采用化学药物，然而药物的使用带来了一系列问题，如耐药性及水体污染等。免疫增强剂为水生动物疾病防控提供了一个新的方向。免疫增强剂可以通过增强吞噬作用和促进结节形成来增强体内多种免疫相关酶的活性和诱导机体产生多种杀菌物质，提高水生动物的非特异性免疫系统，从而有效提高水生动物的免疫功能，降低死亡率。这对于缺乏特异性免疫的甲壳类动物尤为重要（Boman，1995）。葡聚糖作为一种重要的天然免疫增强剂，可减少由化学药物带来的水体污染及耐药性问题。因此，葡聚糖在水产动物的疾病防治方面受到了广泛关注。本文对葡聚糖在水生动物免疫功能方面的研究进展作一综述。

1 葡聚糖

1.1 葡聚糖的来源 葡聚糖又称为右旋糖酐或右旋糖酣，广泛存在于真菌、细菌和植物体内，是细胞壁的主要结构多糖，如酵母葡聚糖、燕麦葡聚糖、大麦葡聚糖等（陈昌福等，2003）。葡聚糖分为α-葡聚糖和β-葡聚糖两种。目前α-葡聚糖多为人工合成，生物体内合成的尚未发现，自然界存在的葡聚糖为β-葡聚糖。β-葡聚糖有多种结构和多种生物活性。

1.2 葡聚糖的理化特性 葡聚糖的分子式为（C6H10O5）n，糖苷键结构有多种，现在研究的主要是β-葡聚糖，它的结构主链为β-1，3与β-1，6结合物。葡聚糖的来源、提取和分离方法不同其结构也不相同，同时影响葡聚糖的生物活性。葡聚糖属于生物大分子物质，大多数的相对分子质量在20000以上。

研究表明，葡聚糖可有效提高日本沼虾、对虾和鲤鱼的抗病能力、抗氧化性能。Sahoo和Mukherjeee（2001）报道，用含 0.1%的 β-葡聚糖日粮饲喂鲮7 d后再向体内注射黄曲霉素B1，结果发现，与对照组相比，用β-葡聚糖处理后的鲮对黄曲霉毒素的抵抗力显著提高 （P<0.05）。此外，葡聚糖还具有降血脂、抗血栓、抗肿瘤多种生物功能。

1.3 葡聚糖对免疫性能的作用 葡聚糖可通过增强机体的特异性与非特异性免疫两种方式来提高机体的免疫力。在特异性免疫方面主要是增加T细胞与B细胞的分化，产生细胞因子，对病原微生物进行特异性杀灭。在非特异性免疫上，葡聚糖可通过与巨噬细胞的特异性受体结合，增强细胞的吞噬作用；另外葡聚糖可以激活机体内的补体系统，增加免疫系统相关酶的活性，共同作用提高机体的免疫力。对于水生动物而言，葡聚糖主要是通过作用于非特异性免疫系统来提高机体的免疫力。

2 水生动物的免疫系统

水生动物相对缺乏特异性免疫，特别是水生甲壳类动物。鱼与爬行类动物具有特异性免疫，但在刚孵化出时特异性免疫系统发育不完善，此时非特异性免异起着重要作用。非特异性免疫系统指机体组织和体液中的大量细胞和抗菌的蛋白质等。对于相对缺乏T淋巴细胞的水生动物，血淋巴细胞是一道重要的防线，与高等动物白细胞具有相似的性质。血淋巴细胞主要分为玻璃样细胞、半颗粒血淋巴细胞与粒性血淋巴细胞三类，均有不同结构与独特的生物学功能 （Johansson等，2000；Le Moullac等，1997）。 血淋巴细胞是重要的过滤器，对外来刺激物有吞噬作用，从而有效减少外来病原体，同时其亦与甲壳类的外骨骼硬化及血凝固有关 （Song 和 Hsieh，1994；Johansson 和Soderhall，1989）。抗菌蛋白主要包括黏液胰岛素，金属离子螯合剂（铁传递蛋白、血浆铜蓝蛋白和金属硫蛋白）、蛋白酶抑制因子、溶菌酶（溶解酵素、几丁质酶、非特异性细胞溶素）、补体、外源凝集素（赵红霞等，2001）。

细胞的吞噬作用大小可由呼吸爆发作用体现出来。当细胞通过胞吞或胞饮作用杀灭外来异物时，产生呼吸爆发作用，并伴随着一氧化氮和活性氧的产生。因而呼吸爆发作用和机体活性氧的产生可以在一定程度上反应机体细胞的吞噬作用。

酚氧化物酶也与血淋巴的吞噬作用相关。酚氧化物酶原激活系统是一个重要的机体防御机制。一般酚氧化物酶在血细胞内无活性，而主要以酚氧化物酶原的形式存在，在一定条件下被激活，有活性的酚氧化物酶催化相应底物由酚变为醌类物质，同时生成黑色素后者沉积于外来异物表面，隔离异物，减少异物毒性，提高机体免疫力（贾永红等，2008；王雷等，1995）。同时生成的醌类物质对病原微生物有直接杀灭效果。

3 葡聚糖对水生动物免疫系统的作用

葡聚糖主要通过提高血细胞的吞噬作用、增加免疫相关酶活性（酚氧化物酶、溶菌酶等）、激活体内补体系统及诱导机体产生杀菌物质来促进非特异性免疫来提高水产动物的免疫力。

3.1 葡聚糖对吞噬作用的影响 葡聚糖作为一种免疫增强剂可以显著增强水生动物的血细胞含量，增强吞噬作用。这与其他多种微生物多糖相似，如脂多糖（LPS）、肽聚糖。吞噬作用在水产动物中，特别是甲壳类动物的非特异性免疫中起着重要作用，是主要的细胞防御系统。在吞噬作用发生时，能够产生呼吸爆发作用，同时也产生大量的活性氧和一氧化氮。活性氧主要包括过氧化氢（H2O2），氢氧根离子（OH-），超氧根离子（O2-）和单线态氧（O21）等可以直接杀灭入侵病原体（Segal，1989）。 Philippis等（2002）研究发现，用含有β-葡聚糖的海水（浓度为0.5 mg/L）对北美白对虾进行洗浴处理1、3 h和6 h，在处理后的24 h和48 h检测虾的血细胞总数，结果发现，用β-葡聚糖处理后的虾体内血细胞的含量是对照组（不含β-葡聚糖）的1.5～2倍。不同处理组之间，洗浴3 h的虾体内血细胞含量在48 h后达到最高。Chang等（2003） 用含不同浓度的 β-葡聚糖（0、1、2、10、20 mg/kg）的日粮饲喂斑节对虾，然后用白纹病毒感染对虾， 在感染病毒后的 0、1、3、6、9、12、24 d观察血细胞总数、吞噬作用、产生的超氧离子和虾的成活率，结果表明，β-葡聚糖可明显提高细胞的吞噬作用、酚氧化物酶和超氧根离子的含量；饲喂含0 mg/kg和1 mg/kg的β-葡聚糖日粮的对虾体内的细胞总数在染毒后迅速下降到不足原来的20%并在12 d内全部死亡，而饲喂含2、10 mg/kg和20 mg/kg β-葡聚糖日粮的对虾在染毒后对虾体内的血细胞总数、酚氧化物酶及超氧根离子含量稍有下降并在12 d后恢复到正常水平，成活率显著提高（P<0.05）。 Costa 等（2008）认为，β-葡聚糖可显著提高紫贻贝的呼吸爆发力，并增加一氧化氮的含量。笔者认为，在血细胞上可能存在识别β-葡聚糖的受体，因而β-葡聚糖可以通过作用于吞噬细胞提高水产动物的细胞吞噬作用，同时增强呼吸爆发作用，增加活性氧和一氧化氮的含量，活性氧与一氧化氮可以直接作用于病原微生物，起到直接杀灭作用，从而提高了动物机体的抗病能力和杀菌能力。

3.2 葡聚糖对酚氧化物酶的影响 在自然状态下，酚氧化物酶多是以无活性的酚氧化物酶原的形式存在，其需在一定条件下酚氧化物酶原被活化。酚氧化酶系统是水产动物一个重要的防御系统，对水生甲壳类动物尤为重要。与肽聚糖、脂多糖相似，在酚氧化物酶原的激活过程中β-（1，3）-葡聚糖是激活酚氧化物酶的一个专一信号，可以与酚氧化物酶原专一结合，使其活化成酚氧化物酶。活化后的酚氧化物酶可以氧化苯酚类底物产生黑色素，与蛋白质结合形成集合体，包围吞噬异物减少异物毒性。Sung等（1996，1994）研究发现，对老虎虾而言，无论是在体内或是体外，β-葡聚糖均能提高甲壳动物血细胞中的酚过氧化物酶的活性，提高机体免疫力。这与β-葡聚糖可以提高虾对弧菌的抵抗力相一致。贾永红等（2008）用不同浓度的β-葡聚糖溶液对白虾进行不同时间的洗浴处理，结果表明，随着β-葡聚糖溶液浓度的提高，酚氧化物酶的浓度升高，但随着洗浴时间的增长，酶的活性降低。

3.3 葡聚糖对溶菌酶的影响 在β-葡聚糖的作用下，水产动物体内的溶菌酶含量增加。溶菌酶作为一种具有抵抗微生物入侵的免疫防御因子，可直接杀灭革兰氏阳性菌，辅助抵抗革兰氏阴性菌，并活化巨噬细胞，增加细胞的吞噬作用。细胞吞噬作用增强的同时也增加机体活性氧和酚氧化物酶的含量，增强机体免疫力。Sung等（2000）的试验证明，溶菌酶在防治病原微生物对虾的入侵方面起到了重要作用。Misra等（2004）研究发现，用不同浓度的 β-葡聚糖（5、10 mg/L 和 15 mg/L）处理罗氏沼虾，5 mg/L和10 mg/L的β-葡聚糖明提高了血清中溶菌酶的含量，提高了机体的抗病能力。Rolf等（1992），对鲑鱼进行腹腔注射β-葡聚糖处理，并观察鲑鱼体内的溶菌酶与补体的活性，结果显示，鲑鱼在注射处理后，1～3周内的溶菌酶活性和2～4周内的补体活性均明显增强，对细菌病原体的抵抗能力明显增强。Debaulney等（1996）研究表明，用含β-葡聚糖的配合日粮饲喂大菱鲆，结果发现，大菱鲆体内溶菌酶活性明显提高，机体的抗病能力增强。另外，Philippis等（2002）研究表明，β-葡聚糖可增强血细胞的吞噬作用，在发生吞噬作用时产生溶菌酶，使体内溶菌酶的含量增加。笔者认为β-葡聚糖可以激活水产动物的补体系统和增加溶菌酶含量，提高溶菌酶活性，溶菌酶与补体系统联合作用杀灭病原微生物。激活的补体系统可以破坏革兰氏阴性菌的外膜蛋白，溶菌酶在直接杀灭革兰氏阳性菌的同时作用于失去外包膜的革兰氏阴性菌，从而起到更广谱的杀菌作用。另外，溶菌酶还可启动吞噬作用，从而更好地增强机体的免疫力。

4 小结

葡聚糖可以通过提高水生动物的非特异性免疫系统，主要通过增强血细胞的吞噬作用，激活酚氧化物酶原系统、增加体内溶菌酶的含量、提高溶菌酶的活性和产生多种杀菌物质，从而提高机体的免疫功能，有效杀灭病原微生物。但是葡聚糖难以消化吸收，并且对水产动物进行处理的时间和频率不同，其作用效果也不尽相同，这值得进一步研究。

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