昆虫蛋白对动物免疫功能影响研究进展*

李奕冉,姜玉新,李朝品

(皖南医学院人体寄生虫学教研室,安徽芜湖 241002)

昆虫蛋白对动物免疫功能影响研究进展*

李奕冉,姜玉新,李朝品*

(皖南医学院人体寄生虫学教研室,安徽芜湖 241002)

昆虫是一类蕴藏着大量高质量蛋白的生物资源,具有巨大的开发和应用潜力。论文从特异性免疫、非特异性免疫和免疫器官三个方面综述了一些常见的昆虫蛋白,如蚕蛹蛋白、蝇蛆蛋白、黄粉虫蛋白等对动物免疫功能的影响,以及昆虫蛋白的药用价值。

昆虫蛋白;免疫增强作用;免疫器官

随着世界经济的高速发展,人类已面临各种资源危机。其中蛋白质资源短缺已是当今世界普遍存在的问题[1]。昆虫蛋白是一种重要的蛋白质资源,且极具开发潜力。大量的营养分析结果表明,昆虫的蛋白含量高,富含人体所需要的各种氨基酸,氨基酸组分的比例与联合国粮农组织(FAO)制定的蛋白质中必需氨基酸的比例模式非常接近。因此,昆虫是一类高质量的动物蛋白质资源[2-5]。

昆虫的种类繁多,个体数量庞大,引起了人们对昆虫免疫的关注和研究,Boman H G等[6]对此曾有总结。昆虫蛋白营养丰富,可提高免疫力,平衡机体正常菌群,其中抗菌蛋白、抗菌肽、溶菌蛋白等是宿主防御系统的重要成分[7]。特别是抗菌肽具有广谱抗菌、抗肿瘤等多项免疫功能[8-9]。本文主要针对昆虫蛋白的免疫增强作用、药用价值等方面进行综述。

1 昆虫蛋白的免疫调节作用

昆虫蛋白通过调节机体特异性和非特异性免疫功能,发挥增强免疫的作用,提高机体对外界的抵御能力。

1.1 对特异性免疫的影响

昆虫蛋白主要通过促进淋巴细胞增殖,刺激抗体分泌,调节特异性免疫应答。

尹武英等[10]将小鼠随机分为免疫功能低下组、试验组(蚕蛹氨基酸2 000 mg/kg)和生理盐水对照组3组。经灌胃13 d,试验组与免疫功能低下的模型组比较,迟发型变态反应(DTH)(以小鼠足垫厚度差值代表)和血清抗体滴度均有明显提高(P＜0.01)。结果表明,蚕蛹氨基酸能提高免疫功能低下小鼠的细胞免疫和体液免疫功能。昌友权等[11]研究T、B细胞增殖反应时,发现蚕蛹蛋白能显著提高小鼠生成抗体脾细胞数。同时,IL-2分泌明显增加,说明蚕蛹蛋白可促进淋巴细胞的增殖。

戚颖欣等[12]将蚕蛹蛋白多肽分为高、中、低剂量组,喂饲小鼠40 d,观察DTH和抗体生成细胞数两个指标。结果表明,与阴性对照组比较,蚕蛹蛋白多肽能显著增加小鼠足跖肿胀度,刺激小鼠抗体生成。说明蚕蛹蛋白多肽具有明显的免疫调节作用。

贾生福等[13]认为蝇蛆蛋白粉能明显提高机体的细胞免疫和体液免疫功能,且可显著提高正常小鼠半数溶血值(HC50),增强其体液免疫功能。对免疫功能低下小鼠HC50无影响,但可显著提高其吞噬指数(a)值,并使体液免疫功能恢复至正常水平。

杨兆芬等[14]通过在黄粉虫的营养保健作用试验,表明黄粉虫具有一定的促进生长、益智、抗疲劳和抗组织缺氧作用,不仅能降低血脂及促进胆固醇代谢,还能提高小鼠外周淋巴细胞转化和降低骨髓微核率。

Sun S C等[15]报道了昆虫的一种称为hemolin的血淋巴蛋白,该蛋白隶属于免疫球蛋白(Ig)家族,其本身并无直接的杀菌作用,而是结合到细菌表面,参与蛋白复合物的形成,增强免疫应答。

杨瑞丽等[16-17]将重组病毒感染后的蚕蛹,制成口服剂型灌胃大鼠,ELISA方法检测抗-HBs抗体及抗-PreS2抗体。结果在灌胃重组蛋白组中有40%鼠体血清内检测到了特异性抗-HBs抗体及抗-PreS2抗体,抗体应答反应持续2周～3周。口服免

*通讯作者疫后抗体转阳的SD鼠加强免疫后能产生较强的二次免疫应答。对酵母重组疫苗单剂腹腔注射过的SD鼠,用蚕蛹表达的rHBsAg(PreS2+S)灌胃加强免疫后,能诱导鼠体迅速产生较强的抗-HBs抗体。进一步研究表明,口服家蚕蛹表达的 rHBsAg(PreS2+S)使鼠体对肠中HBsAg的初次免疫应答并产生B细胞记忆应答,具有加强免疫的效果。家蚕/BmNPV表达载体系统将有望开发成为新型的口服乙型肝炎疫苗表达系统。

王克霞等[18]将HCV CE2融合基因在家蚕培养细胞及蚕幼虫中获得了高效表达,用间接ELISA检测证明表达产物具有较好的免疫原性并具有生物活性,为疫苗的研究及临床诊断试剂的开发奠定基础。

1.2 对非特异性免疫的影响

昆虫蛋白可促进巨噬细胞的吞噬作用,调节非特异性免疫。此外,昆虫经诱导能迅速产生或增加许多免疫因子如凝集素、溶菌酶、抗菌蛋白、抗菌肽等,参与非特异性免疫[6]。

尹武英等[10]进行碳力廓清试验,小鼠灌服蚕蛹氨基酸14 d后,高剂量组(受试物5 000 mg/kg)的K值和a值均明显高于对照组(P＜0.05)。结果表明,蚕蛹氨基酸能增强小鼠外周血单核吞噬细胞碳廓清的能力。

昌友权等[11]选取40只雌性小鼠随机分为对照组、低剂量组、中剂量组和高剂量组,测量了蚕蛹蛋白对巨噬细胞吞噬指数的影响。结果表明,中剂量组小鼠的巨噬细胞吞噬指数与对照组比有明显差异(P＜0.05),说明蚕蛹蛋白可增强小鼠网状内皮系统吞噬功能,对非特异性免疫有增强作用。

杨安树等[19]利用复合酶水解蚕蛹蛋白,制备小分子多肽,碳粒廓清试验表明,蚕蛹蛋白酶水解液中的小分子多肽可增强小鼠网状内皮系统的吞噬功能。

1.3 促进免疫器官的发育

通常认为免疫器官质量降低为免疫抑制所致,而免疫增强则表现为质量增加。

尹武英等[10]对小鼠进行DT H试验和血清抗体滴度试验,经蚕蛹蛋白灌胃13 d后,小鼠脾脏和胸腺重量,均极显著高于免疫功能低下的模型组(P＜0.05,P＜0.01)。蚕蛹复合氨基酸能显著提高幼年雄性大鼠脾脏和胸腺系数[20-21],说明其能促进机体免疫器官的生长,提高机体免疫能力。

戚颖欣等[12]在蚕蛹蛋白多肽对小鼠免疫调节作用的试验中对小鼠免疫器官指数(脏器重量/体质量)进行测定。结果表明,与空白组比较,蚕蛹蛋白多肽中、高剂量组小鼠的胸腺指数明显增加(P＜0.05),但是,蚕蛹蛋白多肽各剂量组对小鼠的脾脏指数影响不显著(P＞0.05),原因有待进一步研究。

李汉臣等[22-23]对黄粉虫的营养保健作用研究表明,饲料中含黄粉虫幼虫干粉的质量分数为0.05或0.10,可抑制D-半乳糖致衰老小鼠体重的降低,提高其饲料利用率,并且可以增加小鼠主要免疫器官的脏器系数,提高机体免疫力。

2 药用价值

昆虫既是食品又是保健和滋补良药,作为传统中药材资源在我国已有2 000多年的历史。昆虫蛋白主要通过抗菌作用、抗病毒作用和抗肿瘤作用,提高免疫力。

2.1 抗菌作用

黄粉虫防御性分泌蛋白物[24-25]对大肠埃希菌、金黄色葡萄球菌、白色假丝酵母、黑曲霉、桔青霉的抑菌作用。抑菌强度:桔青霉＞大肠埃希菌和金黄色葡萄球菌＞白色假丝酵母＞黑曲霉。

Qiu Y H等[26]从家蝇体内提取的抗菌肽能很好地抑制金黄色葡萄球菌的繁殖。蝇蛆抗菌肽应用于流行性脑脊髓膜炎、幽门螺杆菌感染及抗真菌感染等的研究在国外已进入临床试验[27]。

宫霞等[28]在家蝇幼虫分离纯化得到抗菌肽MDL-1,其分子中富含Gly和碱性氨基酸,分子质量为6.2 ku,对革兰阴性菌Escherichia coli有较强抗性。

陈曼等[29-31]超声诱导家蝇幼虫产生抗茵肽。经分离纯化后Tricine-SDS-PAGE凝胶电泳结果显示为一条带,相对分子质量大约为5.8 ku。纯化蛋白对阴沟肠杆菌,绿脓杆菌等革兰阴性杆菌的抑茵活性较强,而对金黄色葡萄球菌效果不显著。

栗蚕蛹经大肠埃希菌诱导后,体液中产生新蛋白,其对大肠埃希菌、枯草杆菌、金黄色葡萄球茵及柞蚕链球菌均表现出一定的抑菌作用[32]。

2.2 抗病毒作用

研究还发现,亚致死浓度的蜂毒肽和天蚕素能抑制艾滋病毒HIV21基因的表达,这对艾滋病药物的开发意义深远。Wachinger M等[33]的研究结果表明,蜂毒素和天蚕素可以在亚毒性浓度下抑制艾滋病病毒HIV-1基因的表达,降低其增殖。

宫霞[28]从蝇蛆经沸水热变性过程中分离纯化得到一种抗菌肽MDL-1,并对其抗大肠埃希菌的活性与作用机理进行了研究,发现MDL-1不仅具有抗热性,还有很强的抗病毒活性。

研究发现,烟蚜夜蛾幼虫的血液淋巴细胞对多种DNA、RNA病毒有明显的抑制作用,使病毒的感染力降低。重组乙型肝炎表面抗原中蛋白rHBsAg(PreS2+S)可以增强免疫反应,且家蚕/BmNPV表达载体系统将有望开发成为新型的口服乙型肝炎疫苗表达系统[34]。

2.3 抗肿瘤作用

浙江省中医药研究院曾以蚕蛹复合氨基酸为主要原料制成的“复方营养要素”制剂,对包括胃癌、食管癌、大肠癌等120例恶性肿瘤进行临床观察。结果显效 88例,有效24例,无效8例,总有效率为93.33%。蚕蛹复合氨基酸对肝癌、肉瘤S180荷瘤小鼠的瘤体有明显的抑制作用,抑制率为20%～25%,与对照组有显著差异,同时可延长艾氏腹水瘤小鼠的生存期,延长率达40%以上,并能促进T、B淋巴细胞转化和增强NK细胞活性[35-37]。

虫体细胞内诱导产生抗菌肽,用于生产广谱性抗癌生物制剂。抗菌肽对癌细胞有杀伤作用,并对人体细胞的攻击有选择性,对人体正常的淋巴细胞无任何不良影响,而这正是目前使用的肿瘤化疗药所不具备的特性。抗菌肽无致畸变作用,无蓄积毒性,不容易产生抗药性[8]。有学者证实,中国特有的柞蚕蛹中的抗菌肽在体外对人直肠癌细胞有选择性杀伤作用。进而又对大鼠大肠癌进行动物试验。以二甲肼(DMH)诱发的Wiser大鼠大肠癌为模型,观察柞蚕蛹抗菌肽灌胃对大肠癌的防治作用,结果柞蚕蛹抗菌肽对大肠癌细胞抑制率为46%。同时明显降低大肠癌发生率。抗菌肽还对人髓样白血病细胞K552株、艾氏腹水瘤、宫颈癌细胞、肝癌细胞BEL-7402均有杀伤作用。

干扰素是已知的一种具有抗癌作用的化学物质。在蚕蛹中含有少量干扰素,也具备一定的抑制肿瘤的作用,尤其是对肺癌效果明显[38]。

蝇蛆体内的凝集素具有明显的抗肿瘤效果。曹小红等[39]在对工程蝇蛆体内有效成分初步分离的基础上,研究该成分对K562细胞的作用。结果表明工程蝇蛆体内活性物质在体外对K562细胞具有抑制生长的作用。

3 应用前景

昆虫蛋白作为一种新兴的蛋白质资源,是一个充满活力、前景诱人的巨大资源宝库。随着生物技术在昆虫领域中的深入研究,在昆虫细胞内和虫体内生产各种有价值的蛋白质将用于免疫研究的各个领域。研究表明,通过携带外源基因的重组病毒可以在昆虫细胞和虫体中生产各种有价值的蛋白质[40]。而从多种昆虫体内免疫血淋巴中提纯的凝集素、免疫蛋白、免疫肽、酚氧化酶、抗菌肽被用于广谱性抗细菌、抗病毒、抗肿瘤细胞的药品开发。目前主要集中于抗菌肽的诱导源、动力学、分离纯化、超微结构观察、分子结构分析、生物学效应及抗菌机制、基因结构和基因工程研究[41]。

干扰素具有抗病毒、抗肿瘤、免疫调节等生物学功能[42],其基因工程产品在临床上的应用取得了显著的成效,但是如何诱导昆虫细胞产生干扰素,需要进一步的探索。此外,人们对于某些免疫机制尚不清楚,在动物试验中有效是否在人体中有效还颇有争议,口服疫苗是否引起免疫耐受不明,这些关键问题有待进一步研究。

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Progress on Effect of Insect Protein on Immune Function in Animals

LI Yi-ran,JIANG Yu-xin,LI Chao-pin

(Department of Human Parasitology,Wannan Medical College,Wuhu,Anhui,241002,China)

Insects are biological resources with high quality proteins and have great potential for the development and application.In this article,the effects of some common insect proteins,such as silkworm protein,housefly larva protein,Tenebrio molitorprotein,on animal immune fuction were summarized in three aspects including specific immunity,nonspecific immunity and immune organs.Medical values of insect proteins were also reviewed.

insect protein;immune enhancement;immune organ

S852.4

A

1007-5038(2010)09-0081-04

2010-04-02

省教育厅重点项目(KJ2007A033);国家自然基金项目(30872367)

李奕冉(1984-),女,山东枣庄人,硕士,主要从事病原生物学研究。