卵黄免疫球蛋白在畜禽生产中的研究与应用

巨晓军 杨海明 王志跃 马尹鹏 谢艳娟 蔡中梅

(扬州大学动物科学与技术学院，扬州 225009)

1893年，Klemperer研究发现鸡可以通过卵向雏鸡转移抗体。此后，通过各种抗原(细菌、病毒、蛋白质)在产蛋鸡中产生的特异性抗体向卵黄中转移并蓄积的情况进行了大量研究，鸡被动免疫首次引起了人们的注意。Wiliiams等［1］发现经抗原免疫后的产蛋母鸡血清中可产生相应的抗体，同时将血清免疫球蛋白有效地转移到卵黄中。卵黄蓄积作用使卵黄中的卵黄免疫球蛋白(egg yolk immunoglobulin，IgY)含量显著高于血清中IgY含量。Sehade等［2］在1995年首先使用“IgY技术”这一术语。IgY抗体的生产和应用被定义为IgY技术。

Zhang等［3］研究结果表明，种鸡免疫1周后可以在蛋中检测到免疫球蛋白，随时间的延长，鸡蛋中IgY含量逐渐增加，第5周达到最高水平，且此水平可维持4周，然后逐渐降低。Ulmer-Franco等［4］研究发现，随着产蛋鸡日龄的增大，鸡蛋中IgY含量逐渐增多，但其在孵化期间卵黄囊中IgY含量反而比同期较小日龄鸡所产蛋的IgY含量少，是否存在IgY的不同吸收率却不得而知。Sun等［5］通过间接酶联免疫吸附试验(ELISA)的方法对卵黄与血清中的总IgY含量进行了检测，发现卵黄中总IgY含量与血清中总IgY含量之间存在显著相关性;产蛋鸡对IgY有浓集作用，卵黄中的抗体浓度高于血浆。随着对IgY研究的不断深入，IgY作为免疫强化剂正逐步被广泛应用于动物生产中。

1 IgY的特性

当家禽经特定抗原免疫后，可产生相应的特异性抗体进入机体血液循环，在流经卵巢时，特异性抗体在卵细胞中逐渐蓄积，并储存在卵黄中，这种存在于卵黄中的抗体称为IgY，也称卵黄抗体。在种蛋的孵化过程中，卵黄中IgY逐步被禽胚吸收进入禽胚血液中，雏禽出壳后，其血液中的IgY可为其提供强有力的被动免疫，是禽类在长期进化过程中形成的用于提高雏禽抵抗力的物质［6-7］。

IgY的结构呈“Y”形，由4条链组成，即2条重链(H链)和2条轻链(L链)，重链由1个可变区(V)和 4 个恒定区(Cυ1、Cυ2、Cυ3、Cυ4)组成，没有铰链结构。其完整分子质量为180 ku，重链为67～70 ku，轻链为25 ku，但还存在1个小体积副本为 120 ku(5.7 S)。5.7 S IgY 与 F(ab)2 片段十分相似，因此正确名称为IgY(△Fc)，其重链为υ(△Fc)。7 S IgY和 5.7 S IgY(△Fc)可共存于同一种动物或单独存在。免疫球蛋白G(IgG)的重链，由 1个可变区和 3 个恒定区(Cγ1、Cγ2、Cγ3)组成，Cγ1与Cγ2之间为绞链区，此区域使Fab片段具有相当大的灵活性［8］。比较IgG和IgY的结构发现(图1)，IgG具有铰链区，Fc片段较短，有2对碳水化合物基团。IgY的Fc片段较长，有3对碳水化合物基团。IgG的 Cγ2、Cγ3与 IgY的Cυ3、Cυ4极相似，有研究者认为 Cυ2 包含 IgG 的铰链区，是 IgY没有进化完全的结果［9］。在IgY分子结构上的 Cυ1-Cυ2 和 Cυ2-Cυ3 间存在脯氨酸、甘氨酸残基，这些区域为IgY分子提供了一定的摆动性。IgY有更多的疏水性分子，使它更适合脂类含量丰富的卵黄环境［10］。

图1 IgG与IgY的分子结构Fig.1 Molecular structure of IgY and IgG

IgY具有较强的耐酸、耐热、耐高渗(在60%的蔗糖溶液中仍有活性)、抗离子强度和抗特定酶解(如胃蛋白酶)的能力［11］，在 pH 4～11时稳定，在pH低于3时，活性大部分丧失，随着pH降低更为显著。IgY在4℃条件下储存5～10年，IgY的活性不会受到明显的损失;在室温条件下其抗体活性可保持6个月之久，在37℃条件下则可维持1个月。冷冻干燥处理对lgY活性有不利的影响;-20和4℃环境中，IgY冻干粉具有良好的贮藏稳定性［12］。还有报道证明IgY还具有反复冻融的特性［13］。

IgY无毒副作用，具有良好的免疫活性，克服了饲料中添加抗生素或某些化学合成药物所引起的耐药性和药物残留问题，具有绿色、高效、环保价值，对于畜禽业的健康持续快速发展具有重要意义［15］。此外，IgY还具有许多独特的优点，例如不需要采集动物的血液，只需要收集禽类的蛋就可以获得抗体;免疫少量的抗原，就可以获得大量均一的特异性抗体;禽类IgY与哺乳动物免疫球蛋白不发生交叉血清学反应;将IgY作为一种试验诊断试剂和免疫治疗剂，可避免免疫检测中产生的假阴性或假阳性结果而提高了免疫学检测的准确性。IgY分离方便，分离技术成熟，分离效果较好，从而使得IgY被广泛运用于人类保健、疾病诊断和疾病防治［16］，成功运用于葡萄球菌肠毒素的检测［17］，在治疗新生儿肠道轮状病毒、细菌性痢疾所引起的腹泻方面成效显著［18］，是可用于预防毒蛇毒液的有效保护品［19］，甚至成为治疗某些疾病的特效药［20］。IgY的这些优点，激发了大家对IgY提取方法的研究，使其提取纯度和质量得到不断提高，正逐步在畜禽生产中得到应用。

2 抗细菌IgY的作用机理

大肠杆菌、沙门氏菌等一些有害菌需要黏附于动物肠道黏膜细胞才能增殖，在动物体内产生毒素并使动物感染。而IgY的抗菌作用机理主要的作用方式有:特定病原菌IgY直接黏附于病原菌的细胞壁，破坏病原菌的完整性，抑制其生长。程学慧等［21］采用空肠上皮细胞悬浮液，研究抗K88菌毛IgY体外对肠毒性大肠埃希杆菌K88黏附性的影响，结果表明，抗K88菌毛IgY能有效抑制K88对仔猪空肠上皮细胞的黏附，这与Yokoyama等［22］的报道是基本一致的，并且其抑制作用随抗体效价的增强显著增强。王吉谭等［23］利用盐析法和冷冻干燥法制备抗猪大肠杆菌卵黄抗体粉，配制不同蛋白含量的卵黄抗体溶液，用体外法研究卵黄抗体对大肠杆菌生长及对肠黏膜细胞黏附的影响，试验结果表明，抗猪大肠杆菌卵黄抗体对大肠杆菌在肠黏膜细胞上的黏附有抑制作用，大肠杆菌的生长受到抑制。

IgY可直接黏附于病原菌的菌毛或鞭毛上，使其不能黏附于黏膜上皮细胞而被排出体外，导致肠道中致病性菌体减少或增殖减弱。Rahimi等［24］分别使用含抗沙门氏菌的IgY粉、卵清和少量奶粉等饲喂雏鸡，发现IgY能够抑制沙门菌黏附在肠黏膜上。王劼［25］用分离提纯蛋白免疫获得的Anti-K88ac喷雾干燥全蛋粉、Anti-rFaeG喷雾干燥全蛋粉和Anti-FaeG-FedF喷雾干燥全蛋粉与利用体外试验重组蛋白rFaeG和FaeG-FedF免疫获得的卵黄抗体抑制细菌黏附作用，结果显示，提纯蛋白免疫获得的Anti-K88ac喷雾干燥全蛋粉、Anti-rFaeG喷雾干燥全蛋粉和Anti-FaeG-FedF喷雾干燥全蛋粉3种卵黄抗体粉对细菌黏附肠上皮细胞均具有显著抑制作用，且三者的作用效果无明显差异;由重组菌毛蛋白rFaeG和Fae-FedF制备的卵黄抗体也可以有效抑制K88ac对仔猪肠上皮细胞的黏附;此外，具备2种菌毛基因型的融合蛋白FaeG-FedF免疫获得的卵黄抗体，不仅可以抑制同源菌株F18ac的黏附作用，还可以阻断异源菌株F18ab对肠上皮细胞的黏附。

此外，部分IgY在消化酶的作用下降解为可结合片段，含有抗体的片段可变成容易被肠黏膜吸收的小肽(Fab)，进入血液，与特定的病原菌黏附因子结合后使其不能黏附于易感细胞而失去致病性，而IgY的稳定部分则仍留在肠内。Fab片段还能够与宿主血液中的球蛋白末端结合，使其免遭机体的破坏［26］。Yokoyama 等［27］分别给不同日龄的仔猪饲喂100 mg/mL的IgY(抗-K88菌毛抗体，滴度4 800)，分别测定胃肠道和血液中卵黄抗体分布，结果发现抗体不被未成熟的胃肠道环境破坏，能稳定地通过胃，并能通过胃肠道的吸收转运至循环系统。给奶牛饲喂无乳链球菌和葡萄球菌免疫了的鸡蛋饲粮，结果表明含抗无乳链球菌和葡萄球菌的IgY经口服后，可通过血液循环在非肠道部位发挥作用。

3 IgY在动物生产上的应用

3.1 在家禽生产上的应用

3.1.1 促进生长发育

杨海明等［28］对海兰公雏鸡生长性能及免疫器官和肠道生长发育的影响进行研究，结果表明开食饲粮中添加IgY提高了雏鸡体重，促进了法氏囊、脾脏、十二指肠、空肠和回肠的生长发育。陆建等［29］对海兰公雏鸡早期生长性能、内脏器官生长发育、卵黄囊吸收、血清蛋白含量的影响进行研究，结果表明饲粮中添加IgY可促进雏鸡生长发育，一定程度上维持内脏器官正常生长发育，提高免疫机能。

朱锦兰等［30-33］对肉鸭的生长性能、相关生理生化指标及代谢激素水平等方面开展了研究，研究结果表明:1)添加IgY使肉鸭平均日增重提高，料重比降低，但小鸭阶段要比大鸭阶段效果好;2)添加IgY使肉鸭小肠不同部位的pH降低，各小肠段内容物的胰蛋白酶活性都有所提高，其中空肠的胰蛋白酶活性达到显著水平;3)试验组血清三碘甲状腺原氨酸(T3)、胰岛素样生长因子-1(IGF-1)水平有显著的提高，甲状腺素(T4)水平有升高趋势但不显著。以上结果表明了卵黄抗体添加剂能提高小肠胰蛋白酶活性和影响有关代谢激素水平，从而促进肉鸭生长。

3.1.2 疾病预防和治疗

IgY与抗原相结合，能有效地消除入侵机体的病原体，中和病原体所产生的毒素，是免疫系统的重要组成部分。在家禽疾病预防和治疗中，IgY发挥了较好的作用。在开食料中添加IgY，能较好地阻止和消除肠道沙门氏菌及大肠杆菌［34］;可以减少卵黄囊营养物质的浪费，提高雏鸡对球虫病的抵抗力，降低球虫对雏鸡盲肠的危害［35］。武桂梅等［36］在鸡饲粮中添加抗鸡白痢沙门氏菌病IgY干燥粉，研究发现总发病率降低，增重率提高。Mahdavi等［37］将抗大肠杆菌 O78∶K80 卵黄抗体添加到饲粮中饲喂给感染大肠杆菌O78∶K80的雏鸡，研究结果表明，IgY能够改变肠道健康指数和雏鸡对O78∶K80的免疫应答。此外，IgY在治疗畜禽疾病如新城疫、法氏囊、鸭病毒性肝炎、小鹅瘟病等方面均有较大的应用潜力［38］。张桂枝等［39］在肉鸡场推广应用抗鸡新城疫和传染性法氏囊病二联IgY预防鸡新城疫和染性法氏囊病，保护率达100%，早期治愈率为63%～85%。张伦［40］对抗鸡传染性法氏囊病毒卵黄抗体动物进行攻毒保护试验，结果表明，鸡传染性法氏囊病毒-IgY抗体可有效保护攻毒鸡只，并且对同居感染鸡有很好的预防效果。Fu等［41］成功应用β-丙内脂灭活的非典型肺炎(SARS)病毒免疫鸡无特定病原(SPF)母鸡制得的抗SARS的IgY可有效抑制SARS病毒的增殖。Rahimi等［42］将使用灭活的H9N2禽流感病毒制得的IgY给雏鸡饮用，利用人工感染病毒进行攻毒试验，结果发现雏鸡粪便中病毒含量极显著降低。刘大鹏［43］研究表明，鸭源抗鹅细小病毒IgY对鹅细小病毒感染有极显著的预防和治疗效果。

3.2 在猪生产上的应用

IgY对仔猪的生长性能、疾病的控制和预防及肉品质方面具有广泛的应用效果。罗淡彬［44］通过在14日龄仔猪的基础饲粮添加IgY，结果表明IgY能显著提高仔猪早期断奶的生长性能，提高隔离早期断奶仔猪的免疫力，改善仔猪早期断奶后肠道微生物环境和降低仔猪腹泻。彭健等［45］用28日龄断奶仔猪进行饲养试验，结果表明添加1%喷雾干燥卵黄粉显著降低了仔猪的料重比和腹泻率，提高了日增重，说明IgY对控制仔猪腹泻以及促进断奶仔猪增重和饲料转化率方面具有良好的作用。余冰等［46］在断奶仔猪基础饲粮中添加含胆囊收缩素抗体卵黄粉，仔猪全期平均日增重和平均日采食量提高，料重比降低。同时，饲粮粗蛋白质消化率随含胆囊收缩素抗体卵黄粉添加量的增加呈二次曲线变化。姜锦鹏［47］在猪的饲粮中添加脂肪组织细胞膜蛋白IgY，在降低脂肪沉积和促进蛋白质沉积的同时，不影响猪背最长肌中脂类的含量、大理石纹和pH，并且还显著改善了肉色及猪的胴体品质。索江华等［48］制备猪圆环病毒2型高免卵黄抗体，并对其治疗效果进行研究，观察其治疗效果，结果显示抗体效价达到1∶64;人工感染治疗试验治愈率达100%;临床试验治愈率为96%，应用效果良好。

3.3 在反刍动物生产上的应用

初生犊牛和仔猪可通过肠道吸收初乳获得被动性免疫，预防腹泻。若吸收初乳同时口服特异性IgY，这种免疫保护作用将显著增强。试验证明，喝接种过免疫球蛋白的牛初乳可以防止由最常见的肠道致病菌大肠杆菌引起的腹泻。给患小牛致死性伤寒沙门氏菌的犊牛口服高免IgY粉，随着卵黄抗体滴度的升高，犊牛出现腹泻和高热的时间延迟，提示该IgY虽不能100%治愈该病，却可以大大降低死亡率。

4 小结

面对畜禽生产中出现的问题，人们采取了很多应对措施，其中不乏采用免疫接种和添加抗生素，也就是说，幼龄动物自出生起就一直被动地接受疫苗和各类抗生素。事实上，为了有效地控制禽类疾病，减少甚至避免养殖过程中药物的使用，最有效的方法应是提高家禽的自身抵抗力。鸡IgY具有性能稳定、成本低廉、产量高、应用效果好等优点，近年来，IgY作为潜在的饲料添加剂迅速发展，目前已经有相关产品问世。商业化养禽场中，家禽面临着许多传染性因子的威胁，如果IgY能够对抗常见致病微生物的侵袭，则在家禽生产上贡献会很大。但现在IgY主要研究集中在对种鸡进行特异性免疫获得的特异性抗体，事实上，鸡蛋中所含的抗体更多的是非特异性抗体，若能充分发挥非特异性卵黄抗体的作用必将达到意想不到的效果。

IgY作为添加剂进行大规模的应用还存在一定的问题，母鸡对一个抗原的免疫应答会因每次应激不同而变化很大。卵黄中IgY水平的可变性是个值得考虑的因素，管理方面的低效和环境方面的应激都会加剧抗体水平的易变性。因此，还需加强IgY的深入研究，使得IgY作为饲料添加剂在畜禽生产中具有很好的应用前景。

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