酵母葡聚糖在家禽生产中的应用研究进展

袁书林，王 岩，冯占雨,3

（1.淮安生物工程高等职业学校，江苏淮安 223200；2.江苏淮大科技集团有限公司，江苏南京 210019；3.定州市海丰养殖有限公司，河北定州 073011）

近年来我国养禽业发展迅速，数量增长快，集约化程度高，2020 年全国家禽出栏已达155.7 亿只，禽肉产量2 361 万t[1]，大大满足了人们对动物蛋白的需求。中华人民共和国农业农村部第194 号公告提出，从2020年7 月1 日开始，我国全面禁止在饲料中添加除中药以外的促生长类药物。因此，养殖场面临的病原微生物感染风险严峻，急需寻找一些高效的抗生素替代产品。目前，养禽生产中应用的抗生素替代产品主要有微生态、益生元、酶制剂、中草药、有机酸、抗菌肽和精油等。但大多数产品竞争性不强，性价比低，因此寻求高效的抗生素替代产品成为行业重视的课题。

来源于酵母细胞壁的β-l,3 D 葡聚糖具有高生物活性，在人类及动物保健领域发挥重要作用。酵母葡聚糖已被证明可以促进家禽生长[2-4]，改善家禽肠道健康[5]，促进免疫器官和免疫系统发育[6-7]，在病菌攻毒试验和病毒疫苗免疫时可以降低炎症反应[8]，修补损伤的组织[9-10]，提高疫苗的效价[4,11]。因此，酵母葡聚糖在家禽生产上具有替代抗生素的潜力[2,7,12-13]。近年来的研究表明，酵母β-l,3 D 葡聚糖在家禽生产中具有明显的正向效应，性价比较高，因此酵母葡聚糖有潜力成为竞争力强的促生长类抗生素替代品[14]。本文主要综述了酵母葡聚糖的生物学功能及其在家禽上的应用研究进展，旨在为酵母葡聚糖在家禽生产中的进一步研究和应用提供参考。

1 酵母葡聚糖的结构和生物学功能

1.1 酵母葡聚糖的结构β-葡聚糖是一类由重复糖单位组成的长链聚合物，因单糖的类型、链的长度、糖苷键的类型和分枝的程度而呈现出不同结构上的特征，它们广泛存在于众多细菌、真菌、蘑菇、海藻及高等植物中。酵母来源的葡聚糖存在于酵母细胞壁中，主要是D-葡萄糖通过β-D-（1,3）键的方式相结合，也有部分是高度分支的β-D-（1,6）键结合的葡聚糖，它在消化道中不可溶，不吸收，不产生粘性；酵母葡聚糖具有独特的分子结构，通常以三股螺旋的构象存在，这种结构决定了它特有的生物学功能[15]。酵母葡聚糖的分子量在800～1 000 ku，其中β-1,3-糖苷键约占85%[16]。酵母葡聚糖的二维结构见图1。

图1 酵母葡聚糖的二维结构

β-1,3 D 葡聚糖不溶于水，为了提高酵母葡聚糖的水溶性从而改善其功能，人们还开发了改性葡聚糖，目前研究和应用比较多的是羧甲基酵母葡聚糖和硫酸化酵母葡聚糖。

1.2 酵母葡聚糖的生物学功能

1.2.1 酵母葡聚糖的免疫调节作用 酵母葡聚糖的主要生物学活性是免疫调节作用。Novak 等[17]指出，酵母葡聚糖作为免疫增强剂，可以调控机体的天然免疫。而酵母葡聚糖的免疫增强活性取决于酵母葡聚糖的螺旋构象和存在位于螺旋外表面的亲水基团[18]。Castro 等[19]研究进一步指出，高纯度、沿着β-1,3 主链有较高分支度并且分子量较大的葡聚糖具有较好的免疫调节特性，无疑带有β-D-（1-6）分支的酵母葡聚糖符合这个条件；Raa[20]也认同酵母来源的葡聚糖活性在β-D 葡聚糖当中最高。启动免疫阶段，作为异源物质进入宿主机体的酵母葡聚糖会引起生物活性反应，免疫细胞表面的模式识别受体（PRRs）将其识别为微生物相关分子模式（MAMPs），进而与补体结合，引发相应的免疫反应。酵母葡聚糖的结合补体为Detin-1 的Toll 样受体（TLR）和补体受体3（CR3）[17,21]。之后，酵母葡聚糖被肠上部的单核细胞、巨噬细胞和树突状细胞吞噬，然后穿梭至脾脏等不同的免疫器官释放葡聚糖颗粒，从而激发免疫细胞对病原菌作出有效的消杀反应。

大量的研究表明，包括酵母葡聚糖在内的β-1,3 D葡聚糖有强大的激活机体自然免疫系统的能力。近期一个重要的研究发现，β-1,3 D 葡聚糖对训练免疫（Trained Immunity）有积极影响[19,22]。训练免疫是一种新的免疫模式：先天免疫细胞（如单核细胞、巨噬细胞和自然杀伤细胞）在外源感染刺激下能够产生一种新的带有非特异性记忆的免疫反应，以应对二次同源或异源感染，这一过程被称为训练免疫，其特点是宿主对再次感染的高反应性和非特异性[22]。Kalafati 等[23]通过小鼠肿瘤模型发现，β-葡聚糖诱导的“训练免疫”能够显著抑制肿瘤生长，并且该“训练的先天免疫”可以长期维持。β-葡聚糖“训练”的中性粒细胞能够直接治疗正在生成的肿瘤，从而建立了“训练”免疫的肿瘤治疗潜力模式。训练后的先天免疫力介导了对再次感染的持续增强反应能力。β-1,3 D 葡聚糖诱导的训练免疫除了提高种禽自身的免疫力外，还有可能将获得的免疫优势传递给后代，提高幼雏成活率。葡聚糖诱导的训练免疫也有可能改善疫苗的效果，将葡聚糖诱导的训练免疫传递下去，从而增强对疾病的抵抗力。

作为免疫增强剂，酵母葡聚糖可以提高家禽生产性能和疫苗效价、降低炎性水平以及抗病菌感染、抗球虫、改善肠道健康等。酵母葡聚糖能够改善家禽的生产性能，有效替代林可霉素、黄霉素、维吉尼亚霉素和金霉素[2,7,11-12,24]。研究表明，添加酵母葡聚糖肉鸡的各项生产性能指标低于阿维拉霉素组[13]。在日粮中添加酵母葡聚糖或者改性酵母葡聚糖或者作为免疫佐剂可以提高注射疫苗家禽的抗体滴度，测试的疫苗包括新城疫、传染性支气管炎和禽流感（H5）[4,11,13,25-26]。外界病原体侵袭家禽会诱发炎症反应，进而产生一系列病理变化，在大肠杆菌和沙门氏菌攻毒研究中酵母葡聚糖显著缓解了机体炎症反应，有效防止感染病菌导致的生产性能降低[9,27-29]。球虫感染是家禽养殖面临的重大问题，处理不当会造成巨大的经济损失。有研究发现，酵母葡聚糖或羟甲基酵母葡聚糖可以有效缓解球虫感染对肉鸡的伤害[30-32]，提升感染球虫生化标记物白介素10（IL-10）的水平[8]。酵母葡聚糖或者改性酵母葡聚糖通过增加家禽肠道中有益菌，降低有害菌含量、改善肠道绒毛形态以及修复感染病原体后的黏膜损伤来改善肠道健康，促进生长发育[5,9-10,32]。

1.2.2 吸附霉菌毒素 作为酵母细胞壁的一部分，酵母葡聚糖具有吸附霉菌毒素的性质，这与其三股螺旋的结构有关。相关体内和体外试验表明，葡聚糖是酵母细胞壁吸附霉菌毒素的关键成分，其含量越高吸附能力越强[33]，酵母葡聚糖能降低霉菌毒素对内脏器官的毒害作用，使器官指数和血清指标基本恢复到正常水平[34]。体外测试中还发现，改性的水溶性酵母葡聚糖吸附力更强[35]。

2 酵母葡聚糖在家禽生产中的应用

2.1 酵母葡聚糖在肉鸡上的研究应用

2.1.1 酵母葡聚糖在肉鸡上的非攻毒试验研究 由表1可见，13 个非攻毒试验中有1 个是独立的禽流感疫苗效价评测[36]，另外12 个测定了肉鸡的生产性能指标，其中8 个试验中酵母葡聚糖对肉鸡生产性能有显著改善[2-5,7,11-12,26]，4 个试验中有所改善但没有达到统计显著水平[6,13,37]。在与抗生素的对比试验中，肉鸡日粮中添加酵母葡聚糖的生产性能优于或者相当于添加林可霉素、黄霉素或维吉尼亚霉素效果[2,7,12]；与阿维拉霉素对比，生产性能在数值上较差，但差异不显著[13]。

表1 酵母葡聚糖或改性酵母葡聚糖在肉鸡上的非攻毒试验研究

调节免疫是酵母葡聚糖最重要的功能之一。13 个非攻毒试验中有9 个测定了与免疫相关的指标，其中有8 个试验产生显著效应，改善的指标为免疫器官（法氏囊、胸腺或脾脏）、细胞因子（白介素-1（IL-1）、白介素-2（IL-2）、肿瘤坏死因子-α（TNF-α）和肿瘤坏死因子-γ（IFN-γ））、血液或者肠道免疫球蛋白或者淋巴细胞表面抗原（CD4+和CD8+）[2-4,6-7,13,37-38]。酵母葡聚糖引起的免疫指标变化激活了肉鸡的免疫系统，使免疫细胞得到训练，以便更好地应对病原入侵。从多数肉鸡试验生产性能得到改善的结果来看，这些免疫反应是适度的，没有过度激活引发炎症风暴，进而侵蚀机体器官。

13 个非攻毒试验中，有5 个检测了注射疫苗前后的抗体滴度，其中2 个试验发现新城疫和传染性支气管炎抗体效价显著提高[11,38]，但张敬等[39]的研究未发现酵母葡聚糖显著提高肉鸡新城疫抗体效价；另外2 个试验发现羧甲基酵母葡聚糖作为免疫佐剂或者被肉鸡采食后能显著提高禽流感（H5）抗体效价[4,36]。此外，Morales-Lopez 等[13]和Teng 等[5]研究发现，饲喂酵母葡聚糖后肉鸡肠道黏膜绒毛显著增高，表明酵母葡聚糖对肉鸡肠道黏膜形态有改善作用。

2.1.2 酵母葡聚糖在肉鸡上的攻毒试验研究 由表2 可见，在肉鸡上进行的11 个攻毒试验包括1 个大肠杆菌攻毒、3 个球虫攻毒、4 个沙门氏菌攻毒、2 个霉菌毒素攻毒和1 个环磷酰胺攻毒。Huff 等[27]在大肠杆菌攻毒试验中发现，酵母葡聚糖显著提高了攻毒肉鸡的生长，对气囊炎评分和肝脏保护也有积极影响，并且提高了成活率，攻毒前7 d 饲喂酵母葡聚糖效果优于连续25 d 饲喂的效果。

表2 酵母葡聚糖或改性酵母葡聚糖在肉鸡上的攻毒试验研究

Cox 等[30]在3 种球虫的攻毒试验中发现，肉鸡感染期间酵母葡聚糖使T 辅助1 型细胞反应显著增强，细胞介导的免疫反应得到激活，有利于球虫在胞内被吞噬消除。Omara 等[31]在球虫攻毒试验中发现，酵母葡聚糖使感染肉鸡脾脏、法氏囊和胸腺的IL-10 升高。IL-10 是一种抗炎性细胞因子，可以通过下调T 淋巴细胞活性，抑制炎性细胞的激活、迁移和黏附而发挥抗炎作用，被作为鸡感染艾美耳球虫或者改善疫苗效率的生化标记物，酵母葡聚糖可显著提高感染球虫肉鸡免疫器官IL-10 水平，说明酵母葡聚糖可以修复球虫感染带来的炎性伤害，取得更好的抗球虫效果[8]。刘博等[32]按16 mg/kg 和64 mg/kg 体重饮水给予羟甲基酵母葡聚糖（sGSC）感染球虫三黄肉鸡，结果表明sGSC 可明显减少感染肉鸡排出卵囊，增加肠道有益微生物，减少有害微生物，肉鸡体重恢复至健康水平。

在4 个沙门氏菌（肠炎沙门氏菌、白痢沙门氏菌和鼠伤寒沙门氏菌）攻毒试验中，研究发现酵母葡聚糖可以有效缓解病菌对感染肉鸡的伤害，如促进生长发育、降低死亡率[9,28-29]，增强抗氧化能力[28]，修复肠道黏膜损伤[9-10]，降低肉鸡脏器有害菌数量[9-10,29]。Shao等[29]还发现，酵母葡聚糖使肉鸡遭受沙门氏菌感染后体内相关抗菌肽的变化发生逆转。肠道分泌型免疫球蛋白（sIgA）在局部黏膜抗感染免疫和维护黏膜完整性中发挥重要作用，一般情况下当动物机体遭受外部病原入侵时肠道sIgA 分泌会增加。在酵母葡聚糖对沙门氏菌感染肉鸡的研究中，王忠等[9]发现酵母葡聚糖使感染肉鸡回肠、空肠和十二指肠的sIgA 分泌量显著降低，而Shao 等[10]则发现，酵母葡聚糖使感染肉鸡的空肠中sIgA 分泌量显著增加。这种矛盾的结果可能与酵母葡聚糖试验样品差异、攻毒菌株（白痢沙门氏菌与鼠伤寒沙门氏菌）不同以及攻毒后肉鸡所处的状态（免疫适度以及免疫过激）有关。Omara 等[31]研究发现，遭受球虫攻毒的肉鸡在酵母葡聚糖作用下免疫器官中免疫抑制因子IL-10 水平升高，体现了酵母葡聚糖对遭受球虫感染肉鸡机体的保护。王忠等[9]研究中黏膜免疫关联的肠道sIgA 分泌降低也可能是此原因。而Shao 等[10]的试验中菌毒还没有引起过度炎症反应，所以酵母葡聚糖更进一步促进了黏膜免疫来抵抗菌毒，因此引起空肠sIgA 分泌量显著增加。酵母葡聚糖对机体的免疫功能具有双向调节作用，根据肉鸡机体具体状态维持或调节促炎因子与抗炎因子之间的平衡，抑制或缓解肉鸡机体炎症反应，恢复其免疫功能。王忠等[9]也指出，尽管酵母葡聚糖攻毒组肉鸡肠道总sIgA 分泌量降低，但回肠和空肠分泌的抗沙门氏菌特异性IgA 在数量上有所升高，而Shao 等[28]同样发现酵母葡聚糖攻毒组肉鸡小肠中抗沙门氏菌特异性IgA 水平、血清抗沙门氏菌特异性IgG 均显著升高。

作为酵母细胞壁的一部分，酵母葡聚糖也具有吸附霉菌毒素的性质。Yiannikouris 等[33]利用3 种来源于实验室和1 种工业上应用的酵母细胞壁研究对体外霉菌毒素玉米赤霉烯醇的吸附效应，结果发现葡聚糖含量越高的酵母细胞壁吸附能力越强（相关系数达0.889），几丁质含量高会阻碍玉米赤霉烯醇与葡聚糖的接触而降低细胞壁的吸附能力，说明酵母细胞壁对霉菌毒素的吸附作用中葡聚糖起着关键作用。体内研究中，王兆钧等[34]指出，发霉玉米日粮中添加500～1 500 mg/kg 酵母葡聚糖能降低霉菌毒素对内脏器官的毒害作用，使器官指数和血清指标基本恢复到正常水平。Zimmermann 等[40]利用鸡淋巴细胞测定了酵母葡聚糖对黄曲霉毒素 B1（AFB1）的吸附作用，结果发现AFB1攻毒的淋巴细胞表现出细胞保护和基因保护效应，在浓度为1% 和10% 水平下阻止了淋巴细胞凋亡，在1% 浓度时可以完全恢复因20 μg/kg AFB1造成的淋巴细胞的DNA 严重损伤。体外吸附霉菌毒素试验表明，酶碱法提取的酵母葡聚糖吸附效果较好，对玉米赤霉烯酮（ZEA）吸附量最大可达到2.296 μg/mg 葡聚糖[38]；水溶性的羧甲基葡聚糖（CCMG）有更高的吸附性，对ZEA 吸附量达到18.643 μg/mg CCMG[35]。

IFN-γ和IL-6 分别参与介导细胞免疫和体液免疫，而TGF-β1 在免疫系统中扮演免疫抑制的角色。Wang等[42]研究了硫酸化酵母葡聚糖对CTX 诱导的肉鸡免疫抑制作用，结果发现以4 mg/kg 体重饮水供给硫酸化酵母葡聚糖能显著提高免疫抑制肉鸡的法氏囊指数，降低法氏囊组织病理变化，提高IFN-γ和IL-6 浓度，降低TGF-β1 浓度，促进淋巴细胞增殖；还使肠道双歧杆菌和乳酸菌种群数量显著增加，结果说明硫酸化酵母葡聚糖能有效缓解肉鸡的免疫抑制，促进其发挥正常的免疫功能。

2.2 酵母葡聚糖在蛋鸡上的研究应用 酵母葡聚糖或改性酵母葡聚糖在蛋鸡的试验研究相对较少。周友明等[24]发现，蛋鸡日粮中添加酵母葡聚糖使日均产蛋率显著提高3.2%，饲料报酬显著提高4.2%，而死亡率极显著降低65.5%，达到了添加金霉素的效果。何凤琴等[25]研究结果表明，日粮中添加酵母葡聚糖可以显著提高新城疫疫苗免疫20 d 后的抗体滴度，极显著降低粪便中大肠杆菌的数量和蛋黄中胆固醇含量。Zhen 等[26]也发现，饲喂酵母葡聚糖后显著提高了蛋鸡血清细胞因子和总IgA 水平，显著促进了牛血清白蛋白、禽流感和新城疫疫苗的特异性抗体滴度；且葡聚糖日粮线性提高了种蛋的孵化率，日粮中添加200 mg/kg 酵母葡聚糖改善了蛋壳颜色，降低了死亡率。此外，王米等[43]利用60 日龄蛋公鸡淋巴细胞在体外测试了硫酸化葡聚糖（SCG）对细胞免疫功能的影响，结果发现SCG 能激活细胞免疫，在合适的浓度（250～2 000 μg/mL）能单独或协同刀豆蛋白A（ConA）、脂多糖（LPS）剂量依附性刺激鸡脾脏淋巴细胞增殖，同时250 μg/mL SCG 可促进鸡淋巴细胞分泌IL-2 和IFN-γ。

在蛋鸡上进行酵母葡聚糖的研究比较少，但得出一致的结论是酵母葡聚糖或改性酵母葡聚糖可以有效激活蛋鸡的免疫系统，提高其免疫力和对疫苗抗体的滴度。由于试验样品数量（512～3 000 只）、试验周期（56～90 d）以及所用的酵母葡聚糖来源不同，只有周友明等[24]的试验（3 000 只，90 d）发现酵母葡聚糖对蛋鸡生产性能的改善达到了统计学上的显著水平，而另外2 个体内试验的某些生产性能指标在数值上有所改善[25-26]。

3 小 结

在家禽上的大量研究表明，酵母葡聚糖及其改性产品具有强大的免疫调节功能，具有提高生产性能和疫苗效价、降低炎性水平、抗感染、抗球虫、改善肠道健康以及吸附霉菌毒素等功能，在促进家禽生长、提高健康水平和蛋品质方面有很大的发展潜力。酵母葡聚糖是减少或者消除家禽饲料中抗生素的一种有效手段。激活免疫训练是新发现的β葡聚糖的一项特殊性能，先天性免疫系统能够被酵母葡聚糖刺激，使之拥有后天免疫类似的记忆能力。当真正的应激刺激来临时，先天免疫系统也可以像获得性免疫那样，产生更快更强的免疫反应，这对于防治家禽疾病、促进生长和健康非常重要。目前研究中使用的酵母葡聚糖来源、纯度以及使用剂量存在较大差异，还需进一步确认酵母葡聚糖发挥促生长以及防病治病作用的有效剂量和来源。可溶于水的改性葡聚糖非常适合在养殖终端使用，但目前相关研究数据还不足，需要进一步测试。此外，在肉鸡和蛋鸡之外其他禽类上的研究报道较少，特别是中国养殖量比较大的肉鸭、肉鹅和鹌鹑上没有相关研究数据，仍需要进一步探讨。