扶正类中药多糖调控畜禽免疫功能的研究进展

杨 植 , 王煜轩 , 龚诗淼 , 吴世海 , 刘晓晔 , 何至远 , 董 虹

[1. 北京农学院 兽医学 (中医药) 北京市重点实验室 , 北京 昌平 102206 ; 2.北京农学院 北京市中兽药工程技术研究中心 , 北京 昌平102206]

我国兽用中药原料丰富,应用广泛,具备安全性好、研发成本低、毒性小、不良反应少和低碳环保等优势[1]。多糖是中药的重要生物活性成分,当前,扶正类中药多糖在家畜和家禽养殖过程中均有大量应用。例如,仔猪黄白痢是影响仔猪肠道健康的重要传染病,可造成新生仔猪的大量死亡;临床针对仔猪黄白痢多采用抗生素治疗,但抗生素滥用导致多重耐药菌的出现和快速传播,影响抗生素的治疗效果[2],仔猪日粮中添加黄芪多糖能提高断奶仔猪的生长性能、降低腹泻率,并能提高断奶仔猪的免疫功能[3]。在家禽养殖过程中,口服黄芪多糖可以有效治疗鸡传染性喉气管炎,对感染模型的治愈率高达95.6%;此外,黄芪多糖还可以通过提高抗球虫药物指数,缓解鸡球虫病的临床症状[4]。扶正类中药多糖对仔猪腹泻、奶牛乳房炎和鸡球虫病等常见畜禽传染病均具有防控作用,且其还是一类优质的饲料添加剂,可以用于改善畜禽生产性能、提高免疫力[5]、有效缓解畜禽应激反应。研究表明,黄芪多糖可以缓解雏鸡运输应激造成的肠道功能紊乱[6],缓解奶牛热应激[7],改善畜禽的生产性能[8]。事实上,扶正类中药多糖单独使用可以很好地替代化学药物用于畜禽疫病的防控,同时也可以作为疫苗佐剂增强疫苗的免疫效果,联合抗生素使用增强抗生素的治疗效果[9]。

1 常用扶正类新兽用中药现状

我国的中药资源十分丰富,种类高达12 800余种,其中药用植物11 100余种、药用动物1 580余种、药用矿物80余种,其品种之多,数量之大,居世界首位[10]。扶正类中药是我国中药资源的重要组成部分,其单药即可有效提高畜禽免疫力,和其他中药配伍使用可以扶正兼祛邪,这类复方往往在发挥杀菌、抗病毒作用的同时起到提升机体正气的作用。扶正类中药主要分为补气药、补血药、助阳药和滋阴药,具有益气养血、健脾益肾等功能,可以改善因气血两虚和脾肾不足造成的乏力、气短和疲倦等症状。现代药理学研究表明,扶正类中药对畜禽机体的免疫监控、免疫调节和免疫防御等功能均起着重要的调节作用,可增强机体的抗病能力。随着研究的持续深入,扶正类中药多糖治疗疾病的作用靶点越来越明确,作用机制越来越清晰,逐渐受到企业和养殖户的认可。

目前,已有部分扶正类兽用中药被成功开发并在畜禽养殖中投入使用,其主要剂型包括粉剂、注射剂和口服液等,粉剂常用作饲料添加剂,注射剂可作为抗生素的溶剂,口服液适用于幼畜。扶正类兽用中药能够通过调控畜禽体液免疫和细胞免疫增强畜禽免疫功能,也可作为疫苗佐剂,提升疫苗的免疫效果。有研究发现,黄芪多糖对猪瘟疫苗的免疫效果有显著的增强作用,相比于单独使用猪瘟疫苗,配合使用黄芪多糖可特异性增强免疫猪瘟疫苗后的体液免疫和细胞免疫反应[11];五加芪粉可以增强猪圆环病毒2型疫苗的免疫效果,相比于单独使用猪圆环病毒2型疫苗,配合使用五加芪粉可加大对猪的保护力度[12]。当前,我国兽医临床上黄芪的使用较多,其次是人参、党参、白术和淫羊藿等。我国兽医临床上常用于提高畜禽免疫力的扶正类兽用中药见表1。

表1 提升畜禽免疫力的扶正类兽用中药

2 扶正类中药多糖及其组成

目前,畜禽相关研究较多的扶正类中药多糖主要是补气药和助阳药中的多糖类成分,这些多糖大都具有免疫调节功能,毒性低,药物作用机制呈现多靶点、多通路的特点[13]。此外,扶正类中药多糖组成清晰,适口性好,药效稳定,使用安全。在国家减抗替抗的大背景下,它们作为常规的饲料添加剂被广泛使用,同时也能与抗生素或疫苗配伍使用,例如,黄芪多糖和恩诺沙星联合治疗仔猪白痢比各自单独使用效果更好,提高了仔猪腹泻的治愈率[14]。

糖类化合物是多羟基醛或多羟基酮及其衍生物和聚合物的统称,多具有Cx(H2O)y通式,其化学特性与蛋白质较为相似,但具有更多的取代位点、异头构型和糖链分支,这使得多糖结构更加复杂[15]。多糖又称多聚糖,一般是由20个以上的单糖分子聚合而成,是一种高度聚合的高分子化合物,具有较强的极性,其结构可分为一级结构、二级结构、三级结构和四级结构。同时,多糖具有较高的生物信息携带能力,参与多种生命活动,具有广泛的生物学活性[16]。有研究分析了52种常见的中药多糖,发现其单糖的组成相似,但含量有很大差异,含量由高到低依次为葡萄糖、半乳糖醛酸、半乳糖、阿拉伯糖、甘露糖、葡萄糖醛酸和岩藻糖;大多数中药多糖以葡萄糖为主,少数中药中葡萄糖含量较低,主要以半乳糖、半乳糖醛酸、阿拉伯糖和甘露糖为主[16]。

随着研究深入,扶正类中药多糖的组成逐渐清晰。目前,研究较多的多糖有黄芪多糖、党参多糖、白术多糖、人参多糖和淫羊藿多糖等,这些多糖的组成中大多有阿拉伯糖、木糖、半乳糖和鼠李糖等。常见扶正类中药多糖的组成表2。

表2 扶正类中药多糖的组成

3 扶正类中药多糖的作用机制

扶正类中药多糖可以通过多种途径调控畜禽的免疫功能,通过调节免疫信号通路的传递,影响淋巴细胞的成熟和分化;同时扶正类中药多糖还可以调节相关炎性细胞因子的转录和表达,提高畜禽血清中免疫球蛋白的浓度,也能上调B淋巴细胞(B lymphocyte)、T淋巴细胞(T-lymphocyte)和自然杀伤细胞(Natural killer cell)的数量。有研究表明,黄芪多糖能够促进免疫器官的发育,以及免疫细胞的产生、增殖和活化,进而提高畜禽机体的细胞免疫和体液免疫水平。

目前,研究较多的扶正类中药多糖都具有明确调控免疫功能的作用,主要通过调节先天性免疫信号通路的激活和传导发挥作用,可应用于动物应激反应、母畜难产、产后护理、畜禽疾病防控、配伍抗生素和免疫佐剂等。其中研究最多的是单个中药的多糖,如补气药中的黄芪、党参和人参等。甘草的有效成分为甘草多糖、甘草酸和甘草黄酮,它们均有免疫增强作用,能够促进机体的体液免疫和细胞免疫应答[22]。黄芪多糖、白术多糖和防风多糖可提升小鼠肠道黏膜免疫功能,3种多糖配伍组成的玉屏风多糖调控免疫功能的效果更好[23]。已有黄芪多糖、党参多糖注射剂在畜禽养殖中投入使用,应用十分方便快捷,但目前可以制作成注射剂的中药多糖数量有限,仍有待进一步开发。复方多糖成分更复杂,研究难度和成本更高,但是已经有研究发现复方多糖具有更好的效果,未来对复方多糖的探索还需继续进行。

3.1 扶正类中药多糖调控淋巴细胞免疫信号分子传递 扶正类中药多糖能够与淋巴细胞表面受体结合并参与相关信号传导,通过激活转录因子调控淋巴细胞的增殖和活化,进而发挥先天性免疫的调控作用。细胞信号转导通路的主要参与者包括环磷酸腺苷(Cyclic adenosine monophosphate,cAMP)、环磷酸鸟苷(Cyclic guanosine monophosphate,cGMP)、一氧化氮(Nitric oxide,NO)和钙离子(Calcium ion,Ca2+)等第二信使分子,以及相关转录因子[24]。现有研究表明,白术多糖通过影响仔猪淋巴细胞内NO和cAMP和干扰素γ(Interferon γ,IFN-γ)的浓度来调控免疫信号的转导[25]。黄芪多糖可以通过调控鸡脾脏淋巴细胞中游离Ca2+浓度来调控免疫[26]。厥麻多糖可以提高小鼠脾脏淋巴细胞内Ca2+和cGMP的浓度,促进NO的分泌增加,进而增强免疫功能。另外,黄芪多糖可以通过影响NO-cGMP信号通路转导发挥免疫调节功能[27]。

3.2 扶正类中药多糖调控畜禽体内细胞因子的分泌 细胞因子在先天性免疫和特异性免疫反应过程中发挥重要作用,直接调控并介导免疫应答和炎症反应。机体细胞因子是衡量畜禽健康水平的重要生物标志物,其水平和变化过程会直接影响畜禽的免疫功能。事实上,中药可以通过调控细胞因子的表达水平发挥免疫调节作用。现有研究表明,刺五加多糖可以增加雏鸡血清中白细胞介素-2(Interleukin-2,IL-2)、白细胞介素-4(Interleukin-4,IL-4)、白细胞介素-6(Interleukin-6,IL-6)和IFN-γ等细胞因子的浓度,进而调控雏鸡的免疫功能[28]。白术多糖可以影响鸡体内T淋巴细胞的生成,提高免疫过新城疫疫苗的鸡血清中IL-2、白细胞介素-1β(Interleukin-1β,IL-1β)、肿瘤坏死因子α(Tumor necrosis factor α,TNF-α)和IFN-γ的表达水平,进而增强疫苗的免疫效果[29]。白术多糖可以通过抑制Toll样受体4(Toll-like receptor 4,TLR4)/核因子κB(Nuclear factor kappa-B,NF-κB)信号通路转导,降低TNF-α、IL-1β和IL-6等细胞因子的表达水平,进而缓解大鼠的肠道炎症反应[30]。刺五加多糖可以提高鸡血液中IFN-γ和IL-2细胞因子的mRNA转录水平,降低血液中IFN-γ、IL-2、IL-4、白细胞介素-10(Interleukin-10,IL-10)、IL-1β、IL-6、诱导型一氧化氮合酶(Inducible nitric oxide synthase,iNOS)和TNF-α等细胞因子的mRNA转录水平,进而调控鸡的免疫功能[31-32]。参苓白术散多糖可以显著下调结肠炎小鼠结肠中细胞因子TNF-α、IL-1β和IFN-γ的水平,上调抑炎因子IL-10的水平,对小鼠结肠炎有显著治疗作用[33]。

3.3 扶正类中药多糖调控畜禽体液免疫应答 B淋巴细胞是介导体液免疫的主要细胞,其在受到外来抗原刺激后经过一系列的增殖、分化产生浆细胞,浆细胞分泌抗体介导免疫应答,畜禽血清中抗体的含量与畜禽的体液免疫水平直接相关。有研究发现,黄芪多糖和白术多糖可以增强吞噬细胞的增殖,提高吞噬能力,上调小鼠血清中免疫球蛋白G(Immunoglobulin G,IgG)的表达量,进而发挥免疫增强作用[34]。黄芪多糖还可以提升杂交鳢血液中补体C3(Complement 3,C3)/补体C4(Complement 4,C4)的含量,提高机体免疫力[35]。在水产养殖中,黄芪多糖和白术多糖可以增加草鱼血液中免疫球蛋白M(Immunoglobulin M,IgM)、补体C3和溶菌酶(Lysozyme,LYS)的蛋白活性,以及相关基因的转录和表达水平[36]。还有研究表明,茯苓多糖能够提高小鼠血清中免疫球蛋白A(Immunoglobulin A,IgA)、IgG和IgM的含量[37]。

3.4 扶正类中药多糖调控畜禽细胞免疫应答 扶正类中药多糖可以通过调节中枢免疫器官中T、B淋巴细胞的增殖和分化,进而调节细胞免疫应答。现有研究表明,刺五加多糖可以促进鸡外周血中CD4+和CD8+T淋巴细胞的增殖[38]。党参多糖可以增加小鼠外周血中CD4+T淋巴细胞数量和CD4+/CD8+比值[39],进而增强细胞免疫。茯苓多糖和枸杞多糖可以增强小鼠体内吞噬细胞的吞噬功能,调控免疫抑制小鼠外周血中CD4+/CD8+比值[40]。黄芪多糖能激活和增强小鼠巨噬细胞功能,促进外周血T淋巴细胞的分化和增殖,提高B淋巴细胞与NK细胞的数量和活性[41],同时可以使小鼠外周血中CD3+、CD4+T淋巴细胞的含量和CD4+/CD8+T淋巴细胞的比值升高[42]。黄芪多糖还可以增加肺癌小鼠CD4+T淋巴细胞的含量和CD4+/CD8+T淋巴细胞比值[43]。

扶正类中药多糖可以提升畜禽免疫力,调控畜禽亚健康状态,增强一些疫苗的免疫效果。如图1所示,扶正类中药多糖主要通过调控免疫信号分子、细胞因子、细胞免疫和体液免疫,调控畜禽免疫功能。

图1 扶正类中药多糖调控畜禽免疫功能的作用机制示意图(自绘)

4 扶正类中药多糖的临床应用

4.1 扶正类中药多糖调控家畜生产性能

4.1.1 扶正类中药多糖调控奶牛生产性能 现有研究表明,黄芪多糖可以抑制金黄色葡萄球菌的定植,降低牛乳中体细胞数,缓解乳腺上皮细胞炎症反应,降低奶牛乳房炎的发病率[44]。另外,黄芪多糖可以调节应激奶牛血清代谢平衡,调控血清中谷胱甘肽代谢,缓解奶牛的应激反应[45]。口服黄芪多糖可显著提高新生犊牛的先天性免疫,降低出生后21 d内犊牛腹泻的发病率[46]。有研究在325头早期断奶犊牛日粮中添加黄芪多糖进行干预,并设置抗生素对照组,结果显示,试验组犊牛腹泻率为5.5%,成活率为94.2%,且试验组犊牛腹泻率比抗生素对照组降低5.5%,成活率提高7.2%,表明黄芪多糖对早期断奶犊牛腹泻有明显的防治效果[47]。另外,口服黄芪多糖可以改善奶牛代谢,促进蛋白质沉淀,改善瘤胃发酵功能,提高表观消化率[48]。

4.1.2 扶正类中药多糖调控生猪生产性能 有研究表明,刺五加多糖可以改善猪的生长性能,改善畜禽肠道健康和免疫功能[49]。白术茯苓多糖可以通过改善仔猪盲肠的菌群结构,减少变形菌门的菌群,降低仔猪肠道致病菌的致病率[50]。黄芪多糖还可作为疫苗佐剂,当其含量为500 mg/L时能显著提高仔猪传染性胸膜肺炎灭活疫苗的免疫效果,使疫苗发挥更好的免疫保护效果[51]。黄芪多糖和葛根提取物能够有效提高哺乳母猪哺乳全阶段的采食量和总泌乳量,增加断奶仔猪体重,降低仔猪腹泻发病率[52]。黄芪多糖作为猪瘟疫苗稀释液可刺激机体迅速产生特异性抗体,免疫14 d时血清中的猪瘟抗体水平比常规猪瘟疫苗提高9.8%;免疫28 d时,产生的猪瘟抗体水平仍比常规猪瘟疫苗高14.2%,表明黄芪多糖作为疫苗稀释液配合猪瘟疫苗使用,可提高猪瘟疫苗的免疫效果[53]。

4.1.3 扶正类中药多糖在其他家畜上的应用 有研究证明,绵羊注射口蹄疫疫苗后,体内的抗体效价水平会随时间延长而逐渐降低,而使用一定剂量的黄芪多糖可有效减缓抗体的消减速率,增强绵羊口蹄疫疫苗的免疫效果[54]。日粮中添加100 mg/kg黄芪多糖可以提高羊奶质量,增强山羊免疫力[55]。饲料中添加黄芪多糖可以增强断奶仔兔的免疫功能,降低临床腹泻率和病死率,提高生产性能,降低料肉比[56]。一定剂量的黄芪多糖可以作为免疫增强剂促进兔瘟抗体的产生,提高抗体的水平,减缓抗体的消减速率[57]。有关临床羊痘的病例研究发现,对病羊进行黄芪多糖注射液和地塞米松注射液混合物的肌肉注射,其治愈率高达95%以上[58]。

4.2 扶正类中药多糖调控家禽生产性能

4.2.1 扶正类中药多糖调控鸭生产性能 现有研究表明,按250 mg/kg剂量在饲粮中添加黄芪多糖可提高1～14日龄肉鸭的平均日采食量(Average daily feed intake,ADFI),提高樱桃谷鸭的屠宰性能,增强机体免疫功能和抗氧化能力,促进肠道形态发育[59-60]。酵母硒和黄芪多糖均可改善鸭肉产品质量,提高抗氧化能力,有效延长货架期,且对鸭肉pH和嫩度改善均具有明显的效果[61]。在1～14日龄和15～28日龄阶段,日粮中添加白术多糖能明显改善肉鸭肠道菌群,促进有益菌群的占位,进而抑制有害微生物的定植[62]。在樱桃谷肉鸭的1～14日龄和15～28日龄2个生长阶段添加白术多糖,均能一定程度提高其日增重,降低料肉比[63]。

4.2.2 扶正类中药多糖调控鸡生产性能 研究发现,在鸡的日粮中添加一定量的白术多糖可以有效降低绿壳蛋鸡的球虫感染率[64]。党参多糖可以提高鸡球虫疫苗的免疫效果[65]。淫羊藿多糖能够促进鸡脾脏淋巴细胞和腹腔巨噬细胞的增殖,调节免疫功能[66]。黄芪多糖和淫羊藿多糖可以增强鸡传染性法氏囊病活疫苗的免疫效果,提高疫苗保护力[67]。淫羊藿多糖能在一定程度上改善肉仔鸡十二指肠、空肠和回肠的形态结构,增强机体免疫力[68]。黄芪多糖在肉鸡养殖中可以调控肉鸡免疫功能,提高生长性能,降低疾病的发病率[69]。

4.2.3 扶正类中药多糖在其他家禽上的应用 研究表明,白术多糖可以缓解环磷酰胺诱导的雏鹅肝脏损伤,消除肝脏肿大、胆汁淤积和胆囊萎缩现象,维持肝脏组织结构的完整性[70]。此外,白术多糖可以有效维持雏鹅肠道菌群的丰度和多样性,改善肠道菌群的组成和结构[71]。饲粮中添加一定剂量的黄精多糖可以提高鹌鹑的受精率和受精蛋的孵化率,且添加量在0.4%时效果最好[72]。

5 小结和展望

中药多糖有复方多糖和单药多糖。单药多糖的优势在于研究热度较高,提纯难度相对较低,且已经明确了很多免疫相关的作用机制,开发了不同的剂型,如黄芪多糖注射液、黄芪多糖粉和黄芪多糖口服液等,同时黄芪多糖还可以作为免疫佐剂。与单药多糖相比,复方多糖作用靶点更多、有效成分更复杂、提纯难度更高,且其作用机制也更广泛,在临床上具有更好的治疗效果。目前,复方多糖的相关研究相对较少,药物作用机制尚不明确,研究有待深入。剂型的研究有助于进一步发挥各种剂型的优势,扩大应用范围,但多糖的剂型仍有待进一步开发,目前可以制作成注射剂的中药多糖种类有限,需要进一步深入研究,扩大可以制成注射剂的中药种类。

中药多糖作为饲料添加剂,在一定程度可代替抗生素。我国农业农村部第194号公告规定,2020年起全面禁止在饲料中添加抗生素,而中药多糖可以作为饲料添加剂提升畜禽免疫功能。虽然中药多糖具有作为饲料添加剂的优势,但其质量需要严格把控。中药多糖的质量和原材料的质量密切相关。现代大规模人工种植、中药产地变化、化肥大量使用、采摘时间不科学和炮制不规范等导致中药有效成分减少。例如,不同采收期会影响川芎有效成分阿魏酸、洋川芎内酯I、洋川芎内酯H、洋川芎内酯A和藁本内酯的积累[73]。原材料的品质直接影响中药多糖的含量以及其治疗效果,扶正类中药多糖的生产需要严格管控来源中药材的质量,使用国家药典记载的道地药材进行生产。目前,扶正类中药多糖的作用机理还需要更加深入的研究,组成成分也需要进一步解析,以使得扶正类中药多糖的使用更加安全。此外,部分中药价格较高也影响了扶正类中药多糖的发展,可以通过开发药物的非药用部位,充分利用中药药渣以降低经济成本。中药多糖的获取需要稳定的、可重复的制备工艺和高效、灵敏的质量控制方法,这些技术问题仍需要长时间的探索和完善[13]。总之,中药多糖虽然有一定优势,可以作为饲料添加剂、免疫佐剂、配伍抗生素或单独使用,但是稳定、高效、高品质多糖的提取还需要进一步的探索,需深入开发应用中药非药用部位、中药药渣以及中药发酵等提取多糖,以降低成本。最重要的是要严格把控中药质量,确保中药多糖的质量。