啤酒酵母葡聚糖的生物應答

1939年，有人提議葡萄糖母具有驅疫性，但在20世紀60年代，研究人員發現了提供免疫特征的主要因素是祖母細胞膜中存在的糖苷元。1957年,Benacerarf和Sebestyn發現靜脈注射酵母細胞壁的酵母多糖可以提高巨噬細胞的吞噬活性,促進肝臟、脾臟巨噬細胞的增殖。隨后,他們對酵母細胞壁多糖進行了純化。酵母多糖的主要成分是β-葡聚糖、甘露聚糖和幾丁質。Riggi等于1961年確定酵母多糖的活性成分是β-D-葡聚糖,所以人們就將這種具有免疫活性的酵母多糖稱作酵母葡聚糖。酵母葡聚糖是第1個被發現具有免疫活性的葡聚糖,隨后,酵母葡聚糖又被發現具有抗感染、抗腫瘤、抗輻射和促進傷口愈合等功能,是一種重要的生物效應應答劑(biologicalresponsemodifiers,BRM)。因此,開發利用啤酒酵母葡聚糖具有重要的應用前景。1-1,6-葡聚糖化合物結構及成分分析啤酒酵母葡聚糖包括堿溶性和堿不溶性兩種,二者在細胞壁中的含量大致相當。關于兩種葡聚糖的詳盡化學分析,Bacon等1969年提出酵母葡聚糖是以β-1,3-葡聚糖為主,β-1,6-葡聚糖為輔的混合物組成。Manners等所作的葡聚糖分析發現,85%的堿不溶性葡聚糖是β-1,3-鍵連接,同時在鏈間穿插3%β-1,6-葡聚糖苷鍵,其余15%的堿不溶性葡聚糖是β-1,6-鍵連接的,成高度分支,約含有19%β-1,3-葡聚糖苷鍵。從它們的結構分析來看,尚不清楚存在單分支還是多重分支,分子是呈層狀、梳狀還是樹突結構。一些學者認為,低度分支有助于線性鏈段的排列并最終形成螺旋結構,從而使得大分子具有一定的剛性和弱水溶性。2關于葡萄糖祖母的科學研究2.1葡萄糖的免疫作用機制2.1.1葡聚糖對臟器細胞增殖的影響自從人們發現β-1,3-D-葡聚糖具有免疫增強特性以來,國內外學者就一直對該葡聚糖的免疫作用機理進行不斷的研究。經研究發現,β-1,3-D-葡聚糖可以刺激無脊椎動物血細胞的增加(相當于脊椎動物的白細胞增加)和一些超氧化物歧化酶(SOD)的產生,從而抵抗外來病毒、細菌的侵入,屬于一種非特異性的免疫應答反應。另外,這些具有免疫作用的因子通過非特異性免疫反應來調節機體免疫性能,需要受到激素的控制。2.1.2葡聚糖的結構和耐藥活性β-1,3-D-葡聚糖的免疫活性與它的支鏈的狀況有關,包括支鏈的數量、位置和長度。試驗證明,因為從不同的生物中分離到的葡聚糖的分支度和側鏈的長度不同,所以它們的免疫活性就有所不同,這些發現為葡聚糖免疫活性的研究提供了很大的幫助。隨著研究的深入,人們還發現許多具有極其相似結構的β-葡聚糖,其抗腫瘤活性卻有著較大差異,此種現象表明,多糖結構與抗腫瘤活性之間的相互關系不僅涉及到多糖的初級結構,而且與它們的次級結構和構象形態等也有密切關系。長期的研究表明,在多糖骨架鏈上占優勢的交替1,3-鍵連接,且具有1,6-鍵分支的β-葡聚糖往往具有較明顯的抗腫瘤活性。若骨架結構主要由1,6-鍵或其他1,2-和1,4-鍵連接,則抗腫瘤活性就很低。經13C核磁共振譜分析推斷,連接在β-1,3-葡聚糖骨架上的多羥基基團,對抗腫瘤活性起重要作用。通過對具有抗腫瘤活性的β-葡聚糖進行X-衍射分析表明,它們絕大多數具有三股螺旋構象,由氫鍵把β-1,3-鍵連接的D-葡聚糖殘基連接起來。然而通過α-1,3-鍵連接的D-葡聚糖是一種帶狀的單鏈構象,沿著纖維軸伸展而不是呈螺旋狀,所以沒有抗腫瘤活性。水生植物中所含的酸性雜多糖及其降解產物,是通過β-1,3-鍵連接的D-半乳聚糖或甘露聚糖組成主鏈,不是D-葡聚糖,顯然也沒有抗腫瘤活性。2.2葡萄糖的免疫功能2.2.1維持免疫功能研究發現,酵母的β-1,3-D-葡聚糖能夠增強宿主預防寄生蟲的能力,增強細胞免疫功能。β-1,3-D-葡聚糖可以調節免疫系統,持續刺激免疫系統處于高度活性狀態,從而行使免疫功能。具體的免疫反應為,骨髓白細胞產生的巨噬細胞、中性粒細胞和單核細胞攻擊并吞噬有害的入侵物;動員免疫細胞運動到異物處;提高巨噬細胞的吞噬能力,最終吞噬或毀滅入侵物。這里需要指出,巨噬細胞的功能是限制或毀滅外來異物,例如,細菌、真菌、病毒和寄生蟲等,因此,不能把β-葡聚糖應用于治療自體免疫系統疾病。2.2.2對免疫調節的作用眾所周知,生物體的免疫系統如果不能及時將癌基因表達產生的第1個癌細胞清除,機體就可能患癌癥。β-1,3-D-葡聚糖可產生以下免疫應答,它可以誘導巨噬細胞增殖,增強高等哺乳動物血漿內補體系統的溶菌功能,促進T細胞和B細胞的分化;此外,細胞因子在其中也發揮了重要的作用,例如,IL-1促進T、B、NK等細胞的增殖與活化,IL-2誘導LAK、TIL等效應細胞殺傷腫瘤。2.2.3對肺細胞的抗氧化性質酵母β-1,3-D-葡聚糖作為一種生物效應應答劑,具有廣泛的活性。SlamenovaD等研究了β-1,3-D-葡聚糖的3種水溶性衍生物對田鼠肺細胞DNA氧化損傷的影響,結果表明,3種衍生物都能很好的保護肺細胞由于羥自由基或單線態O所造成的DNA氧化損傷。PathchenML等研究表明,水溶性葡聚糖能夠增強由60CO誘導輻射的快速痊愈。用β-1,3-D-葡聚糖治療經輻射的小鼠。可以增強小鼠恢復的能力,并且能夠提高骨髓活力,使白細胞數量增加,同時增強脾臟功能。2.2.4葡聚糖促進皮質形成細胞β-1,3-D-葡聚糖參與機體的自然防御和加速皮膚創傷愈合的過程。細胞培養試驗表明,羧甲基葡聚糖抵御皮膚細胞抗氧化分子損耗和促進角質形成細胞和增殖。同時,β-1,3-D-葡聚糖可以用作為滲透抑制劑,消除Cs+、Cd+、Co+等金屬離子的毒性。3關于祖母葡萄糖在動物生產中的應用研究3.1葡萄糖的應用3.1.1對黑虎蝦的免疫作用水生動物與大多數動物一樣,在生命的進化過程中也形成了其獨有的系統。但是,魚類是最低等的脊椎動物,其免疫系統還不成熟,它們對微生物感染的抵抗主要依賴于非特異性免疫反應,尤其是蝦的免疫系統比魚類發育還差,對感染的抵抗更是依賴于非特異性的免疫反應。臺灣水生生物所的研究人員在2000年研究了β-1,3-D-葡聚糖對黑虎蝦的幼蟲影響。研究結果表明,無論是戶外還是室內,飼喂含有β-1,3-D-葡聚糖的黑虎蝦幼蟲的存活率顯著高于不喂β-1,3-D-葡聚糖幼蟲的存活率。SteinarM等研究發現,酵母β-1,3-D-葡聚糖具有促進大西洋大馬哈魚巨噬細胞溶菌酶生成的作用。經β-1,3-D-葡聚糖作用后的細胞與未經處理的細胞相比,其溶菌酶的生成顯著提高,同時伴有溶菌酶基因表達復制的積累。3.1.2純化酵母葡聚糖對雞雞細胞的抗氧化活性影響孵化后1周的雛雞的天然免疫系統還不健全,容易被腸炎沙門菌感染入侵,并在內臟器官繁殖。純化酵母葡聚糖,作為飼料添加劑,可顯著對抗侵入雛雞內臟器官的腸炎沙門菌。與采食常規飼料的雛雞作對比,從采食含有純化酵母葡聚糖飼料的雛雞血液中分離到的白細胞的活性升高,其吞噬能力、殺菌作用和氧化能力增強。其結果顯著減少了腸炎沙門菌對雛雞內臟器官的損傷。3.1.3酵母葡聚糖李軍等研究表明,在斷奶仔豬日糧中添加50mg/kg酵母葡聚糖,可以提高斷奶仔豬的日增重。在斷奶仔豬日糧中添加啤酒酵母葡聚糖可以提高仔豬的日采食量,從而增加仔豬的日增重。3.1.4利用特別配方美國農業部農業研究所的一位研究員EicherS成功研制一種小牛飼料添加劑的特別配方,該添加劑可以使小牛在應激狀態下抵抗感染,這個配方包括從酵母細胞壁中提取的β-1,3-D-葡聚糖。試驗表明,飼喂這種特別飼料配方的小牛,不但可以抵抗在運輸過程中的一些應激,還可以降低細菌和病毒的感染。3.2加強研究,為酵母葡聚糖的添加提供智力支持酵母葡聚糖克服了以往所有抗生素、益生素、酶制劑等的不足。具有用量少、純天然、無殘留且穩定性強,能提高動物機體的免疫能力,促進動物生長等優點,在動物營養上具有廣闊的應用前景。但要為酵母葡聚糖在飼料添加劑中的應用開辟一個更為廣闊的空間,還應加強以下幾個方面的研究,研究酵母葡聚糖在不同種類動物中的最佳添加量及添加方式;降低酵母葡聚糖生產成本的新工藝、新方法;加強對酵母葡聚糖副作用及其控制措施的研究。有人提出將酵母葡聚糖作為免疫增強劑添加到疫苗中,在給動物注射疫苗的同時,不僅使動物自身產生相應的抗體,而且還可以促進動物免疫系統的發育,增強細胞免疫和體液免疫的能力,通過內源和外源共同作用,提高動物抵抗外來病原微生物的能力。將酵母葡聚糖添加到疫苗中比作為飼料添加劑具有更大的優勢。首先,作為飼料添加劑,動物在采食的過程中會造成一定的浪費,并且酵母葡聚糖中的有效成分會在動物體內被消化系統消化掉;其次,與疫苗同時注入動物體內,操作較方便。4生物活性酵母葡聚糖的免疫作用機制我國是啤酒生產大國,廢酵母泥是啤酒生產中的重要副產物。基于啤酒酵母中葡聚糖含量高的特點,開發利用啤酒酵母葡聚糖可以為啤酒廢酵母的綜合利用開辟新途徑。β-1,3-D-葡聚糖是一種比較好的免疫增強劑,目前此類免疫增強劑已經廣泛的應用于多種動物由于感染病原菌所在成的疾病的預防和治療中,并起到了很好的效果,但是,我們仍然需要對其免疫作用機制進行深入