酵母細胞壁多糖的研究進展

zhuchunsen · 發(fā)表于 2008-1-27 09:00:33

廣東海洋大學農(nóng)學院動物醫(yī)學系 /朱春森徐春厚

   摘要：酵母細胞壁多糖主要包括葡聚糖和甘露聚糖，它能夠激發(fā)、增加機體的免疫力和抗病力，對細菌、真菌和病毒引起的畜禽疾病以及運輸、轉(zhuǎn)群、接種、氣候變化等引起的應(yīng)激反應(yīng)產(chǎn)生非特異性免疫。因此，它是一種很有發(fā)展前景具有抗生素和益生素雙重作用的免疫促進劑，目前越來越受到學術(shù)界和養(yǎng)殖業(yè)的重視。
   關(guān)鍵詞：酵母胞壁多糖；葡聚糖；甘露聚糖
   近年來，隨著人們對濫用抗生素和添加高水平的礦物元素作為生長促進劑對環(huán)境和人類健康帶來極大危害的認識不斷深入，限制其使用逐漸提上日程，而尋找新的替代品也日益迫切。由于多糖[Polysaccharide，通式為（C6H10O5）n]具有各種各樣特殊的、復(fù)雜的化學結(jié)構(gòu)和不同的生理功能以及廣泛的（潛在的）應(yīng)用價值，如在抗腫瘤、抗炎、抗病毒、降血糖、抗衰老、抗凝血、免疫促進等方面發(fā)揮著重要的生物活性作用，已經(jīng)成為當今科研最熱門的研究領(lǐng)域之一；其中酵母細胞壁（主要成分為多糖）是一種很有發(fā)展前景的飼料添加劑和具有抗生素兼益生素雙重作用的免疫促進劑，并越來越受到學術(shù)界和養(yǎng)殖業(yè)的重視。
1 酵母細胞壁多糖概述
酵母細胞壁約占細胞干重的30%，一般分為3層，中間層是糖蛋白層，內(nèi)外兩層分別為葡聚糖層(約占細胞壁干重的30％～34％)和甘露聚糖層（約占細胞壁干重的30％），這兩層多糖也是酵母細胞壁多糖的主要成分（陳思紜，1991）。有研究表明，酵母細胞壁的結(jié)構(gòu)是一個動態(tài)且可被調(diào)控的的結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)和組成可以被嚴格調(diào)控并能對環(huán)境變化作出響應(yīng)，如利用紫外照射培養(yǎng)后的酵母細胞提取葡聚糖的試驗證實葡聚糖含量提高29.25%（趙華，2004）。酵母細胞壁多糖能激發(fā)、增加機體的免疫力和抗病力，對細菌、真菌和病毒引起的畜禽疾病以及運輸、轉(zhuǎn)群、接種、氣候變化等引起的應(yīng)激反應(yīng)產(chǎn)生非特異性免疫力，這些主要歸功于其2種重要的多糖成分——葡聚糖和甘露聚糖。目前酵母細胞壁多糖的基礎(chǔ)研究在國外進行得比較多，在國內(nèi)報道的相對較少。
2 酵母葡聚糖
葡聚糖（Glucan）是酵母細細胞壁最重要的結(jié)構(gòu)成分之一，其結(jié)構(gòu)研究得較為清楚，大部分是由D-葡萄糖通過β-D-(1→3)鍵的方式相結(jié)合的聚合物，也有小部分以高度分支的β-D-(1→6)鍵結(jié)合的聚糖，一般分為堿性葡聚糖（約占細胞壁的20%）、酸性葡聚糖（約占細胞壁的6%）和中性葡聚糖（約占細胞壁的34%）3種類型。
酵母細胞壁葡聚糖的生物活性與它的分子大小密切相關(guān)，高分子的β-（1，3）-葡聚糖具有較強的免疫及抗腫瘤活性。β-（1，3）-葡聚糖的七聚體是競爭嗜中性粒細胞葡聚糖受體的最小分子。這表明免疫應(yīng)答對單糖的化學結(jié)構(gòu)是非特異的，而主要由連接方式、分子大小和構(gòu)象所決定，高分子的β-（1，3）-葡聚糖具有獨特的分子結(jié)構(gòu)，它通常以三股螺旋的構(gòu)象存在，這種三股螺旋緒構(gòu)對調(diào)節(jié)其免疫活性是至關(guān)重要的、對于β-（1，3）-葡聚糖來講，只有分子量大于9×104才能形成三股螺旋。β-（1，3）-葡聚糖的三股螺旋結(jié)構(gòu)通常是靠氫鍵和分支來穩(wěn)定的，因此，多聚糖分子主鏈上側(cè)鏈的性質(zhì)和分布對生物活性也有很大影響。酵母細胞壁中堿不溶性多糖80%以上是含有β-（1，3）連接的β-（1，3）-葡聚糖，其分子量大約為2.4×105，具有很強的免疫活性。有研究表明，β-葡聚糖是免疫反應(yīng)的基質(zhì)，在免疫上具有如下的效果：①刺激動物體內(nèi)淋巴細胞的增殖；②活化動物體內(nèi)的巨噬細胞，一般認為體內(nèi)網(wǎng)狀內(nèi)皮系統(tǒng)在葡聚糖的刺激下，產(chǎn)生大量對機體免疫功能起關(guān)鍵作用的巨噬細胞，而巨噬細胞通過吞噬作用吸收、破壞和清除體內(nèi)損傷的、衰老的、死亡的自身細胞和侵入體內(nèi)的病原微生物；③增加動物體產(chǎn)生自然殺傷細胞的能力；④誘使動物對念珠菌癥產(chǎn)生非特異性免疫，提高存活率。
此外，一些磷酸化葡聚糖的價值在于它能與所感染的致病細菌、真菌和病毒結(jié)合，從而改善病灶的發(fā)展過程。葡聚糖在消化道中不可溶、不吸收，也不產(chǎn)生粘性，尚有清腸、清除游離基、抗輻射、溶解膽固醇和預(yù)防高脂血癥作用及抵抗濾過性病毒、真菌、細菌等引起的感染。葡聚糖還是一種低卡路里食品添加劑，可明顯減少血液中的葡萄糖量，并能控制肥胖癥，預(yù)防糖尿病及心血管疾病的發(fā)生，同時在口腔內(nèi)不會產(chǎn)生齲齒，還能夠提供脂肪樣口感。
3 酵母甘露聚糖
甘露聚糖（Mannan）是酵母細胞壁另一重要的多糖成分，其相對分子量為20000～200000，主鏈為單鏈，由約50個α-甘露糖間以α-(1→6)鍵形成的；主鏈上聯(lián)結(jié)有以α-(1→2)和α-(1→3)鍵聯(lián)結(jié)數(shù)目不等的甘露糖側(cè)鏈，有些側(cè)鏈也結(jié)合有一些基團，這些側(cè)基可能是酵母細胞抗原的決定部位。酵母甘露聚糖可以通過選擇性乙酰解反應(yīng)，特異性地切斷主鏈的α-（1，6）-糖苷鍵，其切斷α-（1，6）-糖苷鍵的速度比切斷支鏈的α-（1，2）-糖苷鍵及α-（1，3）-糖苷鍵的速度快。因此，選用合適的反應(yīng)條件，即控制反應(yīng)的酸度、溫度和時間等，可以使甘露聚糖鏈完全從α-（1，6）-糖苷鍵連接的骨架處斷開，生成若干種寡糖，即甘露寡糖（簡稱MOS），它也是動物營養(yǎng)與免疫研究和應(yīng)用中主要的功能性多糖，具有多種生物活性。
在實際生產(chǎn)應(yīng)用中，也多是以添加甘露寡糖為主。甘露寡糖能夠優(yōu)化動物胃腸道微生態(tài)環(huán)境，降低胃腸道疾病，如抗腫瘤、抗輻射和抗感染等，并且由于細胞表面的碳水化合物主要負責細胞的識別作用從而具有吸收基質(zhì)的功能。甘露寡糖具有較高的結(jié)合病原菌的能力，研究表明：病原菌細胞表面或絨毛上具有類丁質(zhì)結(jié)構(gòu)(如植物凝集素)，它能夠通過識別“特異性糖類”受體(糖脂或搪蛋白的殘基)，并與受體結(jié)合，從而在腸壁上發(fā)育繁殖，導(dǎo)致一些腸道疾病的發(fā)生。很多腸道病原體的凝集素能利用與含D-甘露糖受體結(jié)合的1型菌毛附著于腸黏膜上皮上，由于甘露寡糖結(jié)構(gòu)與病原菌在腸壁上的受體非常相似，并與類丁質(zhì)有很強的結(jié)合能力，添加細胞壁多糖為細菌提供了豐富的甘露糖源，從而避免了細菌與腸壁的親和，一旦甘露寡糖與這些類丁質(zhì)結(jié)合，會使病原菌不再附著于腸壁上，而病原菌是不能利用甘露寡糖作為供其生長的能量來源的，導(dǎo)致病原菌因不能利用甘露寡糖而缺乏能源。由于甘露寡糖不會被消化酶降解，從而攜帶病原菌通過腸道，因此可以起到防止病原菌定殖的作用，故又稱其為“病原菌吸附劑”或“病原菌清除劑”。此外，甘露寡糖還可以減少腸道病原菌的數(shù)量，提高消化率、激活免疫等功效，這是因為甘露寡糖中含有較高濃度的磷酸成分，對結(jié)合病原菌雖不利，但對調(diào)節(jié)免疫機能則很重要的。試驗研究表明，甘露寡糖和磷酸之間的比例與免疫應(yīng)答之間，存在一定的相關(guān)性。
甘露寡糖作為飼料添加劑應(yīng)用于動物生產(chǎn)時，能清除某些毒素，激活動物的免疫反應(yīng)，提高肉雞、火雞、斷奶仔豬及犢牛的日增重和飼料轉(zhuǎn)化率，降低胃腸道疾病的發(fā)生率和死亡率。研究發(fā)現(xiàn)，甘露寡糖可以鰲合胃腸道釋放的黃曲酶素，并且可以結(jié)合玉米赤霉烯酮，且結(jié)合力成非直線關(guān)系，其具體作用機制還有待進一步的研究；據(jù)報道，甘露寡糖也能顯著提高犢牛的日增重，降低發(fā)病率；也有證實，魚的嗜中性細胞活性因添加甘露寡糖而加強。Savage(1996)報道，注射火雞粘膜IgA和全身IgG水平提高。有試驗證實，甘露寡糖能提高仔豬日增重和飼料轉(zhuǎn)化率，其原因可能是其提高了仔豬的免疫力，抑制了病原菌在胃腸道的增殖。Spring（1998）通過深入研究了甘露低聚糖對仔豬加強防御能力的作用發(fā)現(xiàn)，仔豬膽汁中免疫球蛋白(Ig)的濃度在常規(guī)豬和SPF豬中沒有差別，但常規(guī)豬腸和血清中的Ig濃度更高，SPF豬添加甘露寡糖提高了腸和血清中的Ig濃度，該效應(yīng)在常規(guī)豬中并不太明顯，僅在小腸中Ig濃度較高，常規(guī)育成豬飼喂甘露寡糖顯著提高了B淋巴細胞的數(shù)目。這一結(jié)果說明，甘露寡糖可以提高豬的體液免疫功能。日糧中添加甘露寡糖對胃腸道微生物區(qū)系的影響己在肉雞和火雞上做了大量的試驗研究，結(jié)果表明可顯著地降低腸道內(nèi)沙門氏菌和大腸桿菌的數(shù)量，這可能是通過甘露寡糖產(chǎn)品影響腸道的微生物區(qū)系或影響動物的免疫應(yīng)答而帶來的變化。
4 酵母細胞壁多糖的應(yīng)用
一般認為，酵母細胞壁多糖通過激發(fā)免疫功能，維持微生態(tài)平衡來增強動物免疫力，改善動物健康狀況，增加動物對外界不良刺激的適應(yīng)性，從而提高生產(chǎn)性能，增加經(jīng)濟效益。并且，酵母細胞壁多糖對酸解過程比較穩(wěn)定，其碎片能完好無損地通過胃或皺胃，這種能抵抗酸消化的能力，造就了它在不同種類動物的廣泛應(yīng)用。在養(yǎng)殖業(yè)中，許多國家己普遍使用酵母細胞壁類產(chǎn)品，如奧特奇公司生產(chǎn)的奧奇素，它是源于經(jīng)過篩選的酵母菌株細胞壁，經(jīng)提純得到的甘露寡糖。它在畜禽和魚類養(yǎng)殖中發(fā)揮了良好的防病、治病和保健的作用，可刺激不同畜禽巨噬細胞的應(yīng)答反應(yīng)。Savage等 (1996)研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，奧奇素可提高分泌IgA水平達25%。在低卡路里色拉調(diào)味料、奶酪類似物和象冰淇淋樣的冷凍甜點的生產(chǎn)中作為脂肪替代物；葡聚糖還有吸水膨脹的性質(zhì)，在香腸、火腿腸、熱狗等大多數(shù)肉制品中作為持水、持油劑；在食品中，酵母葡聚糖也可以作為膳食纖維來發(fā)揮作用。此外，它還有保溫、成膜、無刺激性的特點，故廣泛用于醫(yī)藥、食品、化妝品等行業(yè)。
總之，隨著酵母細胞壁多糖的研究不斷深入，其應(yīng)用于實際生產(chǎn)也會越來越普及。未來針對酵母細胞壁多糖的研究，一方面對其作用機制方面的應(yīng)作進一步研究；另一方面，選育出多糖高產(chǎn)菌，并研究其作用的方式、劑量、時間長短等，具有很大的理論和實踐意義。