殼寡糖對動物機體免疫和炎癥調(diào)節(jié)作用及其機制的研究發(fā)展

千里之行，始于足下。第2頁/共2頁精品文檔推薦殼寡糖對動物機體免疫和炎癥調(diào)節(jié)作用及其機制的研究發(fā)展殼寡糖對動物機體免疫和炎癥調(diào)節(jié)作用及其機制的研究發(fā)展

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導(dǎo)讀

殼聚糖廣泛存在于自然界中，是由蝦、蟹、昆蟲的幾丁質(zhì)外殼通過別

同程度地脫乙?；玫降囊环N無毒聚氨基葡萄糖。殼寡糖（COS）是殼聚糖的落解產(chǎn)物，聚合度（DP）在2~20，分子質(zhì)量≤3000μ，其生物活性比殼聚糖更強；COS是天然糖中唯一大量存在的堿性氨基寡糖，因具有多元化的生物學(xué)作用，使其在醫(yī)學(xué)研究、生物醫(yī)藥和食品科學(xué)等領(lǐng)域中受到廣泛

關(guān)注。目前，隨著國家對抗生素的使用要求越來越嚴格以及養(yǎng)殖環(huán)境的變化，怎么使動物自身免疫力別斷提高，從而減少對抗生素的依靠、改善藥

物殘留所帶來的危害越來越被大伙兒所重視。所以，在畜牧獸醫(yī)領(lǐng)域中，COS作為一種天然的免疫增強和炎癥調(diào)節(jié)活性物質(zhì)，在增強動物免疫機能和抗

炎方面具有較高的研究價值和廣大的應(yīng)用前景。

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COS的理化性質(zhì)及生物學(xué)作用

COS可徹底溶于水，部分溶于甲醇和二甲基亞砜，別溶于丙酮和乙醇。DP為2～4的COS可溶于甲醇，但DP＞5的COS溶解性較差；由于范德華力等低分子間相互作用，低分子質(zhì)量COS（＜1500ｕ）在較寬pH的范圍內(nèi)可溶于水。COS自身氨基帶正電荷，是目前發(fā)覺的自然界中唯一堿性寡糖，無毒，有較好的生物相容性和生物可落解性以及對大分子藥物緩釋等特性。所以，與殼聚糖相比，COS在治療中有更大的應(yīng)用空間。

COS在胃腸道中別被分解，非常容易經(jīng)過腸上皮細胞汲取，優(yōu)先分配到肝臟、脾臟和腎臟，可被動物直截了當汲取入血作用于靶細胞。COS在血漿、肝臟、腎臟和尿液中被溶菌酶落解，其要緊排泄途徑是尿液。目前研究發(fā)覺，COS具有調(diào)節(jié)免疫力、抗氧化、抗應(yīng)激、抗微生物、抑制腫瘤生長、活化腸道有益菌和落低膽固醇等多種生物學(xué)作用。還能促進組織再生、增強藥物和DNA傳遞和鈣汲取等功能。

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COS的免疫增強作用

COS發(fā)揮免疫調(diào)節(jié)的生物學(xué)效應(yīng)，與其對免疫器官、多種免疫細胞的調(diào)節(jié)效應(yīng)及誘導(dǎo)多種細胞因子的分泌緊密相關(guān)。DP在3～8的COS在體外可顯著增強原代264．7巨噬細胞的增殖活性和對中性紅的吞噬能力，小鼠口服COS后脾臟指數(shù)和血清免疫球蛋白（Ig）Ｇ含量增加?？诜﨏OS還能顯著升高環(huán)磷酰胺（Cy）誘導(dǎo)的免疫抑制小鼠胸腺和脾臟指數(shù)、遲發(fā)型變態(tài)（DTH）反應(yīng)、巨噬細胞吞噬作用和一些酶活性，并增強細胞因子白細胞介素（IL）-2、IL-12和干擾素－γ（IFN-γ）的產(chǎn)生。與此并且，COS對Ｔ淋巴細胞也產(chǎn)生了明顯的調(diào)節(jié)作用，給小鼠腹腔注射COS己二酸（20mg/kg）4次，未成熟CD4+、CD8＋胸腺Ｔ細胞的百分比落低，成熟CD4＋、CD8＋胸腺淋巴細胞的百分比增加，COS增加了脾臟CD19＋細胞百分比，而對腸系膜淋巴結(jié)CD19＋細胞的百分比無顯著妨礙。這講明COS促進了胸腺淋巴細胞的成熟和分化，并調(diào)節(jié)了脾臟Ｂ淋巴細胞和淋巴結(jié)Ｔ淋巴細胞的數(shù)量。在肉仔雞（1日齡）飼糧中添加別同水平（0、50、100、150mg/kg）的COS，第21天和第42天COS

（100mg/kg）添加組仔雞血清IgＧ、IgＡ、IgＭ含量升高，COS并且促

進了免疫器官的發(fā)育（脾臟、法氏囊、胸腺分量增加）。COS及衍生物還可經(jīng)過Th1途徑，對接種新城疫活疫苗雞群的抗原特異性細胞免疫發(fā)揮輔助作用。

另外，斷奶應(yīng)激可導(dǎo)致血清抗體和細胞因子水平落低，而COS可使早期斷奶仔豬空腸黏膜和淋巴結(jié)IL-1β基因的表達升高，并且增加了血清IL-1β、IL-2、IL-6、IgＡ、IgＧ和IgＭ含量。由此能夠看出，COS也許經(jīng)過調(diào)節(jié)細胞因子和抗體的產(chǎn)生提高動物機體細胞介導(dǎo)的免疫反應(yīng)。所以，COS作為飼料添加劑在家禽和豬的營養(yǎng)方面得到廣泛應(yīng)用。還有學(xué)者研究了皮下植入COS對犬巨噬細胞和多核細胞激活的妨礙，結(jié)果發(fā)覺5和

10mg/kgCOS植入術(shù)后24～96ｈ體內(nèi)，中性粒細胞數(shù)量顯著增加，巨噬細胞活性增強；20mg/kgCOS植入組直到術(shù)后120ｈ巨噬細胞仍然保留高活性，這提示COS能夠作為一種有效的免疫增強劑用于術(shù)后免疫抑制的預(yù)防。COS是以分子質(zhì)量依靠的方式經(jīng)過巨噬細胞發(fā)揮免疫調(diào)節(jié)活性，所以，COS作為一種新型的免疫抑制性疾病治療劑顯示出巨大的潛力。

由先天免疫和獲得性免疫組成的免疫系統(tǒng)在消除病原體和外來物質(zhì)方面起著重要作用。藥物或營養(yǎng)保健品對免疫功能的增強也許對免疫功能喪失或衰退的人（如老年人）特殊有益。經(jīng)過體外和體內(nèi)模型現(xiàn)已證明COS有望增強先天免疫和獲得性免疫。產(chǎn)生免疫增強作用的COS的體外劑量為10～100μg/mL，體內(nèi)劑量為100～500mg/（kg·d）。它可刺激巨噬細胞分泌腫瘤壞死因子－α（TNF-α）和IL-1。此外，COS處理可導(dǎo)致巨噬細胞中誘導(dǎo)型一氧化氮合酶（iNOS）表達和一氧化氮（ＮＯ）的產(chǎn)生增加。COS是經(jīng)過與巨噬細胞上的膜受體相互作用而發(fā)揮這種免疫刺激作用，而且已有研究證明COS在巨噬細胞中的免疫刺激作用依靠于Toll樣受體4（TLR4）的調(diào)節(jié)。此外，COS可經(jīng)過c-Jun氨基末端激酶（JNK）-c-Jun/活化蛋白（AP）-1信號通路刺激Caco-2細胞中IL-8（嗜中性粒細胞趨化因子）以及其他趨化因子配體及其受體［包括趨化因子配體20及趨化因子受體6（CCR6）和趨化因子配體17及趨化因子受體8

（CCR8）］的表達。以上研究表明COS能夠增強腸上皮細胞的免疫應(yīng)答，這是防止病原體侵入的第1道防線。

COS的免疫增強作用也已在動物體內(nèi)得到證明。在小鼠試驗中，口服COS能使脾臟指數(shù)和血清免疫球蛋白含量增加，這表明COS可增強獲得性免疫。此外，在COS處理后，血清中單核細胞的比例和IL-6以及IFN-

γ的含量也顯著增加；重要的是，COS能顯著落低金黃群葡萄球菌感染小鼠的死亡率（從90％至0）。在平均年齡為80歲的老年人中，口服COS（5.1g/d，持續(xù)8周）與血清IL-12和IFN-γ含量的升高有關(guān)，它們是已知的Ｔ細胞分化刺激劑。所有這些研究表明COS對先天和獲得性免疫系統(tǒng)功能具有增強作用（表1）。

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COS的抗炎活性

炎癥是一種涉及多種類型的免疫和非免疫細胞的生物反應(yīng)，它能夠愛護機體免受有害刺激造成的損傷。通常，炎癥反應(yīng)是由外源性物質(zhì)和組織損傷產(chǎn)物所激發(fā)，伴隨著促炎細胞因子的產(chǎn)生、免疫細胞的募集和活化以及自由基的產(chǎn)生。正常事情下，這些炎癥過程能清除異物和病原體并促使組織的再生。但是，在某些疾病過程中，炎癥反應(yīng)變得過度，會引起急性或慢性的炎癥反應(yīng)和相關(guān)的組織/器官損傷。已報道的COS在體外和體內(nèi)試驗顯示出抗炎作用的劑量分不為20μg/mL～1mg/ｍＬ和10～100mg/（kg·d）。巨噬細胞是存在于所有組織中的免疫細胞，它們經(jīng)過吞噬作用清除病原體或細胞碎片。已有研究表明，COS在巨噬細胞中可抑制脂多糖

（LPS）誘導(dǎo)的炎癥反應(yīng)，包括促炎介質(zhì)［TNF-α、IL-6、iNOS、環(huán)氧合酶－2（COX-2）、前列腺素E2（PGE2）和NO］的表達和釋放。有味的是，在這種細胞模型中，COS脫乙酰度（DD）的增加與抗炎活性的增加相關(guān)?，F(xiàn)已證實COS可落低LPS誘導(dǎo)的敗血癥小鼠模型的死亡率、抑制全身性炎癥反應(yīng)（由血清中TNF-α和IL-1的含量所指示）和減少對肝臟、腎臟和肺臟的損傷。COS可顯著落低LPS誘導(dǎo)的這些受損器官中中性粒細胞的浸潤和脂質(zhì)過氧化反應(yīng)。COS還能夠抑制嗜堿性粒細胞、嗜中性粒細胞和淋巴細胞的活化。嗜堿性粒細胞和嗜中性粒細胞是炎癥急性期涉及到的要緊粒細胞。嗜堿性粒細胞在哮喘等過敏性疾病的發(fā)病過程中發(fā)揮著重要作用，而嗜中性粒細胞是細菌感染的一線應(yīng)答者同時參與大多數(shù)炎癥性疾病。同樣，COS可抑制已活化的中性粒細胞活性氧的產(chǎn)生、脫顆粒和黏附，這表明它可抑制嗜中性粒細胞的激活。重要的是，COS在變態(tài)反應(yīng)性疾病治療中的潛在應(yīng)用已在卵白蛋白誘導(dǎo)的過敏性肺炎小鼠模型（哮喘小鼠模型）上有了研究。口服COS［16mg/（kg·d）］抑制了小鼠變態(tài)反應(yīng)過程中促炎性細胞因子［即肺組織和支氣管肺泡灌洗液中IL-4、IL-13和TNF-α］的產(chǎn)生。

另外，COS［10～20mg/（kg·d）］可落低5％葡聚糖硫酸鈉（DSS）或4％醋酸誘導(dǎo)的小鼠急性結(jié)腸炎模型的死亡率和腸道炎癥反應(yīng)，并落低結(jié)腸組織中核因子-kB（NF-kB）活化以及TNF-α、IL-6的含量，COS對小鼠炎癥性腸?。↖BD）治療作用也許是經(jīng)過抑制腸上皮細胞NF-KB的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)和細胞凋亡實現(xiàn)的。COS還落低了血清促炎性細胞因子（TNF-α和IL-6）含量，并經(jīng)過抑制炎癥細胞中髓過氧化物酶（MPO）活性以及NF-KB、COX-2和iNOS活性而阻撓結(jié)腸黏膜炎癥反應(yīng)。另外，COS還能平衡Ｔｈ1細胞因子，減少TNF-α和IL-6的產(chǎn)生、下調(diào)CD44和TLR4的表達和抑制Ｔ淋巴細胞增殖，從而減輕塵螨類引起的小鼠氣道炎癥反應(yīng)。假如將COS按小劑量和高劑量每天給自身免疫性前群素層炎（EAAU）大鼠腹腔注射，COS呈劑量依靠性的顯著減弱睫狀體損傷的臨床評分和白細胞浸潤，COS有效地減少了炎癥介質(zhì)［TNF-α、iNOS、單核細胞趨化蛋白1（MCP-1）、趨化因子（RANTES）和細胞間黏附分子－1（ICAM-1）］的表達。另有研究發(fā)覺，給21日齡斷奶仔豬接種產(chǎn)腸毒素大腸桿菌，然后飼糧中添加300mg/kgCOS飼喂21ｄ，與對比組（基礎(chǔ)飼糧組）相比，斷奶后仔豬腹瀉率、鈣調(diào)蛋白水平與TLR4蛋白表達

均顯著落低，添加COS增強了空腸黏膜IL-1β、IL-6的mRNA表達。飼糧中添加300mg/kgCOS可有效減輕腸道炎癥并提高細胞介導(dǎo)的免疫反應(yīng)，作為飼料添加劑，殼聚糖與金霉素緩解仔豬腸道炎癥的作用相當，但其妨礙機制也許別同。目前，殼聚糖及COS在犬體內(nèi)的抗炎作用研究報道甚少，而要緊應(yīng)用于骨缺損的修復(fù)。綜觀以上文獻，經(jīng)過口服或注射途徑賦予COS均可對動物機體的免疫和炎癥反應(yīng)產(chǎn)生調(diào)節(jié)作用，因此COS在動物免疫抑制和炎癥性疾病中的應(yīng)用具有廣大前景（表2）。

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COS對絲裂原活化蛋白激酶（MAPK）和NF-kB信號通路的妨礙目前，COS調(diào)節(jié)免疫功能和炎癥反應(yīng)的確切作用機制尚別清晰，從現(xiàn)有的研究報道來看，COS也許經(jīng)過MAPK和NF-kB信號通路對機體免疫和炎癥產(chǎn)生妨礙。NO作為體內(nèi)重要的生物信息分子在免疫調(diào)節(jié)中起著重要作用，COS能顯著提高巨噬細胞NF-KB蛋白水平，特異性抑制劑阻斷NF-kB可導(dǎo)致NO、TNF-α水平的落低，這表明NF-KB在COS誘導(dǎo)巨噬細胞產(chǎn)生NO和TNF-α中起著潛在的作用。COS抑制巨噬細胞NO和炎癥因子TNF-α、IL-6產(chǎn)生，還依靠于NF-kB激活的MAPK通路的操縱。

LPS是革蘭氏陰性細菌細胞壁的組成成分，參與了多種炎癥相關(guān)疾病的病理過程，LPS結(jié)合TLR-4，促進NF-kB向細胞核內(nèi)移位，誘導(dǎo)促炎基因的轉(zhuǎn)錄從而引發(fā)炎癥反應(yīng)。COS在多種細胞和動物模型中已被廣泛證明可經(jīng)過以上途徑抑制LPS或其他刺激物誘導(dǎo)的炎癥反應(yīng)。COS經(jīng)過NF-kB抑制因子－α（IkB-α）的落解，阻撓ｐ65亞基向核內(nèi)移位并導(dǎo)致NF-

kB/DNA結(jié)合活性的落低，從而導(dǎo)致LPS誘導(dǎo)的炎癥因子TNF-α、IL-6釋放減少。但是，這一過程還依靠于NF-KB激活的MAPK通路的操縱。MAPK由3種下游介質(zhì)組成，包括ｐ38MAPK、細胞外信號調(diào)節(jié)激酶1/2（ERK1/2）和應(yīng)激活化蛋白激酶1/2（JNK1/2）。這3種介質(zhì)促進ＡＰ-1向核內(nèi)移位，誘導(dǎo)促炎基因的轉(zhuǎn)錄。現(xiàn)有研究表明，COS是經(jīng)過抑制NF-KB和MAPK信號通路來緩解LPS誘導(dǎo)的炎癥，給小鼠腹腔注射COS（10mg/kg）可減少視網(wǎng)膜缺血再灌注損傷炎癥介質(zhì)（TNF-α、MCP-1、iNOS、ICAM-1）的表達，這種作用的發(fā)揮也許是經(jīng)過阻斷NF-kB、JNK和ERK的活化和促進p38的激活實現(xiàn)的。在給EAAU模型大鼠每天腹腔注射小劑量COS（5μmg/kg）和高劑量COS（10μmg/kg）的研究中，COS有效地減少了炎癥介質(zhì)的表達，其機制也許是COS落低了IKB的落解和ｐ65在虹膜/睫狀體中的存在，導(dǎo)致NF-kB/DNA結(jié)合活性的落低。COS能使LPS誘導(dǎo)的豬髂動脈誘導(dǎo)內(nèi)皮細胞ICAM-1和Ｅ－挑選素mRNA的表達落低，是經(jīng)過抑制p38MAPK/ERK1/2和NF-KB細胞信號轉(zhuǎn)導(dǎo)級聯(lián)反應(yīng)實現(xiàn)的，COS經(jīng)過抑制ｐ38MAPK和ERK1/2途徑，進而抑制了LPS誘導(dǎo)的NF-kBp65移位。因此，COS也許是經(jīng)過抑制MAPK的磷酸化和激活NF-KB來下調(diào)LPS誘導(dǎo)的PIEXs中Ｅ－挑選素和ICAM-1的表達，從而證實了COS的抗炎作用。此外，COS還可抑制LPS誘導(dǎo)的人臍靜脈內(nèi)皮細胞（HUVECs）IL-6的表達，但其機制也許受2條平行的信號通路所調(diào)節(jié)：即經(jīng)過p38MAPK通路而別依靠NF-KB的激活以及經(jīng)過ERK1/2通路依靠于NF-KB的激活。由以上能夠看出，COS對炎癥反應(yīng)的調(diào)節(jié)作用也許是經(jīng)過抑制IKB的落解，阻撓p65亞基向核內(nèi)移位，落低了NF-kB/DNA結(jié)合活性而發(fā)揮抗炎和免疫調(diào)節(jié)作用，但這種作用的發(fā)揮也許還與ERK、JNK、p38MAPK的磷酸化水平緊密相關(guān)，其具體機制和相互之間的聯(lián)系仍需進一步研究（圖1）。

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COS對動物生產(chǎn)性能的妨礙

COS在奶牛生產(chǎn)實踐中具有廣大的應(yīng)用前景