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新博娱乐官方网站:陈昌福:提取免疫多糖预防水产动物病毒病作用

2017-09-01 23:38:00  中国水产养殖网  出处:科学养鱼        浏览量: 5691 次 我要评论
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免疫多糖广泛地分布于真菌、细菌和植物体内,微生物中的这种物质通常是能决定其疫苗抗原特异性的。如β-葡聚糖不仅是构筑多种生物细胞壁的材料,而且在生物间相互影响的过程中也显示出各种免疫生物学活性。近年来,为了避免各种化学药物在水产养殖动物体内的残留和对养殖水环境的污染问题,从各种生物中提取的免疫多糖类物质作为产业开发的重要对象而倍受关注。

迄今为止,对从真菌中提取的β-葡聚糖结构的研究已经有较多报道。有研究结果证明,由于免疫多糖的来源不同、材料的个体差异、对免疫多糖的提取方法和分析方法的不同,可以导致免疫多糖的细微结构存在差异,而且研究结果还证明了免疫多糖的分子结构正是决定其免疫学活性强与弱的关键所在。

一、免疫多糖的基本结构与高级结构

Yadomae等采用不同的提取和分离方法从不同菌类中获得的免疫多糖(主要是β-葡聚糖)的结构与免疫生物学活性进行了比较研究,结果首先证明了从各种菌类中提取的β-葡聚糖结构的主链都是β-1,3和β-1,6结合物。从担子菌和子囊菌中提取的具有免疫活性的β-葡聚糖大多是由β-1,3结合而构成的,侧链虽然都是由β-葡聚糖的1个残基构成的,但是因菌的种类不同而存在很大的分歧度,残基数目的多少直接影响β-葡聚糖的各种生物学活性。用次氯酸钠·二甲基亚砜(DMSO)法从真菌的细胞壁中提取可溶性的β-葡聚糖(CSBG)中,β-1,3长链上重合度的10%~50%是与β-1,6链结合,而且这种β-1,6链上还存在少量分支,对动物进行的试验结果表明,此类β-葡聚糖对动物免疫系统就具有良好的激活作用。

β-1,3-葡聚糖的各种生物学活性均依赖于其分子的高级结构。将高分子量的β-1,3-葡聚糖在中性水溶液中以核磁共振光谱法(NMR)测定时,并不能检测到以单链形式存在的β-葡聚糖分子。这种观察结果与β-1,3-葡聚糖的螺旋结构特性是一致的。由于高分子量的β-1,3-断片由氢键结合所介导的分子间作用很强,分子的运动性被抑制,因此,在NMR可能观测的波长范围内不能看到单链分子。但是,当溶液的碱性不断增加时,随着分子间的相互作用减弱,溶液中单个分子也逐渐清晰可见,并且在约0.3摩尔/升的NaOH溶液中达到单个分子的观察峰值。在这种条件下β-1,3-葡聚糖呈现黏度很低的凝胶状态。用具有高分辨能力的NMR法对β-1,3-葡聚糖的溶液、凝胶和固体物进行观察的结果表明,高分子量的β-1,3-葡聚糖主要以一重和三重螺旋两种高级结构的形式存在,同时也存在由低分子或者带电荷的分子构成的随机链圈状态。

如何快速检测β-1,3-葡聚糖的结构,对于准确评价其生物学活性是十分重要的。因此,建立在水溶液中测定β-葡聚糖高级结构的简便方法是很有必要的。鲎体液凝固系统能选择性地与β-1,3-葡聚糖的一重螺旋和随机链圈发生反应,因此可以利用该反应系统快速观察其高级结构的变化过程。Nagi等依据该原理对β-1,3-葡聚糖进行分析的结果表明,其三重螺旋结构是相对稳定的,即使一旦成为一重螺旋结构的分子也会在溶液中逐渐变为三重螺旋的结构。从担子菌中提取的分支β-1,3-葡聚糖即使在低温条件下,也可能发生一重螺旋结构向三重螺旋结构的转化过程。而CSBG只有在高压灭菌条件下才能诱导其向三重螺旋结构的变化。β-1,3-葡聚糖在加压条件下温度达到130℃以上的水溶液中,可以变成随机链圈形式,而且在不同的冷却条件下,溶液中三重螺旋结构分子的比例也会出现明显差异。

综上所述,因为在不同的条件下β-葡聚糖的结构有所不同,所以,在评价其生物学活性时,阐明β-葡聚糖的结构与其各种生物学活性的关系是十分重要的。Aketagawa等利用鲎体液进行的鲎试验替代日本药局指定的发热性物质试验方法,完成了内毒素活性的测定,并成功地开发出了内毒素活性的快速测定方法。Obayashi等还发现在鲎体液中除含有C因子系统之外,还存在能与β-葡聚糖发生特异性反应的G因子系统。Tanaka等利用鲎体液中G因子系统的这种特性开发出了用于真菌病早期诊断的试剂盒。

二、免疫激活活性与结构的相关性

最初,β-1,3-葡聚糖作为抗肿瘤多糖而被注意。为了深入研究β-1,3-葡聚糖的结构与活性的关系,有人采用闭锁菌落(closed colony)小鼠进行了试验,证明了分子的分歧度与活性相关。由雷丸中提取的具有高分歧度的OL-2和从粪产碱菌(Alcaligenes faecalis)中提取的无分歧的CRD均对恶性肿瘤的作用很弱,但是,一旦将羧基和羟基导入其中,两者均可显示出较强的抗肿瘤活性。

为了比较三重螺旋和一重螺旋的β-葡聚糖活性的差异,将医用SPG(完全三重螺旋结构的β-葡聚糖)用碱性溶液处理(SPG-OH),变为一重螺旋的β-葡聚糖后,进行了免疫激活活性的比较。结果发现只有SPG-OH在干扰素(IFNγ)存在的条件下,能刺激巨噬细胞产生一氧化氮,SPG-OH刺激白细胞产生白细胞介素(interleukin, IL)-6(IL-6)的活性也较SPG强。将β-葡聚糖接种小鼠腹腔后的浸出细胞也对细胞产生一氧化氮有增强作用。

利用环磷酰胺(CY)注射小鼠制备的白血球减少症动物模型,比较SPG和SPG-OH的造血促进效果,结果表明两者具有几乎相同的效果。β-葡聚糖的造血促进作用被认为与IL-6生成量增加相关,在CY处理后的小鼠骨髓与脾脏细胞培养上清液中,经接种SPG和SPG-OH后的小鼠血清中IL-6的生成量显著上升,在离体培养的经CY处理后的小鼠骨髓与脾脏细胞培液中添加SPG和SPG-OH后,也可以观察到IL-6的生成量上升,这些结果均意味着β-葡聚糖的这种活性与三重螺旋结构的关系并不密切。

利用离体培养的人体末梢血单核细胞进行的试验结果表明,SPG-OH诱导细胞产生IL-1、IL-6、IL-8、IL-12和TNF等细胞因子的活性较SPG强。在利用全血、单核细胞和粒细胞进行的试验中,以IL-8生成量为指标进行比较的结果表明,虽然SPG-OH诱导细胞产生IL-8的活性较SPG强,但是后者与对照组相比,仍然存在有显著性差异。迄今为止的研究结果表明,由于研究者所采用的评价指标不同,关于β-葡聚糖的生物学活性与分子结构相关性的结论仍然存在较大分歧。

抗肿瘤活性是β-葡聚糖的主要生物学活性指标,不过,除利用活体试验进行评价外,建立准确的离体试验评价系统的研究尚在探讨中。Adachi等发现经CY处理并经β-葡聚糖诱导后小鼠骨髓与脾脏细胞只能产生IL-6和部分细胞因子,除这些对抗物外未观察到在这种处理中β-葡聚糖的其它活性。
对β-葡聚糖的活性进行深入研究时,已知结构的β-葡聚糖标准品是必不可少的。SPG和酵母聚糖(ZYM)常被分别作为可溶性和颗粒性β-葡聚糖的标准品使用。众所周知,ZYM作为炎症诱导物质的活性与颗粒性β-葡聚糖十分相似。Suzuki等对ZYM和β-葡聚糖的活性进行了比较研究,发现ZYM的侧链不能用过碘酸氧化法切断,但是,采用亚氯酸钠将ZYM中的蛋白质除去后再用过碘酸氧化法处理,即可以将侧链除去。将这种方法获得的氧化ZYM(OX-ZYM)与ZYM的活性进行比较时,虽然两者的抗肿瘤活性与激活补体的活性是一致的,但是,在离体条件下OX-ZYM刺激巨噬细胞产生肿瘤坏死因子(TNF)的活性显著下降,而且OX-ZYM与ZYM接种后的小鼠脾细胞产生的特异性细胞因子失去反应性。

在离体试验条件下,ZYM刺激免疫活性细胞产生过氧化氢(H2O2)的活性显著高于CSBG,正是利用CSBG可以阻碍免疫活性细胞产生H2O2的特性,展开了β-葡聚糖受体的研究。CSBG已经被证明具有多种免疫生物学活性,其分子结构的溶解度差异在很大程度上与OX-ZYM相似。

三、β-葡聚糖对水产动物的免疫激活作用

Robertsen等的试验结果证明,从酵母菌中提取的β-葡聚糖能增强大西洋鲑对灭鲑气单胞菌、鳗弧菌和鲁克氏耶尔森氏菌感染的抵抗力。Chen等的报道指出,注射β-葡聚糖能提高斑点叉尾鮰抗叉尾鮰爱德华氏菌感染的能力。Anderson等采用注射和浸泡法对溪红点鳟接种免疫多糖后,试验鱼对人工感染灭鲑气单胞菌活菌的抵抗力显著增强。Brattgjerd等对大西洋鲑注射酵母葡聚糖后,发现试验鱼的巨噬细胞在离体条件下的吞噬活性和产生H2O2量上升。Jeney等将葡聚糖作为佐剂与灭鲑气单胞菌灭活菌苗联合使用,结果证明能显著提高供试虹鳟的非特异性免疫力。Kawakami等分别用灭活的鳗弧菌菌苗、真菌葡聚糖、几丁质和福氏完全佐剂接种五条鰤后,发现各种处理的受免鱼均对杀鱼巴斯德氏菌感染的抵抗力显著增强。Samuel等的试验结果证明β-葡聚糖能显著增强毛足鲈对灭鲑气单胞菌感染的抵抗力。Engstad等的研究证明了大西洋鲑的巨噬细胞上存在β-葡聚糖的受体。 

β-葡聚糖具有特异性的螺旋结构,而且这种结构在某种程度上是可以控制的。较长期时期以来,β-葡聚糖的抗肿瘤活性被认为是与其三重螺旋结构相关的,然而,针对β-1,3-葡聚糖的活性开展的大量研究结果证明,一重螺旋结构甚至随机链圈的β-葡聚糖也具有较强的抗肿瘤活性,其免疫调节作用不仅限于三重螺旋结构的β-1,3-葡聚糖。具有不同结构的β-葡聚糖的免疫调节活性强弱是有所不同的。

为了深入研究β-葡聚糖的免疫调节活性,目前关于β-1,3-葡聚糖受体的研究也获得一些新进展。制备CR3变体后在离体条件下与CR3的活性进行比较研究的结果表明,当白细胞表面存在已经被β-葡聚糖激活后的CR3时,该白细胞对细胞上形成了免疫复合体的肿瘤细胞具有明显的杀伤力。用缺乏CR3的小鼠进行的试验结果也证明对β-1,3-葡聚糖在其血液中的变化速率有显著差异。β-1,3-葡聚糖对于表面不存在CR3的细胞也具有激活作用,这种研究结果预示着β-葡聚糖对免疫细胞的激活还可以通过另外的受体。

β-葡聚糖虽然已经被证明具有多种生物学活性,但是对这些“共同活性”进行细分则较为困难。为了有效地利用β-葡聚糖,究竟以何种活性指标作为判断标准,还有待更深入地研究。此外,β-葡聚糖在环境中大量存在,也可能是诱发疾病的因素之一,因此,通过深入研究β-葡聚糖的各种生物学活性,寻求控制各种真菌的方法也是值得探讨的研究方向。


华中农业大学水产学院  陈昌福

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