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黄芪多糖对畜禽肠道黏膜免疫影响的研究进展
郭繁霞1，战雪燕1，万建美1,2
(1. 临沂科技职业学院，山东 临沂 276025；2. 山东久久和牧农牧集团有限公司，山东 临沂 252871)
摘 要：黄芪多糖(astragalus polysaccharides，APS)是黄芪的主要活性成分之一，除了具有低毒性、不易产生抗药性、低残留以及无污染的特点外，还具有抗病毒、免疫调节、抗氧化等多种生物学活性。在当今饲料中禁止添加抗生素、养殖减少抗生素使用且疫病多发的背景下，APS具有广阔的应用前景。本文阐述了APS对畜禽肠道黏膜免疫调节的应用效果，为其在养殖业中广泛应用提供科学依据。
关键词：黄芪多糖；生物学活性；畜禽；肠道黏膜免疫肠道是一个集免疫防御和物理屏障为一体的消化器官，也是机体防止外源性病原体侵入宿主组织或细胞的第一道防御屏障。其中物理屏障是动物机体所固有的，与肠道自身的形态、结构、环境等因素有关，肠上皮细胞微绒毛的数量、长度和形态结构在很大程度上决定了消化道的消化吸收功能，从而反映肠道的健康水平；而免疫防御功能主要与肠道黏膜免疫系统有关。黄芪多糖(astragalus polysaccharides，APS)作为生物活性因子，能直接或间接增强肠道免疫防御和物理屏障功能，在畜禽饲养过程中具有改善肠道黏膜免疫功能及肠道微生态、抑菌、抗病毒等多种生物学功能[1]。
1 APS的基本特性
1.1 APS的化学结构
APS是一种从黄芪干燥根中提取的、具有高效免疫调节效应的功能性棕黄色粉末状多糖。作为一种多支链杂多糖，APS的结构分析难度较大，目前APS的结构分析主要是其单糖组成和糖苷键连接状况。APS糖链上的单糖主要为葡萄糖，构成支链的单糖种类较多，由APS-Ⅰ(分子质量在5×105 Da左右)和APS-Ⅱ(分子质量在1×104 Da左右)组成[2-3]。
1.2 APS的免疫识别受体
Toll样受体(Toll-like receptors，TLRs)家族是动物机体重要的免疫识别受体家族，也是肠道黏膜免疫系统重要的免疫识别和调控因子。其中，TLR4是一种可特异性识别多糖类抗原的细胞表面受体。研究发现，APS的免疫识别受体是TLR4，APS可通过调控TLR4通路影响动物机体的免疫功能[4]。
1.3 APS的调节机制
APS的调节机制主要表现在两个方面：其一，APS与动物肠道黏膜表面的黏蛋白糖链结构相似，可促进APS黏附于肠道黏液层，易于被肠道上皮细胞和淋巴细胞表面的特异性免疫受体识别；其二，APS的分子结构特性是其免疫识别的基础，TLR4/MD-2是一种多糖免疫识别受体，主要通过其杂多糖和多支链的结构特性识别APS[5]。
2 APS对畜禽肠道黏膜免疫的影响
黏膜免疫系统是动物机体防御外源性病原微生物侵袭的第一道防线，广泛分布于肠道、肺部、尿道以及外分泌腺等的黏膜部位，是动物机体免疫系统的重要组成部分。其中肠道黏膜免疫在动物机体免疫系统中占大部分，是阻止病原微生物入侵动物机体的主要屏障。肠道黏膜免疫系统包括肠道淋巴组织、免疫细胞及免疫效应分子等，均可参与识别肠道中的病原相关分子，影响肠道屏障功能、免疫稳态和宿主健康状况。
2.1 APS对肠相关淋巴组织和免疫细胞的影响
肠相关淋巴组织是畜禽肠道黏膜免疫系统的结构基础，参与肠道发挥免疫功能的辅助性细胞主要有巨噬细胞、树突状细胞等，主要参与肠道中抗原的捕获、加工和递呈。参与肠道发挥免疫功能的效应性细胞主要包括自然杀伤细胞、效应T淋巴细胞、效应B淋巴细胞、浆细胞、肥大细胞、巨噬细胞等，主要通过分泌效应因子发挥免疫学功能。当外界抗原进入畜禽肠道，通过各种免疫细胞的捕获、加工、处理和递呈，浆细胞会产生大量分泌型IgA(sIgA)，sIgA被转运到肠腔中发挥相应的免疫功能。另外，正常的肠道黏膜微循环对肠道黏膜免疫功能的正常发挥具有非常重要的作用，因为在肠道黏膜免疫中效应T淋巴细胞、效应B淋巴细胞的增殖都是在肠黏膜微血管中进行的。一氧化氮(NO)作为一种生物信息传递体，能维持微循环内环境稳定，保护机体非特异性免疫功能。
APS可通过影响畜禽肠道相关淋巴组织的功能，提高肠道黏膜中巨噬细胞和淋巴细胞的免疫功能，优化肠道黏膜免疫功能[6]。APS还可以通过增强免疫细胞的活性和促进免疫细胞产生特异性抗体，提高机体的免疫力。研究发现，在基础日粮中添加0.6％的APS可增加1日龄艾维茵肉仔鸡小肠(十二指肠、空肠及回肠)绒毛的高度和宽度、黏膜厚度、绒腺比及绒毛表面积[7]；相关研究发现，将维持培养基中APS浓度由450 μg/mL升高为900 μg/mL，大鼠肠黏膜微血管内皮细胞分泌NO的量也升高，内皮细胞分泌NO的量对APS具有剂量依赖性，可见APS可以通过改变微血管内皮细胞NO的分泌改善血管的通透性，维持微循环内环境的恒定，保护机体非特异性免疫功能，起到增强免疫的作用[8]。总之，APS可以通过调节肠道相关淋巴组织、免疫细胞的生物学活性，维持微循环内环境的稳定等增强畜禽肠道黏膜特异性和非特异性免疫功能。
2.2 APS对抗体和细胞因子的影响
黏膜固有层中浆细胞产生的sIgA是动物机体抵抗呼吸道、消化道及泌尿生殖道中病原微生物的主要防御力量，sIgA可阻止病原微生物吸附黏膜上皮细胞。细胞因子是免疫细胞受抗原或丝裂原刺激后产生的非补体的、具有激素样活性的蛋白质分子，在免疫应答和炎症反应中有多种生物学活性作用。细胞因子种类很多，具体包括干扰素(interferon，IFN)、白介素(interleukin，IL)、肿瘤坏死因子(tumor necrosis factor，TNF)、集落刺激因子(colony-stimulating factor，CSF)等。在肠道黏膜免疫系统中，局部诱导细胞和效应细胞在免疫防御方面发挥了重要作用，局部诱导细胞和效应细胞产生的致炎细胞因子(IL-1、IL-6、IL-8、TNF-α等)和抗炎细胞因子(IL-4、IL-10、IL-13等)分泌量、生物学功能的异常或二者之间平衡的失调，均可引发各种疾病的发生。
为了研究APS对接种鸡新城疫疫苗的海兰褐雏鸡空肠黏膜免疫功能的影响，给10日龄雏鸡分别口服剂量为1 mg/mL、2 mg/mL和4 mg/mL的APS，结果显示APS能提高抗新城疫病毒特异性sIgA的水平，增强肉鸡对新城疫病毒的抵抗力，但各剂量之间效果差异不明显[9]；也有研究表明，与单独接种鸡新城疫疫苗于鸡胚中相比，将APS与鸡新城疫疫苗的混合液(0.5 mL 2 mg/mL APS配合0.5 mL 104.0 EID50新城疫疫苗)注入鸡胚中，能显著提高雏鸡的生长性能和肠道黏膜免疫水平[10]。鉴于APS所诱导的免疫反应发生于肠道黏膜免疫系统，故对三硝基苯磺酸诱导的小鼠实验性结肠炎模型注射200 mg/kg APS，可显著抑制肠上皮细胞中IL-1β、IL-8、TNF-α等的表达量[11]，从而抑制肠道炎症的发生；李红燕等通过研究APS对环磷酰胺诱导的免疫抑制小鼠肠道黏膜免疫的影响发现，APS(每天200 mg/kg，连续干预7 d)可有效调节小肠黏膜组织中IL-4、IL-12、IFN-γ与sIgA的水平[12]；另外，Luo等研究表明APS可通过增加血清中IgG、IgM、IFN-γ的含量降低感染细小病毒的雏鹅的肠道炎症损伤程度[13]。总之，APS可以通过提高畜禽肠道黏膜免疫中的抗体分泌水平，调节多种细胞因子的分泌量，降低肠道的炎症反应程度，从而增强肠道黏膜特异性和非特异性免疫功能。
3 小结
综上所述，APS是一种非营养性免疫调控因子，与畜禽肠黏膜表面的黏蛋白糖链的结构相似，易于被肠道上皮和淋巴细胞表面的特异性免疫受体识别，从而对肠相关淋巴组织和多种细胞因子进行调节，强化肠道的免疫学屏障和机械屏障，调节肠道黏膜非特异性免疫，优化肠道黏膜免疫，发挥缓解或治疗畜禽肠道黏膜免疫紊乱的作用；APS通过增强免疫细胞的活性，可促进免疫细胞产生特异性抗体，阻止病原微生物吸附黏膜上皮细胞，从而提高机体的特异性免疫力。另外，APS还有利于维持微循环内环境的恒定，保持致炎细胞因子和抗炎细胞因子的平衡和稳定，抑制肠道炎症的发生。总之，在免疫应答和炎症反应中，APS对保证肠道黏膜免疫功能的正常发挥具有至关重要的作用。
基于APS对畜禽肠道黏膜免疫的调节作用，其在畜禽生产中具有很高的利用价值，尤其在当今饲料中禁止添加抗生素、养殖减少抗生素使用且疫病多发的背景下，采用APS改善畜禽肠道免疫功能，是一种应对畜禽免疫力低下，维持肠道屏障功能、免疫稳态和健康状况的有效策略，可作为未来动物生产中广泛应用的绿色添加剂。
参考文献
[1] 张有增．黄芪多糖对肉鸡生产性能、免疫功能和抗氧化能力的影响[J]．家禽科学，2022(7)：56-58.
[2] YANG F，XIAO C，QU J，et al．Structural characterization of low molecular weight polysaccharide from Astragalus membranaceus and its immunologic enhancement in recombinant protein vaccine against systemic candidiasis[J]．Carbohydrate Polymers，2016，145：48-55.
[3] 张明宇，马悦，王知斌．黄芪多糖的分离纯化及结构鉴定研究进展[J]．化学工程师，2021，35(12)：47-50.
[4] WEI W，XIAO H T，BAO W R，et al．TLR-4 may mediate signaling pathways of Astragalus polysaccharide RAP induced cytokine expression of RAW264.7 cells[J]．Journal of Ethnopharmacology，2016，179：243-252.
[5] ZHANG X，QI C，GUO Y，et al．Toll-like receptor 4-related immunostimulatory polysaccharides：primary structure，activity relationships，and possible interaction models[J]．Carbohydrate Polymers，2016，149：186-206.
[6] LIM J D，YU C Y，KIM S H，et al．Structural characterization of an intestinal immune system-modulating Arabino-3，6-galactan-like polysaccharide from the above-ground part of Astragalus membranaceus (Bunge)[J]．Carbohydrate Polymers，2016，136：1265-1272.
[7] 余明兴．黄芪多糖对肉鸡生产性能、免疫功能和抗氧化能力影响的研究进展[J]．养殖与饲料，2022，21(8)：42-45.
[8] 解慧梅，穆祥，胡格，等．黄芪多糖对大鼠肠黏膜微血管内皮细胞分泌NO的影响[J]．北京农学院学报，2005，20(4)：58-60.
[9] SHAN C L，SUN B D，DALLOUL R A，et al．Effect of the oral administration of astragalus polysaccharides on jejunum mucosal immunity in chickens vaccinated against Newcastle disease[J]．Microbial Pathogenesis，2019，135：103621.
[10] XUE L G，ZHANG Y G，WANG D，et al．Effect of in ovo administration of Newcastle disease vaccine conjugated with Astragalus polysaccharide on growth performance，intestinal development，and mucosal immunity in broiler chickens[J]．Journal of Animal Physiology and Animal Nutrition，2022.
[11] YANG M，LIN H B，GONG S，et al．Effect of Astragalus polysaccharides on expression of TNF-α，IL-1β and NFATc4 in a rat model of experimental colitis[J]．Cytokine，2014，70(2)：81-86.
[12] 李红燕，陈丽莉，李彦，等．黄芪多糖对免疫抑制小鼠肠道黏膜免疫的影响[J]．中国临床药理学杂志，2020，36(21)：3465-3468.
[13] LUO D，YANG N，LIU Z，et al．Effects of Astragalus polysaccharide on intestinal inflammatory damage in goslings infected with gosling plague [J]．British Poultry Science，2021，62(3)：353-360.
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