酵母細胞壁多糖是酵母細胞壁的重要組成部分,廣泛存在於酵母和真菌的細胞壁中,主要活性物質是β-葡聚糖、寡糖(MOS)和糖蛋白,其作為一種全新的天然綠色添加劑,其主要成分對各種動物機體免疫系統的調節作用和在飼料和動物生產中應用效果的研究已取得了較大的進展。諸多研究表明,其不僅具有一定的營養價值,還能促進生長、抗病毒、增強免疫功能、促進免疫器官發育等多種生物學功能。
酵母細胞壁是一種全新天然綠色添加劑,其產品為淡黃色粉末狀,無苦味,佔整個細胞乾重的20%-30%[4],主要成分是β-葡聚糖(β-Glucan)佔30%,甘露寡糖(Manna oligosaccharide, MOS)佔30%,糖蛋白(Glucoprotein)佔20%和幾丁質(Chitin)。其結構類似於三明治,內、外層為甘露寡糖和β-葡聚糖,在細胞與細胞,細胞與環境之間的識別和相互作用決定酵母免疫特異性中起作用;中間層為糖蛋白和幾丁質,其作用是保持細胞壁的穩定性,維持細胞其形態[6]。β-葡聚糖是複雜的分枝狀聚合物,其間夾有一層蛋白質分子,酵母β-葡聚糖不同於植物細胞壁β-(1,4)葡聚糖, 是由D-葡聚糖通過β-(1,3)鍵方式結合,並含有高度分支的β-(1,6)鍵結合的多聚糖。它在消化道中不可溶不吸收,同時不產生黏性。甘露寡糖又稱甘露低聚糖或葡甘露聚糖,英文縮寫為MOS(Mannose Oligosaccharide),是寡糖的一類。MOS是有幾個甘露糖分子或甘露糖與葡聚糖通過α-1,2、α-1,3、α-1,6糖苷鍵組成的寡聚糖。一般生理pH和通常飼料加工條件下較為穩定,易溶於水和其它極性溶劑[8]。
多糖對機體的免疫調節作用主要通過以下幾個途徑實現:通過多糖類受體發揮作用;通過調節相關基因表達量發揮作用;通過免疫細胞信號傳導發揮作用。
大量研究表明,β-(1,3)-葡聚糖是通過結合到單核細胞、巨噬細胞、嗜中性粒胞和NK細胞表明葡萄糖受體發揮作用[9,10]。單核細胞、巨噬細胞、嗜中性粒細胞和NK細胞上存在補體3(CR3)受體,該受體含有兩個功能域,一個與補體3裂解片段(iC3b)結合,稱為(iC3b)結合位點;另一個結構域與β-葡聚糖結合後,是上述免疫細胞處於預激活狀態,通過iC3b為紐帶,使效應細胞和靶細胞結合在一起,才能氣到殺傷作用。Mueller研究表明β-(1,3)-葡聚糖特異性受體,存在於單核細胞和巨噬細胞表明,隨著葡聚糖配體結合到單核細胞表面受體上後,可以導致NF-kB激活,IL-6 mRNA的表達以及葡萄糖內化。
多糖同時可以通過促進細胞因子基因表達而促進細胞因子分泌。在免疫應答中,iNOS基因等幾種基因的表達常在轉錄水平上被NF-kB所調節。有研究酵母多糖促進巨噬細胞TNF合成的分子機制報導,酵母多糖可顯著提高NF-kB活性,進而提高TNF基因啟動子活性和TNF的表達。iNOS在誘導巨噬細胞產生大量的NO,NO具有廣泛生物活性的細胞信號分子,可參與神經、免疫等調節作用影響T淋巴細胞的增殖,對T淋巴細胞和巨噬細胞的細胞因子的分泌有調節作用、增強巨噬細胞殺滅微生物。
細胞內鈣離子和cAMP與cGMP是重要的第二信使分子。細胞內Ca2+激活蛋白酶C(PKC),與DAG有協同作用,共同促進其他信息傳遞蛋白及效應蛋白活化,對細胞免疫功能其主要作用進而調節淋巴細胞的分裂增殖、促進T淋巴細胞分泌IL-2的釋放,介導巨噬細胞的吞噬作用等,而研究表明多糖可引起巨噬細胞內鈣離子濃度的改變。作為第二信使的cAMP和cGMP作用相反,細胞增殖時候細胞內cAMP濃度升高,細胞增殖停止是cGMP濃度升高,而研究表明葡聚糖可調節淋巴細胞內cAMP和cGMP濃度,對機體免疫功能起調節作用。
酵母細胞壁也是低聚糖甘露寡糖(MOS)的重要來源,甘露寡糖的兩個主要作用於吸附腸道病原菌調節非免疫調節機制和調節細胞和體液免疫調節免疫調節機制。
首先對於病原菌的吸附,消化道為病原微生物入侵提供了巨大的表面積,病原微生物要感染機體最重要的一步在於其在腸道上皮細胞上的定殖。因此,對於沙門氏菌和致病性大腸桿菌等病原來說,成功附著到動物腸道黏膜上是整個感染過程的關鍵一步,其機制是:病原菌通過其附屬物——鞭毛或絨毛的外源凝集素對宿主上皮細胞膜上的「特異性糖類受體」的識別,並與受體結合而附著於腸壁上,在腸道上大量繁殖,分泌毒素,進而導致疾病的發生]。而酵母細胞壁中的甘露寡糖與腸道上特異性受體非常相似,病原菌與腸道特異性糖類受體的結合可被甘露寡糖及其類似物所阻斷,同時沙門氏菌和大腸桿菌等致病性微生物是以葡萄糖為主要能量來源,雙歧桿菌和乳酸桿菌等有益菌則是以寡糖為主要能量來源,病原菌不能利用MOS而缺乏能量,再者病原菌外源凝集素同甘露寡糖結合後就會失活而失去同宿主腸道黏膜上甘露寡糖受體位點結合的能力,所以病原菌最終死亡並排除體外。
大部分動物免疫防禦系統用於保護胃腸道表面免受病原菌侵害,機體約75%的免疫細胞和腸淋巴組織作為腸道相關淋巴組織(gut-associated lymphoid tissue, GALT)的一部分存在於腸道上,GALT具有非特異性免疫和特異性免疫作用。非特異性免疫是組織入侵病原菌的第一道防線,巨噬細胞在非特異性免疫反應初期吞噬和殺死入侵微生物過程中起重要作用。吞噬抗原是對巨噬細胞的最初刺激,隨後,由TH細胞的細胞素和入侵微生物細胞壁分泌物進一步激活。外源微生物細胞壁分泌物通過旁路途徑可激活免疫系統的補體,調節巨噬細胞的活性,這加速了對病原微菌的排除。
研究表明,甘露寡糖對機體的免疫調節可通過充當免疫刺激的輔助因子而發揮作用,Sharon等研究提出,甘露寡糖不僅能連接在細菌上,而且能連接在毒素、病毒、真核生物上,結合後甘露寡糖可以作為這些外源抗原的助劑,緩解抗原的吸收,增強機體的細胞免疫和體液免疫。甘露寡糖可以經腸絨毛免疫細胞表面蛋白質受體相互作用,或通過幹預存在於淋巴結和黏膜固有層記憶細胞上的信號系統進行免疫調節。
酵母細胞壁主要通過激發免疫功能,維持消化道微生態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,從而提高生產性能,增加經濟效益。現今,酵母細胞壁多糖在全球很多國家和地區的畜禽和魚類養殖中已經得到普遍應用,且發揮了良好的防病、治病和保健作用,是一種具有很大發展前景的飼料添加劑,具有抗生素和益生素雙重作用的免疫促進劑,越來越受到學術界和養殖業重視。安琪酵母股份有限公司依託其酵母核心技術優勢,出品的酵母細胞壁多糖在行業內處於領先地位。(地方供稿)