酵母细胞壁多糖的研究进展

zhuchunsen · 发表于 2008-1-27 09:00:33

广东海洋大学农学院动物医学系 /朱春森徐春厚

   摘要：酵母细胞壁多糖主要包括葡聚糖和甘露聚糖，它能够激发、增加机体的免疫力和抗病力，对细菌、真菌和病毒引起的畜禽疾病以及运输、转群、接种、气候变化等引起的应激反应产生非特异性免疫。因此，它是一种很有发展前景具有抗生素和益生素双重作用的免疫促进剂，目前越来越受到学术界和养殖业的重视。
   关键词：酵母胞壁多糖；葡聚糖；甘露聚糖
   近年来，随着人们对滥用抗生素和添加高水平的矿物元素作为生长促进剂对环境和人类健康带来极大危害的认识不断深入，限制其使用逐渐提上日程，而寻找新的替代品也日益迫切。由于多糖[Polysaccharide，通式为（C6H10O5）n]具有各种各样特殊的、复杂的化学结构和不同的生理功能以及广泛的（潜在的）应用价值，如在抗肿瘤、抗炎、抗病毒、降血糖、抗衰老、抗凝血、免疫促进等方面发挥着重要的生物活性作用，已经成为当今科研最热门的研究领域之一；其中酵母细胞壁（主要成分为多糖）是一种很有发展前景的饲料添加剂和具有抗生素兼益生素双重作用的免疫促进剂，并越来越受到学术界和养殖业的重视。
1 酵母细胞壁多糖概述
酵母细胞壁约占细胞干重的30%，一般分为3层，中间层是糖蛋白层，内外两层分别为葡聚糖层(约占细胞壁干重的30％～34％)和甘露聚糖层（约占细胞壁干重的30％），这两层多糖也是酵母细胞壁多糖的主要成分（陈思纭，1991）。有研究表明，酵母细胞壁的结构是一个动态且可被调控的的结构，其结构和组成可以被严格调控并能对环境变化作出响应，如利用紫外照射培养后的酵母细胞提取葡聚糖的试验证实葡聚糖含量提高29.25%（赵华，2004）。酵母细胞壁多糖能激发、增加机体的免疫力和抗病力，对细菌、真菌和病毒引起的畜禽疾病以及运输、转群、接种、气候变化等引起的应激反应产生非特异性免疫力，这些主要归功于其2种重要的多糖成分——葡聚糖和甘露聚糖。目前酵母细胞壁多糖的基础研究在国外进行得比较多，在国内报道的相对较少。
2 酵母葡聚糖
葡聚糖（Glucan）是酵母细细胞壁最重要的结构成分之一，其结构研究得较为清楚，大部分是由D-葡萄糖通过β-D-(1→3)键的方式相结合的聚合物，也有小部分以高度分支的β-D-(1→6)键结合的聚糖，一般分为碱性葡聚糖（约占细胞壁的20%）、酸性葡聚糖（约占细胞壁的6%）和中性葡聚糖（约占细胞壁的34%）3种类型。
酵母细胞壁葡聚糖的生物活性与它的分子大小密切相关，高分子的β-（1，3）-葡聚糖具有较强的免疫及抗肿瘤活性。β-（1，3）-葡聚糖的七聚体是竞争嗜中性粒细胞葡聚糖受体的最小分子。这表明免疫应答对单糖的化学结构是非特异的，而主要由连接方式、分子大小和构象所决定，高分子的β-（1，3）-葡聚糖具有独特的分子结构，它通常以三股螺旋的构象存在，这种三股螺旋绪构对调节其免疫活性是至关重要的、对于β-（1，3）-葡聚糖来讲，只有分子量大于9×104才能形成三股螺旋。β-（1，3）-葡聚糖的三股螺旋结构通常是靠氢键和分支来稳定的，因此，多聚糖分子主链上侧链的性质和分布对生物活性也有很大影响。酵母细胞壁中碱不溶性多糖80%以上是含有β-（1，3）连接的β-（1，3）-葡聚糖，其分子量大约为2.4×105，具有很强的免疫活性。有研究表明，β-葡聚糖是免疫反应的基质，在免疫上具有如下的效果：①刺激动物体内淋巴细胞的增殖；②活化动物体内的巨噬细胞，一般认为体内网状内皮系统在葡聚糖的刺激下，产生大量对机体免疫功能起关键作用的巨噬细胞，而巨噬细胞通过吞噬作用吸收、破坏和清除体内损伤的、衰老的、死亡的自身细胞和侵入体内的病原微生物；③增加动物体产生自然杀伤细胞的能力；④诱使动物对念珠菌症产生非特异性免疫，提高存活率。
此外，一些磷酸化葡聚糖的价值在于它能与所感染的致病细菌、真菌和病毒结合，从而改善病灶的发展过程。葡聚糖在消化道中不可溶、不吸收，也不产生粘性，尚有清肠、清除游离基、抗辐射、溶解胆固醇和预防高脂血症作用及抵抗滤过性病毒、真菌、细菌等引起的感染。葡聚糖还是一种低卡路里食品添加剂，可明显减少血液中的葡萄糖量，并能控制肥胖症，预防糖尿病及心血管疾病的发生，同时在口腔内不会产生龋齿，还能够提供脂肪样口感。
3 酵母甘露聚糖
甘露聚糖（Mannan）是酵母细胞壁另一重要的多糖成分，其相对分子量为20000～200000，主链为单链，由约50个α-甘露糖间以α-(1→6)键形成的；主链上联结有以α-(1→2)和α-(1→3)键联结数目不等的甘露糖侧链，有些侧链也结合有一些基团，这些侧基可能是酵母细胞抗原的决定部位。酵母甘露聚糖可以通过选择性乙酰解反应，特异性地切断主链的α-（1，6）-糖苷键，其切断α-（1，6）-糖苷键的速度比切断支链的α-（1，2）-糖苷键及α-（1，3）-糖苷键的速度快。因此，选用合适的反应条件，即控制反应的酸度、温度和时间等，可以使甘露聚糖链完全从α-（1，6）-糖苷键连接的骨架处断开，生成若干种寡糖，即甘露寡糖（简称MOS），它也是动物营养与免疫研究和应用中主要的功能性多糖，具有多种生物活性。
在实际生产应用中，也多是以添加甘露寡糖为主。甘露寡糖能够优化动物胃肠道微生态环境，降低胃肠道疾病，如抗肿瘤、抗辐射和抗感染等，并且由于细胞表面的碳水化合物主要负责细胞的识别作用从而具有吸收基质的功能。甘露寡糖具有较高的结合病原菌的能力，研究表明：病原菌细胞表面或绒毛上具有类丁质结构(如植物凝集素)，它能够通过识别“特异性糖类”受体(糖脂或搪蛋白的残基)，并与受体结合，从而在肠壁上发育繁殖，导致一些肠道疾病的发生。很多肠道病原体的凝集素能利用与含D-甘露糖受体结合的1型菌毛附着于肠黏膜上皮上，由于甘露寡糖结构与病原菌在肠壁上的受体非常相似，并与类丁质有很强的结合能力，添加细胞壁多糖为细菌提供了丰富的甘露糖源，从而避免了细菌与肠壁的亲和，一旦甘露寡糖与这些类丁质结合，会使病原菌不再附着于肠壁上，而病原菌是不能利用甘露寡糖作为供其生长的能量来源的，导致病原菌因不能利用甘露寡糖而缺乏能源。由于甘露寡糖不会被消化酶降解，从而携带病原菌通过肠道，因此可以起到防止病原菌定殖的作用，故又称其为“病原菌吸附剂”或“病原菌清除剂”。此外，甘露寡糖还可以减少肠道病原菌的数量，提高消化率、激活免疫等功效，这是因为甘露寡糖中含有较高浓度的磷酸成分，对结合病原菌虽不利，但对调节免疫机能则很重要的。试验研究表明，甘露寡糖和磷酸之间的比例与免疫应答之间，存在一定的相关性。
甘露寡糖作为饲料添加剂应用于动物生产时，能清除某些毒素，激活动物的免疫反应，提高肉鸡、火鸡、断奶仔猪及犊牛的日增重和饲料转化率，降低胃肠道疾病的发生率和死亡率。研究发现，甘露寡糖可以鳌合胃肠道释放的黄曲酶素，并且可以结合玉米赤霉烯酮，且结合力成非直线关系，其具体作用机制还有待进一步的研究；据报道，甘露寡糖也能显著提高犊牛的日增重，降低发病率；也有证实，鱼的嗜中性细胞活性因添加甘露寡糖而加强。Savage(1996)报道，注射火鸡粘膜IgA和全身IgG水平提高。有试验证实，甘露寡糖能提高仔猪日增重和饲料转化率，其原因可能是其提高了仔猪的免疫力，抑制了病原菌在胃肠道的增殖。Spring（1998）通过深入研究了甘露低聚糖对仔猪加强防御能力的作用发现，仔猪胆汁中免疫球蛋白(Ig)的浓度在常规猪和SPF猪中没有差别，但常规猪肠和血清中的Ig浓度更高，SPF猪添加甘露寡糖提高了肠和血清中的Ig浓度，该效应在常规猪中并不太明显，仅在小肠中Ig浓度较高，常规育成猪饲喂甘露寡糖显著提高了B淋巴细胞的数目。这一结果说明，甘露寡糖可以提高猪的体液免疫功能。日粮中添加甘露寡糖对胃肠道微生物区系的影响己在肉鸡和火鸡上做了大量的试验研究，结果表明可显著地降低肠道内沙门氏菌和大肠杆菌的数量，这可能是通过甘露寡糖产品影响肠道的微生物区系或影响动物的免疫应答而带来的变化。
4 酵母细胞壁多糖的应用
一般认为，酵母细胞壁多糖通过激发免疫功能，维持微生态平衡来增强动物免疫力，改善动物健康状况，增加动物对外界不良刺激的适应性，从而提高生产性能，增加经济效益。并且，酵母细胞壁多糖对酸解过程比较稳定，其碎片能完好无损地通过胃或皱胃，这种能抵抗酸消化的能力，造就了它在不同种类动物的广泛应用。在养殖业中，许多国家己普遍使用酵母细胞壁类产品，如奥特奇公司生产的奥奇素，它是源于经过筛选的酵母菌株细胞壁，经提纯得到的甘露寡糖。它在畜禽和鱼类养殖中发挥了良好的防病、治病和保健的作用，可刺激不同畜禽巨噬细胞的应答反应。Savage等 (1996)研究结果发现，奥奇素可提高分泌IgA水平达25%。在低卡路里色拉调味料、奶酪类似物和象冰淇淋样的冷冻甜点的生产中作为脂肪替代物；葡聚糖还有吸水膨胀的性质，在香肠、火腿肠、热狗等大多数肉制品中作为持水、持油剂；在食品中，酵母葡聚糖也可以作为膳食纤维来发挥作用。此外，它还有保温、成膜、无刺激性的特点，故广泛用于医药、食品、化妆品等行业。
总之，随着酵母细胞壁多糖的研究不断深入，其应用于实际生产也会越来越普及。未来针对酵母细胞壁多糖的研究，一方面对其作用机制方面的应作进一步研究；另一方面，选育出多糖高产菌，并研究其作用的方式、剂量、时间长短等，具有很大的理论和实践意义。