牛膝多糖对动物疾病及免疫细胞的影响

欧淑琦，陈 福，杨 玲，何荣香，马玉静，贺建华

（ 湖南农业大学 动物科学技术学院，长沙 410128）

在植物中，作为笕科牛膝属之一的牛膝具有很好的药用价值，其在促进动物机体蛋白质合成、胃肠道蠕动和抗炎镇痛等方面有一定功效。牛膝中分离提取出来的牛膝多糖是一种由果糖和葡萄糖两种单糖组成的小分子多糖化合物。作为牛膝的主要功能成分之一的牛膝多糖，具有水溶性好、相对分子质量小、易吸收和抗原性好等优点。牛膝多糖的主要功能有抗肿瘤、抗病毒、调节机体免疫、延缓衰老、抗氧化等[1]。

1 牛膝多糖对动物肠道的影响

小肠是机体吸收营养物质的主要部位，肠道健康将直接影响动物机体对营养物质的吸收利用。影响肠道吸收的因素很多，如大肠杆菌脂多糖（LPS）刺激，可降低断奶仔猪肠道吸收能力。而添加牛膝多糖可提高仔猪肠道上皮细胞层厚度、降低隐窝深度和增加绒毛高度等，提高其肠黏膜完整性和屏障功能，进而降低LPS对肠道吸收能力的影响[2]。此外，任芬芬在上述研究基础上，应用PCR-变性梯度电泳技术和荧光定量PCR技术对各段肠道内容物和粪样中的微生物进行定量分析，结果表明，无论正常条件还是应激条件下，牛膝多糖可有效维持肠道内大肠杆菌、乳酸菌和肠球菌的数量，保证正常生理水平，维持肠道内环境稳定，进而提高机体健康及抗应激的能力[3]。

2 牛膝多糖对动物关节的影响

骨关节炎（OA）主要病理特征是关节软骨发生退变，作为一种临床综合征，OA病理演变的关键是软骨细胞功能的改变。研究表明，牛膝多糖可以减少关节间隙的变窄，改善周围软组织肿胀，缩小关节面的变化，增加膝关节活动力度，扩大膝关节屈伸最大角度，进而促进骨性关节炎的修复[4]。

此外，牛膝多糖还可以降低血细胞和血沉比容，延长凝血酶原时间，促进血液循环，改善血液流变性，进而促进骨性关节炎的修复[5]。分析牛膝多糖治疗骨关节炎的作用机制发现，牛膝多糖可能是通过有效减少骨关节炎患者的软骨和骨液内的一种非胶原性骨基质糖蛋白-骨桥蛋白，进而促进骨性关节炎的修复[6-7]。此外，研究表明，牛膝多糖可促进软骨细胞增殖[8-9]。采用Westen blot方法对软骨细胞Ⅱ型胶原表达量进行检测，结果表明，当牛膝多糖添加量为100 μg·mL-1时，软骨细胞Ⅱ型胶原蛋白表达量最大；同时，其还可以促进蛋白聚糖的合成，抑制软骨退变，表明牛膝多糖通过促进软骨细胞外基质分泌，进而缓解软骨退变[10]。还有研究表明软骨细胞凋亡数量与骨性关节炎严重程度呈正相关。而牛膝多糖可以正向调节骨性关节炎软骨细胞调亡，减少细胞调往率，表明牛膝多糖可修复骨性关节炎作用[11]。

3 牛膝多糖对动物机体抗氧化功能的影响

机体氧化与抗氧化作用失衡，会造成自由基含量升高，促使机体生物大分子（DNA、蛋白质和脂肪）物质发生化学反应，进而损伤机体的过程叫做氧化应激。虽然氧化应激产生的自由基（氢过氧基、单线态氧、羟自由基、氢过氧化物、超氧阴离子自由基、过氧化氢、一氧化氮和氢过氧化物）对机体产生一定损伤，但动物机体拥有完整的抗氧化系统，一般分为酶类（SOD、GSH-Px和CAT）和非酶类（VA、VC、VE、谷胱甘肽、β-胡萝卜素和一氧化氮）两种自由基清除机制。研究表明，饲料中添加牛膝多糖0.20%可有效提高草鱼血清中SOD总活力，且MDA含量降低；由此说明，牛膝多糖可以一定程度提高草鱼抗氧化功能，进而缓解机体来自自由基的损伤[12-13]。研究表明，日粮中添加一定含量的牛膝多糖，可显著提高T-AOC和GSH-Px活性，进而缓解断奶仔猪氧化应激损伤[14]。王菊平等通过体外研究表明，牛膝多糖可改善细胞形态，降低乳酸脱氢酶（LDH）活性，减少内皮素-1（ET-1）和组织型纤溶酶原激活物（PA-1）含量，增加一氧化氮（NO）和tPA含量，进而缓解过氧化氢（H2O2）诱导人脐静脉内皮细胞（HUVEC）的损伤[15]。

研究表明，川牛膝多糖（PCP）抗氧化效果同样明显，在一定剂量范围内，川牛膝多糖呈剂量效应，在每d 300 mg·kg-1的剂量时，川牛膝多糖可一定程度增强抗氧化酶活性、减轻或阻断脂质过氧化反应和提高自由基清理能力，进而发挥延缓衰老的作用[16]。李俊丽等研究表明，可灌胃牛膝水溶性多糖可能比VC抗氧化能力更强，表明川牛膝水溶性多糖可缓解D-半乳糖引起的氧化应激[17]。

4 牛膝多糖对动物机体免疫细胞与肿瘤细胞的影响

中枢免疫器官胸腺和外周免疫器官脾脏是机体主要的免疫器官，可以直接反映机体免疫功能。特异性免疫和非特异性免疫为两大免疫系统，特异性免疫的细胞免疫功能一般采用迟发型变态反应（DTH）测定，而体液免疫功能一般采用半数血溶值法（HC50）测定。还有碳粒廓清方法测定非特异性免疫。采用综合方法探讨川牛膝多糖对机体免疫功能的影响，结果表明，牛膝多糖可提高免疫器官指数，还一定程度的促进体液免疫、细胞免疫和非特异性免疫功能，表明川牛膝多糖增强免疫功能的作用[17]。有学者针对口服川牛膝多糖增强口蹄疫疫苗受免小鼠细胞免疫、体液免疫反应及Th1、Th2型细胞因子的产生和模式抗原OVA的机制进行初步探讨，发现其可能通过TLR-2、TLR-4信号通路的激活，促使树突细胞成熟，再加上Treg和TGF-β细胞表达的下调，激发机体免疫反应，进而提高疫苗的免疫效果[18-19]。杨兵等以25日龄断奶仔猪为研究对象，饲喂不同浓度梯度的牛膝多糖。结果表明，牛膝多糖可促进断奶仔猪白蛋白、血清总蛋白和球蛋白浓度增加，同时抑制溶菌酶活性和降低白蛋白与球蛋白的比例，表明牛膝多糖对机体非特异性免疫和特异性免疫都有一定的改善作用[14]。研究表明，在草鱼基础日粮中添加牛膝多糖0.20%可显著改善草鱼免疫功能和营养效应[20]。

此外，家禽机体免疫器官指数除脾和胸腺外，多了一个法氏囊。刘永华等研究表明，一定剂量的牛膝多糖可以提高禽流感血凝抑制抗体的滴度和雏鸡免疫器官指数，表明牛膝多糖可一定程度促进雏鸡禽流感灭活苗免疫效果[21]。崔培等以鹦鹉为研究对象，投喂牛膝多糖0.40%，连续投喂14 d后发现，可有效改善鹦鹉非特异性免疫功能[22]。李文清为延缓和控制牛膝多糖的释放，应用脂质体为牛膝多糖载体，合成具有靶向性、缓释性、可控性、五毒性、亲和性、多样性等特点为一体的牛膝多糖脂质体。其比牛膝多糖能更好地协同PHA促进小鼠脾脏T淋巴细胞增殖，进而提高机体免疫功能[23]。

4.1 牛膝多糖对淋巴细胞的影响

具有识别、吞噬及摧毁细菌功能的巨噬细胞，是特异性免疫中起到关键免疫作用的一类免疫细胞。植物多糖主要是通过识别巨噬细胞表面受体功能，进而影响巨噬细胞活性。研究表明，牛膝多糖可以促进外周血淋巴细胞增殖，提高外周血淋巴细胞转化率，进而提高机体细胞免疫水平[24-25]。牛膝多糖除了提高淋巴细胞转化率外，还可通过增加IFN、IL-6、IL-1β、TNF-α、IL-2等基因表达量，使细胞因子分泌量增加，进而促进免疫功能[26]。此外，以LPS为应激模型进行研究，发现牛膝多糖一定程度可缓解LPS应激诱导肠道淋巴细胞的凋亡[27]。李孟伟针对牛膝多糖改善LPS应激中机体免疫功能的作用机理进行研究；结果表明，牛膝多糖可增加肠道上皮细胞IPEC-J2含量，促使肠道上皮细胞合成、分泌的促炎性细胞因子含量降低，并一定程度抑制NF-κB信号通路和激活MAPK信号通路，进而提高机体免疫功能[28]。

4.2 牛膝多糖对巨噬细胞的影响

巨噬细胞具有免疫调节、抗感染和抗肿瘤等作用，其是机体重要的免疫细胞之一。细胞因子合成与分泌量增加、活化受体表达量增加（清道夫受体、TLR2和TLR4等）和吞噬功能增强，都表明巨噬细胞已经被活化，并吞噬肿瘤细胞或入侵的病原微生物及发挥细胞毒作用。巨噬细胞可以合成、分泌一种重要的细胞因子TNF-α，其对巨噬细胞、NK细胞核中性粒细胞等起到激活作用，并可直接抑制或杀伤肿瘤细胞[29]。巨噬细胞分泌的另一种具有促进Th1细胞分化与活化、NK细胞活性和细胞免等功能的细胞因子是IL-12[30]。同时巨噬细胞表面的模式识别受体活化后，促进巨噬细胞释放TNF-α等细胞因子，提高机体免疫力，进而促进机体抗癌活性和机体抗感染的能力[31]。研究表明，牛膝多糖可一定程度提高巨噬细胞IL-12和TNF-α的分泌量及促进TLR-4mRNA的表达量，进而激活巨噬细胞，增强机体细胞免疫[32]。王德成等针对牛膝多糖作用巨噬细胞的机理进行研究分析，结果表明，牛膝多糖可能是促进巨噬细胞体内iNOS表达，使NO合成与释放量增加，进而促使巨噬细胞发挥细胞毒作用[33]。

4.3 牛膝多糖对肿瘤细胞的影响

癌症发展过程中，大量具有免疫抑制作用的生长因子和细胞因子出现在微环境中，可以起到浸润免疫细胞的作用。一些不能发挥抗肿瘤作用的肥大细胞和淋巴细胞树突状细胞，可促进肿瘤细胞的产生、发展和转移。而功能受抑制是导致免疫细胞效能低下，致使肿瘤细胞免疫发生逃逸、肿瘤复发及治愈困难等的重要原因[34]。机体介导抗肿瘤免疫是通过T淋巴细胞，成熟的T淋巴细胞CD4+（可分泌大量肿瘤细胞抑制因子）和CD8+T（通过CD4+和细胞因子的辅助作用下发挥抗肿瘤效能）。同时肿瘤细胞分泌的IL-10、TGF-β1、VEG等细胞因子，可降低机体免疫功能，加速肿瘤发展。研究表明，牛膝多糖可提高癌症患者全身免疫功能，并促使肿瘤微环境的免疫抑制状态发生改变，并可以一定程度改善癌症微环境的免疫抑制状态。由于牛膝多糖可提高肝癌肿瘤微环境中肿瘤细胞CD4+和CD8+T的百分含量，降低肿瘤组织中TGF-β1和VEG的表达含量，进而有一定的免疫增强效果，起到一定的抗肿瘤作用[35]。还有研究表明，牛膝多糖可刺激DC成熟，使DC呈递肿瘤抗原的能力得到提高，牛膝多糖还可以促进树突状细胞和细胞因子诱导的杀伤细胞联合细胞分泌IL-12，TNF-α，并使DC和CIK联合细胞对结肠癌细胞株（SW480）的杀伤活性增强，且牛膝多糖与SW480肿瘤抗原可协同作用于DC和CIK联合细胞[36]。

此外，牛膝多糖可通过有效诱导肿瘤细胞凋亡，抑制肿瘤细胞增殖，进而治疗肿瘤。而且牛膝多糖具有低毒、副作用小等优势，可有效保护正常组织，降低肿瘤治疗引起的并发症。研究表明，牛膝多糖激活Caspase-3蛋白酶，进而诱导肝癌细胞调亡[37]。牛膝多糖还可以通过HE染色促进肿瘤细胞碎片化，降低抑制抗凋亡因子Bcl-2的表达，且随着肿瘤细胞分化程度降低，p53的表达量反而增加。由此表明，牛膝多糖可诱导肿瘤细胞凋亡，进而治疗肿瘤[38-39]。

5 小结

综上所述，牛膝多糖具有提高肠道健康、缓解骨质性关节炎症、治愈肿瘤、增强氧化应激和免疫功能等作用，表明牛膝多糖可替代或部分替代抗生素，但添加量和抗生素替代量及作用机制尚不明确，有待深入研究。此外，牛膝多糖作为一种新型抗生素替代物，可作为绿色环保型饲料添加剂进行开发，进而应用于畜禽养殖过程中。这将一定程度上推进我国畜牧业无抗进程，为畜牧养殖可持续发展提供物质支撑。

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