導讀：

      殼聚糖廣泛存在于自然界中，是由蝦、蟹、昆蟲的幾丁質(zhì)外殼經(jīng)過不同程度地脫乙酰基而得到的一種無毒聚氨基葡萄糖。殼寡糖（COS）是殼聚糖的降解產(chǎn)物，聚合度（DP）在2~20，分子質(zhì)量≤3000μ，其生物活性比殼聚糖更強；COS是天然糖中唯一大量存在的堿性氨基寡糖，因具有多元化的生物學作用，使其在醫(yī)學研究、生物醫(yī)藥和食品科學等領(lǐng)域中受到廣泛關(guān)注。目前，隨著國家對抗生素的使用要求越來越嚴格以及養(yǎng)殖環(huán)境的變化，如何使動物自身免疫力不斷提高，從而減少對抗生素的依賴、改善藥物殘留所帶來的危害越來越被大家所重視。因此，在畜牧獸醫(yī)領(lǐng)域中，COS作為一種天然的免疫增強和炎癥調(diào)節(jié)活性物質(zhì)，在增強動物免疫機能和抗炎方面具有較高的研究價值和廣闊的應(yīng)用前景。

1、COS的理化性質(zhì)及生物學作用

       COS可完全溶于水，部分溶于甲醇和二甲基亞砜，不溶于丙酮和乙醇。DP為2～4的COS可溶于甲醇，但DP＞5的COS溶解性較差；由于范德華力等低分子間相互作用，低分子質(zhì)量COS（＜1500ｕ）在較寬pH的范圍內(nèi)可溶于水。COS自身氨基帶正電荷，是目前發(fā)現(xiàn)的自然界中唯一堿性寡糖，無毒，有較好的生物相容性和生物可降解性以及對大分子藥物緩釋等特性。因此，與殼聚糖相比，COS在治療中有更大的應(yīng)用空間。

       COS在胃腸道中不被分解，很容易通過腸上皮細胞吸收，優(yōu)先分配到肝臟、脾臟和腎臟，可被動物直接吸收入血作用于靶細胞。COS在血漿、肝臟、腎臟和尿液中被溶菌酶降解，其主要排泄途徑是尿液。目前研究發(fā)現(xiàn)，COS具有調(diào)節(jié)免疫力、抗氧化、抗應(yīng)激、抗微生物、抑制腫瘤生長、活化腸道有益菌和降低膽固醇等多種生物學作用。還能促進組織再生、增強藥物和DNA傳遞和鈣吸收等功能。

2、COS的免疫增強作用

       COS發(fā)揮免疫調(diào)節(jié)的生物學效應(yīng)，與其對免疫器官、多種免疫細胞的調(diào)節(jié)效應(yīng)及誘導多種細胞因子的分泌密切相關(guān)。DP在3～8的COS在體外可顯著增強原代264．7巨噬細胞的增殖活性和對中性紅的吞噬能力，小鼠口服COS后脾臟指數(shù)和血清免疫球蛋白（Ig）Ｇ含量增加。口服COS還能顯著升高環(huán)磷酰胺（Cy）誘導的免疫抑制小鼠胸腺和脾臟指數(shù)、遲發(fā)型變態(tài)（DTH）反應(yīng)、巨噬細胞吞噬作用和一些酶活性，并增強細胞因子白細胞介素（IL）-2、IL-12和干擾素－γ（IFN-γ）的產(chǎn)生。與此同時，COS對Ｔ淋巴細胞也產(chǎn)生了明顯的調(diào)節(jié)作用，給小鼠腹腔注射COS己二酸（20mg/kg）4次，未成熟CD4+、CD8＋胸腺Ｔ細胞的百分比降低，成熟CD4＋、CD8＋胸腺淋巴細胞的百分比增加，COS增加了脾臟CD19＋細胞百分比，而對腸系膜淋巴結(jié)CD19＋細胞的百分比無顯著影響。這說明COS促進了胸腺淋巴細胞的成熟和分化，并調(diào)節(jié)了脾臟Ｂ淋巴細胞和淋巴結(jié)Ｔ淋巴細胞的數(shù)量。在肉仔雞（1日齡）飼糧中添加不同水平（0、50、100、150mg/kg）的COS，第21天和第42天COS（100mg/kg）添加組仔雞血清IgＧ、IgＡ、IgＭ含量升高，COS同時促進了免疫器官的發(fā)育（脾臟、法氏囊、胸腺重量增加）。COS及衍生物還可通過Th1途徑，對接種新城疫活疫苗雞群的抗原特異性細胞免疫發(fā)揮輔助作用。

       另外，斷奶應(yīng)激可導致血清抗體和細胞因子水平降低，而COS可使早期斷奶仔豬空腸黏膜和淋巴結(jié)IL-1β基因的表達升高，同時增加了血清IL-1β、IL-2、IL-6、IgＡ、IgＧ和IgＭ含量。由此可以看出，COS可能通過調(diào)節(jié)細胞因子和抗體的產(chǎn)生提高動物機體細胞介導的免疫反應(yīng)。因此，COS作為飼料添加劑在家禽和豬的營養(yǎng)方面得到廣泛應(yīng)用。還有學者研究了皮下植入COS對犬巨噬細胞和多核細胞激活的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)5和10mg/kgCOS植入術(shù)后24～96ｈ體內(nèi)，中性粒細胞數(shù)量顯著增加，巨噬細胞活性增強；20mg/kgCOS植入組直到術(shù)后120ｈ巨噬細胞仍然保留高活性，這提示COS可以作為一種有效的免疫增強劑用于術(shù)后免疫抑制的預防。COS是以分子質(zhì)量依賴的方式通過巨噬細胞發(fā)揮免疫調(diào)節(jié)活性，因此，COS作為一種新型的免疫抑制性疾病治療劑顯示出巨大的潛力。

      由先天免疫和獲得性免疫組成的免疫系統(tǒng)在消除病原體和外來物質(zhì)方面起著重要作用。藥物或營養(yǎng)保健品對免疫功能的增強可能對免疫功能喪失或衰退的人（如老年人）特別有益。通過體外和體內(nèi)模型現(xiàn)已證明COS有望增強先天免疫和獲得性免疫。產(chǎn)生免疫增強作用的COS的體外劑量為10～100μg/mL，體內(nèi)劑量為100～500mg/（kg·d）。它可刺激巨噬細胞分泌腫瘤壞死因子－α（TNF-α）和IL-1。此外，COS處理可導致巨噬細胞中誘導型一氧化氮合酶（iNOS）表達和一氧化氮（ＮＯ）的產(chǎn)生增加。COS是通過與巨噬細胞上的膜受體相互作用而發(fā)揮這種免疫刺激作用，而且已有研究證明COS在巨噬細胞中的免疫刺激作用依賴于Toll樣受體4（TLR4）的調(diào)節(jié)。此外，COS可通過c-Jun氨基末端激酶（JNK）-c-Jun/活化蛋白（AP）-1信號通路刺激Caco-2細胞中IL-8（嗜中性粒細胞趨化因子）以及其他趨化因子配體及其受體［包括趨化因子配體20及趨化因子受體6（CCR6）和趨化因子配體17及趨化因子受體8（CCR8）］的表達。以上研究表明COS可以增強腸上皮細胞的免疫應(yīng)答，這是防止病原體侵入的第1道防線。

       COS的免疫增強作用也已在動物體內(nèi)得到證明。在小鼠試驗中，口服COS能使脾臟指數(shù)和血清免疫球蛋白含量增加，這表明COS可增強獲得性免疫。此外，在COS處理后，血清中單核細胞的比例和IL-6以及IFN-γ的含量也顯著增加；重要的是，COS能顯著降低金黃色葡萄球菌感染小鼠的死亡率（從90％至0）。在平均年齡為80歲的老年人中，口服COS（5.1g/d，持續(xù)8周）與血清IL-12和IFN-γ含量的升高有關(guān)，它們是已知的Ｔ細胞分化刺激劑。所有這些研究表明COS對先天和獲得性免疫系統(tǒng)功能具有增強作用（表1）。

3、COS的抗炎活性

       炎癥是一種涉及多種類型的免疫和非免疫細胞的生物反應(yīng)，它可以保護機體免受有害刺激造成的損傷。通常，炎癥反應(yīng)是由外源性物質(zhì)和組織損傷產(chǎn)物所激發(fā)，伴隨著促炎細胞因子的產(chǎn)生、免疫細胞的募集和活化以及自由基的產(chǎn)生。正常情況下，這些炎癥過程能清除異物和病原體并促使組織的再生。然而，在某些疾病過程中，炎癥反應(yīng)變得過度，會引起急性或慢性的炎癥反應(yīng)和相關(guān)的組織/器官損傷。已報道的COS在體外和體內(nèi)試驗顯示出抗炎作用的劑量分別為20μg/mL～1mg/ｍＬ和10～100mg/（kg·d）。巨噬細胞是存在于所有組織中的免疫細胞，它們通過吞噬作用清除病原體或細胞碎片。已有研究表明，COS在巨噬細胞中可抑制脂多糖（LPS）誘導的炎癥反應(yīng)，包括促炎介質(zhì)［TNF-α、IL-6、iNOS、環(huán)氧合酶－2（COX-2）、前列腺素E2（PGE2）和NO］的表達和釋放。有趣的是，在這種細胞模型中，COS脫乙酰度（DD）的增加與抗炎活性的增加相關(guān)。現(xiàn)已證實COS可降低LPS誘導的敗血癥小鼠模型的死亡率、抑制全身性炎癥反應(yīng)（由血清中TNF-α和IL-1的含量所指示）和減少對肝臟、腎臟和肺臟的損傷。COS可顯著降低LPS誘導的這些受損器官中中性粒細胞的浸潤和脂質(zhì)過氧化反應(yīng)。COS還可以抑制嗜堿性粒細胞、嗜中性粒細胞和淋巴細胞的活化。嗜堿性粒細胞和嗜中性粒細胞是炎癥急性期涉及到的主要粒細胞。嗜堿性粒細胞在哮喘等過敏性疾病的發(fā)病過程中發(fā)揮著重要作用，而嗜中性粒細胞是細菌感染的一線應(yīng)答者并且參與大多數(shù)炎癥性疾病。同樣，COS可抑制已活化的中性粒細胞活性氧的產(chǎn)生、脫顆粒和黏附，這表明它可抑制嗜中性粒細胞的激活。重要的是，COS在變態(tài)反應(yīng)性疾病治療中的潛在應(yīng)用已在卵白蛋白誘導的過敏性肺炎小鼠模型（哮喘小鼠模型）上有了研究。口服COS［16mg/（kg·d）］抑制了小鼠變態(tài)反應(yīng)過程中促炎性細胞因子［即肺組織和支氣管肺泡灌洗液中IL-4、IL-13和TNF-α］的產(chǎn)生。

另外，COS［10～20mg/（kg·d）］可降低5％葡聚糖硫酸鈉（DSS）或4％醋酸誘導的小鼠急性結(jié)腸炎模型的死亡率和腸道炎癥反應(yīng)，并降低結(jié)腸組織中核因子-kB（NF-kB）活化以及TNF-α、IL-6的含量，COS對小鼠炎癥性腸病（IBD）治療作用可能是通過抑制腸上皮細胞NF-KB的信號轉(zhuǎn)導和細胞凋亡實現(xiàn)的。COS還降低了血清促炎性細胞因子（TNF-α和IL-6）含量，并通過抑制炎癥細胞中髓過氧化物酶（MPO）活性以及NF-KB、COX-2和iNOS活性而阻止結(jié)腸黏膜炎癥反應(yīng)。另外，COS還能平衡Ｔｈ1細胞因子，減少TNF-α和IL-6的產(chǎn)生、下調(diào)CD44和TLR4的表達和抑制Ｔ淋巴細胞增殖，從而減輕塵螨類引起的小鼠氣道炎癥反應(yīng)。如果將COS按小劑量和高劑量每天給自身免疫性前色素層炎（EAAU）大鼠腹腔注射，COS呈劑量依賴性的顯著減弱睫狀體損傷的臨床評分和白細胞浸潤，COS有效地減少了炎癥介質(zhì)［TNF-α、iNOS、單核細胞趨化蛋白1（MCP-1）、趨化因子（RANTES）和細胞間黏附分子－1（ICAM-1）］的表達。另有研究發(fā)現(xiàn)，給21日齡斷奶仔豬接種產(chǎn)腸毒素大腸桿菌，然后飼糧中添加300mg/kgCOS飼喂21ｄ，與對照組（基礎(chǔ)飼糧組）相比，斷奶后仔豬腹瀉率、鈣調(diào)蛋白水平與TLR4蛋白表達均顯著降低，添加COS增強了空腸黏膜IL-1β、IL-6的mRNA表達。飼糧中添加300mg/kgCOS可有效減輕腸道炎癥并提高細胞介導的免疫反應(yīng)，作為飼料添加劑，殼聚糖與金霉素緩解仔豬腸道炎癥的作用相當，但其影響機制可能不同。目前，殼聚糖及COS在犬體內(nèi)的抗炎作用研究報道甚少，而主要應(yīng)用于骨缺損的修復。綜觀以上文獻，通過口服或注射途徑給予COS均可對動物機體的免疫和炎癥反應(yīng)產(chǎn)生調(diào)節(jié)作用，所以COS在動物免疫抑制和炎癥性疾病中的應(yīng)用具有廣闊前景（表2）。

4、COS對絲裂原活化蛋白激酶（MAPK）和NF-kB信號通路的影響

目前，COS調(diào)節(jié)免疫功能和炎癥反應(yīng)的確切作用機制尚不清楚，從現(xiàn)有的研究報道來看，COS可能通過MAPK和NF-kB信號通路對機體免疫和炎癥產(chǎn)生影響。NO作為體內(nèi)重要的生物信息分子在免疫調(diào)節(jié)中起著重要作用，COS能顯著提高巨噬細胞NF-KB蛋白水平，特異性抑制劑阻斷NF-kB可導致NO、TNF-α水平的降低，這表明NF-KB在COS誘導巨噬細胞產(chǎn)生NO和TNF-α中起著潛在的作用。COS抑制巨噬細胞NO和炎癥因子TNF-α、IL-6產(chǎn)生，還依賴于NF-kB激活的MAPK通路的控制。LPS是革蘭氏陰性細菌細胞壁的組成成分，參與了多種炎癥相關(guān)疾病的病理過程，LPS結(jié)合TLR-4，促進NF-kB向細胞核內(nèi)移位，誘導促炎基因的轉(zhuǎn)錄從而引發(fā)炎癥反應(yīng)。COS在多種細胞和動物模型中已被廣泛證明可通過以上途徑抑制LPS或其他刺激物誘導的炎癥反應(yīng)。COS通過NF-kB抑制因子－α（IkB-α）的降解，阻止ｐ65亞基向核內(nèi)移位并導致NF-kB/DNA結(jié)合活性的降低，從而導致LPS誘導的炎癥因子TNF-α、IL-6釋放減少。然而，這一過程還依賴于NF-KB激活的MAPK通路的控制。MAPK由3種下游介質(zhì)組成，包括ｐ38MAPK、細胞外信號調(diào)節(jié)激酶1/2（ERK1/2）和應(yīng)激活化蛋白激酶1/2（JNK1/2）。這3種介質(zhì)促進ＡＰ-1向核內(nèi)移位，誘導促炎基因的轉(zhuǎn)錄。現(xiàn)有研究表明，COS是通過抑制NF-KB和MAPK信號通路來緩解LPS誘導的炎癥，給小鼠腹腔注射COS（10mg/kg）可減少視網(wǎng)膜缺血再灌注損傷炎癥介質(zhì)（TNF-α、MCP-1、iNOS、ICAM-1）的表達，這種作用的發(fā)揮可能是通過阻斷NF-kB、JNK和ERK的活化和促進p38的激活實現(xiàn)的。在給EAAU模型大鼠每天腹腔注射小劑量COS（5μmg/kg）和高劑量COS（10μmg/kg）的研究中，COS有效地減少了炎癥介質(zhì)的表達，其機制可能是COS降低了IKB的降解和ｐ65在虹膜/睫狀體中的存在，導致NF-kB/DNA結(jié)合活性的降低。COS能使LPS誘導的豬髂動脈誘導內(nèi)皮細胞ICAM-1和Ｅ－選擇素mRNA的表達降低，是通過抑制p38MAPK/ERK1/2和NF-KB細胞信號轉(zhuǎn)導級聯(lián)反應(yīng)實現(xiàn)的，COS通過抑制ｐ38MAPK和ERK1/2途徑，進而抑制了LPS誘導的NF-kBp65移位。所以，COS可能是通過抑制MAPK的磷酸化和激活NF-KB來下調(diào)LPS誘導的PIEXs中Ｅ－選擇素和ICAM-1的表達，從而證實了COS的抗炎作用。此外，COS還可抑制LPS誘導的人臍靜脈內(nèi)皮細胞（HUVECs）IL-6的表達，但其機制可能受2條平行的信號通路所調(diào)節(jié)：即通過p38MAPK通路而不依賴NF-KB的激活以及通過ERK1/2通路依賴于NF-KB的激活。由以上可以看出，COS對炎癥反應(yīng)的調(diào)節(jié)作用可能是通過抑制IKB的降解，阻止p65亞基向核內(nèi)移位，降低了NF-kB/DNA結(jié)合活性而發(fā)揮抗炎和免疫調(diào)節(jié)作用，但這種作用的發(fā)揮可能還與ERK、JNK、p38MAPK的磷酸化水平密切相關(guān)，其具體機制和相互之間的聯(lián)系仍需進一步研究。

5、COS對動物生產(chǎn)性能的影響

COS在奶牛生產(chǎn)實踐中具有廣闊的應(yīng)用前景，不僅可以改變瘤胃內(nèi)菌群結(jié)構(gòu)，降低甲烷的產(chǎn)生，還能使微生物蛋白質(zhì)的合成和纖維的分解增加，并可提高奶牛生產(chǎn)性能、免疫功能、抗氧化能力及改善后腸道菌群結(jié)構(gòu)。與此同時，COS作為新型的無害添加劑，有著良好的抗氧化性、免疫調(diào)節(jié)能力、改善腸道微生態(tài)平衡等作用，且不會對動物機體產(chǎn)生毒副作用、安全可靠，使其在養(yǎng)豬生產(chǎn)中得到了廣泛應(yīng)用。研究表明，飼糧中添加COS降低了仔豬的腹瀉率，減少腸道黏膜的損傷和改善腸道微生態(tài)平衡，同時可顯著提高日增重，從而提高仔豬的生長性能。另有研究報道，蛋雞飼糧中添加COS，提高了蛋雞的產(chǎn)蛋率、雞蛋的質(zhì)量以及蛋雞的免疫力。由此表明，COS在維持動物健康、提高動物生產(chǎn)性能、改善畜產(chǎn)品品質(zhì)等方面具有很大的利用和開發(fā)價值。

6、小結(jié)和展望

COS代表了一類天然聚合物，不僅具有水溶性和低黏度等理化特性，而且有良好的藥理學作用和安全性以及多種有益的生物學活性，使其在動物疾病防治中具有較大的應(yīng)用前景。COS對AMPK的激活和炎性信號傳導通路的抑制（包括NF-kB和MAPK通路）被認為是其發(fā)揮抗炎和免疫增強作用的主要機制。然而，目前研究使用的是COS混合物，且主要集中在細胞和動物模型上對其生物活性和毒性進行研究。因此，未來還需使用化學特性更為明確的純化COS在動物體內(nèi)進一步完善其作用途徑和機制，并在實際生產(chǎn)中驗證和評價COS對動物常發(fā)疾病的預防、治療效果及安全性，從而為在動物生產(chǎn)中的推廣和有效利用COS提供理論指導。

來源：動物營養(yǎng)學報；作者：張華，童津津，張肇南，蔣林樹