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绿藻——刺激免疫反应的天然替抗选择

法国欧密斯集团和法国国家农业食品与环境研究院(INRAe)1最近的共同研究表明,一种绿藻提取物可通过动物的肠上皮细胞刺激免疫介质的产生。这一结果表明该制剂可用于畜禽饲料,以提高其抗感染能力,从而减少抗生素的使用。

长期以来,抗生素一直在畜牧业生产中作为生长促进剂,用以保护家畜(禽)免受病原体侵害。然而,欧盟已经颁布了一些条令,目的是在不添加抗生素的情况下保证农业的可持续发展。因此,有效的预防替代方案对提高动物的抗感染能力至关重要。

不断壮大的产业

基于海藻的营养价值及其富含的生物活性分子,海藻产业正吸引着越来越多的人关注,尤其是蓝藻中的真核生物或原核生物。藻类可以是单细胞(微藻类),也可以是多细胞(大型藻类)。后者可分为三个进化支:即绿藻、红藻和褐藻。它们的进化差异提供了丰富的表型多样性(大小从几毫米到70米不等)和新陈代谢多样性。

大型藻类含有丰富多样且特殊的分子。就其组成而言,大部分是由所谓的“骨架”碳水化合物(主要为多糖)、蛋白质、极其多样的矿物质、脂质、维生素和色素组成。组成细胞壁的海藻硫酸多糖的性质随藻类的不同而有所差异。褐藻主要含海藻酸盐,红藻主要含卡拉胶和琼脂,绿藻则主要含石莼聚糖。这些物质分别占其干重的4%~ 6%。

海藻硫酸多糖(MSP®)的特殊性在于其结构的复杂性。与线性多糖(如纤维素)不同的是,海藻硫酸多糖可以有分枝。它们由糖醛酸、木糖和岩藻糖等多种糖单元组成,而淀粉等同聚多糖仅由葡萄糖组成。海藻硫酸多糖还可能含有稀有的碳水化合物,如鼠李糖。最后,它们的某些碳水化合物结构可以被硫酸化,这是展现其生物活性所必需的特征。

所有这些参数都表明海藻硫酸多糖与动物多糖,尤其是肝素,在结构上有一定相似性,这解释了它们对光合生物独特的生物活性。此外,海藻硫酸多糖根据其碳水化合物的性质、多糖中寡糖基序的重复情况、寡糖链的性质、分支程度、分子量和硫酸化程度的不同而具有高度可变的功能和结构。因此,在大型藻类中可以发现许多具有独特生物活性的海藻硫酸多糖(简称MSP®)。

越来越多的学术文章强调了这些多糖独特的生物学特性:即抗感染、抗氧化、抗血栓和免疫调节作用。它们已在动保、植保和人体健康领域获得应用。

欧密斯集团与法国国家农业食品与环境研究院(INRAe)[1]的科研合作

在最近欧密斯集团和法国农业科学研究院(INRA)2卢瓦尔中心的合作研究中,欧密斯集团从法国西部布列塔尼地区收获的Ulva armicalicana绿藻中分离鉴定出一种低分子量海藻硫酸多糖,命名为MSP®IMMUNITY。研究人员随后对这一特殊提取物进行体外试验,利用猪肠道上皮细胞系(IPEC1)评估了MSP®IMMUNITY 刺激宿主肠道免疫介质的能力。由于目前病原体对抗生素的耐药性越来越强,作为一种饲料添加剂,MSP®可提供一种新的预防策略,以提高畜禽健康并减少抗生素的使用。

MSP®通过肠细胞刺激免疫反应介质表达

研究人员用极化的猪肠道上皮细胞系(IPEC1)测试了MSP® 刺激宿主免疫反应的能力,从而研究这种海藻硫酸多糖的生物活性。

将IPEC1细胞分别暴露于1mg/mL、0.1mg/mL 和0.01mg/mL的MSP®中,接触4小时后,用RT-qPCR分析免疫介质信使RNA(mRNA)的相对表达量。MSP®处理后的极化IPEC1细胞,多种细胞因子mRNA[如白细胞介素-1α(IL-lα)、IL-1β、IL-6、IL-8 和肿瘤坏死因子α]的表达受到调控。这些结果表明,MSP®可激活肠上皮细胞,使其产生细胞介导免疫反应的细胞因子,启动并放大宿主的保护性免疫反应,从而调节针对肠道病原体的黏膜免疫力。

此外,趋化因子CCL20(人巨噬细胞炎性蛋白-3α的表达也受MSP®高度调控。人巨噬细胞炎性蛋白3α与其受体CCR6的相互作用参与树突状细胞,B细胞和T细胞的募集以及肠道免疫稳态或炎症条件的调节。MSP®调控也会导致转化生长因子-β mRNA的积累,表明该提取物可有效参与免疫球蛋白A的体液免疫反应和肠道的抗炎过程。

MSP®还能刺激过氧化物酶体增殖物激活受体y(Peroxisome Proliferator-Activated Receptor y,PPARy) mRNA的表达,PPARy是一种转录因子,参与抑制炎症细胞因子的表达和免疫系统细胞向抗炎表型分化。这些体外结果与之前的研究结果相当,表明从藻类中提取的硫酸多糖具有免疫调节作用,能够刺激免疫反应和控制炎症过程。

减少抗生素使用的另一种选择

INRAe的研究结果表明,富含硫酸多糖的绿藻提取物能够在体外刺激参与淋巴细胞和树突状细胞激活、募集和迁移的细胞因子的表达,从而调节免疫应答。因此,该提取物可用于畜禽饲料,以刺激宿主动物的免疫应答。

这些体外试验结果为进一步研究奠定了基础,以更好地阐明其作用机制和优化目标动物的体内反应。必须确保畜禽口服这些藻类提取物能产生有益效果,而不会破坏其消化道的正常功能,必须确保畜禽正常的生长和福利。这种替代方法可以减少畜禽的发病率,从而减少抗生素的使用。

[1] 法国国家农业食品与环境研究院(National Research Institute for Agriculture, Food and Environment),简称INRAE。2020 年1 月1 日,由法国农业科学研究院(INRA) 和法国国家环境与农业科技研究院(IRSTEA) 合并组建,隶属于法国高等教育、研究与创新部(MESRI),农业和食品部(MAA),是农业、食品和环境领域世界顶尖的研究机构。

[2] 法国国家农业食品与环境研究院的原属单位之一,法国农业科学研究院( 简称INRA),是法国最大的国家农业科研机构。