常美楠 朱亞如 趙 元 秦貴信

(吉林農(nóng)業(yè)大學動物科技學院，動物生產(chǎn)及產(chǎn)品質量安全教育部重點實驗室，吉林省動物營養(yǎng)與 飼料科學重點實驗室，長春 130118)

近年來，食物和飼糧過敏現(xiàn)象普遍流行，嚴重威脅人和動物的健康。引起過敏的過敏原有奶、蛋、堅果類、海鮮[1]、小麥蛋白[2]、大豆蛋白[3]、卵清蛋白(OVA)[4]等。研究表明，人和動物在口服或接觸了這些過敏原后，既有特異性抗原抗體間的速發(fā)型變態(tài)反應，又有T淋巴細胞介導的遲發(fā)型過敏反應，其中速發(fā)型變態(tài)反應發(fā)病率較高，主要由免疫球蛋白E(IgE)介導，導致肥大細胞和嗜堿性粒細胞釋放組胺等活性物質，使人和動物在口服或接觸了這些過敏原后，產(chǎn)生皮膚出現(xiàn)紅斑、胃腸道不適、消化力下降、嘔吐、腹瀉等癥狀，甚至危及生命，嚴重影響了人類的健康和畜牧業(yè)的生產(chǎn)效益[5]。

因而，如何消除或緩解過敏反應的發(fā)生，是人類食品及畜禽飼料安全亟待解決的問題。以往食品和飼料原料采用加工處理技術來鈍化其中的致敏原，如熱處理、高壓膨化處理[6]、發(fā)酵處理[7]等。此外，采用新型天然抗過敏活性物質來預防和治療過敏反應也是有效緩解過敏的一種方式，且逐漸成為一個新的研究熱點。目前，已開展的相關研究有硫辛酸[8]、中草藥等植物及其提取物[9]、益生菌[10]、益生元[11]等。

功能性低聚糖是化學益生元，能改變宿主腸道內(nèi)的菌群組成，增殖雙歧桿菌，優(yōu)化腸道菌群，是一種活性膳食補充劑，現(xiàn)已作為一類食品和飼料添加劑應用于功能性保健食品和動物飼料。適量的功能性低聚糖能提高機體的免疫和屏障功能，但僅有一些關于功能性低聚糖緩解食物和飼糧過敏反應的研究，所以探究功能性低聚糖的抗過敏功效，進一步探究其抗過敏機理，對于開發(fā)新型食品和飼料添加劑具有極其重要的意義。

1 功能性低聚糖的分類與組成

功能性低聚糖，又稱功能性寡糖，對人和動物的免疫系統(tǒng)和腸道健康都有益處，如抗癌、調(diào)節(jié)免疫活性等。功能性低聚糖廣泛分布于植物、藻類、細菌和高等真菌中，現(xiàn)已應用于許多領域，如營養(yǎng)、醫(yī)藥、飼料、化妝品、免疫刺激劑和益生元成分等[12]。應用較多的功能性低聚糖包括低聚果糖(FOS)、低聚半乳糖(GOS)、甘露寡糖(MOS)、低聚麥芽糖、低聚異麥芽糖、大豆低聚糖、水蘇糖、棉子糖、低聚殼聚糖、龍須菜寡糖等，另外還有阿拉伯低聚糖、低聚乳果糖、低聚葡萄糖、低聚龍膽糖等。功能性低聚糖的化學組成見表1。

表1 功能性低聚糖的化學組成

2 功能性低聚糖的生理功能

2.1 促進益生菌增殖

功能性低聚糖可改善腸道內(nèi)菌群的結構和組成，并選擇性地促進雙歧桿菌等益生菌的增殖。雙歧桿菌對機體具有很好的保健作用，是腸道唯一一類不產(chǎn)生毒素、無致病性的功能性有益微生物。人和動物體內(nèi)沒有水解功能性低聚糖的酶類，它們可直接進入大腸內(nèi)優(yōu)先被雙歧桿菌利用，顯著促進機體內(nèi)雙歧桿菌的增殖[12]。功能性低聚糖用于動物飼糧中可抑制病原菌的定植和生長，增加腸道菌群的多樣性[16]，提高畜禽的生長速度、生產(chǎn)性能和免疫機能[17]。

2.2 提高免疫力

功能性低聚糖可作為免疫刺激因子，促進腸道免疫細胞的生長，提高血清免疫球蛋白A(IgA)、免疫球蛋白M(IgM)、免疫球蛋白G(IgG)和白細胞介素-2(IL-2)的含量，從而增加動物體液及細胞免疫功能。低聚糖進入腸道后會競爭性地和病原菌表面的外源凝集素結合，阻止病原菌在腸上皮上黏附，同時低聚糖又有促進腸道蠕動的作用，使病原菌隨糞便排出，減少對腸道的損害[18]。此外，低聚糖可促進腸道內(nèi)雙歧桿菌等有益菌大量增殖，雙歧桿菌具有免疫激活作用，可增強巨噬細胞、淋巴細胞的吞噬活性，誘導細胞因子的產(chǎn)生；這些有益菌在腸道內(nèi)會產(chǎn)生乙酸、丁酸等短鏈脂肪酸(SCFAs)，降低腸道pH，酸化腸道內(nèi)環(huán)境，縮短病原物質與腸黏膜的接觸時間，從而調(diào)節(jié)機體的免疫應答[19]。

2.3 促進礦物質和營養(yǎng)物質的吸收，潤腸通便

功能性低聚糖到達機體后被微生物發(fā)酵分解，釋放出礦物質離子，并且可促進鈣離子、鐵離子的吸收和提高鈣離子、鎂離子的溶解度，有利于盲腸、結腸等對礦物質元素的吸收[20-21]。微生物的發(fā)酵過程還會產(chǎn)生機體所需的維生素，促進和改善脂質、蛋白質等營養(yǎng)物質的吸收[22]。另外功能性低聚糖被雙歧桿菌利用后，可產(chǎn)生大量的SCFAs，有助于增進腸道蠕動，起到潤腸通便的作用[23]。作為飼料添加劑，功能性低聚糖具有抗生素的功能，可提高動物生長、育肥和增加泌乳量，還可降低糞便中氨氣的含量。

3 功能性低聚糖緩解過敏反應的研究

在動物模型方面，關于功能性低聚糖緩解過敏反應的研究較少，大多數(shù)都是預防的案例，治療的很少。其中研究較多的低聚糖有FOS、GOS、GOS/菊粉混合益生元以及MOS等。低聚糖主要通過以下作用功能來實現(xiàn)緩解過敏的目的：調(diào)節(jié)機體免疫力、增強腸黏膜屏障功能、改善腸道菌群平衡。

3.1 調(diào)節(jié)機體免疫力

早期幼齡動物免疫系統(tǒng)和腸道菌群系統(tǒng)尚未發(fā)育完善，存在復雜性和多樣性，易受到外界過敏原的刺激而產(chǎn)生過敏型疾病。正常機體內(nèi)輔助性T淋巴細胞(Th細胞)亞群Th1和Th2細胞功能處于動態(tài)平衡狀態(tài)，維持機體的細胞免疫和體液免疫功能[24]。Th1細胞主要分泌IL-2、干擾素-γ(IFN-γ)、干擾素-α(IFN-α)、腫瘤壞死因子-β(TNF-β)等，參與有關炎癥的免疫應答。Th2細胞主要分泌白細胞介素-4(IL-4)、白細胞介素-5(IL-5)、白細胞介素-6(IL-6)和白細胞介素-10(IL-10)等細胞因子，刺激B淋巴細胞增殖并生成大量IgE和IgG抗體[25]。在由食物抗原引起的人和動物過敏反應中速發(fā)型變態(tài)反應較多，表現(xiàn)為過敏體內(nèi)的Th1/Th2免疫失衡，因此Th1/Th2平衡在過敏反應中有著至關重要的作用。

研究發(fā)現(xiàn)，功能性低聚糖可通過誘導免疫相關因子，繼而影響免疫平衡達到預防和治療過敏的目的。GOS/菊粉混合益生元能使圍產(chǎn)期和斷奶后期小鼠IFN-γ、TGF-β和IgA含量升高，小鼠幼鼠小腸內(nèi)IL-10、IgA和IgG2a表達量顯著升高[11,26]；GOS/菊粉混合益生元也能增加糞便中雙歧桿菌的數(shù)量，使血清IgG1、IgG2、IgG3含量大幅上升，顯著降低嬰兒過敏性疾病的發(fā)病率，并且這個影響具有長效性[27-29]。龍須菜寡糖可使致敏小鼠血清特異性IgE和IgG1含量顯著降低，血清IgG2a含量顯著升高，抑制Th2細胞因子[IL-4、IL-5、白細胞介素-(IL-13)]含量，促進Th1細胞因子(IFN-γ)的表達[30]。MOS可能與腸黏膜上皮細胞的受體結合從而刺激淋巴細胞，促進血清IgA、IgG和IL-10釋放，降低血清TNF-α含量，進而調(diào)節(jié)畜禽機體免疫力[31-33]。這些免疫應答證明功能性低聚糖能有效調(diào)節(jié)機體免疫球蛋白和一些細胞因子，使Th1/Th2細胞重新處于相對平衡狀態(tài)，對于過敏反應有預防和治療功效，尤其是在妊娠期、分娩期和哺乳期這些重要時期，對免疫機制有顯著的調(diào)節(jié)作用。

功能性低聚糖還能通過改善肥大細胞脫顆?，F(xiàn)象來提高機體免疫力。Fujitani等[34]研究發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)OS可降低因OVA過敏小鼠的十二指腸肥大細胞的數(shù)量和水腫率。Vonk等[35]用FOS飼喂牛奶蛋白乳清致敏的小鼠，發(fā)現(xiàn)急性過敏反應和肥大細胞的脫顆粒得到有效緩解，防止特異性IgE含量的升高，降低T細胞應答反應，最終提高小鼠的口服免疫耐受性。另外功能性低聚糖可通過增加血清中半乳凝集素9的含量而影響免疫系統(tǒng)[36]。

3.2 增強腸黏膜屏障功能

腸黏膜屏障主要由機械屏障、化學屏障、免疫屏障和生物屏障4部分構成，其中任何一部分損傷都會危害機體健康[37]。腸黏膜屏障功能使腸道內(nèi)的細菌和內(nèi)毒素等物質被局限于腸腔內(nèi)而不會轉移到外周臟器。腸上皮細胞通透性的增加和破壞會將黏膜暴露于腸腔食物或細菌的大量抗原中，刺激免疫興奮，導致腸道炎癥的發(fā)生，從而引起多種胃腸道疾病以及過敏反應的發(fā)生。研究表明，由于食物和飼糧過敏引起的多種胃腸道疾病和腸道炎癥的發(fā)生都與腸黏膜屏障的損傷有關[38]。低聚糖作為一種微生態(tài)制劑，可促進腸內(nèi)有益菌的增殖，改善腸壁的通透性，有利于維護腸黏膜屏障功能。

功能性低聚糖通過增強腸黏膜屏障功能預防和治療過敏反應的形式主要表現(xiàn)在以下3個方面：腸道黏膜形態(tài)、黏膜通透性以及緊密連接蛋白。寡糖益生元、益生菌可通過改善腸道微生物菌群平衡，影響肉仔雞和仔豬腸道黏膜形態(tài)和結構，對空腸和結腸的黏膜完整性有一定的保護作用[39-40]。血漿二胺氧化酶(DAO)是所有哺乳動物腸黏膜上皮細胞胞漿中活性較高的酶，在其他組織中活性較低。若腸黏膜系統(tǒng)受損，DAO就會進入外周血液，導致腸黏膜通透性增加。GOS可通過影響DAO活性影響腸黏膜通透性。此外，GOS可能通過調(diào)節(jié)轉錄環(huán)節(jié)mRNA水平，增加跨膜蛋白(occludins)的含量，進而改善緊密連接，維護腸黏膜屏障功能[41]。功能性低聚糖可通過緊密連接蛋白誘導腸上皮細胞產(chǎn)生保護性物質，如熱休克蛋白(HSP)、上皮黏蛋白(MUC)，分泌SCFAs來調(diào)節(jié)腸黏膜屏障功能。Gourbeyre等[26]研究發(fā)現(xiàn)，飼喂GOS/菊粉混合益生元的小鼠盲腸內(nèi)容物中丙酸鹽含量上升，空腸中HSP-25、閉鎖小帶蛋白1(ZO-1)和黏蛋白2(MUC-2)含量增加。

3.3 改善腸道菌群平衡

動物腸道內(nèi)的微生物菌群是一個動態(tài)的微生態(tài)系統(tǒng)，防止外源的食物抗原和病原菌入侵機體，參與腸上皮細胞的新陳代謝以及免疫機制的調(diào)控，有利于動物對飼料中營養(yǎng)物質的消化吸收。低聚糖益生元作為腸內(nèi)益生菌的專屬食物，進入機體后定向的被有益菌利用，增加腸道內(nèi)有益菌的數(shù)量和種類。腸道內(nèi)有益菌占據(jù)優(yōu)勢后就會抑制有害菌群的定植，從而穩(wěn)定腸道內(nèi)環(huán)境，保護腸道健康，達到預防和治療過敏的目的。Watanabe等[42]給Balb/c小鼠飼喂含有FOS的飼糧后，會使小鼠腸道內(nèi)的雙歧桿菌增殖，降低2,4-二硝基氟苯引起的接觸性超敏反應現(xiàn)象。外源添加低聚糖(GOS、FOS)和有益菌(乳酸桿菌、雙歧桿菌)可顯著增加禽類腸道內(nèi)微生物的代謝活性，降低沙門氏菌等有害菌的定植[43-44]。GOS能有效改善仔豬腸道菌群結構和微生物平衡，調(diào)節(jié)腸道防御體系[40]。

微生物菌群對免疫應答調(diào)節(jié)和腸道屏障功能都有重要作用，許多有益菌可與小腸上皮細胞、樹突細胞、Th1細胞、Th2細胞相互作用，通過刺激B淋巴細胞產(chǎn)生IgA，IgA再與抗原結合，抑制抗原進入上皮細胞，從而達到調(diào)節(jié)免疫應答的目的[45]。功能性低聚糖經(jīng)微生物發(fā)酵后，形成的SCFAs參與機體的免疫應答和屏障保護，可間接地預防過敏性疾病的發(fā)生。有研究顯示，SCFAs可降低促炎癥細胞因子含量，包括白細胞介素-10β(IL-10β)、IL-6、TNF-α，提高抗炎細胞因子IL-10含量[46-47]；還能誘導腸上皮細胞分泌白細胞介素-18(IL-18)、MUC和抗菌肽，加強緊密連接結構，維持腸黏膜屏障的完整性[48-49]。丁酸鹽可作為識別組蛋白修飾乙?；恼{(diào)節(jié)器，在腸上皮細胞模型中通過緊密連接蛋白提高小腸屏障功能[50]。嬰兒食用含低聚糖的奶粉后，糞便中葡萄球菌和鏈球菌減少，菌群(尤其是雙歧桿菌)豐富度和多樣性增加，糞便中乙酸、丙酸、丁酸含量升高，濕疹發(fā)病率降低[51]。

4 小 結

綜上所述，過敏反應的發(fā)生導致機體腸道結構破壞，菌群紊亂，腸道屏障系統(tǒng)和免疫機能嚴重破壞，功能性低聚糖作為一類對機體無毒副作用的益生元，不但能改變腸道菌群的豐富度和多樣性，而且對機體的免疫機制和腸道屏障功能的提高有很大的幫助，因此對過敏反應有一定的預防和治療效果。功能性低聚糖在食品和動物飼料中有廣闊的應用前景，目前多種低聚糖都已被作為食品和飼料添加劑，用于提高人和動物的生長性能，但在抗過敏方面，研究更多的是小鼠和人，畜禽領域相對較少，因此未來此方面仍有待進一步探討研究。已有的食物過敏方面的研究主要從提高免疫力、增強腸道屏障功能以及改善菌群平衡來實現(xiàn)，但由于過敏反應發(fā)生和緩解機制比較復雜，目前的研究尚不完善，過敏仍然是困擾人類和動物健康的一大難題。

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