張名位,黃 菲,張瑞芬
(廣東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院蠶業(yè)與農(nóng)產(chǎn)品加工研究所 農(nóng)業(yè)農(nóng)村部功能食品重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室廣東省農(nóng)產(chǎn)品加工重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 廣州510610)
水果、蔬菜是人類飲食的重要組成部分,大量的流行病學(xué)和干預(yù)試驗(yàn)顯示二者的攝入量與改善人體健康和降低慢性疾病風(fēng)險(xiǎn)呈正相關(guān)。水果、蔬菜的健康效應(yīng)與其含有豐富的膳食纖維等多糖密不可分。果蔬中的多糖具有免疫調(diào)節(jié)、抗腫瘤、抗氧化、抗炎等多種生物活性,其中免疫調(diào)節(jié)作用被認(rèn)為是果蔬多糖最主要的生理功效。本文綜述近年來果蔬來源多糖的結(jié)構(gòu),對(duì)免疫系統(tǒng)的調(diào)節(jié)作用的最新研究進(jìn)展。
果蔬多糖的結(jié)構(gòu)包括一級(jí)結(jié)構(gòu)和高級(jí)結(jié)構(gòu),其中一級(jí)結(jié)構(gòu)包括多糖的分子質(zhì)量、單糖組成、糖鏈連接方式、糖鏈構(gòu)型、枝化結(jié)構(gòu)等。常采用氣相色譜(GC)、高效液相色譜(HPLC)、高效陰離子色譜(HPAEC)、薄層色譜(TLC)等方法分析多糖的單糖組成;采用高效體積排阻色譜(HPSEC)和高效凝膠滲透色譜(HPGPC)檢測(cè)多糖的分子質(zhì)量;采用紅外光譜(FT-IR)分析多糖的糖苷鍵和功能團(tuán);采用甲基化、高碘酸氧化、Smith 降解、質(zhì)譜和核磁共振(NMR)分析糖苷鍵類型、異頭異構(gòu)形式、糖苷鍵連接位點(diǎn)、不同殘基的連接順序等[1]。多糖的高級(jí)結(jié)構(gòu)包括分子尺寸、空間構(gòu)象、凝聚態(tài)特征和溶液行為等。常采用分子排阻色譜-激光光散射(SEC-MALLS)、結(jié)合黏度法明確多糖在溶液中的構(gòu)象;采用原子力顯微鏡觀察多糖分子鏈的尺寸、構(gòu)象和聚集態(tài)結(jié)構(gòu)等微觀形貌;采用剛果紅試驗(yàn)、圓二色譜和X-射線衍射明確多糖的螺旋結(jié)構(gòu)[2]。
果蔬多糖的結(jié)構(gòu)與其原料來源以及分離純化技術(shù)等密切相關(guān)。不同來源果蔬多糖的一級(jí)結(jié)構(gòu)存在較大差異,見表1。蘋果、柑橘、紅棗、秋葵、苦瓜等來源的果蔬多糖富含(1→4)-α-GalpA、(1→2)-α-Rhap糖鏈結(jié)構(gòu),是典型的果膠類結(jié)構(gòu);龍眼、荔枝等來源的果蔬多糖主要含有(1→3,5)-Araf、(1→3,6)-β-Galp、(1→4/6)-β-Glcp、(1→3,4)-α-Rhap等糖鏈結(jié)構(gòu);山藥、蓮藕、紫薯等來源的果蔬多糖主要含有葡萄糖,由(1→4)-α-Glcp組成,含有少量的Man、Gal。此外,來源相同而采用不同純化手段獲得的果蔬多糖的一級(jí)結(jié)構(gòu)也存在較大差異。從南瓜中分離得到2 個(gè)多糖組分,其中中性糖組分為由(1→3)-Glcp主鏈和(1→3,4)-Glcp支鏈組成的葡聚糖,酸性糖組分則為含有(1→3)-Galp、(1→6)-Glcp、(1→3,6)-Glcp和(1→4)-Glcp的雜多糖[3]。
表1 常見果蔬多糖的結(jié)構(gòu)特征Table 1 Structural characteristics of common fruit and vegetable polysaccharides
不同來源果蔬多糖的高級(jí)結(jié)構(gòu)存在較大差異。柑橘水溶性果膠多糖在溶液中為半柔順鏈狀[4],綠茶多糖為超支化結(jié)構(gòu)的球形構(gòu)象[5]。相同來源、采用不同純化手段獲得的果蔬多糖的高級(jí)結(jié)構(gòu)也存在較大差異。從百香果果皮提取的果膠多糖在溶液中呈現(xiàn)半柔性線圈結(jié)構(gòu),具有不同分子質(zhì)量的果膠組分的柔順程度存在差異,分子質(zhì)量小的果膠組分柔性差,表現(xiàn)出更剛性的形態(tài)[6]。不同龍眼多糖組分(LP I~I(xiàn)V)的高級(jí)結(jié)構(gòu)存在較大差異,其中LP I 既有球形構(gòu)象又有三螺旋結(jié)構(gòu),而LP II~I(xiàn)V 以柔性鏈的形式存在[7]。同樣的,不同荔枝多糖組分(LP 1~3)具有不同的溶液行為,LP 1 具有超支化結(jié)構(gòu)的球形構(gòu)象,LP 2 呈現(xiàn)半柔性鏈,而LP 3 在溶液中交聯(lián)形成網(wǎng)絡(luò)狀構(gòu)象[8]。
(續(xù)表1)
果蔬多糖作為免疫刺激劑可以刺激一種或多種免疫應(yīng)答,如刺激固有免疫中巨噬細(xì)胞、自然殺傷細(xì)胞等細(xì)胞的吞噬活性,巨噬細(xì)胞分泌一氧化氮(NO)、細(xì)胞因子,活化補(bǔ)體途徑等發(fā)揮免疫調(diào)節(jié)作用;也可通過增強(qiáng)獲得性免疫中T/B 細(xì)胞的功能,促進(jìn)抗體分泌和細(xì)胞因子分泌等發(fā)揮免疫調(diào)節(jié)作用。
巨噬細(xì)胞是固有免疫中重要的吞噬細(xì)胞,其功能活性也會(huì)影響適應(yīng)性免疫。果蔬多糖可通過改變巨噬細(xì)胞的形態(tài),如使其體積增大、偽足變多等激活巨噬細(xì)胞[22],增強(qiáng)巨噬細(xì)胞的吞噬作用[23],刺激巨噬細(xì)胞分泌NO[24]以及腫瘤壞死因子α(TNF-α)、白介素1β(IL-1β)等促炎細(xì)胞因子,白介素10(IL-10)、白介素4(IL-4)等抗炎細(xì)胞因子[25],趨化因子2(CCL2)、趨化因子10(CXCL10)等趨化因子[23]。
T/B 淋巴細(xì)胞是機(jī)體重要的免疫細(xì)胞,T 淋巴細(xì)胞(即T 細(xì)胞)主要通過分泌細(xì)胞因子、殺滅靶細(xì)胞等介導(dǎo)細(xì)胞免疫,B 淋巴細(xì)胞(即B 細(xì)胞)通過產(chǎn)生免疫球蛋白抗體介導(dǎo)體液免疫。大部分果蔬多糖能刺激T/B 混合淋巴細(xì)胞增殖,其中少部分多糖對(duì)刀豆蛋白A(ConA)誘導(dǎo)的T 細(xì)胞無影響,只能促進(jìn)脂多糖(LBS)誘導(dǎo)的B 細(xì)胞增殖[26]。果蔬多糖可提高輔助性T 細(xì)胞(CD4+T 細(xì)胞)含量及CD4+/CD8+比例,調(diào)節(jié)T 細(xì)胞亞群比例[27],促進(jìn)淋巴細(xì)胞分泌白介素2(IL-2)、IL-4 等細(xì)胞因子,促進(jìn)IgA、IgG、IgM 等抗體生成[28]。
樹突狀細(xì)胞(DC 細(xì)胞)是機(jī)體重要的抗原提呈細(xì)胞,主要功能是對(duì)抗原進(jìn)行攝取、加工、處理,將抗原信息提呈給T 細(xì)胞,啟動(dòng)抗原特異性T 細(xì)胞應(yīng)答。果蔬多糖可誘導(dǎo)DC 細(xì)胞多核態(tài)和細(xì)長樹突等結(jié)構(gòu)變化,活化DC 細(xì)胞,促進(jìn)其分泌IL-6、IL-1β 等細(xì)胞因子、趨化因子5(CCL5)、單核細(xì)胞趨化蛋白(MCP-1)等趨化因子[29]。
自然殺傷細(xì)胞(NK 細(xì)胞)也是免疫系統(tǒng)重要的組成部分,由骨髓造血干細(xì)胞發(fā)育而來,主要分布于外周血、脾臟和肝臟。NK 細(xì)胞主要通過識(shí)別和裂解腫瘤細(xì)胞、病毒或細(xì)菌感染的細(xì)胞等靶細(xì)胞發(fā)揮其免疫調(diào)節(jié)功能。一些果蔬多糖能顯著促進(jìn)NK 細(xì)胞的殺傷活性,如荔枝多糖[30]、龍眼多糖[31]、人參果多糖[27]等。
補(bǔ)體是一類存在于血清、組織液、細(xì)胞膜表面的可介導(dǎo)免疫和炎癥反應(yīng)的蛋白質(zhì),包括30 多種可溶性蛋白和膜結(jié)合蛋白。補(bǔ)體可通過經(jīng)典途徑、旁路途徑和凝集素途徑這3 條既獨(dú)立又交叉的途徑被激活。補(bǔ)體活化過程及其活化的產(chǎn)物可介導(dǎo)細(xì)胞破溶,調(diào)節(jié)吞噬、炎癥反應(yīng),消除病原微生物等重要的生物反應(yīng),也參與特異性或非特異性免疫免疫反應(yīng)[32]。果蔬多糖通過調(diào)節(jié)補(bǔ)體系統(tǒng)發(fā)揮免疫調(diào)節(jié)作用。如紅棗多糖可通過經(jīng)典途徑和替代途徑調(diào)節(jié)補(bǔ)體活性[33],魔芋葡甘露聚糖及其衍生物亦可以調(diào)節(jié)機(jī)體的補(bǔ)體活性[34]。
果蔬多糖的分子質(zhì)量、單糖組成、糖鏈結(jié)構(gòu)(支鏈結(jié)構(gòu))、空間結(jié)構(gòu)等均對(duì)其免疫調(diào)節(jié)活性有影響。果蔬多糖一般存在不同分子質(zhì)量的多個(gè)級(jí)分,各級(jí)分的免疫活性有所差異,不同多糖產(chǎn)生最佳免疫調(diào)節(jié)活性的分子質(zhì)量范圍不同。如低分子質(zhì)量的蓮葉多糖組分相比其它組分具有更好的免疫活性[35],而大分子質(zhì)量的仙人掌多糖組分比小分子質(zhì)量組分具有更好的免疫活性[36]。多糖分子鏈的單糖組成、糖基連接方式和支鏈特性等決定其是否能被免疫細(xì)胞受體識(shí)別而引發(fā)免疫應(yīng)答。甜菜果膠多糖中具有線性結(jié)構(gòu)的阿拉伯聚糖(LA)促進(jìn)骨髓樹突狀細(xì)胞(BMDCs)產(chǎn)生的細(xì)胞因子含量高于含有支鏈的阿拉伯聚糖(BA),當(dāng)將BA 的支鏈去掉后,其免疫調(diào)節(jié)活性顯著增強(qiáng)[37];而接骨木果膠多糖的阿拉伯半乳聚糖支鏈?zhǔn)怯绊懫涿庖呋钚缘年P(guān)鍵結(jié)構(gòu)單元,當(dāng)去掉支鏈時(shí),其對(duì)巨噬細(xì)胞的刺激顯下降[38]。此外,不同果蔬多糖的高級(jí)構(gòu)象對(duì)其免疫活性的影響不同。具有緊密球型結(jié)構(gòu)的多糖因有較好的流動(dòng)性而易與細(xì)胞結(jié)合;單股螺旋結(jié)構(gòu)多糖則可能通過立體相互作用與細(xì)胞表面受體匹配,再經(jīng)表面的多羥基與受體通過電荷相互作用或氫鍵結(jié)合,進(jìn)而誘導(dǎo)細(xì)胞免疫應(yīng)答。上述研究表明,多糖的結(jié)構(gòu)與其免疫調(diào)節(jié)活性具有很強(qiáng)的關(guān)聯(lián)性,然而兩者之間并無規(guī)律可循。
目前關(guān)于果蔬多糖免疫調(diào)節(jié)機(jī)制的研究主要包括2 個(gè)方面:一是果蔬多糖通過受體識(shí)別模式直接作用于免疫細(xì)胞,激活相關(guān)信號(hào)通路,發(fā)揮免疫調(diào)節(jié)作用;二是多糖通過調(diào)節(jié)腸道菌群及其代謝產(chǎn)物發(fā)揮免疫調(diào)節(jié)作用。
果蔬多糖由于分子質(zhì)量大,難以直接穿過細(xì)胞膜,因此主要通過識(shí)別免疫細(xì)胞上的特異性受體發(fā)揮作用。巨噬細(xì)胞中常見的多糖識(shí)別受體有Toll 樣受體2/4(TLR2/4)、甘露糖受體(MR)、清道夫受體(SR)、補(bǔ)體受體(CR3)、樹突狀細(xì)胞相關(guān)C型凝集素(Dectin-1)等。T/B 淋巴細(xì)胞中的受體包括TLR2/4、T 細(xì)胞受體(TCR)和B 細(xì)胞受體(BCR)等。多糖通過識(shí)別免疫細(xì)胞上的特異性受體,激活相關(guān)的信號(hào)通路,調(diào)控基因表達(dá),影響蛋白合成,實(shí)現(xiàn)免疫應(yīng)答。3.1.1 巨噬細(xì)胞免疫應(yīng)答的信號(hào)通路 在巨噬細(xì)胞中,植物多糖的受體比較豐富,包括TLR2/4、MR、SR、CR3 等,涉及的信號(hào)通路包括絲裂原活化蛋白激酶(MAPK)、核因子κB(NF-κB)、磷脂酰肌醇3 激酶(PI3K)/絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶(AKT)(PI3K-AKT)和Janus 激酶(Jak)/轉(zhuǎn)錄激活因子(STAT)(Jak-STAT)等途徑。
1)TLR2/4 介導(dǎo)的信號(hào)通路 Toll 樣受體(TLRs)是一類廣泛存在于巨噬細(xì)胞、中性粒細(xì)胞和淋巴細(xì)胞中的蛋白識(shí)別受體,目前發(fā)現(xiàn)有13 種TLRs,然而,只有TLR2 和TLR4 能識(shí)別糖配體。果蔬多糖與TLR2/4 結(jié)合后通過骨髓分化因子88(MyD88)依賴性途徑或TLR 相關(guān)干擾因子(TRIF)依賴性途徑介導(dǎo)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)。MyD88 依賴性途徑為:TLR2/4 與MyD88 結(jié)合后,與絲氨酸/蘇氨酸激酶(IRAK)結(jié)合,進(jìn)而激活TNF 受體相關(guān)因子(TRAF6),TRAF6 通過活化NF-κB 或MAPK 兩種途徑調(diào)節(jié)核內(nèi)轉(zhuǎn)錄因子。TRIF 依賴性途徑為:TRIF 通過TRIF 相關(guān)接頭蛋白分子(TRAM)與TLR4 結(jié)合后,既可以激活TRAF6,進(jìn)而活化NFκB 和MAPK 介導(dǎo)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo),也可以刺激干擾素調(diào)節(jié)因子3(IRF3)調(diào)節(jié)相應(yīng)基因轉(zhuǎn)錄(如圖1)。其中MAPK 信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑為:當(dāng)細(xì)胞受到刺激時(shí),MAPK 被激活,移位至細(xì)胞核,磷酸化c-Myc、c-Jun、c-Fos等轉(zhuǎn)錄因子,調(diào)節(jié)下游靶基因表達(dá)[39]。NF-κB 信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑為:當(dāng)細(xì)胞受到刺激時(shí),與NF-κB 結(jié)合的抑制蛋白IκB 被其激酶降解,NFκB 被釋放并轉(zhuǎn)移至細(xì)胞核,進(jìn)而被核激酶磷酸化,與DNA 結(jié)合誘導(dǎo)相關(guān)基因轉(zhuǎn)錄[40]。許多果蔬多糖通過TLR2/4 受體及其介導(dǎo)的信號(hào)通路發(fā)揮免疫調(diào)節(jié)作用,如桑葚多糖通過TLR4 活化NFκB、MAPK 途徑,誘導(dǎo)巨噬細(xì)胞分泌NO、TNF-α等細(xì)胞因子[41];紫薯多糖通過TLR2/4 介導(dǎo)MyD88依賴性和TRIF 依賴性途徑,激活MAPK、NF-κB、活化劑蛋白-1(AP-1)等信號(hào),調(diào)節(jié)巨噬細(xì)胞活性[22]。
圖1 果蔬多糖活化巨噬細(xì)胞相關(guān)的信號(hào)通路Fig.1 Signal pathway related to activation of macrophages by fruit and vegetable polysaccharides
2)白細(xì)胞分化抗原14(CD14)和CR3 介導(dǎo)的信號(hào)通路 CD14 是一種表達(dá)于單核細(xì)胞、巨噬細(xì)胞和中性粒細(xì)胞表面的糖蛋白。CD14 被認(rèn)為是幾種TLRs 的共受體,這些受體與CD14 共同傳遞刺激信號(hào),參與信號(hào)級(jí)聯(lián)反應(yīng),促使機(jī)體做出免疫應(yīng)答[42]。CR3 是一種補(bǔ)體蛋白,是β-葡聚糖的常見受體。果蔬多糖與CD14 和CR3 可形成跨膜復(fù)合物,激活磷脂酶(PLC),進(jìn)而活化蛋白激酶(PKC)或者PI3K 及其下游AKT,介導(dǎo)MAPK 或NF-κB信號(hào)通路發(fā)揮免疫應(yīng)答。研究發(fā)現(xiàn)龍眼多糖通過CR3 受體介導(dǎo)PI3K-AKT 和MAPKs 信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑激活巨噬細(xì)胞功能[43],南瓜多糖則通過CR3 和TLR4 介導(dǎo)MAPK 或NF-κB 信號(hào)通路誘導(dǎo)巨噬細(xì)胞分泌IL-1β,TNF-α 和IL-6 等細(xì)胞因子[44]。
3)SR 介導(dǎo)的信號(hào)通路 SR 是一種跨膜糖蛋白,存在于多種免疫細(xì)胞中。研究發(fā)現(xiàn)SR 可能與CR3 通過相似的通路激活巨噬細(xì)胞。SR 和CR3活化PLC,PLC 的酶解產(chǎn)物激活PKC 和PI3K,進(jìn)而激活MAPK 和NF-κB 觸發(fā)基因轉(zhuǎn)錄[45]。研究發(fā)現(xiàn)巖藻多糖是典型的SR 糖配體,能通過SR-A介導(dǎo)PKC、PAK 和MAPKs 活化,激活巨噬細(xì)胞功能[46-47]。巖藻多糖是一類含有巖藻糖和硫酸基團(tuán)的多糖,主要來源于褐藻,在果蔬中很少見,目前關(guān)于果蔬多糖通過SR 激活巨噬細(xì)胞功能的研究鮮見報(bào)道。
4)MR 介導(dǎo)的信號(hào)通路 MR 主要由巨噬細(xì)胞表達(dá),可識(shí)別甘露糖殘基、巖藻糖殘基和乙酰氨基葡萄糖殘基,具有多種免疫相關(guān)功能。MR 在固有免疫反應(yīng)中通過識(shí)別細(xì)胞壁多糖,促進(jìn)巨噬細(xì)胞攝取細(xì)菌、酵母菌和寄生蟲等微生物,發(fā)揮固有免疫調(diào)節(jié)作用[48]。MR 與多糖結(jié)合后增加巨噬細(xì)胞的吞噬活性,產(chǎn)生ROS,激活轉(zhuǎn)錄因子NF-κB,誘導(dǎo)細(xì)胞因子分泌,發(fā)揮適應(yīng)性免疫調(diào)節(jié)作用。如瑪咖多糖可與巨噬細(xì)胞中MR 結(jié)合,通過刺激巨噬細(xì)胞吞噬作用或刺激IκB 激酶(IKK)表達(dá),激活NF-κB 信號(hào)通路,從而增強(qiáng)巨噬細(xì)胞功能[49]。
5)Dectin-1 介導(dǎo)的信號(hào)通路 Dectin-1 主要識(shí)別β-1,3、β-1,6 連接的葡聚糖,介導(dǎo)巨噬細(xì)胞的吞噬作用以及對(duì)葡聚糖的免疫反應(yīng)[50]。多糖配體與Dectin-1 結(jié)合后可調(diào)節(jié)MAPK 或NF-κB信號(hào)通路。Hu 等[21]研究發(fā)現(xiàn)含有→4)-α-D-Glcp(1→主鏈、(1→6)-α-D-Glcp支鏈的蓮藕殘?jiān)嗵强膳cDectin-1 結(jié)合,活化MAPK 和PI3K/Akt 信號(hào)通路,激活巨噬細(xì)胞分泌NO、TNF-α 和IL-2。
此外,果蔬多糖還可通過誘導(dǎo)Jak-STAT 途徑發(fā)揮免疫應(yīng)答。Jak-STAT 信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑主要由細(xì)胞因子誘導(dǎo),可調(diào)節(jié)下游超過50 種細(xì)胞因子和生長因子,被視為免疫系統(tǒng)中心的通信節(jié)點(diǎn)[51]。如蓮葉多糖可通過TLR 和Jak-STAT 信號(hào)通路發(fā)揮免疫調(diào)節(jié)作用[52];覆盆子多糖通過TLR2 受體,介導(dǎo)MAPK、NF-κB 和Jak-STAT 途徑刺激巨噬細(xì)胞功能[23]。
3.1.2 T/B 淋巴細(xì)胞免疫應(yīng)答的信號(hào)通路 T/B細(xì)胞通過TLR2/4、TCR、BCR 等受體介導(dǎo)的信號(hào)通路與巨噬細(xì)胞相似,均包括MAPKs、NF-κB、PI3K-AKT 和Jak-STAT 等途徑,具體涉及的部分信號(hào)因子存在一定的差異。
1)TCR 介導(dǎo)的信號(hào)通路 TCR 是T 細(xì)胞表面受體,也是T 細(xì)胞表面的特征性標(biāo)志。TCR 對(duì)抗原的親和力相對(duì)較弱,一般與CD3 形成復(fù)合體,再結(jié)合主要組織相容性復(fù)合體I/II(MHC I/II)分子形成TCR 共受體,從而介導(dǎo)T 細(xì)胞激活。多糖與TCR 共受體結(jié)合后,激活蛋白酪氨酸激酶(PTK),從而通過PI3K 或MAPK 途徑激活T 細(xì)胞。此外,激活的PTK 會(huì)受到Ca2+流動(dòng)的影響,進(jìn)而激活活化T 細(xì)胞核因子(NFTA)或AP-1 轉(zhuǎn)錄因子,發(fā)揮免疫調(diào)節(jié)作用。如枸杞多糖能促進(jìn)T 細(xì)胞跨膜蛋白CD25 表達(dá),激活NFTA 和AP-1 轉(zhuǎn)錄因子,誘導(dǎo)IL-2和INF-γ 基因的轉(zhuǎn)錄和蛋白質(zhì)合成[53]。
2)BCR 介導(dǎo)的信號(hào)通路 BCR 是一種位于B 細(xì)胞膜表面的跨膜受體,由IgM 和CD79 組成。BCR 介導(dǎo)的信號(hào)調(diào)節(jié)還涉及一些共受體,如B 細(xì)胞特異性糖蛋白CD19 和CD38。多糖與IgM 和CD79 結(jié)合后,激活PTK,進(jìn)而通過PI3K 或MAPK途徑激活B 細(xì)胞[54]。
3)TLR2/4 介導(dǎo)的信號(hào)通路 T/B 細(xì)胞中均含有TLR2/4 受體,其中T 細(xì)胞含量相對(duì)較低。果蔬多糖與T/B 細(xì)胞中TLR2/4 結(jié)合后,涉及MAPKs、NF-κB、Jak-STAT 等多條信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑。如松花粉硫酸化多糖結(jié)合B 細(xì)胞中TLR4 后,激活MyD88,進(jìn)而激活TRAF6 及下游NF-κB 和MAPK 信號(hào)通路[55]。
雖然大量的動(dòng)物實(shí)驗(yàn)或細(xì)胞試驗(yàn)證實(shí)果蔬多糖具有免疫調(diào)節(jié)活性,但是其難以直接被人體內(nèi)的消化酶水解,作為一種生物大分子很難透過腸黏膜直接被機(jī)體吸收利用。它是如何發(fā)揮生理功效的,一直存在質(zhì)疑。近年來,隨著腸道微生物組學(xué)技術(shù)的發(fā)展,人們發(fā)現(xiàn)多糖等碳水化合物成為調(diào)節(jié)腸道菌群結(jié)構(gòu)和功能的關(guān)鍵因素。多糖可通過調(diào)節(jié)腸道菌群來影響機(jī)體免疫,維持機(jī)體健康。因而,關(guān)于多糖的免疫調(diào)節(jié)作用研究,從以淋巴組織為中心的免疫系統(tǒng)逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)橐阅c道菌群為核心的腸黏膜免疫系統(tǒng)。
人體不能編碼足夠的碳水化合物酶(CAZymes)來降解復(fù)雜碳水化合物,而腸道菌群可以提供大量的CAZymes 降解腸道中的多糖。腸道菌群可利用果蔬多糖作為發(fā)酵底物產(chǎn)生短鏈脂肪酸(SCFA),降低腸道環(huán)境中的pH 值,為有益健康的腸道微生物群提供好的生長環(huán)境。同時(shí),腸道中產(chǎn)SCFA 的微生物可以利用果蔬多糖的降解產(chǎn)物進(jìn)行生長繁殖,從而增加菌群數(shù)量。果蔬多糖通過增加有益菌以及產(chǎn)SCFA 腸道菌數(shù)量,降低有害菌數(shù)量,調(diào)節(jié)腸道微生物的組成和豐度[56-57]。腸道菌群酵解多糖產(chǎn)生的主要代謝產(chǎn)物為乙酸、丙酸、丁酸等短鏈脂肪酸。由于腸道菌群通過分泌特異性的CAZymes 降解果蔬多糖,針對(duì)不同結(jié)構(gòu)的果蔬多糖,各腸道菌株分泌酶的能力不同,因此對(duì)多糖的降解利用也不同,進(jìn)而導(dǎo)致產(chǎn)生的代謝產(chǎn)物亦存在差異;且不同菌株代謝產(chǎn)生乙酸、丙酸、丁酸的能力不同,有一些菌株能將乙酸轉(zhuǎn)化為丁酸[58]。攝食不同果蔬多糖會(huì)導(dǎo)致機(jī)體短鏈脂肪酸的含量發(fā)生變化。
腸道菌群及其代謝產(chǎn)物SCFA 都能調(diào)節(jié)機(jī)體免疫反應(yīng)。腸道菌群可以調(diào)節(jié)固有免疫和適應(yīng)性免疫,如分節(jié)絲狀細(xì)菌(SPF)被報(bào)道具有調(diào)節(jié)免疫系統(tǒng)的作用[59]。當(dāng)SPF 黏附到腸上皮細(xì)胞時(shí),能特異性地作用于腸黏膜DC 細(xì)胞,誘導(dǎo)MHC II 產(chǎn)生,促進(jìn)IL-23 分泌,而IL-23 會(huì)進(jìn)一步誘導(dǎo)IL-22 產(chǎn)生,IL-22 在腸黏膜免疫中發(fā)揮重要作用;SPF 也能誘導(dǎo)淋巴小結(jié)生發(fā)中心的擴(kuò)張,從而促進(jìn)具有分泌潛力的B 細(xì)胞成熟,促進(jìn)IgA 合成。SCFA 既影響固有免疫,又影響適應(yīng)性免疫。在固有免疫中,SCFA 通過短鏈脂肪酸受體(GPR43)活化MAPK 信號(hào)通路,促進(jìn)中性粒細(xì)胞增加[60];也可以通過抑制NF-κB 信號(hào)通路,從而抑制DC 細(xì)胞和巨噬細(xì)胞分泌促炎因子[61]。在獲得性免疫中,SCFA 通過誘導(dǎo)調(diào)節(jié)性T 細(xì)胞(Tregs)產(chǎn)生,影響T細(xì)胞分化和增殖,調(diào)節(jié)輔助型T 細(xì)胞1(Th1 細(xì)胞)、輔助型T 細(xì)胞2(Th2 細(xì)胞)、輔助型T 細(xì)胞17(Th17 細(xì)胞)分化和活化[62];也可促進(jìn)B 細(xì)胞中Xbp1和Aicda基因表達(dá),從而促進(jìn)抗體生成[63]。
果蔬多糖可調(diào)節(jié)腸道菌群及其代謝產(chǎn)物發(fā)揮免疫調(diào)節(jié)作用(表2)。目前主要采用環(huán)磷酰胺(CTX)和葡聚糖硫酸鈉(DSS)/三硝基苯磺酸(TNBS)等誘導(dǎo)的腸黏膜損傷模型探究果蔬多糖基于腸道菌群的免疫調(diào)節(jié)作用。在CTX 誘導(dǎo)的免疫抑制模型中,腸黏膜受損導(dǎo)致腸道菌群發(fā)生位移、腸道菌群穩(wěn)態(tài)失調(diào);CTX 也會(huì)抑制機(jī)體的免疫功能,導(dǎo)致免疫系統(tǒng)紊亂。CTX 可增加機(jī)體中有害菌大腸桿菌(Escherichia coli)、腸桿菌(Enterobacteriaceae)、假單胞菌(Pseudomonas)和腸球菌(Enterococci)含量,降低胸腺、脾臟等器官指數(shù),減少分泌型免疫球蛋白A(sIgA)分泌,促進(jìn)腸道炎癥因子分泌[64]。果蔬多糖能改善CTX 誘導(dǎo)的腸黏膜損傷,上調(diào)雙歧桿菌(Bifidobacterium)、乳酸桿菌(Lactobacillus)等益生菌,以及芽孢桿菌(Bacillus)、副擬桿菌屬(Parabacteroides)等產(chǎn)短鏈脂肪酸菌數(shù)量,增加乙酸、丙酸、丁酸等SCFA 含量,提高脾臟、胸腺等免疫器官指數(shù),促進(jìn)淋巴細(xì)胞增殖,促進(jìn)IgA、sIgA 分泌,增強(qiáng)免疫系統(tǒng)功能[65-66]。在DSS 或TNBS 等誘導(dǎo)的結(jié)腸炎模型中,腸道屏障受損導(dǎo)致腸道菌群失調(diào)、機(jī)體發(fā)生炎癥反應(yīng)、免疫穩(wěn)態(tài)失調(diào)。研究發(fā)現(xiàn),在IBD 病人和結(jié)腸炎小鼠中,抗炎菌糞桿菌(Faecalibaterium prausnitzii)和一些產(chǎn)SCFA 菌食葡糖羅斯拜瑞氏菌(Roseburia inulinivorans)、扭鏈瘤胃球菌(Ruminococcus torques)和單形擬桿菌(Bacteroides uniformis)顯著減少。果蔬多糖能顯著降低病原菌大腸桿菌、腸球菌(Enterococcus)含量,提高產(chǎn)丁酸菌丁酸梭菌(Clostridium butyricum)以及乳酸桿菌、雙歧桿菌(Bifidobacterium)等益生菌含量,減少促炎因子IL-6,IL-1β 表達(dá),增加抗炎因子IL-10 表達(dá),促進(jìn)乙酸、丙酸和丁酸表達(dá),介導(dǎo)抗炎作用,調(diào)節(jié)機(jī)體的免疫系統(tǒng)[56,67]。
表2 果蔬多糖基于腸道菌群發(fā)揮免疫調(diào)節(jié)活性Table 2 Immunoregulatory activity of fruit and vegetable polysaccharides based on intestinal flora
1)在果蔬多糖的結(jié)構(gòu)與免疫活性構(gòu)效關(guān)系方面 果蔬原料成分復(fù)雜,導(dǎo)致多糖的分離純化、結(jié)構(gòu)鑒定都非常困難?,F(xiàn)有報(bào)道的很多果蔬多糖的精細(xì)結(jié)構(gòu)特征并不清楚。需要建立一種系統(tǒng)、高效的果蔬多糖制備方法,使獲得的多糖具有一致性、重復(fù)性、可靠性。此外,關(guān)于果蔬多糖的結(jié)構(gòu)解析,有研究者提出以“部分降解-甲基化-NMR”為核心的多糖結(jié)構(gòu)解析技術(shù)[1],然而,由于不同原料多糖的差異性,果蔬多糖的結(jié)構(gòu)解析仍非常困難,獲得的多糖精細(xì)結(jié)構(gòu)信息也有限,還需拓展更多的分析方法來表征果蔬多糖的結(jié)構(gòu)。明確果蔬多糖的結(jié)構(gòu)特征是闡明其免疫調(diào)節(jié)構(gòu)效關(guān)系的前提。多糖的分子質(zhì)量、單糖組成、糖苷鍵連接方式、空間結(jié)構(gòu)等均影響其免疫活性,這些影響因素之間并不是獨(dú)立的,而是相互關(guān)聯(lián)的,由此給其構(gòu)效關(guān)系的探究帶來了困難。后續(xù)可通過化學(xué)法或生物法制備系列不同結(jié)構(gòu)的多糖,明確不同多糖的結(jié)構(gòu)和免疫調(diào)節(jié)活性差異,建立多糖結(jié)構(gòu)特征與免疫活性之間的關(guān)聯(lián)網(wǎng)絡(luò),以闡明其構(gòu)效機(jī)制。
2)在果蔬多糖的免疫調(diào)節(jié)作用機(jī)制方面 目前關(guān)于果蔬多糖的免疫調(diào)節(jié)作用機(jī)制研究包括多糖通過受體識(shí)別模式激活免疫細(xì)胞信號(hào)通路發(fā)揮免疫調(diào)節(jié)作用,以及通過調(diào)節(jié)腸道菌群及代謝產(chǎn)物發(fā)揮免疫調(diào)節(jié)作用兩個(gè)方面。在識(shí)別受體介導(dǎo)的免疫細(xì)胞信號(hào)通路研究中,隨著生物學(xué)技術(shù)的發(fā)展,高通量測(cè)序技術(shù)(RNA-seq)被用于分析多糖對(duì)免疫細(xì)胞的調(diào)節(jié)作用機(jī)制,可較為全面地闡明受多糖調(diào)控的細(xì)胞受體及信號(hào)通路,然而,相關(guān)的受體及信號(hào)通路只能基于已有的研究發(fā)現(xiàn),對(duì)于是否存在新的作用受體及信號(hào)通路有待進(jìn)一步確定。此外,目前關(guān)于果蔬多糖基于腸道菌群發(fā)揮免疫調(diào)節(jié)作用的研究更多停留在表面的現(xiàn)象觀察,即多糖處理前、后免疫系統(tǒng)相關(guān)因子、腸道菌株、短鏈脂肪酸等代謝產(chǎn)物的變化,對(duì)于多糖、腸道菌群及代謝產(chǎn)物、免疫系統(tǒng)之間的互作機(jī)制并不清楚。腸道菌群利用果蔬多糖時(shí),哪些特異性的腸道細(xì)菌降解特定結(jié)構(gòu)的果蔬多糖,是否產(chǎn)生其它代謝產(chǎn)物等有待進(jìn)一步探究。攝入果蔬多糖會(huì)引起腸道菌群構(gòu)成譜變化,從而調(diào)節(jié)機(jī)體免疫狀態(tài)。目前為止,只有少部分菌被發(fā)現(xiàn)具有調(diào)節(jié)機(jī)體免疫作用,需進(jìn)一步探究其它微生物或多菌株協(xié)同的免疫調(diào)節(jié)功效。