昆蟲蛋白對動物免疫功能影響研究進展*

李奕冉,姜玉新,李朝品

(皖南醫學院人體寄生蟲學教研室,安徽蕪湖 241002)

昆蟲蛋白對動物免疫功能影響研究進展*

李奕冉,姜玉新,李朝品*

(皖南醫學院人體寄生蟲學教研室,安徽蕪湖 241002)

昆蟲是一類蘊藏著大量高質量蛋白的生物資源,具有巨大的開發和應用潛力。論文從特異性免疫、非特異性免疫和免疫器官三個方面綜述了一些常見的昆蟲蛋白,如蠶蛹蛋白、蠅蛆蛋白、黃粉蟲蛋白等對動物免疫功能的影響,以及昆蟲蛋白的藥用價值。

昆蟲蛋白;免疫增強作用;免疫器官

隨著世界經濟的高速發展,人類已面臨各種資源危機。其中蛋白質資源短缺已是當今世界普遍存在的問題[1]。昆蟲蛋白是一種重要的蛋白質資源,且極具開發潛力。大量的營養分析結果表明,昆蟲的蛋白含量高,富含人體所需要的各種氨基酸,氨基酸組分的比例與聯合國糧農組織(FAO)制定的蛋白質中必需氨基酸的比例模式非常接近。因此,昆蟲是一類高質量的動物蛋白質資源[2-5]。

昆蟲的種類繁多,個體數量龐大,引起了人們對昆蟲免疫的關注和研究,Boman H G等[6]對此曾有總結。昆蟲蛋白營養豐富,可提高免疫力,平衡機體正常菌群,其中抗菌蛋白、抗菌肽、溶菌蛋白等是宿主防御系統的重要成分[7]。特別是抗菌肽具有廣譜抗菌、抗腫瘤等多項免疫功能[8-9]。本文主要針對昆蟲蛋白的免疫增強作用、藥用價值等方面進行綜述。

1 昆蟲蛋白的免疫調節作用

昆蟲蛋白通過調節機體特異性和非特異性免疫功能,發揮增強免疫的作用,提高機體對外界的抵御能力。

1.1 對特異性免疫的影響

昆蟲蛋白主要通過促進淋巴細胞增殖,刺激抗體分泌,調節特異性免疫應答。

尹武英等[10]將小鼠隨機分為免疫功能低下組、試驗組(蠶蛹氨基酸2 000 mg/kg)和生理鹽水對照組3組。經灌胃13 d,試驗組與免疫功能低下的模型組比較,遲發型變態反應(DTH)(以小鼠足墊厚度差值代表)和血清抗體滴度均有明顯提高(P＜0.01)。結果表明,蠶蛹氨基酸能提高免疫功能低下小鼠的細胞免疫和體液免疫功能。昌友權等[11]研究T、B細胞增殖反應時,發現蠶蛹蛋白能顯著提高小鼠生成抗體脾細胞數。同時,IL-2分泌明顯增加,說明蠶蛹蛋白可促進淋巴細胞的增殖。

戚穎欣等[12]將蠶蛹蛋白多肽分為高、中、低劑量組,喂飼小鼠40 d,觀察DTH和抗體生成細胞數兩個指標。結果表明,與陰性對照組比較,蠶蛹蛋白多肽能顯著增加小鼠足跖腫脹度,刺激小鼠抗體生成。說明蠶蛹蛋白多肽具有明顯的免疫調節作用。

賈生福等[13]認為蠅蛆蛋白粉能明顯提高機體的細胞免疫和體液免疫功能,且可顯著提高正常小鼠半數溶血值(HC50),增強其體液免疫功能。對免疫功能低下小鼠HC50無影響,但可顯著提高其吞噬指數(a)值,并使體液免疫功能恢復至正常水平。

楊兆芬等[14]通過在黃粉蟲的營養保健作用試驗,表明黃粉蟲具有一定的促進生長、益智、抗疲勞和抗組織缺氧作用,不僅能降低血脂及促進膽固醇代謝,還能提高小鼠外周淋巴細胞轉化和降低骨髓微核率。

Sun S C等[15]報道了昆蟲的一種稱為hemolin的血淋巴蛋白,該蛋白隸屬于免疫球蛋白(Ig)家族,其本身并無直接的殺菌作用,而是結合到細菌表面,參與蛋白復合物的形成,增強免疫應答。

楊瑞麗等[16-17]將重組病毒感染后的蠶蛹,制成口服劑型灌胃大鼠,ELISA方法檢測抗-HBs抗體及抗-PreS2抗體。結果在灌胃重組蛋白組中有40%鼠體血清內檢測到了特異性抗-HBs抗體及抗-PreS2抗體,抗體應答反應持續2周～3周。口服免

*通訊作者疫后抗體轉陽的SD鼠加強免疫后能產生較強的二次免疫應答。對酵母重組疫苗單劑腹腔注射過的SD鼠,用蠶蛹表達的rHBsAg(PreS2+S)灌胃加強免疫后,能誘導鼠體迅速產生較強的抗-HBs抗體。進一步研究表明,口服家蠶蛹表達的 rHBsAg(PreS2+S)使鼠體對腸中HBsAg的初次免疫應答并產生B細胞記憶應答,具有加強免疫的效果。家蠶/BmNPV表達載體系統將有望開發成為新型的口服乙型肝炎疫苗表達系統。

王克霞等[18]將HCV CE2融合基因在家蠶培養細胞及蠶幼蟲中獲得了高效表達,用間接ELISA檢測證明表達產物具有較好的免疫原性并具有生物活性,為疫苗的研究及臨床診斷試劑的開發奠定基礎。

1.2 對非特異性免疫的影響

昆蟲蛋白可促進巨噬細胞的吞噬作用,調節非特異性免疫。此外,昆蟲經誘導能迅速產生或增加許多免疫因子如凝集素、溶菌酶、抗菌蛋白、抗菌肽等,參與非特異性免疫[6]。

尹武英等[10]進行碳力廓清試驗,小鼠灌服蠶蛹氨基酸14 d后,高劑量組(受試物5 000 mg/kg)的K值和a值均明顯高于對照組(P＜0.05)。結果表明,蠶蛹氨基酸能增強小鼠外周血單核吞噬細胞碳廓清的能力。

昌友權等[11]選取40只雌性小鼠隨機分為對照組、低劑量組、中劑量組和高劑量組,測量了蠶蛹蛋白對巨噬細胞吞噬指數的影響。結果表明,中劑量組小鼠的巨噬細胞吞噬指數與對照組比有明顯差異(P＜0.05),說明蠶蛹蛋白可增強小鼠網狀內皮系統吞噬功能,對非特異性免疫有增強作用。

楊安樹等[19]利用復合酶水解蠶蛹蛋白,制備小分子多肽,碳粒廓清試驗表明,蠶蛹蛋白酶水解液中的小分子多肽可增強小鼠網狀內皮系統的吞噬功能。

1.3 促進免疫器官的發育

通常認為免疫器官質量降低為免疫抑制所致,而免疫增強則表現為質量增加。

尹武英等[10]對小鼠進行DT H試驗和血清抗體滴度試驗,經蠶蛹蛋白灌胃13 d后,小鼠脾臟和胸腺重量,均極顯著高于免疫功能低下的模型組(P＜0.05,P＜0.01)。蠶蛹復合氨基酸能顯著提高幼年雄性大鼠脾臟和胸腺系數[20-21],說明其能促進機體免疫器官的生長,提高機體免疫能力。

戚穎欣等[12]在蠶蛹蛋白多肽對小鼠免疫調節作用的試驗中對小鼠免疫器官指數(臟器重量/體質量)進行測定。結果表明,與空白組比較,蠶蛹蛋白多肽中、高劑量組小鼠的胸腺指數明顯增加(P＜0.05),但是,蠶蛹蛋白多肽各劑量組對小鼠的脾臟指數影響不顯著(P＞0.05),原因有待進一步研究。

李漢臣等[22-23]對黃粉蟲的營養保健作用研究表明,飼料中含黃粉蟲幼蟲干粉的質量分數為0.05或0.10,可抑制D-半乳糖致衰老小鼠體重的降低,提高其飼料利用率,并且可以增加小鼠主要免疫器官的臟器系數,提高機體免疫力。

2 藥用價值

昆蟲既是食品又是保健和滋補良藥,作為傳統中藥材資源在我國已有2 000多年的歷史。昆蟲蛋白主要通過抗菌作用、抗病毒作用和抗腫瘤作用,提高免疫力。

2.1 抗菌作用

黃粉蟲防御性分泌蛋白物[24-25]對大腸埃希菌、金黃色葡萄球菌、白色假絲酵母、黑曲霉、桔青霉的抑菌作用。抑菌強度:桔青霉＞大腸埃希菌和金黃色葡萄球菌＞白色假絲酵母＞黑曲霉。

Qiu Y H等[26]從家蠅體內提取的抗菌肽能很好地抑制金黃色葡萄球菌的繁殖。蠅蛆抗菌肽應用于流行性腦脊髓膜炎、幽門螺桿菌感染及抗真菌感染等的研究在國外已進入臨床試驗[27]。

宮霞等[28]在家蠅幼蟲分離純化得到抗菌肽MDL-1,其分子中富含Gly和堿性氨基酸,分子質量為6.2 ku,對革蘭陰性菌Escherichia coli有較強抗性。

陳曼等[29-31]超聲誘導家蠅幼蟲產生抗茵肽。經分離純化后Tricine-SDS-PAGE凝膠電泳結果顯示為一條帶,相對分子質量大約為5.8 ku。純化蛋白對陰溝腸桿菌,綠膿桿菌等革蘭陰性桿菌的抑茵活性較強,而對金黃色葡萄球菌效果不顯著。

栗蠶蛹經大腸埃希菌誘導后,體液中產生新蛋白,其對大腸埃希菌、枯草桿菌、金黃色葡萄球茵及柞蠶鏈球菌均表現出一定的抑菌作用[32]。

2.2 抗病毒作用

研究還發現,亞致死濃度的蜂毒肽和天蠶素能抑制艾滋病毒HIV21基因的表達,這對艾滋病藥物的開發意義深遠。Wachinger M等[33]的研究結果表明,蜂毒素和天蠶素可以在亞毒性濃度下抑制艾滋病病毒HIV-1基因的表達,降低其增殖。

宮霞[28]從蠅蛆經沸水熱變性過程中分離純化得到一種抗菌肽MDL-1,并對其抗大腸埃希菌的活性與作用機理進行了研究,發現MDL-1不僅具有抗熱性,還有很強的抗病毒活性。

研究發現,煙蚜夜蛾幼蟲的血液淋巴細胞對多種DNA、RNA病毒有明顯的抑制作用,使病毒的感染力降低。重組乙型肝炎表面抗原中蛋白rHBsAg(PreS2+S)可以增強免疫反應,且家蠶/BmNPV表達載體系統將有望開發成為新型的口服乙型肝炎疫苗表達系統[34]。

2.3 抗腫瘤作用

浙江省中醫藥研究院曾以蠶蛹復合氨基酸為主要原料制成的“復方營養要素”制劑,對包括胃癌、食管癌、大腸癌等120例惡性腫瘤進行臨床觀察。結果顯效 88例,有效24例,無效8例,總有效率為93.33%。蠶蛹復合氨基酸對肝癌、肉瘤S180荷瘤小鼠的瘤體有明顯的抑制作用,抑制率為20%～25%,與對照組有顯著差異,同時可延長艾氏腹水瘤小鼠的生存期,延長率達40%以上,并能促進T、B淋巴細胞轉化和增強NK細胞活性[35-37]。

蟲體細胞內誘導產生抗菌肽,用于生產廣譜性抗癌生物制劑。抗菌肽對癌細胞有殺傷作用,并對人體細胞的攻擊有選擇性,對人體正常的淋巴細胞無任何不良影響,而這正是目前使用的腫瘤化療藥所不具備的特性。抗菌肽無致畸變作用,無蓄積毒性,不容易產生抗藥性[8]。有學者證實,中國特有的柞蠶蛹中的抗菌肽在體外對人直腸癌細胞有選擇性殺傷作用。進而又對大鼠大腸癌進行動物試驗。以二甲肼(DMH)誘發的Wiser大鼠大腸癌為模型,觀察柞蠶蛹抗菌肽灌胃對大腸癌的防治作用,結果柞蠶蛹抗菌肽對大腸癌細胞抑制率為46%。同時明顯降低大腸癌發生率。抗菌肽還對人髓樣白血病細胞K552株、艾氏腹水瘤、宮頸癌細胞、肝癌細胞BEL-7402均有殺傷作用。

干擾素是已知的一種具有抗癌作用的化學物質。在蠶蛹中含有少量干擾素,也具備一定的抑制腫瘤的作用,尤其是對肺癌效果明顯[38]。

蠅蛆體內的凝集素具有明顯的抗腫瘤效果。曹小紅等[39]在對工程蠅蛆體內有效成分初步分離的基礎上,研究該成分對K562細胞的作用。結果表明工程蠅蛆體內活性物質在體外對K562細胞具有抑制生長的作用。

3 應用前景

昆蟲蛋白作為一種新興的蛋白質資源,是一個充滿活力、前景誘人的巨大資源寶庫。隨著生物技術在昆蟲領域中的深入研究,在昆蟲細胞內和蟲體內生產各種有價值的蛋白質將用于免疫研究的各個領域。研究表明,通過攜帶外源基因的重組病毒可以在昆蟲細胞和蟲體中生產各種有價值的蛋白質[40]。而從多種昆蟲體內免疫血淋巴中提純的凝集素、免疫蛋白、免疫肽、酚氧化酶、抗菌肽被用于廣譜性抗細菌、抗病毒、抗腫瘤細胞的藥品開發。目前主要集中于抗菌肽的誘導源、動力學、分離純化、超微結構觀察、分子結構分析、生物學效應及抗菌機制、基因結構和基因工程研究[41]。

干擾素具有抗病毒、抗腫瘤、免疫調節等生物學功能[42],其基因工程產品在臨床上的應用取得了顯著的成效,但是如何誘導昆蟲細胞產生干擾素,需要進一步的探索。此外,人們對于某些免疫機制尚不清楚,在動物試驗中有效是否在人體中有效還頗有爭議,口服疫苗是否引起免疫耐受不明,這些關鍵問題有待進一步研究。

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Progress on Effect of Insect Protein on Immune Function in Animals

LI Yi-ran,JIANG Yu-xin,LI Chao-pin

(Department of Human Parasitology,Wannan Medical College,Wuhu,Anhui,241002,China)

Insects are biological resources with high quality proteins and have great potential for the development and application.In this article,the effects of some common insect proteins,such as silkworm protein,housefly larva protein,Tenebrio molitorprotein,on animal immune fuction were summarized in three aspects including specific immunity,nonspecific immunity and immune organs.Medical values of insect proteins were also reviewed.

insect protein;immune enhancement;immune organ

S852.4

A

1007-5038(2010)09-0081-04

2010-04-02

省教育廳重點項目(KJ2007A033);國家自然基金項目(30872367)

李奕冉(1984-),女,山東棗莊人,碩士,主要從事病原生物學研究。