中藥多糖作為免疫增強劑及其對腸道黏膜影響的研究進展

伯若楠，王 晶，劉曉盼，劉明江，李金貴*

(1. 揚州大學獸醫學院，揚州 225009； 2. 江蘇省高校動物重要疫病與人獸共患病防控協同創新中心， 揚州 225009)

隨著我國畜禽養殖業的快速發展，規模化、集約化養殖程度的不斷提高，動物疫病暴發的風險也越來越大。大多數病原微生物主要是通過黏膜途徑入侵動物機體的，如大腸桿菌、沙門菌、豬流行性腹瀉病毒、輪狀病毒等。腸道是動物體腔與外界環境的最大接觸面，易被腸道病原體定植和入侵，而腸道黏膜就構成了保護動物機體免受外來病原微生物侵擾的第一道重要防線。通過黏膜途徑接種疫苗能更容易、更有效地誘導保護性黏膜免疫反應，切斷病原體的感染途徑。研究與實踐證明消化道黏膜免疫不僅在局部和其他黏膜組織產生免疫應答，還可激發全身性體液免疫應答。然而，傳統的活疫苗和弱毒活疫苗，雖然可以增強體液和細胞免疫反應，但安全性較差。亞單位抗原、重組蛋白的新型疫苗和滅活疫苗雖然更加安全，但免疫原性較差，且目前使用的大多數疫苗都是肌肉或皮下注射接種，無法直接作用于黏膜來激發黏膜免疫反應。一種成功的黏膜疫苗需要同時激活先天免疫系統和適應性免疫系統，以實現最佳的保護作用和持續時間，但目前所應用的抗原通常會受到腸消化液的降解，誘導的反應相對較弱。因此，為誘導有效的黏膜免疫應答，適當的免疫增強劑是必要的。

針對腸道復雜的環境，人們一直努力探索潛在的新型黏膜免疫增強劑。多糖是生物體中廣泛存在的物質。現今植物多糖研究日益受到關注，國際科學界甚至提出21世紀是多糖的世紀。許多研究表明，中藥多糖安全低毒，具有抗炎、抗癌、免疫調節等多種生物活性，是一種優良的免疫增強劑。中藥多糖通過激活樹突狀細胞并促進其成熟、激活巨噬細胞功能、促進T/B淋巴細胞的增殖和活化、抑制Tregs的功能，增加轉錄因子NOD樣受體蛋白3(NLRP3)的表達等多種作用機制發揮免疫增強效應。但中藥多糖通常作為系統免疫增強劑使用，應用于黏膜免疫的相對較少，且它們的黏膜免疫效力尚未得到系統性評價。因此，本文對近年來應用于黏膜免疫的不同類型的中藥多糖免疫增強劑，以及中藥多糖對腸道黏膜的影響進行了綜述，以期為開發安全有效的新型黏膜免疫增強劑提供更多新思路。

1 不同類型的中藥多糖黏膜免疫增強劑

研究表明，多種中藥多糖具有增強黏膜免疫的作用，如地黃多糖、黃芪多糖、香菇多糖、黑靈芝多糖、淫羊藿多糖等，可以作為黏膜免疫增強劑的候選藥物。然而，受自身結構或理化性質的影響，中藥多糖存在臨床用量大、靶向性差的問題。為了進一步提高中藥多糖的生物活性或者改變藥物劑型，研究者們對中藥多糖進行了不同類型的修飾與利用，如化學修飾、物理裝載和微生物發酵等，制備出比天然中藥多糖效果更佳的免疫增強劑，以期提高中藥多糖的生物利用度和靶向性。

1.1 化學方法修飾中藥多糖

對多糖進行化學修飾是開發多糖類藥物的重要途徑之一。對于多糖的化學修飾，最常見的方法是硒化、硫酸化、磷酸化、羧甲基化、乙酰化等。通過化學方式來改變或重建多糖結構，可得到具有更全面生物活性的多糖衍生物，從而產生不一樣的生理活性，進一步拓寬其臨床應用范圍。其中硒化多糖較為常見，硒多糖是多糖和硒相結合的產物，不僅兼有硒和多糖各自的生物活性，還具有硒多糖所特有的生物活性。之前的研究證明，硒化修飾大蒜多糖(sGPS)是一種安全有效的潛在黏膜免疫增強劑，與疫苗免疫對照組相比，sGPS可顯著提高雞新城疫血凝抑制(HI)的抗體滴度，促進空腸和氣管沖洗液分泌型IgA(sIgA)、IFN-γ、IL-2的分泌。金清將黃芪多糖協同硫酸化淫羊藿多糖灌喂仔豬后發現，明顯改善了仔豬小腸腸道的形態，提高了仔豬十二指腸、空腸、回腸sIgA的含量，激活了腸道TLR/NF-κB介導的IRF-3依賴信號通路來調節宿主免疫功能。兩種多糖的協同作用顯著改善仔豬腸道的組織結構發育和物理屏障功能。研究表明多糖衍生物可作為黏膜免疫增強劑被更為廣泛的應用。

1.2 利用遞送載體裝載中藥多糖

將中藥多糖直接用于黏膜免疫增強劑不能突破黏膜系統復雜結構的限制以及免受酸性環境的破壞，而藥物遞送載體可有效改善這一情況。脂質體、PLGA、殼聚糖等藥物遞送載體裝載多糖后，不僅可以抵抗外界物質的破壞，還能對載體表面進行適當修飾，增加其靶向性。因此，中藥多糖通過藥物遞送載體的裝載，可以提高多糖口服的生物利用度，誘導機體獲得更佳的免疫應答效應。

脂質體可以被抗原遞呈細胞(APC)內吞，可有效地作為黏膜疫苗傳遞系統發揮作用。Kaneko等發現將藥物包入脂質體后口服給藥，藥物可靶向并被攝入到派伊爾小結(Peyer結)中，誘導黏膜免疫反應。周兆海等研究發現，玉屏風多糖脂質體能夠促進雛雞接種禽流感疫苗的免疫效果，增強機體腸黏膜免疫功能，作用效果優于玉屏風多糖。玉屏風多糖脂質體顯著增加小腸絨毛長度、小腸上皮內和固有層淋巴細胞數量，并促進盲腸扁桃體淋巴細胞的成熟和增殖，高劑量玉屏風多糖脂質體比天然玉屏風多糖的效果更佳。另外，殼聚糖納米粒子具有低毒性、良好的生物降解性和黏附性等特性，作為口服疫苗載體可以保持緩慢和持續的抗原釋放，有效防止抗原在到達黏膜組織誘導部位之前被降解，激活全身黏膜和系統免疫應答。此外，PLGA、微膠囊等藥物遞送載體也具有一定的開發潛力被用于中藥多糖裝載。

1.3 其他類型的中藥多糖黏膜免疫增強劑

1.3.1 微生物發酵中藥多糖 發酵是中藥炮制的重要方法之一，是利用微生物發酵中草藥來提高其有效成分的提取率和藥效。這樣能最大限度地保護中藥活性物質免遭破壞，還能將許多大分子活性物質降解為可直接吸收利用的小分子活性物質。另外，微生物可分解中藥內有毒成分，降低中藥的毒副作用。梁子敬使用雞盲腸內容物分離得到的非解乳糖鏈球菌FGM發酵處理黃芪(FAPS)，發現多糖的提取率顯著提高，且多糖結構無明顯改變。連續灌胃后，FAPS有效緩解了環磷酰胺(CY)造成的腸道黏膜損傷以及腸道上皮細胞黏附連接損傷。因此，發酵多糖可以被開發作為黏膜免疫增強劑。

1.3.2 離子輻射修飾中藥多糖 離子輻射是通過射線斷裂天然多糖中糖苷鍵的一種物理修飾方法。與其他改性方法(如酸水解和酶處理)相比，使用離子輻射擁有更高的重復性和產率，對環境友好。與黃芪多糖(APS)相比，γ-輻射黃芪多糖(IAPS)分子量和黏度降低，溶解度增加，更容易通過腸道M細胞穿透屏障，刺激黏膜免疫反應。口服IAPS后，免疫抑制雞的空腸杯狀細胞計數和十二指腸上皮內淋巴細胞、IgA漿細胞計數比黃芪多糖組相關指標更高。因而，離子輻射修飾中藥多糖可以作為一種潛在的替代方法被用于開發新型黏膜免疫增強劑。

2 中藥多糖作為免疫增強劑對腸道黏膜的影響

不同類型的中藥多糖被開發作為免疫增強劑，有研究表明中藥多糖具有修復腸道黏膜損傷和促進腸道黏膜免疫的作用。而且它們在腸道黏膜中發揮作用的方式是多樣的，主要通過以下幾種方式：影響腸道黏膜機械屏障和免疫細胞、影響腸道sIgA和細胞因子的分泌、影響腸道共生菌群等。

2.1 對腸道黏膜機械屏障的影響

腸道機械屏障由腸上皮細胞和細胞間的緊密連接蛋白組成，是保護腸道免受外部環境中病原體或有害物質侵入腸黏膜的關鍵，也是維持腸上皮選擇性通透性及其屏障功能的結構基礎。緊密連接蛋白是由跨膜蛋白occludin、claudin-1及胞內蛋白ZO-1組成，而腸道上皮細胞(IEC)主要有柱狀上皮細胞、M細胞、杯狀細胞、潘氏細胞、內分泌細胞和未分化細胞等，其細胞具有快速增殖和再生能力，以維持腸黏膜機械屏障功能。M細胞在黏膜免疫應答中起重要的作用，缺乏M細胞的小鼠，其漿細胞發育遲緩。靶向M細胞的抗原遞送是增強黏膜免疫應答的上佳策略。口服香菇多糖后，免疫抑制小鼠的Peyer結中的M細胞數量部分恢復，并且由于進入胃腸道的中藥多糖具有高親水性和大尺寸的特點，無法被機體直接消化吸收，也難以被腸上皮細胞轉運，但它可以被腸內Peyer結吸收，靶向于M細胞轉運，從而影響腸黏膜免疫系統。此外，Xie等的研究結果表明，霍山石斛多糖可上調緊密連接蛋白的表達，改善腸道物理屏障功能。靈芝菌絲多糖通過上調occludin的表達、降低腸道通透性來改善大鼠腸道機械屏障功能。杯狀細胞的缺失會導致黏液層缺陷，最終使細菌與表面上皮的黏附增加，增加病原微生物入侵的風險。黑靈芝多糖通過增加杯狀細胞數量和上調緊密連接蛋白表達量，可恢復小鼠因CY導致受損的黏膜屏障。

2.2 對腸道sIgA、細胞因子分泌的影響

中藥多糖除了有助于保護腸道機械屏障的完整性之外，對腸道黏膜抗體和細胞因子分泌也有促進作用。sIgA是黏膜免疫的主效因子，占黏膜相關組織產生的所有抗體的80%以上，是黏膜免疫反應的標志。sIgA能與相應病原微生物結合，阻止病原體黏附到細胞表面，而使其喪失感染能力，在保護黏膜屏障方面發揮著重要作用。此外，sIgA主要是由黏膜固有層IgA漿細胞合成分泌，IgA漿細胞的形成是產生大量sIgA的關鍵。而固有層漿細胞分泌的二聚體IgA需與上皮膜上的多聚免疫球蛋白受體(pIgR)結合才可刺激細胞轉運，每個sIgA的轉運都需消耗一個pIgR分子，pIgR的大量產生也是sIgA跨細胞發揮作用的關鍵。口服黃芪多糖能增加空腸中IgA細胞的數量，導致分泌更多的sIgA，有利于增強腸黏膜免疫功能。此外，黃芪多糖也顯著升高了雞空腸中NDV特異性sIgA水平，顯著增強了雞黏膜對NDV疫苗的免疫應答。龍眼肉多糖通過改善IgA漿細胞的生成和遷移、增加pIgR的表達，從而加強sIgA的腸道分泌。

受抗原刺激后，腸道黏膜免疫細胞可產生大量細胞因子。細胞因子間相互促進或拮抗，共同參與腸道黏膜免疫調節。目前研究較多的是炎性細胞因子(IL-2、IFN-γ、TNF-α)和抗炎性因子(IL-4、IL-5、IL-10)等。IL-4是一種Th2細胞因子，可促進T淋巴細胞、B淋巴細胞和肥大細胞的增殖和分化，并在sIgA的形成中起重要作用。丘富安等研究表明，參芪多糖口服液可增加CY免疫抑制雞空腸黏膜中IL-4的濃度。此外，IFN-γ、TNF-α、IL-1及IL-4存在協同作用上調pIgR的表達，IL-17也被證明可增強黏膜上皮細胞中pIgR的表達，而pIgR的高效表達可促進sIgA的分泌。

2.3 對腸道黏膜免疫細胞的影響

研究表明，腸黏膜分布著大量的免疫細胞群，如巨噬細胞、樹突狀細胞和淋巴細胞等，在協調特異性黏膜免疫反應中起著關鍵作用。為維持腸道黏膜完整性，腸道黏膜免疫細胞須對外源性和內源性潛在病原體作出適當且有效的免疫反應。腸黏膜中大量的淋巴細胞主要集中于三個重要區域，上皮層、黏膜固有層和黏膜淋巴樣濾泡。上皮內淋巴細胞的數量是評估小腸局部黏膜免疫屏障結構和功能完整性的良好指標，太子參莖葉多糖在一定程度提高了腸道黏膜上皮內淋巴細胞數量。松花粉多糖有效緩解環磷酰胺導致的腸道Peyer結中CDT以及CDCDT比例的升高，同時可以使CD/CDT細胞比例恢復到正常水平。研究表明松花粉多糖還通過TLR/MAPK/NF-κB信號通路激活雞巨噬細胞HD11細胞產生免疫應答。

此外，樹突狀細胞活化后，可促進效應T細胞分化，并誘導活化T細胞的遷移和B細胞的免疫反應。鹿秀云等證明，黃芪多糖通過調節結腸炎小鼠樹突狀細胞表面共刺激分子表達水平，影響腸道健康。另外，黃芪多糖還可通過誘導Peyer結中Tregs分化成熟和抑制IL-17分泌來對結腸炎起到保護作用。經黃芪多糖治療后，增加了結腸組織中CD4CD25T細胞和CD4CD25Foxp3T細胞的數量，并降低了IL-17的水平。

2.4 對腸道共生菌群的影響

腸道內存在著大量共生菌群，腸道菌群具有影響腸黏膜免疫系統的正常發育與成熟和調控腸黏膜屏障與免疫功能的雙重作用。Chen等發現，黃連多糖可動態調節腸道菌群的多樣性、組成和分布。Ying等也證明，冬蟲夏草多糖改善了微生物群落多樣性，增加了益生菌(乳酸桿菌、雙歧桿菌、類桿菌)的豐度，減少了病原菌(梭狀芽胞桿菌、彎曲螺旋體)。術苦芩總多糖可抑制常見腸道致病菌生長，改變腹瀉仔豬腸道微生物群的豐富度和多樣性，提高乳酸桿菌屬的相對豐度，并改善菌群結構(芽胞桿菌綱、乳酸桿菌屬相對豐度顯著上升，梭菌綱相對豐度極顯著下降)。此外，部分中藥多糖還可通過抗氧化作用對腸道微環境產生影響。川芎多糖顯著促進主要抗氧化酶(超氧化物歧化酶1、超氧化物歧化酶2、過氧化氫酶、谷胱甘肽硫轉移酶1、谷胱甘肽硫轉移酶M1)的表達，空腸和盲腸的抗氧化能力也顯著增加，可有效對腸道的氧化應激產生保護作用。上述研究表明，部分中藥多糖可直接或間接誘導腸道菌群的變化，影響宿主腸道菌群的豐度、種類和比例。

3 小結與展望

目前，現代養殖業向集約化、規模化方向發展，以往的免疫接種方式如肌肉注射、皮下注射，不僅耗時費力、造成動物應激，且無法激發黏膜免疫應答，不能滿足未來大規模養殖的發展趨勢。因此，氣霧、滴鼻、點眼、飲水等簡單易行的黏膜免疫途徑越來越受到關注，而開發安全有效的黏膜免疫增強劑就成為黏膜免疫的研究重點之一。中藥多糖因其天然、低毒、無殘留等優點成為研究熱點。由化學修飾、物理裝載和微生物發酵等方式獲得的不同類型的中藥多糖也各具優勢。有研究表明中藥多糖具有修復腸道黏膜損傷和促進腸道黏膜免疫的作用。然而，中藥多糖的提取方式繁瑣，中藥材品種、來源、年份不同，導致提取率較低、不穩定，提取過程也對原材料造成大量浪費，無法大規模推廣應用于臨床。此外，關于中藥多糖作為免疫增強劑的應用主要集中于全身系統免疫，對局部黏膜免疫影響的研究甚少，對腸道黏膜免疫機理的研究更少，這限制了中藥多糖在黏膜免疫增強劑方面的應用。隨著對中藥多糖相關領域科學技術的日趨完善和提高，相信中藥多糖的開發和利用在畜牧業將具有更加廣闊的發展空間和應用前景。