植物多糖可以通过调控机体免疫和增强抗氧化能力,提高机体对病毒、病菌、氧化应激等的抵抗力[1]。植物多糖能够缓解免疫抑制,调节细胞因子分泌,改善肠道菌群,可作为潜在的疫苗佐剂在动物生产中应用[2-3]。海洋富营养化使许多国家的沿海地区频繁暴发大规模的绿潮,会对海洋生物和人类活动造成不利的影响[4]。因此,迫切需要深入挖掘绿藻的生物资源价值,开发利用绿藻资源。绿藻分布广泛、产量高,可被用作提取生物活性物质的天然材料[5]。绿藻多糖是从绿藻中提取的一类活性多样的天然化合物[6]。目前,绿藻多糖研究比较多的主要为浒苔(Enteromorpha)和石莼(Ulva),具有抗病毒、降血脂、抗菌、抗氧化等功能[7-9]。绿藻多糖因具有天然无残留、无污染、兼药用和不易产生耐药性等优势,是畜禽养殖中抗生素替代和改善生长性能的重要添加剂[10]。本文综述了来源浒苔和石莼的绿藻多糖的生理功能及其在动物生产中应用的进展,为绿藻多糖在畜禽养殖中合理应用提供参考。1绿藻多糖的理化性质绿藻多糖大部分位于绿藻的细胞壁上,其结构富含硫酸盐和糖醛酸残基,主要为硫酸化多糖。多糖的结构和组成随着绿藻种类、地理位置、季节、水质和提取制备工艺的不同而不同[6]。绿藻多糖的提取主要包括清洗和去除杂质,破坏细胞结构,将多糖提取到外部溶剂介质中,最后进行纯化。目前,绿藻多糖主要通过热水萃取、乙醇沉淀、酶辅助提取、超声波辅助、微波萃取等方法进行提取[6,11]。石莼多糖是最复杂的硫酸多糖之一,约占藻类干重的9%~36%,主要由碳水化合物、糖醛酸、硫酸盐和蛋白质组成,其中单糖主要由鼠李糖、木糖、葡萄糖等组成,其主链结构主要由α-和β-(1,4)糖苷键连接单糖和硫酸基团的修饰,含→4)-β-D-Xylp-(1→4)-α-L-Rhap3S(1→3, 4)-β-L-Arap(1→3)-α-L-Rhap(1→2, 4)-α-L-Rhap(1→4)-α-D-Galp(1→结构单元[12-13]。理化性质分析表明,石莼多糖是一种半结晶性聚合物,不存在三螺旋结构[13]。浒苔多糖是近几年海藻多糖中的研究热点。化学成分分析表明,多糖约占藻类干重的50%以上[14]。浒苔多糖的主干由α-和β-(1,4)糖苷键连接单糖(葡萄糖、半乳糖、鼠李糖等)组成,主干由D-GlcUA p-α-(1→4)-3-sulfate-l-Rhap-β-(1→4)-d-Xylp-β-(1→4)-3-sulfate-l-Rha p单位组成,硫酸基附着在鼠李糖的C-3位置上[14]。因此,绿藻多糖的生物活性功能主要受单糖的组成、糖苷键的连接、硫酸基团的修饰位置和支链数量影响[15]。绿藻多糖的结构及构效关系见表1。10.13557/j.cnki.issn1002-2813.2023.17.029.T001表1绿藻多糖的结构及构效关系种类提取方法单糖组成分子质量/Da结构特征功能文献来源石莼乙醇沉淀法鼠李糖∶木糖:阿拉伯糖∶半乳糖∶葡萄糖=5.5∶3.8∶0.7∶0.3∶0.323.6×1048.3%硫酸盐免疫调节Gao等[13]石莼热水萃取鼠李糖∶木糖∶葡萄糖∶葡萄糖醛酸∶岩藻糖=31.3∶19.9∶6.7∶5.5∶0.514.4×10419.9%硫酸盐抗血脂Wan等[16]石莼酶辅助提取鼠李糖∶半乳糖∶葡萄糖∶木糖=40.0∶6.7∶26.2∶4.414.0×104~50.0×10414.3%~19.1%硫酸盐抗病毒、抗氧化Hardouin等[17]石莼热水萃取阿拉伯糖∶半乳糖∶葡萄糖∶木糖∶半乳糖醛酸∶葡萄糖醛酸∶甘露糖醛酸=0.80∶0.07∶0.02∶0.30∶0.20∶1.80∶6.8037.7×10426.0%硫酸盐免疫调节Han等[18]石莼微波萃取岩藻糖∶葡萄糖∶半乳糖∶阿拉伯糖∶木糖∶甘露糖∶山梨糖=0.2∶1.9∶0.2∶0.5∶0.3∶6.7∶0.546.6×10423.7%总糖含量抗氧化He等[19]石莼热水萃取鼠李糖∶木糖∶葡萄糖=17.1∶9.9∶10.72.9×10411.7%硫酸盐抗氧化Shao等[20]浒苔酶解法氨基葡萄糖∶葡萄糖∶半乳糖醛酸∶甘露糖∶木糖∶半乳糖∶阿拉伯糖∶葡萄糖醛酸∶焦糖∶半乳糖胺∶核糖=5.10∶2.80∶1.20∶0.30∶0.30∶0.20∶0.10∶0.10∶0.03∶0.02∶0.021.2×10619.9%硫酸盐免疫调节Liu等[21]浒苔超声辅助提取甘露糖∶鼠李糖∶葡萄糖醛酸∶半乳糖醛酸∶葡萄糖∶半乳糖=0.6∶12.5∶30.6∶3.3∶1.7∶21.70.4×1049.0%硫酸盐抗氧化Lin等[22]浒苔热水萃取鼠李糖∶葡萄糖∶木糖=3.6∶1.2∶1.01.1×10495.8%总糖含量抗病性Zhou等[23]浒苔热水提取鼠李糖∶葡萄糖∶木糖∶半乳糖∶甘露糖=6.8∶1.9∶0.8∶0.4∶0.14.4×10412.3%硫酸盐抗氧化Shi等[24]浒苔热水萃取鼠李糖∶木糖∶甘露糖∶半乳糖∶葡萄糖=3.6∶1.1∶0.2∶0.8∶0.310.4×10418.6%硫酸盐降血脂Tang等[25]浒苔热水萃取鼠李糖∶葡萄糖醛酸∶木糖=1.00∶0.41∶0.120.8×10416.0%硫酸盐抗肿瘤Jin等[26]2绿藻多糖的生理功能2.1抗氧化机体处于氧化应激状态时,逐渐积累大量的自由基和活性氧(ROS),攻击机体的糖类、蛋白质、DNA和脂质,破坏细胞膜的结构,进而导致细胞损伤和免疫功能下降[27]。氧化应激会引发动物多种相关疾病,如免疫抑制、炎症反应、神经紊乱和一些代谢相关的疾病,对动物的生产造成巨大的影响[28]。研究发现,从石莼、浒苔等绿藻中分离出的多糖具有潜在的体外抗氧化作用,可以清除1,1-二苯基-2-三硝基苯肼(DPPH)自由基、羟基自由基和超氧阴离子自由基[29-30]。5.0 g/L石莼多糖对羟基自由基的清除率达到100%,并且对超氧阴离子清除的半数抑制浓度显著高于海带、裙带菜、紫菜中的多糖[31]。在衰老氧化应激小鼠中,石莼多糖和浒苔多糖能显著降低大脑和血清的丙二醛(MDA)含量,显著升高总抗氧化能力(T-AOC)、谷胱甘肽(GSH)、过氧化氢酶(CAT)、超氧化物歧化酶(SOD)活性,从而缓解衰老引起的氧化应激[32]。石莼多糖可显著提高小鼠肝脏中CAT、谷胱甘肽过氧化物酶(GSH-Px)、SOD活性,降低MDA含量,从而降低高脂血症引起的氧化应激[33]。2.2抗病毒近年来,病毒感染已逐渐成为威胁人类健康和畜禽养殖的重要因素,如新城疫(newcastle disease virus,NDV)、马立克氏病(marek's disease virus,MDV)等病毒造成了严重的危害[7,34]。研究显示,石莼多糖能够显著的抑制家禽中的NDV、MDV和禽白血病病毒J亚群(avian leukosis virus subgroup J,ALV-J)的扩散。在NDV合胞体还原试验中,蛋白质裂解前加入石莼多糖能够有效抑制67%的合胞体形成[34]。同样,MDV感染的鸡成纤维细胞在石莼多糖处理后,感染24 h的病毒载量降低了约80%,且MDV斑块大小显著减少[35]。在ALV-J体外研究发现,石莼多糖可与病毒颗粒结合,阻止ALV-J吸附在宿主细胞上,并导致ALV-J基因和gp85蛋白的表达显著降低[36]。除此之外,浒苔多糖可以抑制单纯疱疹病毒(herpes simplex virus,HSV)对喉上皮癌细胞的吸附和渗透,并且抑制HSV的复制和转录[37]。这两种绿藻多糖是潜在抗病毒的天然活性物质,尤其石莼多糖在抗病毒方面研究相对较多。2.3免疫调节免疫刺激是机体预防和对抗感染、炎症和肿瘤的重要防御策略之一。绿藻多糖由于其结构多样性和独特的生物活性,在免疫系统调节方面发挥着重要的作用。在小鼠巨噬细胞中,浒苔多糖能促进巨噬细胞增殖,显著升高白细胞介素-6(IL-6)和肿瘤坏死因子-α(TNF-α)的分泌[38]。Kim等[39]发现,浒苔多糖可能通过iNOS诱导巨噬细胞释放一氧化氮(NO),刺激白细胞介素-1β(IL-1β)、TNF-α、IL-6和白细胞介素-10(IL-10)的表达,从而促进巨噬细胞的活化。在小鼠体内试验中,浒苔多糖能够促进脾脏淋巴细胞增殖,通过释放干扰素-γ(IFN-γ)、白细胞介素-2(IL-2)和核因子-κB(NF-κB),刺激并激活淋巴细胞,发挥免疫调节功能[40]。此外,石莼多糖可有效刺激小鼠巨噬细胞NO的产生和增殖,并促进细胞因子TNF-α、IL-1β和IL-6的分泌,从而激活巨噬细胞的杀菌和杀瘤活性[15]。在小鼠肠炎模型中,石莼多糖显著降低炎性细胞因子(TNF-α、IL-1β和IL-6)的表达,增加IL-10的表达,有效减轻肠道的炎症反应[41]。这些研究表明,两种绿藻多糖具有较强的免疫调节性能,可作为免疫增强的营养补充剂。2.4降血脂绿藻多糖可通过改变胆固醇的吸收和代谢预防高脂血症动脉粥样硬化,降低哺乳动物血浆中总胆固醇(TC)、甘油三酯(TG)和低密度脂蛋白胆固醇(LDL-C)的水平[10,24]。在高脂血症小鼠模型中,石莼多糖显著降低了血清中TC、TG和LDL-C含量,显著增加高密度脂蛋白胆固醇(HDL-C)水平,表明石莼多糖具有抑制高脂饮食引起的体重增加[33,42]。Qi等[43]研究发现,石莼多糖可通过上调法尼醇X受体(FXR)和过氧化物酶体增殖物激活受体γ(PPARγ)的mRNA表达,下调肝X受体(LXR)的表达改善脂质的分布,降低高血脂。此外,浒苔多糖对高脂饮食小鼠血清中的TC、TG和LDL-C也有明显的抑制作用,能够增加HDL-C含量[22]。研究表明,浒苔多糖通过激活磷酸腺苷活化蛋白激酶(AMPK)信号通路改善肥胖小鼠的脂质代谢紊乱,降低肾周脂肪指数和LDL-C含量,发挥降血脂的功效[44]。2.5其他生理作用绿藻多糖还具有降血糖、抗菌、抗癌、修复肠道屏障及调节肠道微生态等功能[45]。在糖尿病大鼠模型中,浒苔多糖处理后大鼠空腹血糖和胰岛素水平较低,而胰岛素敏感性指数显著增加,并且促进了胰岛素受体(InsR)、葡萄糖转运蛋白4(GLUT-4)、脂联素(APN)和葡萄糖激酶(GCK)的mRNA水平表达增加,表明浒苔多糖是潜在的降血糖治疗剂[46]。细菌感染不但抢夺机体大量的营养物质,其增殖过程中也会排放大量外毒素,引发多种疾病。浒苔多糖对畜禽生产中常见的细菌,如大肠杆菌和沙门氏菌均有显著的抗菌活性[47]。此外,浒苔多糖对人肺癌细胞A549具有59%的抑制作用,可能通过与细胞生长因子(FGF1和FGF2)相互作用抑制癌细胞增殖[23]。研究发现,5 mg石莼多糖灌胃小鼠28 d,有助于肠道内有益微生物种群繁殖,如拟杆菌属、芽孢杆菌属和梭状芽孢杆菌属[48]。同样,浒苔多糖能够促进肠道乳酸杆菌等有益菌生长,抑制大肠杆菌增殖[49]。3绿藻多糖在动物生产中的应用3.1绿藻多糖在家禽生产中的应用绿藻多糖在家禽中的研究主要集中在生长性能、抗氧化、免疫调节和肠道菌群等方面。Liu等[50]研究发现,浒苔多糖能够显著提高肉鸡平均日增重(ADG)和饲料转化率,增加血清中GSH-Px、CAT和T-SOD等抗氧化酶活性,降低血清中二胺氧化酶(DAO)和MDA的含量,改善肠道组织形态,适宜添加范围为1 000~4 000 mg/kg。Guo等[51]研究发现,浒苔多糖可提高蛋鸡产蛋量、哈夫单位、蛋壳质量、抗氧化能力和空肠绒毛高度,降低裂蛋率,适宜添加浓度为1 000、2 500 mg/kg。Guo等[52]使用浒苔多糖(2 500 mg/kg)在黄曲霉毒素B1(AFB1)诱导肉鸡法氏囊损伤研究中发现,浒苔多糖可通过激活p38MAPK-Nrf2/HO-1信号通路,增强法氏囊的抗氧化(T-SOD、GSH-Px、CAT、CAT1、GPX1)和解毒能力(HO-1、GST、GSTA3、GSTT1),调节线粒体凋亡信号通路,上调抗凋亡相关蛋白(Nrf2、HO-1、Bcl-2、p38MAPK)的表达水平,下调促凋亡相关蛋白(caspase-3、Bax)的表达,从而降低肉鸡AFB1的毒性。Liu等[53]在肉鸡脾脏和法氏囊中研究发现,日粮中添加1 000 mg/kg浒苔多糖在热应激环境下可提高抗氧化能力(T-AOC、T-SOD、GST),降低MDA和ROS含量,还可通过抑制NF-κB信号通路、激活Nrf2信号通路减轻热应激环境诱导的炎症反应(降低TNF-α、IL-4和IL-10含量),从而减轻热应激环境诱导的氧化应激和免疫器官的炎症反应。Wassie等[54]研究发现,日粮中添加400 mg/kg浒苔多糖组肉鸡体重提高4.57%,ADG提高4.65%,回肠绒毛高度和绒毛高度与隐窝深度比分别提高21.38%、50.85%,可显著上调肠道免疫反应相关基因(IL-1β、TNF-α、TLR4、MyD88和NF-κB)和肠道完整性相关基因(Claudin-1、Ocludin-1和Mucin-2)的mRNA表达,增加肠道微生物中拟杆菌门的丰度,减少厚壁菌门的丰度。Yu等[55]研究发现,蛋鸡日粮中添加0.2%的浒苔多糖可以使肠道中厚壁菌门、芽孢杆菌和乳酸杆菌的相对丰度分别增加14.13%、11.94%、22.92%。Guriec等[56]研究发现,石莼多糖可通过TLR2和TLR4受体激活体内的嗜异性白细胞和单核细胞,促进淋巴细胞主要组织相容性复合体2类(MHCⅡ)增加和激活γδT淋巴细胞,改善家禽的先天免疫。Song等[57]研究发现,注射50 mg/kg的石莼多糖可显著增强禽流感病毒(avian influenza virus,AIV)特异性抗体滴度,促进IFN-γ和IL-4水平显著升高。Bussy等[35]研究发现,石莼多糖可显著减少MDV的体外传播,并且对鸡成纤维细胞无细胞毒性。Sun等[36]通过H2O2氧化降解并制备四种低分子质量(Molecular weight,Mw)的石莼多糖,其中Mw为4.3 kDa的石莼多糖抑制ALV-J的作用最强,发现该多糖可以与病毒颗粒结合,并阻止ALV-J吸附到宿主细胞上,显著抑制ALV-J相关基因和gp85蛋白的表达。因此,日粮中添加两种绿藻多糖可以改善鸡的生长性能,调节免疫反应和提高抗病毒能力。3.2绿藻多糖在猪生产中的应用Zou等[49]研究表明,在基础日粮中添加400 mg/kg的浒苔多糖,与对照组相比,断奶仔猪终末体重和ADG分别提高8.17%和17.74%,料重比降低10.07%,可显著提高抗氧化酶(SOD、CAT和GSH-Px)的活性和空肠黏膜中炎症反应相关基因(IL-6、TNF-α、TLR4、TLR6和MyD88)的应答能力,显著增加肠道屏障相关基因ZO-1、claudin-1和occludin的mRNA和蛋白表达水平,显著降低血清中DAO和D-乳酸(D-lactate)的水平,促进肠道屏障的完整性。此外,浒苔多糖还促进了盲肠中乳酸杆菌增殖,减少了大肠杆菌的数量,从而减少断奶仔猪的腹泻。Xie等[58]研究发现,抗生素组相比,在断奶仔猪饲粮中添加800 mg/kg浒苔多糖与锌结合的复合物,能够提高血浆抗氧化(T-AOC、GSH-Px和SOD)活性,降低仔猪肠道炎症相关细胞因子(IL-6、IL-8、IL-10、IL-12和TNF-α)的水平,改善肠道屏障功能。初乳是仔猪被动免疫的主要来源。Bussy等[59]研究发现,在妊娠末期给母猪口服石莼多糖(8 g/d),与未添加组相比,初乳中的免疫球蛋白G(IgG)含量提高38.16%,仔猪血清和母猪血清在第14 d的IgG含量分别提高了80.52%和41.01%,并且母乳中的IgA含量在第7、21 d显著高于未添加组,表明摄入石莼多糖对母猪和仔猪具有积极的免疫调节作用。Berri等[60]研究发现,500 µg/mL石莼多糖能够刺激猪肠道上皮细胞分泌趋化因子配体20(CCL20)、IL-8和TNF-α等细胞因子的mRNA和蛋白质表达,并且高浓度的石莼多糖(0.5 mg/mL)对该细胞没有毒性。孙秋艳等[61]通过研究直接杀灭和抑制病毒复制评估了浒苔多糖抗猪传染性胃肠炎病毒的效果,以猪睾丸细胞为模型,发现浒苔多糖在体外对其病毒作用4 h的最小杀灭浓度为0.1 g/L,并且浓度越高对病毒的杀灭作用越强。这些结果表明,绿藻多糖在猪生产中具有免疫调节、抗氧化、抗病毒、促生长和维持肠道健康等作用。3.3绿藻多糖在水产动物生产中的应用Liu等[62]研究表明,1 g/kg的浒苔多糖组对虾的ADG、特定生长率和终末体重分别比对照组提高了28.27%、12.13%、22.18%,饲料转化率下降了9.57%,提高血淋巴中抗氧化酶(T-AOC、SOD、GSH-Px和GST)和磷酸酶(ALP和ACP)活性,降低MDA含量,可以促进肠道绒毛宽度和绒毛表面积的增加,并促进肠道厚壁菌门的增殖和减少革兰氏阴性菌中弧菌门的数量。Wei等[63]研究发现,注射0.5 mg的浒苔多糖,可显著增加海参吞噬能力和呼吸爆发活性,显著增强抗氧化酶(CAT和SOD)和酸性磷酸酶(ACP)活性,降低海参的死亡率,增强了对黄热病的抵抗力。Zhou等[23]研究发现,添加40 g/kg的浒苔多糖后,鲫鱼的体重、饲料转化率和特定生长率分别比未添加组提高了38.75%、8.26%和20.00%,蛋白酶、脂肪酶和淀粉酶的活性分别增加了48.37%、64.80%和37.72%,并且显著提高血清中溶菌酶(LYZ)、ACP、碱性磷酸酶(AKP)、SOD、CAT活性和补体C3含量,降低鲫鱼血清中TC和TG含量,增强了鲫鱼对嗜水气单胞菌的抵抗力,从而促进鲫鱼生长,提高抗病能力。Akbary等[64]在灰鲻鱼幼鱼饲料中添加5、10、15 mg/kg的石莼多糖,发现10 mg/kg的石莼多糖幼鱼的终末体重、比生长率和蛋白质功效比值分别提高50.65%、37.23%和51.06%;体内溶菌酶、呼吸爆发和吞噬活性较对照组分别提高84.97%、22.39%、21.14%;提高肝脏中SOD、GSH和T-AOC等活性,降低MDA含量;显著降低幼鱼死亡率。Ponce等[65]研究发现,赛内加尔鳎幼鱼注射0.5 mg石莼多糖的肝脏进行转录组测序后,发现两者的差异表达基因在GO上主要富集白细胞介导的免疫、炎症反应的调节、白细胞迁移和白细胞-细胞黏附等免疫相关的信号通路上,同时幼鱼的死亡率降低,表明石莼多糖在鱼生产中主要起到免疫刺激的作用。综上所述,绿藻多糖可以改善水产动物的生长性能,增强免疫调节活性和抗氧化能力,提高抗病能力。4结论绿藻多糖具有调节机体免疫功能、减轻氧化应激损伤、抗病毒、促生长等生理学功能。因此,开发利用绿藻多糖对利用海洋资源和改善海洋环境具有重要意义。但绿藻多糖结构复杂,其生物活性机制、剂量、效应和结构尚不十分清楚,限制了绿藻多糖的开发与利用。在今后的研究中需要进一步深入探索绿藻多糖的作用机制、使用效果、最适添加量和在反刍等动物生产中的应用。此外,探索绿藻多糖不同结构修饰的方法和药物载体系统,从而提高绿藻多糖的生物活性功能和精准靶向,提升其开发利用价值。

使用Chrome浏览器效果最佳,继续浏览,你可能不会看到最佳的展示效果,

确定继续浏览么?

复制成功,请在其他浏览器进行阅读