酵母葡聚糖在家禽生產中的應用研究進展

袁書林，王 巖，馮占雨,3

（1.淮安生物工程高等職業學校，江蘇淮安 223200；2.江蘇淮大科技集團有限公司，江蘇南京 210019；3.定州市海豐養殖有限公司，河北定州 073011）

近年來我國養禽業發展迅速，數量增長快，集約化程度高，2020 年全國家禽出欄已達155.7 億只，禽肉產量2 361 萬t[1]，大大滿足了人們對動物蛋白的需求。中華人民共和國農業農村部第194 號公告提出，從2020年7 月1 日開始，我國全面禁止在飼料中添加除中藥以外的促生長類藥物。因此，養殖場面臨的病原微生物感染風險嚴峻，急需尋找一些高效的抗生素替代產品。目前，養禽生產中應用的抗生素替代產品主要有微生態、益生元、酶制劑、中草藥、有機酸、抗菌肽和精油等。但大多數產品競爭性不強，性價比低，因此尋求高效的抗生素替代產品成為行業重視的課題。

來源于酵母細胞壁的β-l,3 D 葡聚糖具有高生物活性，在人類及動物保健領域發揮重要作用。酵母葡聚糖已被證明可以促進家禽生長[2-4]，改善家禽腸道健康[5]，促進免疫器官和免疫系統發育[6-7]，在病菌攻毒試驗和病毒疫苗免疫時可以降低炎癥反應[8]，修補損傷的組織[9-10]，提高疫苗的效價[4,11]。因此，酵母葡聚糖在家禽生產上具有替代抗生素的潛力[2,7,12-13]。近年來的研究表明，酵母β-l,3 D 葡聚糖在家禽生產中具有明顯的正向效應，性價比較高，因此酵母葡聚糖有潛力成為競爭力強的促生長類抗生素替代品[14]。本文主要綜述了酵母葡聚糖的生物學功能及其在家禽上的應用研究進展，旨在為酵母葡聚糖在家禽生產中的進一步研究和應用提供參考。

1 酵母葡聚糖的結構和生物學功能

1.1 酵母葡聚糖的結構β-葡聚糖是一類由重復糖單位組成的長鏈聚合物，因單糖的類型、鏈的長度、糖苷鍵的類型和分枝的程度而呈現出不同結構上的特征，它們廣泛存在于眾多細菌、真菌、蘑菇、海藻及高等植物中。酵母來源的葡聚糖存在于酵母細胞壁中，主要是D-葡萄糖通過β-D-（1,3）鍵的方式相結合，也有部分是高度分支的β-D-（1,6）鍵結合的葡聚糖，它在消化道中不可溶，不吸收，不產生粘性；酵母葡聚糖具有獨特的分子結構，通常以三股螺旋的構象存在，這種結構決定了它特有的生物學功能[15]。酵母葡聚糖的分子量在800～1 000 ku，其中β-1,3-糖苷鍵約占85%[16]。酵母葡聚糖的二維結構見圖1。

圖1 酵母葡聚糖的二維結構

β-1,3 D 葡聚糖不溶于水，為了提高酵母葡聚糖的水溶性從而改善其功能，人們還開發了改性葡聚糖，目前研究和應用比較多的是羧甲基酵母葡聚糖和硫酸化酵母葡聚糖。

1.2 酵母葡聚糖的生物學功能

1.2.1 酵母葡聚糖的免疫調節作用 酵母葡聚糖的主要生物學活性是免疫調節作用。Novak 等[17]指出，酵母葡聚糖作為免疫增強劑，可以調控機體的天然免疫。而酵母葡聚糖的免疫增強活性取決于酵母葡聚糖的螺旋構象和存在位于螺旋外表面的親水基團[18]。Castro 等[19]研究進一步指出，高純度、沿著β-1,3 主鏈有較高分支度并且分子量較大的葡聚糖具有較好的免疫調節特性，無疑帶有β-D-（1-6）分支的酵母葡聚糖符合這個條件；Raa[20]也認同酵母來源的葡聚糖活性在β-D 葡聚糖當中最高。啟動免疫階段，作為異源物質進入宿主機體的酵母葡聚糖會引起生物活性反應，免疫細胞表面的模式識別受體（PRRs）將其識別為微生物相關分子模式（MAMPs），進而與補體結合，引發相應的免疫反應。酵母葡聚糖的結合補體為Detin-1 的Toll 樣受體（TLR）和補體受體3（CR3）[17,21]。之后，酵母葡聚糖被腸上部的單核細胞、巨噬細胞和樹突狀細胞吞噬，然后穿梭至脾臟等不同的免疫器官釋放葡聚糖顆粒，從而激發免疫細胞對病原菌作出有效的消殺反應。

大量的研究表明，包括酵母葡聚糖在內的β-1,3 D葡聚糖有強大的激活機體自然免疫系統的能力。近期一個重要的研究發現，β-1,3 D 葡聚糖對訓練免疫（Trained Immunity）有積極影響[19,22]。訓練免疫是一種新的免疫模式：先天免疫細胞（如單核細胞、巨噬細胞和自然殺傷細胞）在外源感染刺激下能夠產生一種新的帶有非特異性記憶的免疫反應，以應對二次同源或異源感染，這一過程被稱為訓練免疫，其特點是宿主對再次感染的高反應性和非特異性[22]。Kalafati 等[23]通過小鼠腫瘤模型發現，β-葡聚糖誘導的“訓練免疫”能夠顯著抑制腫瘤生長，并且該“訓練的先天免疫”可以長期維持。β-葡聚糖“訓練”的中性粒細胞能夠直接治療正在生成的腫瘤，從而建立了“訓練”免疫的腫瘤治療潛力模式。訓練后的先天免疫力介導了對再次感染的持續增強反應能力。β-1,3 D 葡聚糖誘導的訓練免疫除了提高種禽自身的免疫力外，還有可能將獲得的免疫優勢傳遞給后代，提高幼雛成活率。葡聚糖誘導的訓練免疫也有可能改善疫苗的效果，將葡聚糖誘導的訓練免疫傳遞下去，從而增強對疾病的抵抗力。

作為免疫增強劑，酵母葡聚糖可以提高家禽生產性能和疫苗效價、降低炎性水平以及抗病菌感染、抗球蟲、改善腸道健康等。酵母葡聚糖能夠改善家禽的生產性能，有效替代林可霉素、黃霉素、維吉尼亞霉素和金霉素[2,7,11-12,24]。研究表明，添加酵母葡聚糖肉雞的各項生產性能指標低于阿維拉霉素組[13]。在日糧中添加酵母葡聚糖或者改性酵母葡聚糖或者作為免疫佐劑可以提高注射疫苗家禽的抗體滴度，測試的疫苗包括新城疫、傳染性支氣管炎和禽流感（H5）[4,11,13,25-26]。外界病原體侵襲家禽會誘發炎癥反應，進而產生一系列病理變化，在大腸桿菌和沙門氏菌攻毒研究中酵母葡聚糖顯著緩解了機體炎癥反應，有效防止感染病菌導致的生產性能降低[9,27-29]。球蟲感染是家禽養殖面臨的重大問題，處理不當會造成巨大的經濟損失。有研究發現，酵母葡聚糖或羥甲基酵母葡聚糖可以有效緩解球蟲感染對肉雞的傷害[30-32]，提升感染球蟲生化標記物白介素10（IL-10）的水平[8]。酵母葡聚糖或者改性酵母葡聚糖通過增加家禽腸道中有益菌，降低有害菌含量、改善腸道絨毛形態以及修復感染病原體后的黏膜損傷來改善腸道健康，促進生長發育[5,9-10,32]。

1.2.2 吸附霉菌毒素 作為酵母細胞壁的一部分，酵母葡聚糖具有吸附霉菌毒素的性質，這與其三股螺旋的結構有關。相關體內和體外試驗表明，葡聚糖是酵母細胞壁吸附霉菌毒素的關鍵成分，其含量越高吸附能力越強[33]，酵母葡聚糖能降低霉菌毒素對內臟器官的毒害作用，使器官指數和血清指標基本恢復到正常水平[34]。體外測試中還發現，改性的水溶性酵母葡聚糖吸附力更強[35]。

2 酵母葡聚糖在家禽生產中的應用

2.1 酵母葡聚糖在肉雞上的研究應用

2.1.1 酵母葡聚糖在肉雞上的非攻毒試驗研究 由表1可見，13 個非攻毒試驗中有1 個是獨立的禽流感疫苗效價評測[36]，另外12 個測定了肉雞的生產性能指標，其中8 個試驗中酵母葡聚糖對肉雞生產性能有顯著改善[2-5,7,11-12,26]，4 個試驗中有所改善但沒有達到統計顯著水平[6,13,37]。在與抗生素的對比試驗中，肉雞日糧中添加酵母葡聚糖的生產性能優于或者相當于添加林可霉素、黃霉素或維吉尼亞霉素效果[2,7,12]；與阿維拉霉素對比，生產性能在數值上較差，但差異不顯著[13]。

表1 酵母葡聚糖或改性酵母葡聚糖在肉雞上的非攻毒試驗研究

調節免疫是酵母葡聚糖最重要的功能之一。13 個非攻毒試驗中有9 個測定了與免疫相關的指標，其中有8 個試驗產生顯著效應，改善的指標為免疫器官（法氏囊、胸腺或脾臟）、細胞因子（白介素-1（IL-1）、白介素-2（IL-2）、腫瘤壞死因子-α（TNF-α）和腫瘤壞死因子-γ（IFN-γ））、血液或者腸道免疫球蛋白或者淋巴細胞表面抗原（CD4+和CD8+）[2-4,6-7,13,37-38]。酵母葡聚糖引起的免疫指標變化激活了肉雞的免疫系統，使免疫細胞得到訓練，以便更好地應對病原入侵。從多數肉雞試驗生產性能得到改善的結果來看，這些免疫反應是適度的，沒有過度激活引發炎癥風暴，進而侵蝕機體器官。

13 個非攻毒試驗中，有5 個檢測了注射疫苗前后的抗體滴度，其中2 個試驗發現新城疫和傳染性支氣管炎抗體效價顯著提高[11,38]，但張敬等[39]的研究未發現酵母葡聚糖顯著提高肉雞新城疫抗體效價；另外2 個試驗發現羧甲基酵母葡聚糖作為免疫佐劑或者被肉雞采食后能顯著提高禽流感（H5）抗體效價[4,36]。此外，Morales-Lopez 等[13]和Teng 等[5]研究發現，飼喂酵母葡聚糖后肉雞腸道黏膜絨毛顯著增高，表明酵母葡聚糖對肉雞腸道黏膜形態有改善作用。

2.1.2 酵母葡聚糖在肉雞上的攻毒試驗研究 由表2 可見，在肉雞上進行的11 個攻毒試驗包括1 個大腸桿菌攻毒、3 個球蟲攻毒、4 個沙門氏菌攻毒、2 個霉菌毒素攻毒和1 個環磷酰胺攻毒。Huff 等[27]在大腸桿菌攻毒試驗中發現，酵母葡聚糖顯著提高了攻毒肉雞的生長，對氣囊炎評分和肝臟保護也有積極影響，并且提高了成活率，攻毒前7 d 飼喂酵母葡聚糖效果優于連續25 d 飼喂的效果。

表2 酵母葡聚糖或改性酵母葡聚糖在肉雞上的攻毒試驗研究

Cox 等[30]在3 種球蟲的攻毒試驗中發現，肉雞感染期間酵母葡聚糖使T 輔助1 型細胞反應顯著增強，細胞介導的免疫反應得到激活，有利于球蟲在胞內被吞噬消除。Omara 等[31]在球蟲攻毒試驗中發現，酵母葡聚糖使感染肉雞脾臟、法氏囊和胸腺的IL-10 升高。IL-10 是一種抗炎性細胞因子，可以通過下調T 淋巴細胞活性，抑制炎性細胞的激活、遷移和黏附而發揮抗炎作用，被作為雞感染艾美耳球蟲或者改善疫苗效率的生化標記物，酵母葡聚糖可顯著提高感染球蟲肉雞免疫器官IL-10 水平，說明酵母葡聚糖可以修復球蟲感染帶來的炎性傷害，取得更好的抗球蟲效果[8]。劉博等[32]按16 mg/kg 和64 mg/kg 體重飲水給予羥甲基酵母葡聚糖（sGSC）感染球蟲三黃肉雞，結果表明sGSC 可明顯減少感染肉雞排出卵囊，增加腸道有益微生物，減少有害微生物，肉雞體重恢復至健康水平。

在4 個沙門氏菌（腸炎沙門氏菌、白痢沙門氏菌和鼠傷寒沙門氏菌）攻毒試驗中，研究發現酵母葡聚糖可以有效緩解病菌對感染肉雞的傷害，如促進生長發育、降低死亡率[9,28-29]，增強抗氧化能力[28]，修復腸道黏膜損傷[9-10]，降低肉雞臟器有害菌數量[9-10,29]。Shao等[29]還發現，酵母葡聚糖使肉雞遭受沙門氏菌感染后體內相關抗菌肽的變化發生逆轉。腸道分泌型免疫球蛋白（sIgA）在局部黏膜抗感染免疫和維護黏膜完整性中發揮重要作用，一般情況下當動物機體遭受外部病原入侵時腸道sIgA 分泌會增加。在酵母葡聚糖對沙門氏菌感染肉雞的研究中，王忠等[9]發現酵母葡聚糖使感染肉雞回腸、空腸和十二指腸的sIgA 分泌量顯著降低，而Shao 等[10]則發現，酵母葡聚糖使感染肉雞的空腸中sIgA 分泌量顯著增加。這種矛盾的結果可能與酵母葡聚糖試驗樣品差異、攻毒菌株（白痢沙門氏菌與鼠傷寒沙門氏菌）不同以及攻毒后肉雞所處的狀態（免疫適度以及免疫過激）有關。Omara 等[31]研究發現，遭受球蟲攻毒的肉雞在酵母葡聚糖作用下免疫器官中免疫抑制因子IL-10 水平升高，體現了酵母葡聚糖對遭受球蟲感染肉雞機體的保護。王忠等[9]研究中黏膜免疫關聯的腸道sIgA 分泌降低也可能是此原因。而Shao 等[10]的試驗中菌毒還沒有引起過度炎癥反應，所以酵母葡聚糖更進一步促進了黏膜免疫來抵抗菌毒，因此引起空腸sIgA 分泌量顯著增加。酵母葡聚糖對機體的免疫功能具有雙向調節作用，根據肉雞機體具體狀態維持或調節促炎因子與抗炎因子之間的平衡，抑制或緩解肉雞機體炎癥反應，恢復其免疫功能。王忠等[9]也指出，盡管酵母葡聚糖攻毒組肉雞腸道總sIgA 分泌量降低，但回腸和空腸分泌的抗沙門氏菌特異性IgA 在數量上有所升高，而Shao 等[28]同樣發現酵母葡聚糖攻毒組肉雞小腸中抗沙門氏菌特異性IgA 水平、血清抗沙門氏菌特異性IgG 均顯著升高。

作為酵母細胞壁的一部分，酵母葡聚糖也具有吸附霉菌毒素的性質。Yiannikouris 等[33]利用3 種來源于實驗室和1 種工業上應用的酵母細胞壁研究對體外霉菌毒素玉米赤霉烯醇的吸附效應，結果發現葡聚糖含量越高的酵母細胞壁吸附能力越強（相關系數達0.889），幾丁質含量高會阻礙玉米赤霉烯醇與葡聚糖的接觸而降低細胞壁的吸附能力，說明酵母細胞壁對霉菌毒素的吸附作用中葡聚糖起著關鍵作用。體內研究中，王兆鈞等[34]指出，發霉玉米日糧中添加500～1 500 mg/kg 酵母葡聚糖能降低霉菌毒素對內臟器官的毒害作用，使器官指數和血清指標基本恢復到正常水平。Zimmermann 等[40]利用雞淋巴細胞測定了酵母葡聚糖對黃曲霉毒素 B1（AFB1）的吸附作用，結果發現AFB1攻毒的淋巴細胞表現出細胞保護和基因保護效應，在濃度為1% 和10% 水平下阻止了淋巴細胞凋亡，在1% 濃度時可以完全恢復因20 μg/kg AFB1造成的淋巴細胞的DNA 嚴重損傷。體外吸附霉菌毒素試驗表明，酶堿法提取的酵母葡聚糖吸附效果較好，對玉米赤霉烯酮（ZEA）吸附量最大可達到2.296 μg/mg 葡聚糖[38]；水溶性的羧甲基葡聚糖（CCMG）有更高的吸附性，對ZEA 吸附量達到18.643 μg/mg CCMG[35]。

IFN-γ和IL-6 分別參與介導細胞免疫和體液免疫，而TGF-β1 在免疫系統中扮演免疫抑制的角色。Wang等[42]研究了硫酸化酵母葡聚糖對CTX 誘導的肉雞免疫抑制作用，結果發現以4 mg/kg 體重飲水供給硫酸化酵母葡聚糖能顯著提高免疫抑制肉雞的法氏囊指數，降低法氏囊組織病理變化，提高IFN-γ和IL-6 濃度，降低TGF-β1 濃度，促進淋巴細胞增殖；還使腸道雙歧桿菌和乳酸菌種群數量顯著增加，結果說明硫酸化酵母葡聚糖能有效緩解肉雞的免疫抑制，促進其發揮正常的免疫功能。

2.2 酵母葡聚糖在蛋雞上的研究應用 酵母葡聚糖或改性酵母葡聚糖在蛋雞的試驗研究相對較少。周友明等[24]發現，蛋雞日糧中添加酵母葡聚糖使日均產蛋率顯著提高3.2%，飼料報酬顯著提高4.2%，而死亡率極顯著降低65.5%，達到了添加金霉素的效果。何鳳琴等[25]研究結果表明，日糧中添加酵母葡聚糖可以顯著提高新城疫疫苗免疫20 d 后的抗體滴度，極顯著降低糞便中大腸桿菌的數量和蛋黃中膽固醇含量。Zhen 等[26]也發現，飼喂酵母葡聚糖后顯著提高了蛋雞血清細胞因子和總IgA 水平，顯著促進了牛血清白蛋白、禽流感和新城疫疫苗的特異性抗體滴度；且葡聚糖日糧線性提高了種蛋的孵化率，日糧中添加200 mg/kg 酵母葡聚糖改善了蛋殼顏色，降低了死亡率。此外，王米等[43]利用60 日齡蛋公雞淋巴細胞在體外測試了硫酸化葡聚糖（SCG）對細胞免疫功能的影響，結果發現SCG 能激活細胞免疫，在合適的濃度（250～2 000 μg/mL）能單獨或協同刀豆蛋白A（ConA）、脂多糖（LPS）劑量依附性刺激雞脾臟淋巴細胞增殖，同時250 μg/mL SCG 可促進雞淋巴細胞分泌IL-2 和IFN-γ。

在蛋雞上進行酵母葡聚糖的研究比較少，但得出一致的結論是酵母葡聚糖或改性酵母葡聚糖可以有效激活蛋雞的免疫系統，提高其免疫力和對疫苗抗體的滴度。由于試驗樣品數量（512～3 000 只）、試驗周期（56～90 d）以及所用的酵母葡聚糖來源不同，只有周友明等[24]的試驗（3 000 只，90 d）發現酵母葡聚糖對蛋雞生產性能的改善達到了統計學上的顯著水平，而另外2 個體內試驗的某些生產性能指標在數值上有所改善[25-26]。

3 小 結

在家禽上的大量研究表明，酵母葡聚糖及其改性產品具有強大的免疫調節功能，具有提高生產性能和疫苗效價、降低炎性水平、抗感染、抗球蟲、改善腸道健康以及吸附霉菌毒素等功能，在促進家禽生長、提高健康水平和蛋品質方面有很大的發展潛力。酵母葡聚糖是減少或者消除家禽飼料中抗生素的一種有效手段。激活免疫訓練是新發現的β葡聚糖的一項特殊性能，先天性免疫系統能夠被酵母葡聚糖刺激，使之擁有后天免疫類似的記憶能力。當真正的應激刺激來臨時，先天免疫系統也可以像獲得性免疫那樣，產生更快更強的免疫反應，這對于防治家禽疾病、促進生長和健康非常重要。目前研究中使用的酵母葡聚糖來源、純度以及使用劑量存在較大差異，還需進一步確認酵母葡聚糖發揮促生長以及防病治病作用的有效劑量和來源?？扇苡谒母男云暇厶欠浅＿m合在養殖終端使用，但目前相關研究數據還不足，需要進一步測試。此外，在肉雞和蛋雞之外其他禽類上的研究報道較少，特別是中國養殖量比較大的肉鴨、肉鵝和鵪鶉上沒有相關研究數據，仍需要進一步探討。