维生素A(VA)对动物正常的生长、骨骼形成、视觉、繁殖及最适的免疫功能均是必需的。动物缺乏VA时,其淋巴细胞对有丝分裂原刺激引起的反应降低,抗体生成量减少,自然杀伤细跑活性降低,对传染病的易感性增加。对动物补饲VA时,可提高其抗体生成量,增强细胞毒性T-细胞活性及异体移植排斥反应。
绿色植物中不含VA,但它们含有VA的前体,即类胡萝卜素。类胡萝卜素是动物日粮中天然性VA的主要来源。类胡萝卜素在自然界中广泛分布,并在保护细胞结构和功能完整性、改善畜禽产品色泽方面起重要作用。目前确认的类胡萝卜素已有600多种。过去人们认为;类胡萝卜素在动物营养中仅起VA原的作用。近来有关β-胡萝卜素可抗人体某种癌症的报道再一次引发了人们的研究兴趣。活体和体外研究结果表明,它能增强机体特异性与非特异性免疫反应,改善动物的健康。
Chew曾多次综述了VA与类胡萝卜素对动物免疫反应的增强作用,主要基于对啮齿类动物的研究结果,其中也涉及了一些有关人与奶牛方面的研究内容。本文主要论述近些年有关VA与类胡萝卜素对畜禽免疫反应及健康的影响,其中也包括一些有关啮齿类与人方面的最新研究进展。
l 维生素A与类胡萝卜素在动物体内的吸收、代谢与转运
日粮中的VA与类胡萝卜素在吸收前必须在肠道中经胆汁乳化。日粮中视黄醋首先在小肠中分解为视黄醇而后被吸收进大肠粘膜细胞。在粘膜细胞中视黄醇重新被长链脂肪酸(主要为棕搁酸)醋化,然后视黄醋与部分类胡萝卜素(末转化为VA)迸人毛细淋巴管同乳糜微粒结合,并与疏水的脂蛋白结合于一起被运送至肝脏的实质细胞与附属细胞中,以视黄醋形式贮存。陈波等门总结前人的研究结果,发现VA的吸收可能是一个有载体参加的主动、耗能的过程;而β-胡萝卜素的吸收不受酶或受体的调节,也不消耗能量,是一神无受体调控的被动扩散过程。
在已知的类胡萝卜素中,仅有不到10%在哺乳动物体内具有VA原活性,其中β-胡萝卜素转化为VA的效率最高。部分β-胡萝卜素在动物小肠粘膜中经15,15"-加双氧酶与视黄醛还原酶的作用转化为视黄醇,再与长链脂肪酸发生酪化,发挥VA的功能。动物种类不同,类胡萝卜素转化为VA的效率也不同。在较低摄人范围内时,lmgβ球-胡萝卜素分别相当于奶牛、羊、猪、家禽与啮齿类动物400、400∽500、5500、1667、16671U的VA。此外,日粮粗蛋白质、类胡萝卜素、Fe艹、维生素E、含-SH物质(如谷恍甘肤)、不饱和脂肪酸、甲状腺素抑制剂(硫尿嚼陡)的含量,动物本身VA营养状况、甲状腺代谢状态等均可影响类胡萝卜素的吸收与转化。有关不能转化为VA的类胡萝卜素(叶黄素、角黄素、番茄红素、玉米黄素和隐黄质)在动物体内代谢的报道很少。Schaeffer指出,叶黄素在鸡体内的代谢途径有两条:一是醋化,最后生成黄体素双醋;另一为氧化,产物为3"-氧代黄体素。
不同动物体内类胡萝卜素的转运载体不同。Yang的研究表明,绵羊与山羊血浆中β-胡萝卜素主要同极低密度脂蛋白和低密度脂蛋白结合,牛体内β-胡萝小素主要与高密度脂蛋白结合。也有报道指出,人体内斗胡萝卜素主要同低密度脂蛋白结合。肝中贮存的视黄酪动员时,其视黄醇与肝脏主细胞内多核糖体合成的视黄醇结合蛋白(RBP)结合,而后再与其它血浆蛋白质(如前白蛋白)结合,形成蛋自-蛋白复合物,通过血流到达靶器官。RBP结合到特异性细胞表面的识别位点时,视黄醇即被释放。RBP是体内VA的主要运输形式。缺乏RBP时VA不能迸人血液,因此肝脏通过调节RBP的合成与分泌速度来控制视黄醇的动员。视黄醇与RBP结合后将丧失其抗氧化功能。
2 维生亲A与类胡萝卜素对动物免疫反应与健康的影响
2.1 动物自身的防御系统
抗原作用于动物时,动物自身的防御系统是抵抗外界损害的关键。这些自身防御系统包括: ①特异性细胞免疫(细胞介导); ②特异性非细胞免疫(抗体介导); ③非特异性细胞免疫(吞噬细胞);④非特异性非细胞防御系统(如溶菌酶、转铁蛋白/乳铁蛋自、补体等)。其中淋巴细胞通过特定的表面受体负责识别各种抗原,而吞噬细胞(主要是多形核嗜中性白细胞.巨噬细胞)在摄人病原体后,通过呼吸作用产生活性氧自由基将其清除,然而这些活性氧自由基如被释到细跑外的环境中,就会损害免疫细胞及周围组织。为了增强自身防御应答能力,常需要多种免疫反应共同作用。
2.2 维生素A与类胡萝h素对动物免疫反应的影响
2.2.1 特异性免疫反应
2.2.1.1 细胞免疫
Daniel等向妊娠青年母牛分离的血淋巴细胞的培养液中添加β-胡萝h素(10-7、10-6、lO-5mol/L)视黄醇(10-7、10-6、10-5mol/L)或视黄酸(10-8、10-7、10-6mol/L),均明显增强了由伴刀豆球蛋白A(ConA)刺激引起的增殖反应,而对由脂多糖(LPS)刺激引起白增殖反应无改善。Michal等从产前4周到产后4周给荷斯坦奶牛每天补加300或600mgβ-胡萝卜素120000IU的VA,结果表明,补加β-胡萝卜素组奶牛淋巴细胞于体外对由ConA、植物凝集素(PHA)、商陆促分裂原(PWM)刺激引起的增殖反应高于未补加组及补加VA组,而补加VA与否并未影响有丝分裂原促淋巴细胞的增殖反应。DanM等向围产期(分娩前4与1周、分娩时、分娩后1与4周)荷斯坦母牛分离的外周血单核细胞的培养液中添加β-胡萝卜素((10-9与10-8mol/L)醇(10-9与10-8mol/L)或视黄酸(10-10与10-9mol/L),结果表明,向分娩前1周分离的单核细胞培养液中添加10-9mol/L的β-胡萝卜素可增强由ConA刺激引起的增殖反应;而向分娩前4周分离的单核细胞培养液中添加10-8mol/L的β-胡萝卜素可抑制由ConA刺激引起的增殖反应;向分娩时分离的单核细胞培养液中添加视黄酸可抑制由ConA刺激引起的增殖反应;视黄醇无此作用。Rajaraman等给初生犊牛饲喂添加椰子油的脱脂初乳及常乳,其血液单核白细胞干扰素-γ分泌量与DNA合成量并未较采食普通的初乳与常乳牛降低。Tjoelker等向干乳期前后分离的奶牛血淋巴细胞的培养液中添加视黄醇、视黄酸或β-胡萝卜素,结果表明,添加10-5mol/L的β-胡萝卜素可抑制由ConA刺激引起的增殖反应;添加视黄醇、视黄酸或β-胡萝卜素可抑制由LPS或无分裂原刺激引起的增殖反应。他们还发现,向来食添加棕榈酸视黄醋(213000IU/d)日粮的泌乳奶牛分离的外周血单核白细胞的培养液中添加视黄酸(10-8mol/L)或视黄醇(10-6mol/L)抑制了由ConA刺激引起的DNA合成;而向来食添加棕榈酸视黄醋(213000IU/d)+β-胡萝卜素(400mg/d)日粮的泌乳奶牛分离的外周血单核白细胞的培养液中添加视黄酸(10-7mol/L)或视黄醇(10-7mol/L),却增强了由ConA刺激引起的DNA合成。这主要是由于采食添加β-胡萝卜素组奶牛血浆β-胡萝卜素浓度的升高阻止了视黄酸对淋巴细胞转化的抑制作用。Tjoelker等于干乳期前后给奶牛补加VA(213000IU/d)或VA(53000)+β-胡萝卜素(400mg/d),均未影响由ConA或LPS刺激引起血淋巴细胞的转化反应。这可能是由于奶牛从饲草中摄人的β-胡萝卜素已足以满足其淋巴细胞的需要。Nonnecke等于体外向非妊娠母牛分离的单核白细胞培养液中添加不同浓度的9,13-二-顺-视黄酸,未明显影响其中淋巴细胞白DNA合成量或干扰素-γ形成量。Franklin等连续7日给非妊娠母牛肌肉注射100、200或400d的13-顺-视黄酸,虽提高了血浆与单核白细胞中13-顺-视黄酸的浓度,但却未影响其外周血单核白细胞于体外的DNA合成量;而直接向牛单核白细胞培养液中添加10-8mol/L的13-顺-视黄酸,可抑制其DNA的合成。Nonnecke等于体外向牛单核白细胞培养液中添加10-8mol/L的13-顺-视黄酸,可特异性地抑制由PWM刺激引起的CD4+T细胞的转化、白介素-2受体与MHCⅡ型抗原的表达。
对成熟和新生猪于肌肉内注射20或40mgβ-胡萝卜素,与仅注射载体的猪相比,提高了血浆β-胡萝卜素和视黄醇浓度,并促进了PHA、ConA、PWM 刺激引起的淋巴细胞增殖。而Blair等对体重为lOkg的仔猪日粮分别添加NRC(1988)推荐量的l、10或l00倍的VA或β-胡萝卜素,均未明显影响其血淋巴细胞在ConA、PHA、PWM刺激条件下的增殖反应。上述差异可能与补加VA或β-胡萝卜素方法的不同有关。
Boss等还发现,给兔补加高水平的VA可使其产生皮肤自体移植排斥反应。
锡林给1日龄肉仔鸡日粮分别补加0、3000、15000或50000IU/kg的VA各处理外周血淋巴细胞对PHA刺激引起的转化反应存在极显著差异(P<0.01)。其中以添加50000IU/kgVA组最强,未添加VA组最低。Cheng和Pang[25]向鸭外周血淋巴细胞培养液中添加高剂量的β-胡萝卜素(0.1μmol/L),可明显增强其转化反应(P<0.05),减弱由高剂量黄曲霉毒素Bl所致的淋巴细胞转化受抑的程度;Friedman等报道,采食VA过量日粮鸡的T淋巴细胞在病原性大肠杆菌攻击后的6日内引起的增殖反应明显强于采食VA缺乏日粮鸡的相应指标(P<O.0l),随后两者差异逐渐减少。Sklan等给21~39日龄幼鸡日粮分别补加0、0.8325、1.50、3.33、6.66与13.2μg/g的VA,结果随日粮补加VA量增至6.66μg/g,鸡的T细胞对结核杆菌性丙酮沉淀物抗原或β-酪蛋自刺激引起的转化反应增强。Haq等对母鸡日粮分别添加O.04%的β-胡萝卜素、0.04%的黄体色素、0.03%的α-生育酚醋酸醋或0.04%的β-胡萝卜素+0.03%的件生育酚醋酸醋,均明显增强了其后代鸡的脾淋巴细胞在ConA刺激下的转化反应(P<0.05),由豆蔻酰佛波乙醋刺激的转化反应也有不同程度改善。Lessard等对肉仔鸡分别饲喂不同VA浓度(400、1500或15000IU/g)的日粮,结果表明,采食含15000IU/kgVA日粮鸡的脾淋巴细胞对由ConA与PWM刺激引起的增殖反应明显强于采食含1500与15000 IU/kgVA日粮的鸡,3组鸡对PHA刺激引起的增殖反应无差异,采食含15000U/kgVA日粮的鸡对PHA刺激引起的趾间皮肤肿胀反应明显强于采食含400IU/kgVA日粮的鸡(P<O.05),他们认为采食缺乏VA日粮鸡形成Th2型免疫反应(产生细胞因子以协助激发抗体产生),而采食高VA日粮鸡形成Th1,型免疫反应(产生干扰素-γ以增强细胞毒性及炎症反应)。这与Carman和Hayes、Weidermann等及Cantoma等所报道的动物缺乏VA对其Th1细胞功能增强而Th2细胞功能受抑的结果相反。上述差异与各研究者所设计的日粮VA添加形式与水平、VA的添加期、分裂原类型、试验动物的种类及生理状态、淋巴细胞来源与组成的不同有关,McWhinney和Bailey的体内外试验均表明,给新生小公鸡日粮添加O.04%的β-胡萝卜素或角黄素,可降低其法氏囊淋巴细胞的转化反应。Lessard等还发现,肉仔鸡日粮的VA浓度不影响其自然杀伤细胞的细跑毒性;而Bowman等对缺VA小鼠的研究却表明,其自然杀伤细胞活性降低。Zhao等还发现,缺乏VA大鼠的自然杀伤细胞数量减少。Va一方面可抑制干扰素的产生,而干扰素又可提高自然杀伤细胞的杀伤力;另一方面视黄酸又可通过改变细胞表面的结构来增加细胞表面受体的表达,从而增强自然杀伤细胞的活性。VA对自然杀伤细胞的作用效果还可能与动物的种类有关,其净效果有待进一步研究确定。
Bendich和Shapiro对大鼠的研究表明,日粮添加0.2%的β-胡萝卜素可提高由ConA刺激引起的淋巴细胞增殖;添加相同量的角黄素可增强由脂多糖(LPS)刺激引起的淋巴细胞增殖。由于角黄素无VA原功能,因而类胡萝卜素的免疫促进作用可能是由于它本身,而不是转化成VA才发挥其作用的。
2.2.1.2体液免疫
动物缺乏VA与类胡萝卜素对其抗体应答反应下降,随着缺乏时间的延长,反应减弱现象更为严重。Kizaki等[41]报道,体外向牛单核白细胞培养液中添加13-顺-视黄酸,可提高由PWM刺激引起的多克隆lgM产生量,而无PWM刺激时则无此作用。Nonnecke等向牛单核白细胞培养液中添加10-8mol/L的I3-顺-视黄酸,提高了由PWM刺激引起的多克隆lgM分泌量。Franklin等连续7日给奶牛肌肉注射不同水平(100、200或400mg/d)的13-顺-视黄酸,虽提高了牛血浆与单核白细胞的视黄酸浓度,并未影响其血清lgG与lgM浓度及外周血单核白细胞于体外的lgM分泌量;而直接向外周血单核白细胞培养液中添加10-8mol/L的13-顺-视黄酸,可提高多克隆lgM的分泌量。Nonnecke等向非妊娠母牛(本身血浆中9,13-二-顺-视黄酸浓度较低)分离的外周血单核白细胞培养液中添加不同浓度的9,13-二-顺-视黄酸(0、10-10、10-9、10-8、10-7或10-6mol/L),并未影响单核白细胞在无PWM和卵清蛋白、PWM和(或)卵清蛋白刺激条件下的抗体(lgM与lgG)生成量。这可能是由于9,13-二-顺-视黄酸与细胞的视黄酸结合蛋白的结合力较低的缘故。Franklin等报道,对犊牛所吮乳中添加15000或300IU/d的VA,均末影响其血清中lgM与IgG浓度。Rajaraman等对初生犊牛做如下处理,对照组采食正常的初乳与常乳,试验组采食添加椰子油的脱脂初乳与常乳,以研究脂溶性维生素(VA、β-胡萝卜素、维生素E与维生素D)对犊牛免疫功能的影响。结果表明,对照组犊牛血清中脂溶性维生素浓度明显高于试验组(P<0.05),但两组犊牛血清中lgG,浓度与血液单核白细胞分泌多克隆lgM的数量无明显差异。这可能是由于犊牛肝或脂肪组织中贮存的脂溶性维生素在较短试验期内可满足免疫细胞的需要量。
McLaren与Chandra曾先后报道,兔与猪缺乏VA时可降低其血清对特异性抗原刺激的抗体反应。Blair等对体重为lOkg仔猪日粮分别添加NRC(1988)推荐量的1、10或100倍的VA或β-胡萝卜素,均未影响猪血浆中抗大肠杆菌与传染性胃肠炎的抗体反应。
Friedman等报道,采食VA含量门(1000mg/kg)较高日粮的鸡在大肠杆菌接种以后8天及整个试验期内的血清抗体滴度明显高于采食VA含量不足日粮的鸡(P<0.01)。王丹莉和罗兰给肉仔鸡日粮添加10000或20000IU的VA,结果采食添加20000IU
VA日粮鸡抗新城疫病毒的体液免疫反应明显强于采食添加10000IUVA组。Sklan等给21~39日粮幼鸡日粮分别补加0、0.8325、1.50、3.33、6.66与13.2μg/g的VA,结果随日粮补加VA量的增加直至6.66μg/gr的VA鸡血清中由β-酪蛋白免疫引起的抗体生成量呈曲线增加。Tengerdy等给鸡日粮添加6000OIU/kg的VA,可明显提高其血清抗大肠杆菌的滴度。McWhinney等报道,给小公鸡饲喂含0.03%β-胡萝卜素或角黄素的日粮,可明显提高其对新城疫病毒的抗体滴度。Coskun等对产蛋鸡饲喂不同水平VA(分别为0、4000、12000IU/kg)的日粮,结果鸡血清中抗新城疫病毒的抗体滴度未受日粮VA水平的影响。不过总的来看,采食未添加VA组的抗体滴度较高,各组鸡后代的血清抗体滴度亦无差异。他们认为,采食以玉米、小麦、大豆饼、向日葵为基础的日粮在通常条件下可满足鸡对VA的需要量,没必要过量添加。锡林对内仔鸡日粮分别添加0、5400或35000IU/kg的VA,于21日龄时用新城疫疫苗进行滴鼻免疫,各处理组间的抗体滴度无明显差异。Lessard等对内仔鸡分别饲喂不同VA浓度(400、1500或15000IU/kg)的日粮,结果表明,采食含400IU/kgVA日粮鸡对新城疫病毒的抗体滴度明显高于采食含1500与15000IU/kgVA日粮的鸡(P<O.0001),而后两组间无显著差异。Okotie-Eboh给鸡日粮分别添加0.01%与0.02%的β-胡萝卜素或角黄素,均末影响其抗传染性法氏囊的抗体滴度。Tengerdy等给鸡日粮添加0.5mg/kg的β胡萝卜素,未影响其血清中抗大肠杆菌的抗体滴度。Haq等对单冠白菜航母鸡日粮分别添加0.02%的β-胡萝卜素、角黄素或黄体素,均末有效提高其后代鸡血清中抗新城疫病毒的滴度。类胡萝卜素对鸡抗体滴度的不同作用效果,主要与不同研究者所用抗原类型、接种方法、测定抗体滴度方法的不同有关。
Kinoshita和Ross、Pasatiempo等对缺乏VA大鼠的研究均表明,其合成特异性抗体的功能受抑。Wiedermann等报道,大鼠缺乏VA时,其粘膜对霍乱毒素疫苗的抗体反应受到抑制。Puengtomwatanakul和Sirisinha还发现,大鼠缺乏VA时,其胆汁中分泌的lgA明显减少。而Stephensen等报道,小鼠缺乏VA时,尽管明显降低了其唾液腺中抗A型流感病毒的lgA反应,但唾液腺中总lgA浓度却明显提高了。Gangopadhyay等还发现,小鼠缺乏VA时,其唾液腺中转运IgA的聚免疫球蛋白受体的mRNA表达量较未缺乏VA的对照组提高了。Sarkar等认为,肠道与唾液腺中调节聚免疫球蛋白受体表达的细胞因子数量与类型或聚免疫球蛋白受体表达时对细胞因子的反应存在根本差异。