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大豆抗原蛋白的生物學特性及其對仔豬的過敏反應

發布時間:2014-07-25 15:25  來源:飼料工業   作者:遊金明,王自蕊,   點擊:
        大豆含有豐富的蛋白質和平衡的氨基酸, 是人和畜禽優質的植物性蛋白源( Hancock 等, 2000; Friedman和Brandon, 2001) 。但大豆中含有的多種抗營養因子因幹擾營養物質的消化吸收、破壞正常的新陳代謝和引起不良的生理反應而危害著畜禽( 尤其是幼齡畜禽) 的健康, 因此在很大程度上降低了大豆製品的利用效率。
  大豆抗原作為大豆中的主要抗營養因子之一, 是大豆中能引起畜禽過敏反應的一類蛋白質, 其主要包括: 大豆疏水蛋白、大豆殼蛋白、大豆抑製蛋白、大豆空泡蛋白、大豆球蛋白( glycinin) 和β- 大豆伴球蛋白( β- conglycinin) 等。自Duke( 1934) 首次發現大豆蛋白可引起嬰兒腹瀉、虛脫和腸道炎症反應以來, 人們對大豆蛋白的研究從未間斷, 現已從嬰幼兒、仔豬和犢牛對大豆蛋白的過敏反應現象逐漸深入到大豆抗原蛋白的致過敏機理研究。本文從大豆抗原蛋白的生物學特性、對仔豬的影響、致敏機理以及加工對其免疫活性的影響等多個方麵對大豆抗原蛋白的研究現狀和進展進行簡要的綜述。
  
1 大豆抗原蛋白的種類、結構及其生物學特性
        大豆中的抗原蛋白有很多, 目前已被確認的有21 種(Wilson 等, 2005) 。根據以蛋白質沉降係數為基礎的超速離心分類法, 大豆蛋白分為4 個組分, 即2S、7S、11S 和15S。其中11S 組分為大豆球蛋白, 占大豆可浸出蛋白總量的33%; 15S 組分為多聚體glycinin, 占大豆可浸出蛋白總量的10%; 2S 組分占大豆可浸出蛋白總量的20%, 主要包括胰蛋白酶抑製因子和細胞色素; 其餘部分為7S 組分, 主要含大豆伴球蛋白( conglycinin) 、α- 澱粉酶、脂肪氧化酶和凝集素( 趙威祺, 2003) 。Catsimpoolas 和Ekenstam( 1969) 用免疫電泳法將conglycinin 分離並鑒定為α- conglycinin、β-conglycinin 和γ- conglycinin 三種大豆伴球蛋白。目前研究較多的大豆抗原主要有大豆glycinin 和β- conglycinin兩種球蛋白。
  
1.1 Glycinin
        大豆glycinin( 11S) 是大豆中的一種主要貯藏蛋白, 也是大豆蛋白中最大的單體成分, 占大豆籽實總蛋白的19.5%~23.1%(Mujoo 等, 2003) 和總球蛋白的40.0%( 李德發, 2003) 。Glycinin 是相對分子量為320~360 kDa 的六聚體, 其單聚體亞基的結構形式為A- SS-B。其中A 為酸性多肽, B 為堿性多肽, A 和B 的分子量分別為34~44 kDa 和20 kDa。S- S 是一個二硫鍵, 它將A 和B 連接起來, 分別標示為A1aB2、A1bB1b、A2B1a、A3B4 和A5B3 等(Maruyama 等, 1998) 。Glycinin 在構型上為兩個環狀六角形結構, 每個環上含6 個亞基, 分別以酸性和堿性亞基形式交互形成穩定結構,12 個亞基組成了兩個相同的六角形結構, 形成中空的扁圓柱。兩個六角形間的結合由靜電或氫鍵作用維係。六角環內是亞基之間的相互作用, 酸性亞基和堿性亞基交互排列, 各酸性亞基之間和堿性亞基之間均具有很高的同源性( Staswick 等, 1981) 。
  Glycinin 酸性亞基和堿性亞基的等電點分別為4.80~5.50 和6.50~8.50。Glycinin 含有較多的含硫氨基酸, 一些化學試劑( 如尿素、強酸、強堿、十二磺基硫酸鈉、巰基乙醇、硫化鈉和亞硒酸鈉等) 可打斷其二硫鍵, 從而改變glycinin 的四級結構, 並增加其溶解度(Awazuhara 等, 2002)。溫度對glycinin 的結構和溶解性也有較大影響, 冷凍幹燥和低溫貯存將降低glycinin的溶解度, 而加熱則增加其黏度, 形成預凝膠, 並在冷卻後形成凝膠。Glycinin 溶液在低溫貯存時還會發生二硫鍵聚合現象, 形成不溶的沉澱或大小不同( 14~22S) 的聚合體( 周瑞寶和周兵, 1998) 。
  
1.2 β- conglycinin
        β- conglycinin 也是大豆中的一種主要貯藏蛋白,占大豆籽實總蛋白的10.0%~12.7%和總球蛋白的30.0%(Mujoo 等, 2003)。不過, β- conglycinin 比glycinin含有更多的糖基( 3.8%甘露糖和1.2%氨基葡萄糖) 。因此, β- conglycinin 是一類糖基化蛋白質( 張雪梅和郭順堂, 2003) 。Catsimpoolas 和Ekenstam( 1969) 用免疫電泳方法將conglycinin 分為α- conglycinin、β- conglycinin和γ- conglycinin, 其中α- conglycinin 是具有酶活性的2S 蛋白質組分; β- conglycinin 和γ- conglycinin則不具有酶的活性, 在中性環境和離子強度為0.05~0.10 的條件下, 可將β- conglycinin 和γ- conglycinin 分開。β- conglycinin 由α、α' 和β三種亞基組成, 三種亞基的分子量分別為58~77、58~83 和42~53 kDa(Thanh和Shibasaki, 1977;Maruyama 等, 2003;Mujoo 等, 2003)。α、α' 和β亞基的等電點分別為4.90、5.18 和5.66~6.00(Lei 和Reeck, 1987) 。在β- conglycinin 空間結構中, α- 螺旋、β- 折疊和不規則結構分別占5%、35%和60%。β- conglycinin 的穩定性比glycinin 差, 其在離子強度變化時不穩定, 常發生聚合或離析作用。在高離子強度下, β- conglycinin 存在一個7S 沉降係數; 在低離子強度下, β- conglycinin 可聚合成9~10S 蛋白。鹽可促進β- conglycinin 凝膠的形成。除Na2CO3 外, 所有的水合鹽均可增加β- conglycinin 的熱穩定性。β-conglycinin 的三個亞基都富含天冬氨酸/天門冬酰胺、穀氨酸/穀氨酰胺、亮氨酸和精氨酸, 其中α和α' 亞基的氨基酸組成非常相似, 二者均含有少量的蛋氨酸但缺乏胱氨酸, 而β亞基則不含蛋氨酸。三個亞基的熱穩定性順序為: β>α'>α(Maruyama 等, 2003)。
  作為大豆的主要球蛋白, glycinin 和β- conglycinin提供了大豆食品和飼料中總蛋白65%~80%的蛋白質( Thanh 等, 1976; sission 等, 1982) 。但是, glycinin、α-conglycinin、β- conglycinin 和γ- conglycinin 都具有免疫原性, 都能不同程度地導致仔豬的過敏反應, 尤其以glycinin 和β- conglycinin 的免疫原性最強。不過,導致過敏反應的具有抗原活性的大豆glycinin 和β-conglycinin 隻占其中很少一部分。大豆製品中究竟有多少glycinin 和β- conglycinin 具有抗原活性, 實際上與其加工工藝密切相關。
  
2 大豆抗原蛋白對仔豬的影響
        大量的研究發現, 包括大豆蛋白在內的日糧抗原過敏反應是造成仔豬腸道功能變化的主要原因, 且與腹瀉的發生有著密切的關係。Glycinin 和β- conglycinin作為大豆中的兩種最重要的抗原蛋白, 主要引起仔豬的過敏反應。當仔豬采食含大豆蛋白的日糧後, 大部分Glycinin 和β- conglycinin 被降解為肽和氨基酸。由於仔豬腸道發育不成熟, 少部分glycinin 和β- conglycinin 穿過小腸上皮細胞間或上皮細胞內的空隙完整地進入血液和淋巴, 刺激腸道免疫組織, 產生包括特異性抗原抗體反應和T 淋巴細胞介導的遲發性過敏反應, 前者刺激肥大細胞釋放組胺, 引起上皮細胞通透性增加和黏膜水腫, 後者主要引起腸道形態變化, 並表現為: 小腸絨毛萎縮、脫落, 隱窩細胞增生( Li 等, 1990) , 血清中大豆抗原特異性抗體滴度升高( Li, 1991) , 結果導致消化吸收障礙、生長受阻和過敏性腹瀉的發生。
  
2.1 大豆抗原蛋白對仔豬免疫係統的影響
        仔豬采食日糧抗原後, 大部分蛋白質和碳水化合物等大分子物質在消化酶的作用下被消化成沒有抗原性的小分子物質, 但仍有一小部分以完整的大分子形式通過腸上皮細胞間的空隙進入血液和淋巴, 這些具有抗原活性的大分子物質刺激機體產生分泌型IgA( Swarbrick, 1979) 、血清IgA(Kilshaw 和Sissons, 1979)及血清IgE(Barratt 等, 1978) 。分泌型IgA 在機體對日糧抗原的免疫耐受性和免疫排斥中起主要作用。血清IgA 能和吸收的抗原特異性結合形成IgA- 抗原複合物, 這種複合物很快被肝膽係統清除( Russel 等,1982) 。血清IgE 和IgM能中和被吸收進血液中的抗原, 中和後形成的抗原抗體複合物, 引起機體免疫損傷, 其中IgE 是日糧抗原引起免疫損傷的主要抗體。IgE 具有親細胞性, 其Fc 片段與組織中肥大細胞上的Fc 受體結合, 從而使機體處於致敏狀態。當日糧抗原再次進入機體後, 抗原與結合在肥大細胞上的IgE 結合, 使肥大細胞釋放組胺等細胞介質, 釋放的速度在結合後的15 min 達到高峰, 釋放的時間可持續1 h( Stokes 等, 1986) 。從而引起血漿蛋白質漏入腸腔、腸黏膜水腫、杯狀細胞黏液滲出及腸道對水和電解質吸收不良。

(責任編輯:馬立周)

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