大豆抗原蛋白的研究进展

收稿日期:2008211207

于春艳,女,1981年生,硕士研究生,研究方向:饲料资源开发与利用。

大豆抗原蛋白的研究进展

于春艳　田　河　刘　军

(辽宁省沈阳农业大学畜牧兽医学院,沈阳110161)

摘要　对大豆抗原的组成、抗营养作用、作用机制,对仔猪产生的影响、加工处理方法作一综述,以期为利用大豆作为畜禽饲料提供一个有益的参考。

关键词　大豆抗原蛋白;大豆球蛋白(11S );β2伴球蛋白(7S );断奶仔猪;腹泻

大豆是最优秀的植物性蛋白原料,具有极高的营养价值,而且种植广泛,价格相对低廉,是养猪生产不可缺少的蛋白质来源。但在断奶日粮中应用大豆及其加工产品经常会引起断奶仔猪发生消化异常甚至腹泻。本文就大豆抗原的组成、抗营养作用、作用机制,对仔猪产生的影响、加工处理方法作一综述,为利用大豆作为畜禽饲料提供一个有益的参考。1　大豆蛋白的抗原组成

按离心沉降和免疫学方法可将大豆蛋白分为11S 球蛋白(大豆球蛋白)和7S 球蛋白(

β和γ伴球蛋白),其中大豆球蛋白和β2伴球蛋白约占大豆蛋白70%,它们是大豆蛋白质的主要功能性成分。Cas 2timpools 等从大豆种子中分离鉴别出4种球蛋白,

包括球蛋白、α2伴球蛋白、β2伴球蛋白和γ2伴球蛋白,并证明它们是大豆蛋白中主要的抗原成分[122]。

大豆球蛋白是大豆中的主要储藏蛋白,是一个四聚体蛋白,分子质量在350～360kDa ,具有3000

个氨基酸残基。由6对相同的蛋白亚基构成,每对亚基的分子质量约60kDa 由一个酸性A 肽链(35～40kDa )和一个碱性B 肽链(22kDa )通过二硫键连接而成[325]。大多数A 肽链能引起致敏反应。球蛋白的亚基表现出多态现象,可分为五种,根

据氨基酸顺序的相似性,五种亚基可分为两组,即组Ⅰ(A 1a B 2,A 1b B 1b ,A 2B 1a )和组Ⅱ(A 3B 4,A 5A 4B 3)[629]。天然状态下的11S 组分蛋白质分子结构十分紧密,不容易被酶所催化水解。醇能促进球蛋白的解离,其作用能力在一定范围之内,随脂肪醇链长度增加而增加。

β2伴球蛋白是7S 组分中的主要成分,又称7S 球蛋白,约占大豆中蛋白质总量的20%～30%,为一个三聚体蛋白,分子质量在150～175kDa 之间,由α、α′、β3个亚基组成,分子质量分别为76kDa 、72kDa 、53kDa [10]。目前研究表明有十种存在形

式,其中有六种已被鉴定出来,被称为B 12B 6,分别为αβ1、αβ2、αα′β、α2β、αα2、α3。

β2伴球蛋白是亚基都含氨基葡糖和甘露糖残基的糖基化蛋白,可低温溶

解,这是7S 球蛋白和11S 球蛋白间最典型的差别所在(11S 球白内不包含碳水化合物),在适宜的纯化条下,p H 4.8时可获得β2伴大豆球蛋白沉淀物[11]。目前认为,β2伴球蛋白含量可作为大豆蛋白营养价

值的评判指标之一。2　大豆抗原蛋白的抗营养作用

大豆抗原蛋白的抗营养作用主要有:①降低饲

料蛋白质的利用率;②

由于活化免疫系统而提高了维持需要;③增加内源蛋白质的分泌,导致粪氮增加;④有些敏感动物会出现过敏反应,导致腹泻、生产性能下降甚至死亡[12]。长期以来,人们对仔猪断奶腹泻的原因进行了

深入研究,早期的研究集中于病源微生物上,研究表明病原微生物不是仔猪断奶腹泻的原发病因[13214]。轮状病毒的感染部位与断奶仔猪的肠道损伤的部位不同,大肠杆菌感染不会造成肠道形态学变化,而腹

泻仔猪往往伴随肠粘膜的组织学变化。

大量研究证实,断奶仔猪的肠道损伤是由于日粮抗原的过敏反应引起的,断奶日粮中大豆抗原引起的短暂过敏反应是仔猪断奶腹泻的决定因素。Risley等、Hamp son等、Li研究表明大豆抗原引起的免疫反应可造成肠道损伤,主要表现在小肠绒毛萎缩和隐窝细胞增生[15217]。Dureau等进一步证明,仔猪对大豆抗原的超敏性与仔猪小肠内皮细胞发生细胞免疫应答而造成小肠绒毛损伤有关。孙泽威等进一步地阐明了大豆抗原蛋白对犊牛的抗营养作用,即大豆抗原蛋白可引起犊牛肠道组织结构变化,从而降低了肠道吸收能力,导致犊牛腹泻、消化率降低和生产性能下降[18]。

3　大豆中主要抗原蛋白致敏机理的研究

,大部分大分子物质、蛋白质和碳水化合物被消化成不能引起免疫反应的小分子物质,不到0.02%的大分子物质被原样吸收进入循环系统,刺激机体的免疫系统产生免疫应答即产生分泌型IgA,血清型IgA、IgM、Ig G、IgE。大豆抗原进入动物体内主要引起的过敏反应有两种,即Ⅰ型变态反应和Ⅲ型变态反应。IgE是日粮抗原引起免疫损伤的主要抗体,IgE的Fc段可与组织中肥大细胞上的Fc受体结合,从而使机体致敏.当大豆抗原再次进入机体后,抗原与结合在肥大细胞上的IgE结合而导致组织胺的快速释放,释放的速度在15min时达到高峰,释放的时间可持续1h,这就是IgE引发的Ⅰ型变态反应。其结果导致血浆中蛋白质漏入肠腔、肠黏膜水肿、杯状细胞渗出黏液及对液体和电解质吸收不良。但是IgE引起的损伤不改变小肠绒毛的结构。IgA对阻止大豆抗原入侵及对已入侵的大豆抗原清除具有至关重要的作用,血清型IgA和分泌型IgA具有互补作用。而黏膜中产生的IgM也可释放到肠腔中,在IgA缺陷的个体中发挥黏膜免疫效应。Ig G在黏膜部位的合成量很小,并且不能通过上皮细胞,因此在黏膜免疫系统中只起一般的作用。但是,穿过肠壁进入循环的大豆抗原可刺激全身的淋巴结,产生较多的Ig G。循环中的Ig G2抗原复合物和IgM2抗原复合物可沉积在肠壁组织内,通过激活补体系统(可能以Ig GⅠ型抗体为主),释放出过敏毒素和血管通透性增强因子;抗原

抗体复合物还可粘附于血小板上,促使活性胺的释放,或吸引嗜中性粒细胞并被它所吞噬。由嗜中性粒细胞释放出各种蛋白水解酶,引起组织损伤,即Ⅲ型变态反应。可见,Ⅲ型变态反应可以引起小肠绒毛结构的改变,但不引起隐窝增生,Ⅰ型变态反应可以促进Ⅲ型变态反应。

研究表明,饲粮抗原可引起仔猪发生细胞介导的超敏反应(即迟发性超敏反应或Ⅳ型超敏反应)[19]。但是Li研究认为无论血液淋巴细胞还是肠道淋巴细胞对纯化的大豆蛋白质(抗原)均无增殖反应,但却发现腹泻仔猪血液中含有高水平的抗大豆蛋白抗体(主要是Ig G),因此认为大豆抗原引起仔猪发生免疫复合物介导的超敏反应(即Ⅲ型超敏反应)[20]。一般认为几种(即复合型)超敏反应在断奶仔猪采食大豆蛋白时同时发生。Tizard[21]认为,绝大多数自然条件下发生的超敏反应性疾病是由几种不同的免疫损伤机制共同造成的,细胞介导的超敏反应是一种常见的致病机制,但很少是疾病的主要机制,更不可能是疾病的唯一机制。因此,大豆抗原进入肠壁后可能引起几种超敏反应的发生。

4　对仔猪产生的影响

肠道形态学的改变进而引起功能上的改变,双糖酶数量和活性下降,肠道吸收机能降低,仔猪因此发生腹泻和生长受阻。Stokes用生大豆饲喂3周龄断奶仔猪,5d后发生过敏反应,13d后消失,木糖吸收试验的小肠组织学研究结果与之一致,表明过敏期达8d。而过敏高峰期在断奶后2周左右,过敏期可能持续更长,同时发现给未断奶仔猪饲喂含大豆蛋白日粮也会导致肠道损伤而腹泻[22]。Hep2 pell研究表明大豆抗原造成仔猪小肠绒毛结构损伤,肠刷状缘酶活性下降,营养物质的吸收能力降低[23]。Newby[19]等总结了大量文献,提出了“日粮抗原的过敏反应是断奶仔猪腹泻的先决条件”的理论,后来的许多研究进一步证明了这种观点。陈代文等、董国忠等、Keylly等、Dunsford等的研究表明,仔猪肠道对日粮抗原过敏从而导致肠道损伤是仔猪断奶后腹泻和生长发育受阻的一项主要原因[24227]。

Li、Friessen研究认为大豆中的大豆球蛋白和β2伴大豆球蛋白是引起仔猪发生超敏反应的抗原物质[28229]。Li发现给7日龄的仔猪灌服大豆蛋白提