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日期20020619名称营养对免疫功能的影响
副类别营养与免疫类别饲料转化
正文数据来源 营养对免疫功能的影响
营养影响到组织的组成结构、生化代谢和生理功能。因此,营养不良或过量均影响免疫系统的发育及其功能的发挥,改变免疫力,降低防御疾病的能力,如表2-85所示。合理的营养可视为一种间接的防疫手段。探讨营养状况对免疫功能的影响,必须考虑到免疫细胞、免疫细胞亚群、白介素、干扰素、补体等及免疫反应所涉及组织器官、细胞和分子的复杂性和异质性。 (一)蛋白质、能量营养与免疫功能
蛋白质、能量营养不良导致胸腺萎缩,迟发型皮肤超敏反应降低,T细胞特别是辅助性T细胞数量减少,淋巴细胞对丝裂原的反应性降低,胸腺素活性降低,分泌型免疫球蛋白IgA抗体反应功能损伤,抗体亲合力下降,补体浓度和活力降低以及吞噬细胞功能异常。
微量营养素与免疫系统功能
1.日粮能量水平对动物免疫反应的影响能量摄人不足,对动物免疫反应的影响与动物的年龄有关。Weindruch等(1983)的研究表明,低能量(为正常对照的60%) 日粮组小鼠,淋巴细胞对丝裂原的反应性在断奶前后显著降低,而在20~22月龄小鼠的情况完全相反,从断奶开始一直限制采食能量,与对照组相比,显著增强动物的免疫反应,特别是淋巴细胞对丝裂原的反应性和空斑形成细胞反应性(简称PFC反应性)显著增强,能量限制显著降低14~15月龄或30~33月龄小鼠的自然杀伤细胞(NK细胞)活力。然而,注射能增强NK细胞活性的多聚肌苷酸、多聚胞苷酸,限饲组小鼠NK细胞应答反应性比对照组高。组织学分析还表明限食能量导致胸腺皮质髓质的比例升高。 能量摄人过多会导致肥胖。肥胖改变免疫系统细胞的结构、功能以及免疫反应的微环境。Chandra(1987)用遗传性肥胖小鼠的研究表明,肥胖小鼠与正常组对照相比,胸腺和脾脏重量显著降低,单核细胞数量减少,对注射绵羊红细胞(SRBC)免疫应答反应降低。若以百分比计,间接PFC反应降低,而以每106单核脾细胞计算,情况则相反,肥胖小鼠每106细胞产生直接空斑401±43和间接空斑439±5l,而正常小鼠每106细胞产生直接空斑296±27和间接空斑348上37。可以看出,肥胖小鼠降低PFC反应主要由于PFC数量减少。 2.日粮蛋白质水平对免疫功能的影响日粮蛋白质缺乏,致使畜禽淋巴器官发育缓慢,胸腺、脾脏重量减轻;淋巴组织器官中淋巴细胞数也减少,外周巨噬细胞数量和吞噬细胞吞噬活力也显著降低。淋巴细胞对丝裂原的反应性降低。不仅细胞免疫而且体液免疫能力也下降,从而机体对传染病的抵抗力降低。对于哺乳动物,母畜的蛋白质营养不足则影响泌乳力以及乳的品质,乳中蛋白质含量尤其是初乳中免疫球蛋白的含量影响幼畜的免疫抗病力。 蛋白质营养,实际上是氨基酸营养。因此,氨基酸的营养不良,影响免疫机能。Cood(1991)报道,赖氨酸缺乏并不降低动物机体的免疫应答反应;保证动物机体有最强免疫力,对蛋氨酸的需要量超过最快生长的需要量,而且补充胆碱和半胱氨酸不能降低免疫反应对蛋氨酸的需要量,只降低生长对蛋氨酸的需要量。淋巴细胞是蛋氨酸的营养缺陷型细胞,其不能利用同型半胱氨酸和胆碱合成蛋氨酸,而肌细胞则相反。苏氨酸是免疫球蛋白分子中一种主要的氨基酸。因此,苏氨酸缺乏,会导致免疫球蛋白水平降低。缬氨酸缺乏,降低雏鸡接种新城疫病毒抗体效价。缬氨酸和亮氨酸同时缺乏,增加小鼠对沙门氏菌的易感染性。高剂量亮氨酸饲喂蛋白质缺乏大鼠,导致体液免疫功能降低的作用可通过补加缬氨酸和异亮氨酸克服。色氨酸缺乏,大鼠的细胞介导免疫无变化,注射异源红细胞后抗体的凝集效价降低,IgM和IgG水平下降。 (二)脂肪营养与免疫功能
淋巴细胞在接触丝裂原前,其细胞膜卵磷脂脂酰基含软脂酸和油酸较多,在接触丝裂原后其细胞膜酰基不饱和脂肪酸(亚油酸和花生四烯酸)增加,多烯酸(亚油酸和花生四烯酸)与饱和脂肪酸比值为丝裂原处理前的2倍。另外,当淋巴细胞细胞膜磷脂连续甲基化,细胞膜内活性位置转移到胞膜外。在植物凝血素、免疫球蛋白及趋化性肽类结合到淋巴细胞膜,激活甲基转移酶的同时膜密度降低。磷脂甲基化生成花生四烯酸、卵磷脂和前列腺素,使信息传递更容易,同时免疫细胞内合成环腺嘌吟单核苷酸(cAMP)并释放组胺,淋巴细胞发生有丝分裂,中性粒细胞呈现出趋化性。淋巴细胞在丝裂原作用下增殖的同时,细胞膜磷脂周转加快。日粮中脂肪显著影响淋巴细胞膜卵磷脂和磷脂酰乙醇胺脂酰基中脂肪酸组成。 体外培养淋巴细胞时,补充亚油酸、花生四烯酸则因不同浓度而表现促进或抑制淋巴细胞对丝裂原的应答反应;饱和脂肪酸无上述效应。不饱和脂肪酸不影响体外吞噬细胞的杀菌活性,高浓度不饱和脂肪酸仅中等程度降低吞噬活性和趋化特性,高浓度饱和脂肪酸完全抑制趋化特性、中等程度抑制吞噬活性和杀菌活性。 高脂肪日粮降低雏鸡对肺炎球菌感染的抵抗力。高浓度不饱和脂肪酸抑制淋巴细胞增殖,而在低浓度或缺乏时淋巴细胞增殖加强。另外,多不饱和脂肪酸也阻滞皮肤同种异体移植的排斥反应。必需脂肪酸缺乏,降低迟发型超敏反应,T细胞免疫功能降低,初次、二次接触T细胞依赖性抗原和非T细胞依赖性抗原血清的相应抗体水平均降低。胆固醇及其氧化产物降低机体免疫力。 (三)维生素营养与免疫功能
1.脂溶性维生素维生素A(VA)和维生素E(VE)对维持细胞结构的完整和功能的正常是必需的。维生素A和维生素E的营养不良或缺乏毫无疑问地导致畜禽免疫系统组织、器官、细胞结构及其内部代谢的异常。免疫器官发育不良,免疫细胞数量减少及功能低下,免疫应答反应能力减弱,抗体生成能力减少。 维生素E不仅作为细胞内抗氧化剂稳定多不饱和脂肪酸以及合成与分解代谢的中间产物不被氧化破坏,而且影响花生四烯酸的代谢和前列腺素(PGE)的功能。免疫保护作用与前列腺素水平直接相关,E一前列腺素干扰免疫系统的功能,诸如淋巴细胞的活力,淋巴细胞的增殖以及巨噬细胞的一系列功能。维生素E通过抑制前列腺素-2和皮质酮的生物合成促进体液、细胞免疫和细胞吞噬作用以及提高IL-2含量来增强机体的整体免疫机能。维生素E对免疫的促进作用具有显著剂量效应关系。 β-胡萝卜素除了作为维生素A前体物外,还能捕获单线态氧和自由基,保护细胞膜免遭氧化破坏。与维生素E及β-胡萝卜素相比,维生素A的抗氧化能力很弱,不能灭活单线态氧。β-胡萝卜素增强细胞色素氧化酶和过氧化物酶活力,或许表明巨噬细胞有更强的呼吸活性。Tengerdy等(1990)报道,给鸡大量毒性很强的大肠杆菌,β-胡萝卜素不如维生素E和维生素A能有效减少死亡率,也不能增加凝集素抗体产量,β-胡萝卜素与维生素E联合使用的效果明显得多。 日粮中维生素A和维生素E含量同时过高对免疫机能无益,因为高剂量维生素A会妨碍器官组织中维生素E的沉积,特别是在脾脏。维生素A提高PGEl产量,但对PGE2产量无影响:当日粮维生素E与维生素A含量同时很高时,PGE1产量下降,而PGE2产量上升。 淋巴细胞和单核细胞是1,25-(OH) 2D3的靶细胞,维生素D可调节两类细胞的增殖与分化以及由免疫器官向血液转移。通过调节白细胞介素1、2和3、γ-干扰素、α-肿瘤坏死因子以及免疫球蛋白修饰免疫反应。 2.水溶性维生素维生素C参与细胞电子传递、一些氨基酸氧化代谢、金属离子代谢、肉毒碱的生物合成以及B族维生素正常生理功能的发挥等生理活动。维生素C在抑制细胞内外的自由基反应方面起着重要的作用,维持免疫系统结构和功能的完整性。白细胞中维生素C含量大约是血清中的150倍。嗜中性白细胞和单核细胞中维生素C含量均很高。维生素C的这些功能与机体免疫有密切关系。维生素C增强嗜中性白细胞的趋化药性。维生素C缺乏抑制细胞免疫反应和杀菌力,但不影响抗体产量。维生素C限制肾上腺类固醇激素的过多生成,从而促进免疫。 缺乏维生素C,仔火鸡胸腺、法氏囊严重萎缩,脾脏轻度萎缩。补充维生素C促进淋巴细胞转移,减轻因血液中皮质酮水平升高对饥饿和笼养造成鸡应激的不利影响,保持异嗜细胞/淋巴细胞比值恒定,促进干扰素的生物合成,提高接种新城疫疫苗鸡抗体效价,增强鸭血液杀菌能力、溶菌酶活性和补体活力。另外,维生素C还抑制胃内N一亚硝基化合物形成,增强机体对肿瘤监视并减少癌症发生;减少因紫外线照射皮肤癌发病率,但对其他癌症(如膀胱癌)无抑制作用。维生素C还显著改善可的松导致的免疫抑制。补充维生素C可显著提高鸡对传染性支气管病、马立克病等疾病的抵抗力。 叶酸严重缺乏,迅速降低胸腺重量和胸腺细胞数量,总淋巴细胞数量以及抑制性T细胞比例和数量也降低,辅渤性T细胞比例大受影响,脾脏T细胞比例略有降低而且功能发生变化,总淋巴细胞比例略有降低。叶酸中等程度缺乏,胸腺T细胞比例和数量略有降低,改变脾淋巴细胞对T细胞丝裂原(如植物血细胞凝集素和ConA)的反应性。 维生素B6与很多与免疫有关的营养素,譬如含硫氨基酸、色氨酸、牛磺酸、泛酸、维生素C、微量元素硒和锌等有密切关系,同时还影响与免疫有关的酶,譬如谷胱甘肽过氧化物还原酶、过氧化氢酶等的活性。所以,维生素B6在机体免疫反应中具有重要作用,维生素B6缺乏,则淋巴细胞数量减少,中等程度维生素B6缺乏,降低鸡对注射绵羊红细胞抗体产生高峰期IgM、IgG含量。 核黄素在体内是以辅酶FMN和FAD形式参与氧化还原反应(参见维生素转化)。核黄素缺乏,肝线粒体酯酰CoA脱氢酶以及谷胱甘肽还原(FAD依赖酶)活性降低,使生物膜中不饱和脂肪酸氧化从而影响生物膜完整性,进而影响细胞功能。核黄素还参与维生素C生物合成,FAD是维生素C生物合成过程中最后一步反应催化酶一古洛糖酸内酯氧化酶的辅基。因此,核黄素在机体免疫过程中起重要保障作用。 (四)微量元素营养与免疫功能
微量元素主要通过抗氧化酶系的抗氧化调节免疫机能,在正常状况下体内产生的超氧阴离子(O2-)、过氧化氢(H2O2)被及时清除。但当一些微量元素,如铜、锌缺乏或过量时,会导致O2、H2O2的积累,过量的O2使NO氧化成过氧亚硝酸盐,直接攻击生物膜发生脂质过氧化,导致细胞膜结构和功能发生变化,流动性降低,细胞机能丧失,免疫机能下降。过多的O2,会使脱水酶铁硫中心释放生成Fe2+,攻击DNA链及由此导致DNA链进一步羟化,致使结构破坏和功能丧失;过多H2O2,使铜锌超氧化物歧化酶(CuZn-SOD)活性中心Gu2+形成Cu,Cu和-OH攻击酶邻近组氨酸残基,使许多酶失活;此外,O2、H2O2还使还原型谷胱甘肽(GSH)氧化,生成氧化型谷胱甘肽(GSSG),进而反馈抑制谷胱甘肽过氧化物酶(GSHpx)活性,使机体清除过氧化物机能减弱而发生脂质过氧化。 1.锌锌是胸腺嘧啶核苷激酶和DNA聚合酶的辅助因子。锌还与巨噬细胞膜ATP酶、吞噬细胞中NADPH氧化酶等的活性有关。细胞内的锌浓度对巨噬细胞和嗜中性白细胞的活力起决定性的作用。 锌与细胞膜磷脂部分中的酶和蛋白质中巯基结合构成牢固复合物,以减少细胞膜脂类过氧化作用。锌还是超氧化物歧化酶的辅助因子。在体外,锌具有促进人体外周血单核细胞产生肿瘤坏死因子(tumor necrosis factor,TNF)的作用。 锌缺乏或过多(1.2g/kg),导致0~3周龄肉仔鸡胸腺、脾脏和法氏囊重量显著降低;法氏囊上皮通透性加大,免疫球蛋白渗出。缺锌肉仔鸡的胸腺、脾脏、法氏囊、哈德氏腺、盲肠扁桃体淋巴细胞减少,胸腺皮质萎缩,法氏囊皮质、髓质界限不明显;淋巴细胞膜、线粒体膜受损。缺锌也引起免疫细胞形态结构发生变化。缺锌小鼠巨噬细胞的表层结构趋向简单、丝状片状伪足短而小;细胞内线粒体、微粒体数量减少,粗面内质网肿胀扩张,外周核糖体脱落并脱颗粒,高尔基体萎缩。荧光显微镜下细胞体积缩小,微丝及微管数量、粗细、荧光反应强度及定向排列均改变。 当动物缺锌时,抑制淋巴细胞增殖,降低淋巴细胞对丝裂原和特异性抗原的反应。锌还具有增强天然杀伤细胞(NK细胞)活性和胸腺细胞对ILl增殖作用的反应。 白细胞介素-1(1L-1)、白细胞介素-2(1L-2)和干扰素的生成均依赖锌。补锌可阻止TNF诱导腺嘌呤向胞液过多释放。恢复因TNF导致血管紧张素转化酶、总ATP酶和Ca2+-ATP酶活性降低。锌与脂多糖(LPS)(0.01μg/m1)的协同作用可促进TNF分泌,锌还具有抑制TNF分泌抑制剂(前列腺素PGE2、血浆α-球蛋白等)对TNF分泌的作用。日粮锌还影响骨髓和肝细胞金属硫蛋白基因表达。锌过量抑制补体级联放大。 缺锌改变B细胞的功能,抗体产生减少。通过测定鸡后代的羽毛脱落和抗绵羊红细胞抗体反应表明,单冠白来航母鸡日粮中含锌38mg/kg,对后代具有最佳免疫力和最少羽毛脱落是必需的,而母鸡日粮含锌150mg/kg,则是引起免疫抑制的临界剂量。乳头管上皮的完整性是抗乳腺炎病的第一道屏障,角蛋白的形成需要锌,是覆盖在乳头管表面的一层角蛋白。当角蛋白受损后,则乳腺炎发病率增高。 2.铁铁是机体内许多酶的辅助因子,铁缺乏导致酶活性降低,阻碍生长、影响机体免疫功能。缺铁使机体对微生物易感,补铁提高机体的抵抗力。 铁营养对体液免疫的影响不很明显,Sherman等(1990)报道,严重缺铁不影响血浆IgG水平,但会使IgG水平降低。铁营养缺乏,明显影响细胞免疫功能。铁缺乏导致自然杀伤性细胞(neturalkillercell)NK细胞及腹膜巨噬细胞活力显著降低,干扰素活性及白介素产量均下降。巨噬细胞分泌前列腺素,具有免疫抑制作用。铁营养不良对免疫的影响或许与前列腺素有关,因为缺铁大鼠组织中花生四烯酸浓度比正常低,而花生四烯酸是前列腺素的合成前,体;前列腺素合成途径中的脂肪氧化酶及前列腺内氧化物合成酶是需铁的酶;E型前列腺素(PGE2)也是一种重要的IL-1调节物质。 铁缺乏,肉仔鸡胸腺、脾脏和法氏囊重量显著降低,血液分离淋巴细胞中T淋巴细胞数量减少,淋巴细胞对丝裂原的反应性降低,肉仔鸡初次、二次接种新城疫病毒和马立克氏病病毒疫苗后血清的相应抗体效价降低。 大鼠妊娠和泌乳期缺铁,降低仔鼠巨噬细胞和NK细胞活力,补铁可恢复仔鼠巨噬细胞活力,但不能恢复NK细胞活力。缺铁大鼠腹膜巨噬细胞合成IL-1减少;大鼠和小鼠均显著降低NK细胞活力。 乳铁蛋白是一种与铁结合的蛋白质,存在于许多哺乳动物的奶、唾液、泪、气管和鼻腔分泌物,胰液或其他机体分泌物中,它兼有杀菌和抑菌的功能。 3.铜肉仔鸡缺乏或食用高剂量铜时,均会导致胸腺、脾脏和法氏囊不同程度地萎缩。镜检结果表明,肉仔鸡铜缺乏时,胸腺、脾脏、法氏囊、哈德氏腺和盲肠扁桃体淋巴细胞数量减少,淋巴细胞对丝裂原,如刀豆素(ConA)和革兰氏阴性菌脂多糖(LPS)的反应性降低,肉仔鸡初次、二次接种新城疫病毒和马立克氏病病毒弱毒疫苗后血清的相应抗体效价降低。给肉仔鸡饲喂以玉米、淀粉、葡萄糖和大豆分离蛋白为主的日粮,铜的添加量在1lmg/kg时,有最佳免疫机能和最快增重效果。 大鼠严重缺铜(0.6mg/kg,日粮)单核白细胞相对百分比、总数均比对照(6mg/kg,日粮)高,说明机体通过增加单核细胞数量来补偿其功能降低。断奶大鼠缺铜(含铜0.7mg/kg,日粮)显著降低嗜中性白细胞杀伤白色念球菌的活力;饲喂正常日粮(含铜7mg/kg)后嗜中性白细胞的功能恢复。缺铜大鼠(含铜2.8mg/kg,日粮)的单核细胞合成IL-2减少。绵羊喂低铜日粮后降低多形白细胞吞噬白色念珠菌的能力,而补铜后其吞噬能力显著增强。缺铜大鼠NK细胞功能受到损害。缺铜降低丝裂原对IL-2的诱导。铜可减弱TNF分泌抑制剂(前列腺素E2、血浆α-球蛋白)对TNF分泌的抑制作用。 4.硒硒对免疫的影响主要在以下几个方面: (1)缺硒降低嗜中性白细胞和巨噬细胞谷胱甘肽过氧化物酶活性,使细胞不能及时清除过氧化物而降低免疫细胞活力; (2)硒通过影响谷胱甘肽过氧化物酶活性,进一步调控5-脂氧合酶活性,5-脂氧合酶催化二十碳四烯酸氧化,其氧化产物影响淋巴细胞增殖; (3)硒在胸腺、脾脏、血浆中主要存在形式不是谷胱甘肽过氧化物酶而是其他硒蛋白。当动物缺硒时,谷胱甘肽过氧化物酶中硒释放出来,重新分配到其他硒蛋白中去。日粮硒不但优先供给免疫系统,而且因不同情况在免疫系统内各组织及同一器官不同部位分配也有先后顺序; (4)硒通过激活NK细胞和靶细胞表面的某些结构,促进两者结合从而增强NK细胞杀伤活力。 仔鸡同时缺乏硒和维生素E时,出现法氏囊严重的和胸腺轻度的上皮逐渐退化,并伴随以淋巴细胞耗竭为特征的组织病理学变化。给缺硒小鼠补硒,使胸腺重量增加,皮质增厚,胸腺和脾脏的相对重量增加,血液白细胞总数增加。补硒的小鼠淋巴细胞增殖加快,脾淋巴细胞转化率和。-醋酸萘酯染色阳性淋巴细胞比例提高,脾脏NK细胞的活性增强。硒过量会降低淋巴细胞酯酶染色阳性率。硒促进抗体产生,提高鸡免疫活性细胞溶菌酶的含量。缺硒抑制鸡T细胞对有丝分裂原ConA及植物血凝素PHA的反应和细胞毒T细胞(Tc)的形成,从而在免疫效应阶段影响对带有抗原的靶细胞的识别,不能及时释放穿孔素使靶细胞溶解。硒对淋巴细胞增殖作用不依赖于IL-1,IL-2的水平。 硒与维生素E存在功能互作,Marsh等(1981)研究表明,鸡免疫系统的早期发育需要硒和维生素E,而在后期一种营养素就可维持足够的体液免疫力,如表所示。
硒、维生素E与2周龄和3周龄仔鸡的体液免疫
5.其他元素
锰:锰缺乏,导致肉仔鸡胸腺、脾脏和法氏囊重量显著降低,淋巴细胞对丝裂原(ConA和LPS)的反应性降低,肉仔鸡二次接种新城疫病毒和马立克氏病病毒弱毒疫苗血清相应抗体效价降低。 铬:铬主要沉积于与细胞快速分裂和分泌有关组织。铬缺乏,发生在应激动物。铬拮抗皮质醇(酮)对免疫的抑制作用,特别是应激状态下作用更明显。补铬可保护动物因应激而导致与细胞分裂和分泌有关和微量元素锌、铁、铜、锰的损失。Moonsie-Shangeer等(1993)报道,牛日粮中补加高铬酵母,可提高血清IgGl,而降低血清胆固醇水平、人红细胞初次免疫的抗体效价。Burton等(1993)报道,对泌乳期奶牛添加铬的螯合物,可提高牛对注射卵白蛋白抗体反应,可能有机铬是牛的特异免疫反应的调节剂。



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