传统的β-甘露聚糖酶的作用机理局限在对底物的消化和营养的释放,与活体试验数据对比,消化和营养释放所带来的好处远小于在生产中所观察到的数据,而消化理论并不能完满地解释β-甘露聚糖酶的作用机理,但从免疫角度可以清楚描述β-甘露聚糖酶解除不必要的饲料诱导型免疫反应所带来的好处和对家禽生产效率的改善。
饲料中的β-甘露聚糖,可诱导机体先天性免疫反应
简言之,因饲料中存在非传染性因子而诱发机体产生的免疫反应,被称为饲料诱导型免疫反应(FIIR)。不同于蛋白质(抗原)引发抗体的获得性免疫反应,由半乳甘露聚糖和脂多糖等这类非传染因子直接引发的免疫反应,在免疫学上被归类为先天性免疫反应。
β-半乳甘露聚糖是一种以β-(1-4)-甘露糖为主链的线性可溶性多糖,β-(1-6)半乳糖和/或葡萄糖连接于β-甘露聚糖的主链上。它们具有很高的粘性、水溶性,可以耐受大豆加工过程中的干燥/烘烤中的高温。作为一种非淀粉多糖,β-半乳甘露聚糖广泛存在于饲料原料中,主要包括豆粕、向日葵粕、棕榈粕、椰子粕以及芝麻粕等。
通常,动物体内缺少分解半乳甘露聚糖的内源酶,而β-甘露聚糖可以被机体免疫细胞通过多种模式识别受体(PRR)(包括血清蛋白甘露糖结合凝集素MBL、甘露聚糖受体MR等)识别为病原相关的分子模式(PAMP),诱导机体炎症反应以及细胞吞噬等一系列生物学反应。
改变了能量的分配模式,使更多能量用于生长和维持
研究表明,饲料中添加β-甘露聚糖酶水解PAMP-半乳甘露聚糖为小分子物质后,甘露寡糖片段不能被模式识别受体(比如MBL)所识别。因此,通过阻止饲料诱导型免疫反应,β-甘露聚糖酶可以节约昂贵的能量,用于生长和生产,增进群体整齐度,提高生产性能。
由于家禽饲料中存在的β-半乳甘露聚糖这种病原相关PAMP可诱发免疫反应,而β-半乳甘露聚糖会被先天免疫系统识别,进而产生一系列的生物学反应,浪费能量和营养物质,导致生产效益下降。
美国高锦公司(Chemgen Corp)的David M. Anderson等研究人员进行了肉鸡饲料中半乳甘露聚糖和血清中α-酸性糖蛋白(AGP)含量关系的试验。在对0~2周龄的肉鸡血清中AGP测定中,发现随着饲料中半乳甘露聚糖含量增加,血清中AGP含量也呈现线性升高。在饲料中加入β-甘露聚糖酶后,AGP含量下降。由此说明β-甘露聚糖酶分解甘露聚糖为小分子物质,阻止了肠道细胞对甘露聚糖的识别,避免了不必要的免疫应激。
瓜尔胶含有大量的水溶性半乳甘露聚糖,常被用作半纯化的甘露聚糖来源研究β-甘露聚糖酶对家禽生产性能的影响。俄克拉荷马州立大学的研究人员研究发现,瓜尔胶以及添加β-甘露聚糖酶对肉鸡代谢能以及净能的试验中发现,加酶组与不加酶组相比代谢能提高2.2%,差异不显著,然而加酶组的增重净能提高5.2%,与不加酶组相比差异显著。
由此可见,饲料中β-甘露聚糖酶的影响体现在净能而不是代谢能,它不同于普通的消化酶。这同时说明,β-甘露聚糖酶改变了能量的分配模式,使更多的能量用于生长和维持(净能)。
研究表明,玉米豆粕型的家禽饲料中可溶性半乳甘露聚糖的含量可以在2500~4500ppm之间,假设半乳甘露聚糖完全被β-甘露聚糖酶消化为单糖(己糖)并被吸收和代谢,同时释放等量葡萄糖代谢的能量,那么消化理论带来的能量的好处在9~17千卡/千克之间。然而,肉鸡试验观察显示,添加β-甘露聚糖酶(和美酵素)带来的饲料能量水平的好处远大于这个数字(表1)。
美国高锦公司研究人员Mark Jackson等进行的研究表明,对7日龄的肉鸡灌入堆型艾美耳球虫卵及巨型艾美耳球虫卵,分别在第11、12、13 天,每一天灌入产气荚膜梭状芽孢杆菌形成人工诱导的坏死性肠炎。添加β-甘露聚糖酶的感染组日增重提高14.2%,其料肉比(FCR)降低3.14%,并且显著降低了坏死性肠炎导致的肠道损伤。
由此可见,肉鸡感染坏死性肠炎的情况下,加入β-甘露聚糖酶缓解了肠道的免疫应激,可改善肠道健康,一定程度上可以达到替代抗生素的功效。同时再次说明了β-甘露聚糖酶不同的作用机制。
β-甘露聚糖酶避免了多余的免疫反应包括炎症反应,使肠道组织更健全,从而节省了用于免疫应激的能量,改善了动物的生产性能。肠道不健康的时候日粮中使用β-甘露聚糖酶带来效应比肠道健康时更加明显。需要强调的是,β-甘露聚糖酶阻止饲料诱导型免疫反应,只是降低了病原菌或者其他不良生产条件下甘露聚糖对家禽肠道和生产性能的影响,而不是具有治疗作用的药物。