蛋白質(zhì)在魚蝦免疫能力中的作用

蛋白質(zhì)在魚蝦免疫能力中的作用密度養(yǎng)殖引起的爆發(fā)性病害帶來了巨大經(jīng)濟損失，成為了制約水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)發(fā)展的瓶頸。早在1968年，人們就開始注意到飼料對養(yǎng)殖魚蝦抗病力的影響，飼料中營養(yǎng)的全面和平衡都能夠顯著提高魚蝦的免疫能力和生產(chǎn)力，相應地，魚蝦的健康狀況也會影響機體對營養(yǎng)物質(zhì)的需求量。蛋白質(zhì)是魚蝦必需的核心營養(yǎng)物質(zhì)，直接地影響其生長、繁育、生理、代謝和抗病力，但同時也是魚蝦氮排泄及養(yǎng)殖水環(huán)境自污染的主要因素。因此，有關蛋白質(zhì)營養(yǎng)與魚蝦免疫能力的研究顯得尤為重要。本文對近10年來蛋白質(zhì)營養(yǎng)對魚蝦免疫能力的作用及其機理的研究進展進行了綜述，旨在為魚蝦蛋白質(zhì)營養(yǎng)與免疫能力關系的深層次研究與實踐應用提供依據(jù)和參考。1蛋白質(zhì)對魚蝦免疫能力作用的研究進展1.1飼料蛋白質(zhì)水平對魚蝦機體免疫能力的影響蛋白質(zhì)是水產(chǎn)動物生存的重要物質(zhì)，它不僅是構(gòu)成機體細胞、組織、器官的物質(zhì)基礎，也是動物合成各種酶類和抗體所必需的原料，因此蛋白質(zhì)和機體免疫能力有著密切的關系。前人研究表明，飼料中適宜的蛋白質(zhì)水平對魚類免疫能力具有明顯的增強效應，當飼料中蛋白質(zhì)缺乏時，魚的溶菌酶(LZM)和超氧化物歧化酶(SOD)活性、C-反應蛋白含量、抗體水平以及抗病菌感染力顯著下降，飼料蛋白質(zhì)含量過高時也表現(xiàn)出一定程度的免疫抑制。Kiron等在不同蛋白質(zhì)水平(10%、35%和50%)對虹鱒免疫能力影響的研究中發(fā)現(xiàn)：添加35%蛋白質(zhì)虹鱒感染病毒后未出現(xiàn)死亡，其死亡率分別極顯著低于高蛋白質(zhì)組和低蛋白質(zhì)組的15%和20%血清中LZM活性［(63.88±7.01)%］和C-反應蛋白的含量［(11.0士3.3)-g/ml］比低蛋白質(zhì)組［(29.96±4.59)%、(7.2±2.2)-g/ml］分別有顯著提高，但相對于高蛋白質(zhì)組［(59.63±6.70)%、(10.8±2.6)-g/ml］卻無顯著差異。王美琴等在工廠化循環(huán)水養(yǎng)殖條件下研究了5種不同飼料蛋白質(zhì)水平（43%、46%、49%、52%和56%）對半滑舌鰨免疫能力的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)49%蛋白質(zhì)組的死亡率最低，比其他組降低50%?75%，且該組LZM和SOD活性最高，分別比其他組極顯著提高4.61%?18.07%和4.20%?34.79%補體3（C3）、補體4（C4）活性隨蛋白質(zhì)水平的提高緩慢升高，但差異不顯著。蔡春芳等對異育銀鯽的試驗也表明不同飼料蛋白質(zhì)水平（10%、20%、30%、40%和50%）對異育銀鯽SOD活性和白細胞吞噬率有顯著的影響，蛋白質(zhì)水平為20%?40%時二者的活性達到峰值，但20%、30%、40%3組之間差異不顯著，蛋白質(zhì)水平過低（10%）或過高（50%）會使二者活性分別顯著降低32.09%?35.82%和24.39%?28.88%。楊嚴鷗等用蛋白質(zhì)水平分別為26%、32%、 38%和44%的4種等能飼料投喂黃顙魚顯示：隨著飼料蛋白質(zhì)水平的提高，SOD和LZM活性都顯著提高，其中44%和38%組分別顯著高于32%和26%組11.94%和14.62%，而44%組與38%組之間無顯著差異。張桐等設計18、22、26°C3個溫度水平與30%、33%、36%、39%、42%5個飼料蛋白質(zhì)水平來研究不同溫度下不同蛋白質(zhì)水平對德國鏡鯉非特異性免疫的影響，結(jié)果顯示：在較低溫度下（18C）,鏡鯉肝臟SOD活性隨飼料蛋白質(zhì)水平的升高而逐漸提高且各組差異顯著，但是隨著溫度的提高，高蛋白質(zhì)組的這種促進作用逐漸減弱，到26C時，42%組與36%、39%組的肝臟SOD活性已無顯著差異。與魚類相似，Goimier等的研究表明，55%飼料蛋白質(zhì)水平飼喂的凡納濱對蝦血細胞總濃度、透明細胞濃度、顆粒細胞濃度均顯著高于飼料蛋白質(zhì)水平為35%和45%時。Pascual等使用3種蛋白質(zhì)水平（5%、15%和40%）的飼料飼喂凡納濱對蝦幼蝦50d后，試驗蝦呼吸爆發(fā)活性隨飼料蛋白質(zhì)水平的提高顯著增加；而15%組酚氧化酶活性與總血細胞的比值最高，40%組酚氧化酶活力與總血細胞的比值最低；試驗蝦的血細胞凝集素活性也與飼料的蛋白質(zhì)水平存在依賴關系，即：15%組凝集素活性最高，5%及15%組均比40%組顯著增高。夏蘇東等在對凡納濱對蝦幼體采食不同蛋白質(zhì)飼料免疫特征的研究中得出：隨著飼料蛋白質(zhì)水平由31%、35%、39%、43%、47%的逐漸增加，對蝦血清SOD活性先升高后降低，在43%時達到最大值，顯著高于31%和35%組，但是與39%、47%2組差異不顯著。可見，適當增加飼料蛋白質(zhì)含量能夠提高魚蝦機體免疫能力，含量過低則表現(xiàn)出蛋白質(zhì)缺之癥狀，過咼則造成蛋白質(zhì)浪費甚至有副作用。1.2氨基酸對魚蝦機體免疫能力的影響蛋白質(zhì)的營養(yǎng)作用的本質(zhì)是氨基酸營養(yǎng)。飼料中氨基酸種類、含量不足或者不平衡所引發(fā)的“木桶效應”直接影響到蛋白質(zhì)的整體利用，造成魚類生長緩慢、抗病力差和死亡率高。劉波等報道氨基酸對動物體液免疫功能有顯著影響，其中以支鏈氨基酸（BCAA）的亮氨酸、異亮氨酸及纈氨酸和芳香族氨基酸的苯丙氨酸和酪氨酸的作用更為明顯。Buentello等試驗研究了精氨酸對斑點叉尾鮰抗病力的影響，發(fā)現(xiàn)在含有28%粗蛋白質(zhì)的純化飼料中添加0?4%（占飼料蛋白質(zhì)的百分數(shù)）的精氨酸對魚類抗病力的影響差異顯著，隨著添加量的增加，魚類抗病力呈先上升后下降的趨勢，其中2%精氨酸水平的試驗魚抗病力顯著高于0?4%各組。氨基酸對蝦類也有一定的免疫作用。韓阿壽等的研究表明，飼料中蛋氨酸的添加量能顯著影響對蝦增重率、成活率和爛尾率，當?shù)鞍彼嵴硷暳腺|(zhì)量的1.45%時，能獲得最大的增重率（120.0%）和成活率（93.3%）并消除爛尾，此時低蛋氨酸組（0.72%）的增重率、成活率和爛尾率分別為70.0%、60.0%和65.0%此外還發(fā)現(xiàn)飼料色氨酸含量低時（0.20%?0.33%）爛尾率高達18.0%?40.0%，色氨酸含量為0.46%時能獲得最大的增重率和存活率并消除爛尾。朱春華等用添加不同劑量（0.5%、1.%、1.%）L-精氨酸的飼料投喂凡納濱對蝦后測定其對免疫因子及對病原體的抗病力的影響，結(jié)果顯示：L-精氨酸顯著提高血淋巴液中一氧化氮（NO）含量、一氧化氮合成酶（NOS）、酸性磷酸酶（ACP）、堿性磷酸酶（AKP）和SOD活力；1.0%組L-精氨酸顯著提高血淋巴液中SOD和ACP活性，但1.5%組和0.5%組L-精氨酸對血淋巴液中SOD和ACP活性影響不顯著；人工染菌后，低劑量組對蝦死亡率最高，高劑量組次之，中劑量組最低。總之，在適宜的飼料蛋白質(zhì)水平下，氨基酸的含量、種類以及它們之間的配比仍會顯著影響魚蝦的免疫功能，然而針對特定氨基酸和魚蝦機體免疫的相關性僅有少量報道，且多數(shù)研究集中在特定氨基酸營養(yǎng)對魚蝦生長效果的作用方面。1.3小肽（酶解蛋白）對魚蝦機體免疫能力的影響小肽一般是由2?3個氨基酸組成，生物效價比氨基酸和大分子蛋白質(zhì)高,很多試驗證實，一些蛋白質(zhì)水解產(chǎn)生的小肽對動物的體液免疫和細胞免疫可產(chǎn)生有利影響。Krogdahl等研究發(fā)現(xiàn)，小肽可提高大西洋鮭頭腎白細胞的呼吸爆發(fā)能力,增加超氧陰離子的產(chǎn)量，加強對異物的殺滅作用。Tang等對大黃魚的試驗研究表明，當飼料中添加0、5%、10%、15%的魚肉蛋白質(zhì)水解物（FPH）時,血清LZM活性和免疫球蛋白M（IgM）含量隨添加量的增加而顯著提高，10%和15%組沒有顯著差異；C3、C4活性隨添加量提高先升高后緩降，添加10%時，活性最高。柳旭東等在半滑舌鰨飼料中添加0、20%、40%、60%4種水平的水解魚蛋白，結(jié)果顯示：試驗魚的存活率為64.44%?78.88%，其中20%與40%組存活率顯著高于其他2組；魚體AKP活性大小順序為20%組、40%組、對照組、60%組，且各組間均差異顯著。許培玉等在凡納濱對蝦試驗飼料中添加0.1%、0.5%、1.0%、1.5%、2.0%、2.5%的小肽制品發(fā)現(xiàn)，試驗蝦LZM和SOD的活性隨小肽添加量的增加呈先升高后下降的趨勢，在添加量為1.0%時達到最大；而成活率是在添加量為1.5%時達到最高。林啟存等在基礎飼料中分別添加0（對照組）、1%、2%、3%小肽以研究小肽對凡納濱對蝦幼體非特異性免疫能力的影響，結(jié)果表明:小肽能顯著增強凡納濱對蝦的非特異性免疫能力，各試驗組抗菌活性比對照組顯著提高了10.53%?42.10%血清LZM活性比對照組提高了15.54%?24.56%酚氧化酶活性比對照組提高了24.02%?41.90%。由此表明，小肽對魚蝦的免疫能力方面影響顯著，隨著蛋白質(zhì)和氨基酸營養(yǎng)研究的深入，人們已逐漸認識到肽營養(yǎng)的重要性。1.4不同蛋白質(zhì)來源對魚蝦免疫能力的影響B(tài)urrells等以大豆蛋白不同程度替代魚粉（0?89%），結(jié)果表明：隨著替代水平升高，虹鱒的非特異性免疫能力和生長率均受到不同程度的影響，當替代水平達到60%?70%時生長率、吞噬細胞吞噬指數(shù)和呼吸暴發(fā)活性均極顯著低于全魚粉組和替代水平較低組。王文娟等用豆粕替代飼料中30%的魚粉飼喂異育銀鯽用以研究豆粕對魚免疫因子的影響，結(jié)果30%豆粕組試驗魚血清總膽固醇及高密度脂蛋白膽固醇含量顯著低于全魚粉組，SOD、LZM活性亦有明顯降低。王崇等以豆粕分別替代異育銀鯽飼料中0、20%、80%和100%的魚粉蛋白質(zhì)，結(jié)果顯示：隨著豆粕添加量的增加，試驗魚血清LZM活性顯著降低。同樣，在大西洋鮭（SalmosalarL.）試驗中，Krogdahl等發(fā)現(xiàn)，幾種不同的大豆產(chǎn)品均顯著影響了試驗魚體內(nèi)LZM活性和抗體水平。植物性蛋白質(zhì)較魚粉除含有抗營養(yǎng)因子之外，主要存在氨基酸種類、含量不足及魚蝦必需氨基酸比例不平衡方面的問題，因此國內(nèi)外至今未完全攻破魚粉替代的技術難關，然而對植物性蛋白質(zhì)源進行一定的加工或者在飼料中添加適當比例的必需氨基酸會提高魚蝦的免疫能力。陳萱等將豆粕經(jīng)微生物發(fā)酵后與未經(jīng)處理的豆粕混合后添加到異育銀鯽飼料中，投喂后隨著發(fā)酵豆粕添加比例的增加，試驗組魚的血清LZM活性及白細胞吞噬活性逐漸增加，且均顯著高于對照組。王吉橋等以不同比例的玉米蛋白粉、棉籽粕和豆粕為蛋白質(zhì)源部分替代飼料中的魚粉，并按比例添加晶體賴氨酸、蛋氨酸和精氨酸，配制成5種等蛋白質(zhì)和等脂水平的飼料，結(jié)果表明：攝食用植物蛋白質(zhì)添加晶體氨基酸替代魚粉飼料的魚血清SOD的活性各組間差異顯著，且都顯著高于對照組。2蛋白質(zhì)影響魚蝦免疫能力的機理關于飼料蛋白質(zhì)水平對養(yǎng)殖魚類免疫能力的影響機理，學者們從不同角度進行了相關研究。張勇等研究報道，凡納濱對蝦的機體缺乏蛋白質(zhì)時抗體、補體等的合成量受影響，導致動物免疫能力降低：中（18%）、高（26%）蛋白質(zhì)組的IgM濃度比低（10%）蛋白質(zhì)組分別顯著提高25.12%和38.24%，C3濃度分別顯著提高19.69%和32.23%C4濃度分別提高16.67%和27.77%。蔡春芳等用不同蛋白質(zhì)含量的飼料喂養(yǎng)異育銀鯽6周后，SOD活性隨蛋白質(zhì)含量升高（10%?20%）而逐漸升高，但在蛋白質(zhì)含量進一步提高至40%、50%時活性下降；飼養(yǎng)14周后SOD活性以20%組最高，40%組顯著低于20%、10%組，50%組顯著低于40%組；同時，數(shù)據(jù)顯示SOD活性與體脂含量呈強相關，白細胞吞噬率雖然與體脂相關性不顯著，但相關系數(shù)也較大。因而蛋白質(zhì)不足或過剩導致動物免疫能力降低與內(nèi)臟脂肪如肝脂肪的含量等具有顯著的相關性。艾慶輝等總結(jié)前人研究結(jié)果得出：飼料中適宜的蛋白質(zhì)含量對魚類的免疫能力具有明顯改善作用，而過高的蛋白質(zhì)含量會使魚體內(nèi)蛋白質(zhì)代謝紊亂，從而阻礙了正常免疫能力的發(fā)揮。鄢華等研究指出，在蛋白質(zhì)不足或過剩的飼料中，能量相對過剩，這些過剩的能量被魚類利用后主要以脂肪的形式沉積于體內(nèi)，尤其是內(nèi)臟器官。李勇等從水生態(tài)角度的研究發(fā)現(xiàn)，飼料中過高蛋白質(zhì)含量不僅會加重動物機體代謝負擔，抑制免疫活性的發(fā)揮，而且會大大增加魚類的氮排泄量，導致水體污染，進而降低免疫能力、提高感染疾病的幾率。因此提出“蛋白質(zhì)生態(tài)營養(yǎng)需要量”概念，并試驗得出保證大菱鲆增重率、免疫能力、氮排泄量均達到適宜水平時的蛋白質(zhì)生態(tài)需要量為50%，此時增重率是最大增重組（蛋白質(zhì)54%）的95.3%，而糞氮排泄量和水氨氮含量分別降低17.6%和31.5%。夏蘇東報道，高密度養(yǎng)殖凡納濱對蝦的生態(tài)營養(yǎng)需要量為40.42%，此時對蝦增重率是最大增重（高蛋白質(zhì)組）的96.7%，但氨氮降低了38.8%，亞硝氮降低了55.6%，顯著降低因水質(zhì)惡化間接影響對蝦免疫能力的程度。3與魚蝦免疫機制有關的蛋白質(zhì)分子營養(yǎng)學從分子水平來講，蛋白質(zhì)不足將影響到遺傳物質(zhì)合成速度，即蛋白質(zhì)攝入量不足時，會導致動物脫氧核苷酸激酶活性下降，導致脫氧核苷酸合成數(shù)量減少，mRNA合成速度減慢，進而影響到mRNA的加工、修飾和轉(zhuǎn)移，以致動物的生理機能的損傷。魚類蛋白質(zhì)分子營養(yǎng)學研究剛剛起步，從分子水平探究飼料蛋白質(zhì)與魚蝦免疫能力關系的研究，主要集中在間接影響機體免疫能力的蛋能代謝相關基因表達方面。血藍蛋白是一種藍色、含銅、不含血紅素的攜氧蛋白質(zhì)，存在于許多軟體動物和節(jié)肢動物體內(nèi)，具有廣譜抗細菌、真菌、病毒功能及獨特的作用機理。Rosas等給凡納濱對蝦分別投喂低淀粉高蛋白質(zhì)飼料和低蛋白質(zhì)高淀粉飼料，結(jié)果發(fā)現(xiàn)：低淀粉高蛋白質(zhì)組試驗蝦的血藍蛋白質(zhì)表達量顯著高于低蛋白質(zhì)高淀粉組，說明飼料蛋白質(zhì)營養(yǎng)從分子基因?qū)用嬗绊懼{蛋白等具有免疫調(diào)節(jié)活性的蛋白質(zhì)類因子。脂蛋白酯酶通過其在脂肪組織與其他組織器官作用水平的高低直接決定組織器官脂質(zhì)底物的相對量，從而間接決定動物從食物中攝取的脂類在體內(nèi)是以體脂的形式貯備起來或作為能源底物消耗掉。如脂類物質(zhì)在動物免疫器官和組織內(nèi)沉積過多，將對機體的免疫能力產(chǎn)生決定性影響。Liang等克隆了真鯛LPL基因cDNA全序列，并證實真鯛LPL基因在肝臟存在營養(yǎng)誘導性表達，饑餓、高脂食物均是其表達誘導因子。當給真鯛喂食低蛋白質(zhì)高脂肪食物時，肝臟LPL基因表達水平顯著升高，誘導產(chǎn)生的大量肝臟LPL將為肝臟提供更多的來源于食物的游離脂肪酸，故有可能出現(xiàn)肝臟營養(yǎng)誘導性脂肪蓄積，這種肝臟中大量脂肪囤積必將對機體免疫能力產(chǎn)生負面影響。此外，梁旭方等挑選出對動脈粥樣硬化表現(xiàn)抗性的真鯛，克隆了其LPL基因cDNA全序列，并向其投喂2種不同脂肪蛋白質(zhì)比的飼料，比較不同處理的試驗魚肝臟和腹腔腸系膜脂肪組織的相對水平，以探討動脈粥樣硬化形成機理，結(jié)果表明，真鯛對動脈粥樣硬化的抗性可能與魚類優(yōu)先使用脂類作為能源有關。由此可見，飼料蛋白質(zhì)水平可以通過調(diào)控魚類能量代謝關鍵酶基因的表達來影響魚體脂沉積，進而間接影響魚類的免疫能力正常發(fā)揮，但這方面的深入報道并不多見。脂肪酸合成酶是除脂蛋白酯酶之外另一決定動物體脂沉積的重要酶類，它是脂肪酸合成的關鍵酶，其多寡、活性對控制動物