矿物质元素与免疫

矿物质元素与免疫朱春森摘要：机体所需的矿物质元素一般分为常量元素和微量元素两类，它们与机体免疫功能之间存在着密不可分的联系，一些矿物质元素的缺乏会影响免疫反应，增加对疾病的易感性；添加适量的矿物质元素在日粮中，对免疫反应和抗病力具有显著的调节能力。随着研究的不断深入，人们对矿物质元素与免疫功能的作用机制也会越来越清楚。关键词：矿物质元素；常量元素；微量元素；免疫功能越来越多的研究结果表明，免疫与某些矿物质元素之间存在着密不可分的联系。动物能够抵御某些疾病的侵袭，并能使免疫机能得到充分发挥，就离不开这些矿物质元素。因矿物质元素缺乏导致的免疫功能障碍的获得免疫缺乏综合症，已引起人们的普遍重视。一些矿物质元素的缺乏会影响免疫反应，增加对疾病的易感性，这是因为免疫系统在不断发展成熟当中，并且激发免疫反应时细胞分裂速度快，还需要大量的酶辅助因子。在现代集约化生产当中，由于日粮配方较科学，一般很少出现严重的矿物质元素缺乏。研究表明，在实际应用中，当一些矿物质元素在日粮中的含量略高于在典型日粮中的推荐量时，对免疫反应和抗病力有着显著的调节能力。1、矿物质元素的概述现已证明有60种以上的矿物质元素可在动物组织器官中找到，其中已确定有45种参与动物体组成。而目前已证明各种动物都需要，生理功能和代谢作用都已确知的，有营养生理功能的必需矿物元素有27种。按其在体内含量不同分为：常量元素（7种，在体内含量≥0.01%）和微量元素（20种，体内含量0.01%）。体内矿物质元素含量分布具有以下特点：1）单个元素在各种动物体内含量比较近似（按无脂空体重表示），常量元素近似度更大；2）体内电解质元素含量从胚胎期到发育成熟，不同阶段比较稳定；3）功能不同的组织器官中元素含量不同。体内矿物元素存在多种形式：1）与蛋白质及氨基酸结合；2）游离状态；3）作为离子基团的组成成分而存在。虽然体内矿物元素在不同组织器官中周转代谢速度不同，以及在体内的存在和转运形式也不同，但其含量都始终保持着动态平衡。2、免疫系统的简介人体的免疫系统是抵抗外来或自身致病因素的重要屏障，包括体液免疫和细胞免疫两大部分。细胞性免疫又有T淋巴细胞(胸腺依赖性淋巴细胞)、多核白细胞、单核巨噬细胞、NK细胞(自然杀伤细饱),K细胞(杀伤性淋巴细胞)、LAK细胞等等；体液性免疫则包括由B淋巴细胞产生的免疫球蛋白和多种细胞产生的免疫分子。3、矿物质元素与免疫3.1常量元素与免疫功能无论体液免疫还是细胞免疫，都离不开常量元素，它们是某些免疫物质生成过程中重要的辅助成分及结构成分，并为免疫反应形成适宜的体液环境。常量元素的免疫作用主要是通过调节免疫反应的体液环境来实现，人为导致其缺乏会直接影响动物生长，并呈现病理状态。由于常量元素在机体内含量相对较大，一般很少见到其缺乏，因此这方面的研究报道较少。下面通过常量元素一般的生理功能来探讨其与免疫功能的关系：3.1.1钙、磷与免疫功能：钙能激活某些参与免疫物质合成酶的活性。磷是多种免疫物质的组成成分之一，参与许多重要的免疫生化反应和蛋白质合成过程，同时也是生命遗传物质DNA、RNA和一些酶的结构成分，这些都与机体免疫有关。3.1.2镁与免疫功能：镁作为酶的活化因子直接参与酶组成，及DNA、RNA和蛋白质的合成；实验性镁缺乏会影响抗体合成和T细胞作用,镁能促进原始淋巴细胞的转换,抗体的形成和吞噬作用,并有抗过敏、抗紧张、抗炎症作用。从小白鼠实验中显示镁缺乏会导致原发和继发免疫反应的迅速下降,并抑制了细胞毒性T细胞反应。有趣的是,作者发现血清镁浓度和CD4细胞间存在着正相关,而其他研究观察到低镁浓度和CD4淋巴数之间没有联系,但一项研究发现红细胞中的镁含量和CD4细胞间存在着正相关,另有报道分别描述了血清镁值和CD4淋巴绝对数的倒数相关和二次方相关。3.1.3钠、钾、氯与免疫功能：钠、钾、氯为构成机体电解质的主要物质，为各种酶提供有利于发挥作用的环境，氯还可作为酶的活化因子。3.1.4硫与免疫功能：硫元素是构成蛋白质及粘多糖的重要成分之一。4.2微量元素与免疫功能微量元素是酶系统的重要组成成分，也通过形成酶-矿物质复合物而参与合成细胞和能量代谢。微量元素还是构成全身各种元素的极小一部分，但涉及全身各系统、各种细胞，特别是增殖能力非常活跃的免疫系统。这些免疫因素都直接或间接受微量元素所影响，一旦微量元素不足，则免疫功能可全面下降。但微量元素的影响并非是量越多越好，只有适量才能最大地提高免疫功能，如果超出最适剂量，将对免疫功能产生严重损害。常见报道的微量元素有铁、铜、锌、硒、铬等。4.2.1铁与免疫功能：铁与免疫应答的许多方面都有关系。铁缺乏时对体液免疫的影响不很明显，但可影响细胞免疫功能。铁缺乏可使T淋巴细胞数量和淋巴细胞增殖应答能力明显下降。PMN（多形核白细胞）的细胞活性，自然杀伤细胞、巨嗜细胞活力明显降低。干扰素活性及白细胞介素产量下降。然而，因为它与氧作用引起氧化损伤，体内铁的储存量必须要严格控制。尽管对铁进行了广泛深入的研究，但是对铁吸收和发挥作用的具体机制还不是十分清楚。研究二价金属转移因子1（DMTI）和金属转移蛋白1（MTPI）表明，DMTI在消化道上皮细胞中的表达。当胃肠道的分泌物造成消化道与上皮细胞出现离子梯度时，DMTI蛋白负责将二价铁离子从肠道内转运至细胞中。小红细胞贫血的纯合子小鼠和贝尔格莱德小鼠在DMTI蛋白中有一个G185R突变，致使铁的吸收明显降低。因此，研究铁与免疫机能的关系不仅要衡量免疫参数的变化，更要研究铁的转运机制与免疫的关系。4.2.2铜与免疫功能：铜是体内许多酶的辅助因子，参与机体的免疫反应，铜不足也可影响人体各种免疫功能。铜不足引起免疫功能下降虽其机理尚未完全阐明，但可以认为，淋巴细胞中所含超氧化歧化酶、细胞色素C氧化酶都含有铜，铜不足影响酶活性，必然导致淋巴细胞免疫功能下降。先天性铜吸收障碍引起的Menkes病，表现发育不良、低体温、毛发异常、肌肉紧张力下降、进行性脑功能障碍；在免疫学方面表现以T淋巴细胞为中心的细胞免疫功能下降，适当补铜可得到一定改善。缺铜时，淋巴细胞数量减少，导致抗体减少，细胞活性受到损伤，多种刺激的影响下降，并对丝裂原如刀豆素（ConA）和革兰氏阴性菌脂多糖（LP）的反应性降低。铜缺乏导致白细胞的吞噬能力减弱，降低细胞因子的活性，血液免疫球蛋白水平降低，嗜中性白细胞数量减少、巨嗜细胞内铜锌-超氧化物歧化酶活性及其杀伤白色念珠菌的活性降低，导致感染加重。杀伤酵母细胞数量也减少。天然杀伤细胞功能受到损害。缺铜降低丝裂原诱导白细胞介素2（IL-2）活性。铜可减弱TNF（肿瘤坏死因子）抑制剂（前列腺素E2，血浆γ一球蛋白）对TNF分泌的抑制作用。4.2.3锌与免疫功能：锌在体内的含量仅次于铁，是DNA多聚酶、RNA多聚酶等百种以上的酶类活动中心，同时还能稳定酶活性，促进核酸代谢与蛋白质合成，并影响着整个免疫系统。锌是胸腺嘧啶核苷酸激酶和DNA聚合酶的辅助因子。锌还与巨嗜细胞膜ATP酶，吞噬细胞中的NADH氧化酶等的活性有关。细胞内的锌浓度对巨嗜细胞和嗜中性白细胞的活力起决定作用。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，以减少细胞脂类过氧化作用。锌还是超氧化物歧化酶的辅助因子。锌对免疫细胞的作用如下：1、锌与巨噬细胞结合，可改变膜的稳定性，影响组氨酸的释放。有利于巨噬细胞的吞噬和杀伤作用。2、锌与T、B淋巴细胞，通过调节T、B淋巴细胞的免疫应答功能，促进胸腺素的分泌增加，影响淋巴细胞增生和功能，提高分化速度，但长期补充引起细胞免疫系统受到损伤。3、锌对NK细胞表面的各种酶和淋巴因子的释放影响较大，能刺激NK细胞细胞微管装配，导致生物膜的形成和钙离子的流通，有利充分发挥细胞杀伤活性。锌缺乏导致淋巴细胞减少及细胞和抗体介导的免疫应答显著减弱。自然杀伤细胞活力减弱和迟发性过敏反应降低，而且对未成熟的胸腺皮质有害。动物实验证明，发育生长期的动物如锌摄取不足，则免疫功能可全面下降，并易招致感染。妊娠中、晚期动物如饲料中锌不足，可影响第二代产生免疫球蛋白，不仅如此，第二代动物与正常动物交配后所出生的第三代动物，此种影响仍可延续下来。锌不足对免疫功能的影响，和胸腺素不足有关。胸腺素是由胸腺上皮细胞产生的9个氨基酸组成的多肽，只有和锌结合其活性才能表现出来。只有胸腺素功能表达充分，来自骨髓干细胞才有可能在胸腺中成熟为具有免疫活性的T淋巴细胞。胸腺素不足易引起T淋巴细胞功能障碍，并可进一步影响B淋巴细胞、吞噬细胞和NK细胞的功能。4.2.4硒与免疫功能：硒是畜体必需的微量元素。硒可通过形成硒蛋白（包括眈氨酸硒和蛋氨酸硒）的化学结构，活化细胞内的很多酶类。同时硒蛋白是一些依靠硒才有活性的抗氧化酶类。例如，谷胱苷肽过氧化酶和硫氧还原蛋白还原酶。无论硒是否与蛋白质结合，都能调节某些复制因子和激酶的活性。例如，硒通过氧化蛋白质上的半胱氨酸残基可直接参与一系列蛋白质功能的调节。硒同时也作为一种抗氧化剂，能加速酪氨酸的磷酸化，并且是促细胞分裂反应蛋白激酶的活化剂。硒的不同含量及化学组成可促进或抑制细胞的生长。在比营养需要量稍高的情况下，硒有抗肿瘤的作用，这种作用是通过改变某种细胞的增殖数量来实现的，例如提高免疫细胞的数量。硒能促进免疫系统的功能，辅助有丝分裂，促进干扰素的生成，间接提高细胞的活性，提高免疫功能。硒对免疫的影响有：①缺硒降低嗜中性白细胞和巨嗜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5一脂氧合酶活性，因而影响淋巴细胞增殖；③硒在胸腺、脾脏、血浆中的主要存在形式是硒蛋白。当动物缺硒时，谷胱甘肽过氧化物酶中结合的硒就会释放出来，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，促进二者结合从而增强NK细胞杀伤活力。4.2.5铬与免疫功能：铬对动物机体免疫功能的影响主要表现在两个方面：一是缺乏时会直接引起机体内免疫器官、免疫细胞等组织的损伤、改变或分化，导致免疫缺陷；二是通过影响体内其它组织的营养、生长和代谢，间接引起免疫功能下降。铬的吸收与其化学形式密切相关。铬主要以G71的形式构成DEF协助胰岛素作用，影响糖类、脂类、蛋白质和核酸的代谢。DEF是维持动物血液中葡萄糖水平的一种物质，其化学结构目前尚不完全清楚，普遍认为它是一种含铬的烟酸盐，是以烟酸—铬—烟酸为轴的连接有谷氨酸、甘氨酸和半胱氨酸的络合物。没有铬，DEF就无活性。DEF-G7天然存在于啤酒酵母、肌肉、胡椒、燕麦粉等物质中。动物体内的DEF-G7可由无机铬转化而来，但转化率很低，且有的不能转化。DEF的作用是增加动物的葡萄糖耐受量和增强胰岛的活性进而刺激组织对葡萄糖的摄取。这种增强作用可能是DEF通过激活胰岛素和细胞膜间的二硫键，提高胰岛素与其细胞表面胰岛素受体的结合力而发挥作用。铬能影响氨基酸合成蛋白质。已知受铬影响的氨基酸有甘氨酸、丝氨酸和蛋氨酸；但没有发现铬对其他氨基酸有影响，有报道认为，铬促进了骨骼肌细胞对氨基酸的吸收。铬也与维持核酸结构的完整性有关。4.2.6其他微量元素与免疫功能：1、有机锗化合物具有免疫调节的作用，可增强免疫反应。2、适量氯化锰，可刺激免疫器官细胞增殖从而增强免疫功能，锰增强干扰素生成有关，刺激体内巨噬细胞必不可少的物质。实验证明，低浓度的锰可提高淋巴细胞对刀豆蛋白的反应性。3、锂盐，增强淋巴因子激活杀伤细胞活性，促进外周血细胞总量增加。4、适量钼，增强细胞对病毒的抵抗力，抑制病毒在细胞内繁殖。5结语动物抵御疾病和环境应激的能力，取决于免疫系统的机能状态。矿物质元素具有易调控（缺什么补什么，缺多少补多少）等特点，可根据动物免疫机能的发育，调整动物特别是幼龄动物的某些矿物质元素需要量，从而提高动物的抗病力和抗应激力，使动物处于免疫机能和生产性能的最佳状态。参考文献：[1]俞海峰饲料营养元素与动物免疫研究进展饲料广角