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微量元素铜对动物免疫功能的影响

作者:来源:时间:2008-04-19 15:04点击:

       铜是动物体必需的微量元素之一,是动物体内许多酶(如酪氨酸酶、胺氧化酶、抗坏血酸氧化酶、亚铁氧化酶、超氧化物歧化酶和细胞色素氧化酶)组成成分,参与机体代谢。当机体缺铜时,多种酶的活性降低。导致贫血、心脏肥大、骨变形、主动脉瘤、肌肉间出血、毛发褪色、脊髓的脱鞘髓[1]。微量元素铜与动物免疫功能之间有着密切的关系,自1981年首例试验性缺铜改变免疫反应的报道发表到现在,世界各地的学者广泛开展有关方面的研究(Sherman,1992)。缺铜影响动物免疫器官的发育,影响动物的特异性和非特异性免疫功能,降低细胞因子的分泌。本文就微量元素铜对动物免疫功能的影响作一综述。
1 铜的生物学功能
铜最重要的生理作用之一是作为体内关键酶—亚铁氧化酶、细胞色素c氧化酶、铜锌超氧化物歧化酶(CuZn-SOD)、酪氨酸酶、赖氨酰氧化酶和多巴胺-β-羟化酶一的辅助因子。铜还是凝血因子v和金属硫蛋白的组成成分。因此,日粮中铜被动物机体摄取,以酶的辅助因子形式参与氧化磷酸化、自由基解毒、黑色素合成、儿茶酚胺代谢、结缔组织交联、铁和胺类氧化、尿酸代谢、血液凝固和毛发形成等代谢过程。铜也是酶促链中氧传递的必需物质,保证能量为活体所利用,又是赖氨酰氧化酶的组份,保持体内器官形态和结缔组织成熟[2]。除此之外,铜还是葡萄糖代谢调节、胆固醇代谢、骨骼矿化作用、免疫机能、髓鞘质形成、热调节、红细胞生成、白细胞生成和心脏功能等机能代谢所必需的[3]。另外,铜也会影响激素的分泌和基因表达。
2 铜对自由基的清除作用
铜在机体内可以调节一些含铜酶,如超氧化物歧化酶和铜蓝蛋白等调节炎症反应细胞和抗氧化能力。铜是通过由它构成的酶组成机体防御系统,起增强机体免疫机能的作用,机体代谢过程中产生大量超氧阴离子自由基(O2-),是机体代谢所必需,但同时又可直接或间接发挥强氧化剂的作用,引起蛋白质变性、核酸变性、多糖(酸性粘多糖-透明质酸)降解及过氧化脂质的生成,对生物体造成损伤,降低机体的免疫力。所以,必需及时清除多余超氧阴离子,保持机体良好免疫状态。超氧阴离子在超氧化物歧化酶作用下生成过氧化氢,过氧化氢被过氧化氢酶和谷胱甘肽过氧化物酶降解,从而被清除(周剑涛,1989)。真核生物体内超氧化物歧化酶(SOD)分两类:一是CuZn-SOD,铜(Cu)是该酶催化中心组成成分,二是少量的MnSOD。过氧化氢酶是含铁酶,是过氧化氢降解的主要酶,动物机体内铁是肠道吸收二价铁被亚铁氧化酶(含铜酶)氧化为三价铁再被转铁蛋白运输到机体各个部位。由此可知,铜在超氧阴离子清除过程中起关键作用。机体的CuZn-SOD不仅可以清除许多酶系统产生的O2-自由基,并在降低细胞膜不饱和脂肪酸脂质过氧化中发挥重要作用。Prohaska等研究发现,铜缺乏大鼠胸腺萎缩与SOD活性下降有关,铜缺乏,脾脏中SOD活性也下降,相对而言,胸腺中SOD活性下降更为明显。Jones等认为嗜中性白细胞毒性的变化和SOD活性的变化有关系,由于SOD作用可减少超氧负离子诱导的过氧化反应,因而缺铜时,母羊的白细胞中自由基增多而影响了嗜中性白细胞的功能[4]。
3 铜对免疫器官的影响
免疫系统由免疫器官、免疫细胞和免疫分子组成。根据发生的早晚和功能的差异,可把免疫器官分为中枢免疫器官和外周免疫器官两部分,中枢免疫器官包括胸腺、骨骼及禽类的法氏囊;外周免疫器官是成熟的T细胞和B细胞定居、增殖和对抗原进行免疫应答的场所,包括淋巴结、脾脏及一些淋巴组织。缺铜影响动物免疫器官的发育,赵德明等对肉鸡进行了7周的低铜饲粮饲养后,发现肉鸡生长受阻,体重和主要淋巴组织器官内淋巴数量减少,少数出现淋巴细胞和网状内皮细胞的变性坏死现象。吴建设报道铜缺乏或过量都导致肉仔鸡生长抑制、免疫器官萎缩、淋巴细胞活性降低。喂缺铜(0.9mg/kg)饲粮的小鼠6周后胸腺重量下降为正常组的53.0%,肝铜含量为正常组的42.0%,并出现严重的缺铜指征。缺铜小鼠补铜后可迅速恢复免疫力,并促进胸腺生长。
4 铜对细胞免疫和体液免疫的影响
缺铜可引起体液免疫和细胞免疫功能下降。铜缺乏可导致碱性T淋巴细胞缺陷,表现为对T细胞介导的感染的敏感性提高。铜可改善对T细胞和PMN白细胞的毒性作用。刘纯铁(1989)报道:机体缺铜会降低血液IgG、IgA和IgM,脾淋巴细胞数量增多(Sherman,1992),并可导致抗体生成细胞反应降低[5]。缺铜大鼠补铜可提高血液淋巴细胞非特异性脂酶(ANAE)染色阳性细胞比例。在铜缺乏时,大鼠脾淋巴细胞对T细胞或B细胞丝裂原的增殖反应降低,缺铜还可引起大鼠单核巨噬系统缺陷和淋巴细胞种类亚群的破坏。缺铜大鼠的白细胞总数下降,小鼠中性粒细胞数减少,白细胞吞噬能力尤其是吞噬之后的杀伤能力下降,血清中补体总浓度降低[6]。Lwkasewycz等试验证明,缺铜可以改变淋巴组织的构成成分,而T淋巴细胞对缺铜的反应比B淋巴细胞更敏感。T淋巴细胞在胸腺中发育成熟后表达为其它辅助分子(包括CD4和CD8等),同时,T细胞逐渐分化为具有辅助性和细胞毒等功能的不同亚群。Bala研究指出缺铜的雄性大鼠T淋巴细胞中的CD4+细胞和CD2+细胞的数量和百分比下降。缺铜导致啮齿动物CD4+细胞总数下降,使得T淋巴细胞功能下降,缺铜还影响了白细胞介素2(IL-2)的产生。Bala等也认为啮齿动物(鼠)缺铜导致的T细胞功能失调与CD4亚群的减少有关。补铜后,脾脏CD4细胞数量显著增加。Wo等(1990)在饲料中添加不同水平的铜饲喂初生至3周龄肉鸡,测定对SRBO的抗体值,结果表明铜含量少的饲料,抗体水平显著降低。在30日龄荷斯坦牛的半纯合日粮中补铜11.5mg/kg,21d对活血性巴斯德菌抗原特异性抗体升高(Stable,1993)[7]。健康奶牛外周血淋巴细胞ANAE—T-阳性细胞数显著大于确铜发病组及亚临床铜缺乏组,表明发病奶牛的T淋巴细胞功能受到抑制。试验组奶牛在补铜后ANAE-T阳性细胞数有上升的趋势,在补铜后80 d该指标显著高于补铜前,表明补铜能促进奶牛T淋巴细胞成熟或转化[8]。关于铜对体液免疫的影响,有学者报道,从出生开始低铜饲养的小白鼠,用羊红细胞(SRBC)免疫后,血浆铜蓝蛋白的活性和针对羊红细胞而产生的抗体细胞数均减少。缺铜小鼠的脾B细胞相对数量增多,抗体生成细胞反应降低,对各种微生物易感性提高,且产生不完整的抗体。当饲料中缺乏铜时,动物试验性炎症损害的严重性明显增加,抗体形成细胞的反应性降低。老年大鼠日粮补铜(250mg/kg饲粮)可提高特异性抗原(溶血素)抗体形成细胞(PFC)数量及抗体效价。Mulhern报道缺铜饲料喂养的小鼠免疫器官重量下降,B淋巴细胞亚群、胸腺样淋巴因子对SRBC刺激的反应降低。喂半纯和日粮的30日龄犊牛补铜(11.5mg/kg饲粮),血清中IgM含量和21d对溶血性巴氏杆菌抗原特异性抗体含量较不补铜组(1.5mg/kg饲粮)高,血浆铜蓝蛋白含量升高。
5 铜对巨噬细胞、淋巴细胞因子以及天然杀伤细胞功能的影响
Bala等对乳期和断乳后Lewis鼠分别用富铜(6mg/kg饲粮)和乏铜(0.6mg/kg饲粮)饲粮喂养8周后,发现乏铜鼠的脾淋巴细胞的单个核细胞总数,T细胞的绝对数以及CD4和CD8亚群均减少,脾单个核细胞对有丝分裂的抗原的反应率下降。铜缺乏时免疫机能的损害在雄性动物比雌性动物更加明显。喂低铜饲料(0.7mg/kg饲粮)显著降低了断奶雄性大鼠嗜中性白细胞杀伤念珠菌活性,喂正常铜(7.0mg/kg饲粮)后恢复嗜中性白细胞的功能。Hopkins等报道采食低铜饲粮的雄性大鼠(2.8mg/kg饲粮),单核细胞合成IL-2的生物活性降低。对于反刍动物,采食缺铜日粮时,牛嗜中性白细胞杀伤念珠菌能力下降[9]。绵羊喂低铜饲粮也会降低多形核白细胞吞噬念珠菌的能力,而补铜后显著增强其吞噬能力。有人报道日粮中轻微的铜不足会削弱血浆嗜中性白细胞对毒素的吞噬作用。铜可减弱TNF(肿瘤坏死因子)抑制剂(前列腺素E2,血浆γ-球蛋白)对TNF分泌的抑制作用[10]。Babu等报道细胞内铜水平的下降会降低巨噬细胞的呼吸爆裂和杀念珠菌活性,引起体内TNF-α活性下降和超氧基因(O2-)产生的增加,说明缺铜损害巨噬细胞功能。金虹发现缺铜引起巨噬细胞分泌的TNF-α、IL-1和IL-6的活性下降,可能是由于缺铜引起小鼠胸腺萎缩,从而导致T细胞(尤其是CD4T细胞的TH1亚群)功能受损害,从而降低了巨噬细胞的活性,分泌的细胞因子活性随之下降。有学者认为NK细胞的细胞毒性在铜缺乏大鼠中受到损伤,且试验证明NK细胞活性的下降不同是由于PGF2的免疫抑制引起的。
6 铜对抗感染免疫的影响
饲料中添加400mg/kg铜可增加鸡感染沙门氏苗后的存活率。郭芳彬报道铜不足或过量可增加试验动物的感染性,用鼠伤寒沙门氏菌作感染试验,结果缺铜的大鼠死亡率比对照组高,存活时间短,这是由于单核巨噬系统对感染的反应降低所致。在患各种感染性疾病时,血清铜升高,刺激并增加肝脏合成铜蓝蛋白,有利于抵抗微生物的侵袭,而血清铜升高主要与中性粒细胞及巨噬细胞被激活时分泌的一种白细胞内源性物质有关,该物质随血流到远端靶组织,发挥重要的免疫调节及杀菌功能。Mulhern通过给4组57BL16J大鼠分别喂养含铜量为0.5、1.0、2.0和6.0mg/kg的饮食8周后处死,在测定体内铜的状态和免疫反应时发现:0.5~1.0mg/kg组显示出器官缺铜的特征性病变,且血清铜、铜蓝蛋白降低及免疫反应低下。Boyne等认为铜缺乏时,动物的抗菌杀菌能力下降,补铜后,杀菌能力得到增强。在大鼠铜缺乏时,化学致癌物引起结肠癌的发生率明显增加,而足量的铜可减弱这种作用。
参考文献:
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〔2〕姚华,乔富强.微量元素对动物机体免疫功能的影响〔J〕.动物科学与动物医学,2002,19(7):24-26
〔3〕吴建设,呙于明,杨汉春,等.微量元素铜的营养与免疫研究进展〔J〕.国外畜牧科技,1999,26(1):5-9
〔4〕李秀霞,许丽,孙协军.微量元素铜对动物免疫功能的影响〔J〕.黑龙江畜牧兽医,2002, (11):31-32
〔5〕张瑞强.微量元素与动物免疫的研究进展〔J〕.动物科学与动物医学,2002,19(12):10-12
〔6〕刘宗平,主编.现代动物营养代谢病学〔M〕.北京:化学工业出版社,2003
〔7〕邓茂刚,胡玉霞.微量元素与动物免疫〔J〕.山东畜牧兽医,2003(2):30-32
〔8〕柴春彦,石发庆,等.铜缺乏对奶牛免疫功能的影响〔J〕.动物科学与动物医学,2002,19(8):25-29
〔9〕王学梅,许丽,叶建敏.微量元素锌和铜与免疫〔J〕.黑龙江畜牧兽医,2002(7):51-52
〔10〕张挺,侯永清.营养素与免疫关系的研究进展〔J〕.中国畜牧兽医,2003,30(2):11-14

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