文/华中农业大学陈昌福,武汉科研时代生物技术有限公司 周鑫军
正文/6463字
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陈昌福有话说
已经有大量药物治疗患病水产养殖动物疾病的实践经验证明,当水产养殖动物疾病发生以后,依靠采用水产用兽药成功地医治患病水产养殖动物,是存在许多困难的。因此,对于水产养殖动物疾病,我们历来提倡的方针是“预防为主,防重于治”。
国内、外学者对水产养殖动物疾病预防研究的结果证明,预防水产养殖动物疾病的最佳途径,就是调节水产养殖动物自身免疫系统的免疫防御功能。
因此,在随着我国水产养殖业正在朝着高密度、集约化方向发展,水产养殖动物各种暴发性疾病逐渐高发的现在,根据水产养殖动物各种疾病发生于流行规律,适时对水产养殖动物投喂免疫调节剂,对于有效预防水产养殖动物各种疾病的发生,是国内外的大量研究者,已经用大量的试验结果验证过的有效预防水产养殖动物疾病的措施。
调节水产动物免疫防御系统
是最有效防病途径
摘要:本文内容是在简要地介绍采用水产用兽药有效治疗水产养殖动物疾病存在各种困呐的基础上,根据长期以来我国对水产养殖动物疾病坚持提倡的“预防为主,防重于治”的基本方针,结合国内、外水产养殖动物病害防控技术研究者已经获得的大量线管研究结果,建议将酵母类多糖作为免疫调节剂(immunomodulator),结合不同种类水产养殖动物各种疾病流行规律,适时对水产养殖动物投喂酵母类多糖,通过调节水产养殖动物免疫系统的免疫防御功能,实现科学预防水产养殖动物各种疾病的目标。
关键词:酵母免疫多糖;水产养殖动物;免疫系统;免疫防御;传染性疾病
根据我国水产动物疾病的相关监测结果,最近一些年,全国每年因水产养殖动物病害问题,造成的经济损失高达数百亿元以上。各种水产养殖动物疾病暴发性地发生,给各地水产养殖业者已经造成了极为严重的经济损失。
对于水产养殖动物的各种疾病,较长时期以来,我国提倡的是“预防为主,防重于治”的基本方针。之所以要坚持对水产养殖动物疾病实施“以防为主,防重于治”的方针,就是因为采用药物治疗水产动物的疾病时,会存在以下不同于治疗陆生动物疾病一些特殊困难。
1.实施药物治疗水产动物疾病存在的特殊困难
凡是有过诊治水产动物疾病经历的人,都可能对有效诊治水产动物疾病获得如下几点体会:即在水产动物疾病的诊治过程中,可能会遇到难以及时发现、难以正确诊断和难以精准用药的所谓“三难”问题。
1.1难以及时发现
水产养殖动物都是生活在水体中的。水产养殖业者在对水产动物投喂饲料后,水产动物是否能正常、及时地摄取饲料,养殖业者往往是很难清楚地知道的。因此,水产养殖动物尤其是在各种传染性疾病发生的初期,养殖业者是不容易及时地发现水产动物已经发生了某种疾病的。在大多数情况下,养殖业者都是在看见了养殖池塘水面上出现漂浮在水面上的已经死亡的水产动物后,才知道所饲养的水产动物已经发生某种疾病了。
当水产动物已经因为某种疾病出现死亡个体,并且已经漂浮在水面上时,该养殖水体中究竟还有多少水产养殖动物已经感染了致病性病原?已经受到病原生物感染的水产养殖动物是否还存在食欲?已经患病的水产养殖动物的病程进展到了何种程度?对于缺乏检测条件的广大养殖业者而言,是难以清楚地了解这些问题的。此时,即使水产养殖业者能采用一些水产用兽药,对患病水产动物实施药物治疗,对于已经病入膏肓的患病水产养殖动物,可能也是难以取得理想的药物疗效的了。因此,对处于疾病发生初期的患病水产养殖动物,水产养殖业者难以及时地发现其病情,是水产养殖业者面临的能否有效药物诊治水产养殖动物疾病的难点之一。
1.2 难以准确诊断
水产养殖动物疾病的种类很多,能导致水产养殖动物疾病发生的因素也时非常复杂的。有多种多样的致病性生物(包括多种植物性与动物性病原),可能导致水产养殖动物发生所谓生物性疾病(biological disease)。其次,还有许多非生物性环境因子,如水体中某种气体过饱和引起的水产动物气泡病、因为养殖水体中溶解氧气缺乏而导致的水产动物浮头,水产用饲料中因某些营养元素缺乏或者不平衡导致水产动物营养性疾病等,这些环境因素也可能导致水产动物发生所谓非生物性疾病(abiotic disease)。
如果按照致病性生物以及非生物性致病因子种类,计算水产动物疾病种类的话,水产动物的疾病至少有数千种以上。如何准确地诊断水产动物的疾病,是水产养殖业者面临有效诊治水产动物疾病的又一个难点。
1.3难以精准用药
治疗水产动物疾病的药物,是可能诱导致病生物产生相应耐药性的,而且致病生物对药物耐药性的产生,是一直在持续地进行着的,这是不以任何人的意志为转移的客观自然规律。在我国不同的水产养殖区域,由于水产养殖业者在药物治疗水产动物疾病过程中,使用的水产用兽药的种类与频率可能是不一样的,结果必然会导致不同水产养殖区域的各种致病生物,对不同水产用兽药所产生的耐药性强弱程度也是有所不同的。因此,当人们即使采用某种质量相同的水产用兽药,按照农业农村部相关要求制定的统一产品说明书中标注的用法用量,治疗不同水产养殖区域内的某种水产动物的相同疾病时,也可能是难以获得同样的药物疗效的。
然而,对于我国广大的水产养殖业者而言,由于没有能完成致病生物的分离、鉴定,以及药物敏感性检测必要的试验条件和专业知识,在使用水产用兽药时,也就缺乏了必要的科学用药参数。因此,在客观上是难以做到人们希望的“科学用药”、“减量用药”和“精准用药”的。我国长期以来存在的这个问题,既是导致我国养殖水产品中药物残留等质量、环境安全问题的主要原因,也是水产养殖业者采用水产用兽药,难以有效地治疗水产动物疾病的又一个难点。
2.水产动物免疫系统与疾病的关系
在我国的水产养殖动物品种中,养殖虾类和蟹类是养殖甲壳动物中的主要种类,而各种海、淡水鱼类则可能是水产养殖动物中产量最大的养殖对象。因为动物的免疫系统是在其系统发生过程中,由低级向高级的进化中而逐步发展和完善的。本文在简要介绍养殖甲壳动物和硬骨鱼类免疫系统的基础上,陈述利用免疫调节剂(immunomodulator)防控水产养殖动物疾病的机制与效果。
2.1甲壳动物的免疫系统
甲壳动物属无脊椎动物节肢动物门(Arthropoda)、甲壳纲(Crustacea),因其身体外披有硬质的甲壳而得名。甲壳动物的分类十分复杂,迄今为止,全世界已经命名的甲壳动物种类约有35000种之多。甲壳动物通常用鳃呼吸,多数栖憩在海洋里,少数生活在淡水的江河湖沼中,极少数营陆栖生活。
与脊椎动物的免疫系统相比,甲壳动物的免疫系统尚不完善,由少量的免疫器官、免疫细胞和免疫因子所组成,但有这些免疫器官和组织构成的免疫系统,也能广泛地识别外来的一切异物,并对其产生积极的免疫应答(immune response)。
甲壳动物的免疫系统由免疫细胞、免疫器官和体液免疫因子所组成。免疫细胞中首先是固着性细胞,分布在鳃和触角腺的足细胞(podocyte)、附着在心脏和肌纤维上的吞噬性贮藏细胞(phagocytic reserve cell)以及连接肝胰腺细动脉的洞样血管内的固着性吞噬细胞。这类固着性细胞具有识别、吞噬和清除外源蛋白类物质与病毒的能力。其次是血细胞,根据其中有无颗粒及其大小,可分为透明细胞(hyaline cell)、小颗粒细胞(semigranular cell)和颗粒细胞(granular cell)3种类型。不同类型的血细胞所起的作用不同,其中吞噬作用是血细胞最重要的细胞免疫反应。
甲壳动物的免疫器官是指一些与免疫相关的器官,包括鳃(gill)、血窦(haemal sinus)和淋巴器官(lymphoid organ)。血淋巴中含有天然形成的或诱导产生的各种免疫因子,如模式识别蛋白、凝集素、酚氧化酶原激活系统、溶血素、抗菌肽、热休克蛋白等。
2.2硬骨鱼类的免疫系统
与属于无脊椎动物的甲壳动物相比,尤其是硬骨鱼类已经具有比较完整的的免疫系统。鱼类的免疫器官包括胸腺(thymus),胸腺是鱼类重要的免疫器官,是淋巴细胞增殖和分化的主要场所,具有向血液和二级淋巴器官输送淋巴细胞的功能。肾脏(kidney)是所有鱼类的造血器官。鱼类的肾脏能产生红血球和淋巴细胞等血液细胞而具有相当哺乳动物骨髓的功能,尤其是前肾中有大量未分化的血液细胞,并混有各种白血球、红血球以及大小淋巴细胞。又因肾脏具有吞噬作用的细胞和产生抗体,而担当了哺乳动物淋巴结的功能同,其它的器官或循环血液相比,巨噬细胞较多。鱼类的肾脏(前肾)可以产生红细胞和B淋巴细胞等细胞,是免疫细胞的发源地,相当于哺乳动物的骨髓;另一方面,受抗原刺激后,头肾和后肾造血实质细胞出现增生,而且存在抗体产生细胞,表明头肾是硬骨鱼类重要的抗体产生器官,相当于哺乳动物的淋巴结。因此可以说,硬骨鱼类头肾具有类似哺乳动物中枢免疫器官及外周免疫器官的双重功能。
粘膜淋巴组织(mucosa-associated lymphoid tissue,MALT)在鱼类体液和细胞免疫中的作用,目前已引起免疫学家的重视。鱼类皮肤、鳃和消化道是病原侵入鱼体的门户,在其上皮组织中存在淋巴细胞、巨噬细胞和各类粒细胞等。当鱼体受到抗原刺激时,巨噬细胞可以对抗原进行处理和呈递,抗体分泌细胞(antibody secreting cell,Asc)会分泌特异性抗体,与粘液中溶菌酶和补体等非特异性的保护物质一道组成抵御病原微生物感染的防线 。所谓的粘膜免疫即是指包括鳃、肠和皮肤等粘膜样淋巴组织及其分泌的粘液具有的免疫系统功能,鳃、肠分泌的粘液和表皮都是鱼体防御的第一道屏障。已有证据证明鳃淋巴样组织是粘膜免疫系统的重要组成成分。
2.3水产动物免疫系统功能与疾病的关系
众所周知,动物的免疫系统(immune system)最重要的功能之一,就是清除机体内的各种非自身物质(异物)。这些异物包括来自机体外入侵到机体内的致病性细菌、病毒、寄生虫等病原性生物,也包括来自机体内失去正常生理功能的细胞等各种有机物质。如人类红细胞的正常寿命大约是120d左右,当红细胞在机体内完成其使命而失去正常生理功能、衰亡后,就会成为需要从机体内及时清理掉的异物。此时就需要依靠机体自身的免疫系统,将其彻底地从机体内清除掉。如果机体不能及时地清理掉来自机体内、外的各种异物,这些异物就可能在机体内形成“垃圾堆”,而“垃圾堆”里是可能滋生出各种“苍蝇”的,苍蝇也就可能会在机体内到处“乱飞”。而如果动物机体内不存在这种“垃圾堆”的话,“苍蝇”也是无法滋生出来与繁殖下去的。也就是说,当致病性病毒、细菌或寄生虫等致病生物侵入动物机体后,如果机体的免疫系统完善、抵抗能力足够强大的话,这些入侵的致病生物也是没有可能在机体内滋生和繁殖下去的,而最终就会避免这些致病生物对机体诱发各种疾病等危害的。
其实,动物免疫系统的功能本身的确是非常强大的。人们使用一些化学药物治疗某种疾病,从根本上而言,使用的化学药品也只不过是起到了辅助治疗疾病的作用而已。例如,人们为了治疗水产动物某种细菌性疾病,采用了某种水产用抗生素类兽药,即使使用的水产用抗生素兽药,在进入水产动物机体后,起到了抑制或者杀灭致病微生物的作用,而只有将被抑制或者杀灭在水产动物机体内的致病性细菌,从其机体内彻底清除后,才算是彻底解决了患病水产动物疾病防御中的问题,而清除水产动物机体内的致病性细菌,依然是需要水产动物自身的免疫系统发挥作用才能得以完成的。如果人们对患病水产动物因为不合理地使用了某些化学药品,出现严重副作用而致使水产动物机体免疫系统功能受到抑制的话,采用任何化学药物治疗水产动物疾病,也是难以取得理想的药物治疗效果的。
3.酵母多糖及其作用机制
来自各种酵母的多糖物质,已经被大量的试验结果证明是可以调节水产养殖动物机体免疫系统功能的一种免疫调节剂。根据对动物机体免疫调节的方向,酵母多糖对水产动物使用免疫调节剂预防各种疾病,通常是针对水产动物在恶劣的养殖水体环境中,其免疫系统功能遭受某种环境因子胁迫而被抑制时使用的。通过投喂适量的免疫增强剂,使水产动物的免疫系统功能上升至恢复到正常水平,以实现增强水产动物免疫系统功能,预防疾病发生的目的。
关于酵母多糖对水产动物免疫系统的作用机制,Engstad等利用大西洋鲑(Salmon salar)为试验对象的研究结果证明,由于大西洋鲑的巨噬细胞膜上存在β-葡聚糖等安琪酵母多糖的受体(receptor),因此,β-葡聚糖等多糖类酵母多糖可以刺激水产动物机体中的免疫细胞,诱导非特异性免疫应答的发生。从而为人们采用多糖类物质作免疫调节剂,通过调节水产动物的免疫系统功能,从而为利用酵母多糖预防水产动物各种疾病的发生,提供了细胞与分子水平上的理论依据。
4.酵母多糖用于水产动物疾病预防研究
陈昌福等将用酿酒酵母(Saccharomyces cerevisiae)制备的酵母多糖作为安琪酵母多糖,先后投喂凡纳对虾( Litopenaeus vannamei )、中华绒鳌蟹( Eriocheir sinensis )和异育银鲫( Carassius auratus gibelio )等水产动物,试验研究结果均证明了酵母类安琪酵母多糖具有调节各种水产动物免疫系统功能,预防疾病的作用。
Robertsen等曾经利用从酵母菌中提取的β-葡聚糖投喂大西洋鲑,结果证明了大西洋鲑对灭鲑气单胞菌( Aeromonas salmonicida )、鳗弧菌( Vibrio anguillarum )和鲁克耶尔森氏菌( Yersinia ruckeri )感染的抵抗力增强了。Chen等对斑点叉尾鮰( Ictalurus punctatus )注射β-葡聚糖后,结果证明提高了试验鱼抗叉尾鮰爱德华菌( Edwardsiella ictaluri )感染的能力。Anderson等采用注射和浸泡法,对溪红点鳟(Salvelinus fontinalus)给予β-葡聚糖后,试验鱼对人工感染 A. salmonicida 活菌的抵抗力显著提升了。Samuel等的试验结果证明了酵母多糖的β-葡聚糖,能显著增强毛足鲈( Trichogaster trichopterus )对 A. salmonicida 感染的抵抗力。
综上所述,国内、外的水产动物病害防控试验结果证明了,尤其是属于多糖类物质的酵母多糖的应用结果应用,对水产动物的免疫防御功能具有良好的调节作用,而通过调节水产动物的免疫系统功能,能成功地预防水产动物的各种传染性疾病。
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作者:华中农业大学陈昌福;武汉科研时代生物技术有限公司周鑫军。
编辑:朱洁珊
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