过去，人们一直认为β-胡萝卜素只具有V_A原的作用。直到β-胡萝卜素的抗癌功能的发现，人们才开始关注β-胡萝卜素的其它功能。大量体内外研究都表明：β-胡萝卜素可以增强机体特异性和非特异性免疫反应，提高有丝分裂原刺激淋巴细胞的增殖反应，增加特异性淋巴细胞亚群的数目，刺激多种细胞因子的生成量。另外，β-胡萝卜素还可以增强血液嗜中性粒细胞和噬菌细胞对细菌的杀伤力。β-胡萝卜素的这些免疫刺激活动可以改善奶牛健康状况，最明显的是提高乳腺健康和增强繁殖性能。而这些功能都是V_A所不具备的，这也证明β-胡萝卜素具有除V_A原之外的生物活性。

 

1  β-胡萝卜素对动物免疫功能的影响

 

1.1    动物自身的防御系统

1.2    β-胡萝卜素对奶牛免疫反应的影响

1.2.1  特异性免疫反应

1.2.1.1 细胞免疫

 

      体内外试验都表明，添加β-胡萝卜素能提高动物机体的免疫能力。在体内试验中，Heirman等（1990）表明，产前4周到产后4周，每天给荷斯坦奶牛提供300～600 mg β-胡萝卜素，能增强临产期促有丝分裂原刺激淋巴细胞的增殖反应，而添加V_A并没有表现出这种作用。Michal等(1994)得出同样结论，而且添加β-胡萝卜素还增强了刀豆蛋白（Con A）、植物血球凝集素（PHA）、美洲商陆分裂素（PWM）刺激乳中淋巴细胞产生的增殖能力。

 

      Daniel等（1986）在干奶期和产后初期，取荷斯坦奶牛血液淋巴细胞，分别加入10^-8和10^-6mol/L β-胡萝卜素后进行体外培养，结果表明β-胡萝卜素可以提高刀豆蛋白A刺激淋巴细胞产生的增殖能力。Daniel等（1991）在荷斯坦奶牛临产前取其血液淋巴细胞，用视黄醇、视黄酸、β-胡萝卜素进行体外培养，结果在刀豆蛋白A刺激淋巴细胞增殖的反应中，β-胡萝卜素起促进作用，而视黄酸起抑制作用，但是视黄醇对这一过程未产生显著影响。这些结论表明β-胡萝卜素在奶牛生产中发挥了V_A原之外的作用，但也有专家得出了相反结论。Tjoelker等 (1987) 于干奶前6周至干奶后2周，在奶牛日粮中添加53,000 IUV_A、213,000 IUV_A和53,000 IUV_A +400 mg β-胡萝卜素。在干奶第一天和产犊后第14天取外周血淋巴细胞，分别加入视黄醇、视黄酸和β-胡萝卜素进行体外培养，结果发现10^-5  mol/L β-胡萝卜素抑制了刀豆蛋白A刺激外周血淋巴细胞的增殖。Tjoelker等（1990）的试验表明，V_A充足的情况下，如果日粮中每天添加400 mg β-胡萝卜素，则在整个干奶期中处理组血清中的β-胡萝卜素含量都高于对照组，但对血液中嗜中性粒细胞和淋巴细胞的功能并未产生显著影响。作者认为这可能是因为饲料中β-胡萝卜素的含量已经能够满足嗜中性粒细胞和淋巴细胞发挥功能。

 

1.2.1.2  体液免疫

      关于β-胡萝卜素在体液免疫中的作用，在猪鸡等动物中研究的比较多，但在奶牛方面研究的很少。

 

1.2.2  非特异性免疫

      除调节淋巴细胞的功能之外，β-胡萝卜素还能调节宿主其他防御细胞的功能。Tjoelker等（1990）在干奶期奶牛饲料中只添加V_A，而不添加β-胡萝卜素时，血液中嗜中性粒细胞的吞噬能力显著下降；但每天给奶牛饲喂400 mg β-胡萝卜素后，血液中嗜中性粒细胞的吞噬能力则处于稳定状态。Michal等（1994）研究表明，在荷斯坦奶牛产前4周到产后4周每天饲喂300～600 mg β-胡萝卜素，可以增强产前血液中嗜中性粒细胞对细菌的杀伤能力；在出生后24h内，添加β-胡萝卜素，以增强血液中嗜中性粒细胞的胞内杀伤力；在出生后一周，β-胡萝卜素提高了血液中嗜中性粒细胞的活性，增强了对细菌的杀伤力。这可能是因为β-胡萝卜素提高了多形核白细胞中髓过氧物酶的活性。

 

      Daniel等（1991）在奶牛产犊第-4、-1、0、1和4周时通过颈静脉采血，取血液嗜中性粒细胞，在产犊第-1、0、1和4周取乳腺中吞噬细胞（巨噬细胞和嗜中性粒细胞）。在血液嗜中性粒细胞和乳腺吞噬细胞中分别加入β-胡萝卜素（10^-8  mol/L 、10^-7  mol/L），视黄醇（10^-8  mol/L 、10^-7 mol/L），视黄酸（10^-9 mol/L、10^-8 mol/L）进行体外培养。结果表明：在整个试验过程中，β-胡萝卜素提高了血液和乳汁中吞噬细胞的杀伤能力，而添加V_A和视黄酸并没有提高吞噬细胞的吞噬力和杀伤力。产犊前分离母牛血液和乳腺中的嗜中性粒细胞，发现10^-8 mol/L和10^-7 mol/L的β-胡萝卜素，能提高嗜中性粒细胞对金黄葡萄球菌的杀伤力。这是因为β-胡萝卜素通过增强细胞内吞噬细胞的杀伤力，为乳腺提供了一种抗感染机制。同样，Tjoelker等（1987）取干奶前后荷斯坦奶牛血液中嗜中性粒细胞后加入β-胡萝卜素进行体外培养，发现嗜中性粒细胞对金黄葡萄球菌的吞噬能力以及对细菌的杀伤力均有所增强，但视黄醇和视黄酸却降低了嗜中性粒细胞的吞噬能力，这一点证明了β-胡萝卜素具有独立于V_A原之外的其它功能。因此β-胡萝卜素对动物的保护作用很可能是因为它提高了吞噬细胞和淋巴细胞的功能。

 

1.3    β-胡萝卜素的免疫机制

      目前对于胡萝卜素的免疫机理还不是十分清楚，最可能的机制是β-胡萝卜素具有抗氧化功能（Kinsky，1989）。在动物体正常的新陈代谢过程中，或在强烈的紫外线照射下都会产生活性氧。而活性氧具有很高的能量而且很不稳定，它可将能量迅速传递给其它分子而产生自由基。自由基含有异常活跃的不成对电子，会损伤核酸、蛋白质、细胞膜和细胞，导致细胞突变或死亡（倪雁等，1997）。β-胡萝卜素具有多个双键，能传递高能量从而使活性氧变成稳定的氧分子。现已知1分子β-胡萝卜素可抑制1000分子活性氧，同时还可作为一种弱氧化剂直接与自由基反应，阻止其连锁反应，从而减少它对细胞的损伤（Olson，1993）。ß-胡萝卜素具有一种潜在功能即破坏过氧自由基，而且在低氧状态下，这种功能更加明显（Burton等，1984；Palozza等，1989），因此可以保护机体免受活性氧的损害。Weitberg等（1985）也报道了β-胡萝卜素可以减少姐妹染色单体由于血液中嗜中性粒细胞而造成的裂解，以及酶解产生的氧代谢物而造成的破坏性畸形生长。

β-胡萝卜素也可以通过作用于一些独立或者相关的细胞来调节免疫细胞的功能。其可以插入脂质双分子层调节生物膜的流动性，从而增加膜两端的灵活性（Subczynski等，1992）。另外，β-胡萝卜素通过对热激蛋白质的感应（Schwartz等，1990）以及增加间隙连接的胞内通讯（Bertram等，1996）从而改变细胞的代谢状态 。

 

      有关β-胡萝卜素在细胞核内调节作用的研究很少。β-胡萝卜素可以在血液淋巴细胞中被大量吸收，但是在嗜中性粒细胞和红血球中则不可以。取饲喂β-胡萝卜素的奶牛的血液淋巴细胞，进行亚细胞分级后发现，β-胡萝卜素在细胞核、微粒体和线粒体中被大量吸收，但在细胞液中检测到的β-胡萝卜素水平是非常低的。β-胡萝卜素在不同亚细胞部分中的吸收和损耗是不同的。这表明β-胡萝卜素存在于细胞器中，而且可能在这些位置发挥其作用（Chew，1985）。

 

2  β-胡萝卜素对奶牛繁殖和乳房炎的影响

 

2.1  β-胡萝卜素对繁殖的影响

 

      β-胡萝卜素作为V_A原，在繁殖中具有其独立作用（Lotthammer，1978；Lotthammer，1979；Olentine，1982；Ascarelli等，1985）。Akordor（1986）研究发现，荷斯坦奶牛产后10 d直至怀孕期间，日粮V_A、V_E和V_D供应充足的情况下，每天补饲400mg β-胡萝卜素可以提高血浆中β-胡萝卜素浓度；而且与对照组相比，黄体囊肿、子宫积脓和子宫内膜炎的发病率分别从21%、4%和13%下降到6％、0％和7%。研究还表明，在日粮V_A充足的情况下，添加适量β-胡萝卜素可以提高繁殖性能（Friesecke，1978；Cooke，1978；Lotthammer，1978；Lotthammer，1979）。在小母牛日粮中，添加220IUV_A+0.3mg β-胡萝卜素/Kg 体重可以缩短发情期间隔，缩短发情持续时间，提高发情强度，减少黄体囊肿的发生率。而且添加β-胡萝卜素能增加血液中促黄体素，提高黄体中孕酮浓度，从而提高奶牛的繁殖性能（Lotthammer，1978；Lotthammer，1979）。

 

     Michal等(1994)的研究表明，β-胡萝卜素可以降低胎衣不下和子宫炎的发病率，原因是其提高了临产前血液中β-胡萝卜素的浓度，增强淋巴细胞和吞噬细胞的功能，进而提高宿主的抵抗能力，降低繁殖疾病的发生率。大量试验表明，当日粮中β-胡萝卜素含量增加时，血浆中β-胡萝卜素含量会相应增加（Rakes等，1985；Akordor等，1986；Oldham等，1991；Michal等，1994），而卵巢功能与血浆中β-胡萝卜素浓度成正相关（Graves-Hoagland等，1989）。Haliloglu等（2002）的研究也表明，血浆中β-胡萝卜素水平与黄体的直径和重量正相关，但是卵泡内β-胡萝卜素浓度却与卵泡直径负相关。血浆、卵泡、黄体中β-胡萝卜素水平与血浆中孕酮水平正相关。而且研究还表明，血浆、卵泡、黄体中β-胡萝卜素水平受发情周期、怀孕情况以及黄体功能的影响，但与V_A水平无关。Lotthammer(1978)研究表明，小母牛黄体中β-胡萝卜素的浓度是肝脏、脂肪组织和血浆组织的2～5倍。Rapaport等（1998）研究表明，根据奶牛的体况和不同时期，黄体中β-胡萝卜素水平是不断变化的，在发情第6～16d黄体中β-胡萝卜素浓度可以提高6倍，而当黄体退化后浓度则下降。这说明黄体产生孕酮的能力与卵巢中β-胡萝卜素浓度有很大关系（Rapaport等，1998）。关于卵泡液中β-胡萝卜素浓度的报道很少，这是因为分子量≤850,000的物质可以通过血液-卵泡屏障转运出卵泡（Shalgi等，1973），因此只有高密度脂蛋白运载的ß-胡萝卜素才可以在卵泡液中被检测到（Perret等，1985），故卵泡液中的ß-胡萝卜素浓度总是低于血浆和黄体（Chew等，1984；Perret等，1985）。卵细胞吸收β-胡萝卜素在生理方面的重要性目前还不是很清楚，但β-胡萝卜素是形成黄体细胞中微粒体膜不可缺少的成分。因此，其功能可能是作为生殖组织的组成成分来实现的。协方差分析的结果表明，孕酮的生成量和血清中ß-胡萝卜素及V_A浓度相关，只是β-胡萝卜素的回归系数是正的，而V_A的回归系数是负的，因此卵巢功能与血浆中β-胡萝卜素浓度成正相关。同品种奶牛在同一季节中血浆β-胡萝卜素浓度与孕酮生成量正相关。相反，血浆中V_A浓度与孕酮生成量显著负相关（Graves-Hoagland等，1989）。这一点也证明ß-胡萝卜素具有除V_A原以外的其他功能。Arechiga等(1998)的研究发现，高温期间在人工授精前15 d，可以向奶牛日粮中添加400 mg β-胡萝卜素，当饲喂时间超过90 d时，可以提高产后120 d的受胎率，原因是β-胡萝卜素可以降低由于高温引起的胚胎损失，提高胚胎的存活率^[2]。

 

2.2  β-胡萝卜素对奶牛乳房炎的影响

 

     奶牛乳房炎是造成奶牛业经济损失最严重的疾病。尽管西方一些国家对此病已经进行100多年的研究，但至今仍未能提出一个彻底的解决办法。奶牛乳房炎是由多种非特定性病原微生物引起的，而大部分是由细菌感染引起，包括葡萄球菌、链球菌、棒状杆菌、大肠杆菌、梭状芽孢杆菌和假单胞菌等直接感染乳房，以及布氏杆菌、分支杆菌等全身性感染所导致的乳房病变。

 

     大量研究表明，随着血清中β-胡萝卜素含量升高，乳汁中体细胞数下降，乳房炎的发病率降低（Dahlquist等，1985；Michal等，1994；Leblanc等，2004）。Chew等（1982）研究表明，血浆中V_A和β-胡萝卜素浓度升高，将降低乳中体细胞数。V_A和β-胡萝卜素还能提高美国加州乳房炎测试评分（CMT），血浆中V_A和β-胡萝卜素含量提高，CMT就高。在产后100 d，每天为荷斯坦奶牛添加300 mg β-胡萝卜素，发现可以缩短发情期间隔，降低乳中体细胞浓度。Chew等(1985)指出，在V_A充足的情况下，补充β-胡萝卜素可以降低干奶期奶牛的乳腺感染。试验中β-胡萝卜素发挥了独立的免疫功能。实际上，β-胡萝卜素是通过增强血液和乳汁中吞噬细胞的吞噬和杀伤作用，以及提高外周血淋巴细胞的增殖作用来增强免疫功能的（Danie等，1991）。Targowski(1983)指出，临产前是乳房炎高发期的原因可能是由于血液中β-胡萝卜素含量降低，冲击了机体的免疫机制造成的。由于实际生产过程中，奶牛在干奶期饲喂的草料很少，而在临产前奶牛的采食量降低而且体内激素变化很大，这导致了临产前奶牛血液中β-胡萝卜素浓度大大降低。但也有研究得出相反结论，Oldham等（1991）的研究就表明，在干奶期和泌乳前期，如果日粮中V_A充足，则每头奶牛每天补饲300mg β-胡萝卜素对乳房健康和乳汁中体细胞数并没有影响。添加β-胡萝卜素只是提高了血清中ß-胡萝卜素含量。Elias Jukola等(1996)的研究也表明，血液中V_A和β-胡萝卜素浓度与乳中体细胞数无关。

 

      日粮中添加β-胡萝卜素可以改善乳腺健康，但其作用机理还不是十分清楚。宿主最重要的两大免疫细胞是吞噬细胞和淋巴细胞，它们在乳腺的免疫功能上发挥着很大作用。嗜中性粒细胞在乳腺抵御外来病原菌入侵中发挥着最重要的作用，它的任何损伤都可能减弱宿主乳腺抵抗力，同时乳腺中的淋巴细胞也起到了很重要的免疫防御功能（Concha等，1978；Soper等，1978）。在乳腺分泌物中，淋巴细胞占总细胞的20%～40%，在这些淋巴细胞中50%～60%是T细胞，10%～20%是B细胞（Concha等，1978；Soper等，1978）。其中T细胞主要产生淋巴因子，介导细胞免疫；而B细胞成熟后成为血浆细胞，产生抗体。然而，对于嗜中性粒细胞渗透到乳腺中的感应，则在很大程度上依赖于T淋巴细胞^[27]。

 

3  结语

 

      目前关于β-胡萝卜素在动物免疫和繁殖中的研究已经取得了较大进展。日粮中添加的β-胡萝卜素可以通过加强宿主的防御体系来改善机体的健康状况。同时，通过加强淋巴细胞和吞噬细胞的功能来提高宿主的抵抗机制，降低繁殖疾病和乳房炎的发生率。研究表明，β-胡萝卜素具有独立于V_A原之外的生物活性；它的免疫增强作用与它的特殊结构有关，而不是V_A原的作用。