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抗菌肽的免疫調(diào)節(jié)活性及其在動(dòng)物生產(chǎn)中的應(yīng)用

2014-01-26 22:55:43韓文瑜宋智娟關(guān)靜姝
中國飼料 2014年4期
關(guān)鍵詞:天蠶抗菌肽特異性

李 波 ,韓文瑜 ,宋智娟 ,李 希 ,關(guān)靜姝 ,陳 勇

(1.吉林大學(xué)動(dòng)物醫(yī)學(xué)院,吉林長春 130012;2.北京中農(nóng)穎泰生物技術(shù)有限公司,北京海淀 100193;3.中農(nóng)穎泰林州生物科園有限公司,河南林州 456550)

抗菌肽(ABPs)又稱抗微生物肽(AMPs)或宿主防御肽(HDPs),是生物體經(jīng)誘導(dǎo)產(chǎn)生的具有廣譜抗菌活性和免疫調(diào)節(jié)活性的一類小分子多肽,屬于機(jī)體非特異性防御系統(tǒng)的固有組成部分,幾乎存在于所有生命形式中(趙東紅等,1999)??咕耐ǔS?2~50個(gè)氨基酸組成,相對(duì)分子質(zhì)量一般在4 ku左右。研究發(fā)現(xiàn),抗菌肽具有快速殺菌和廣譜抗菌活性,包括抗革蘭氏陽性菌、革蘭氏陰性菌、多重耐藥細(xì)菌、真菌、寄生蟲、包膜病毒和腫瘤細(xì)胞(Hancock 和 Scott,2000),并且能通過趨化樹突狀細(xì)胞、單核細(xì)胞和記憶T細(xì)胞,在先天性免疫和獲得性免疫反應(yīng)之間起到橋梁作用,并通過啟動(dòng)獲得性免疫系統(tǒng)提高機(jī)體抵抗微生物感染的能力(Oyston 等,2009;Zasloff,2004)。

1 抗菌肽的免疫調(diào)節(jié)作用

免疫調(diào)節(jié)是指免疫系統(tǒng)中的免疫細(xì)胞和免疫分子之間,以及與其他系統(tǒng)如神經(jīng)內(nèi)分泌系統(tǒng)之間的相互作用,使得免疫應(yīng)答以最恰當(dāng)?shù)男问骄S持在最適當(dāng)?shù)乃健_@種調(diào)節(jié)作用對(duì)維護(hù)機(jī)體免疫功能的穩(wěn)定和動(dòng)態(tài)平衡十分重要。

1.1 促進(jìn)免疫細(xì)胞增殖 免疫細(xì)胞是白細(xì)胞的俗稱,包括淋巴細(xì)胞和各種吞噬細(xì)胞等,也特指能識(shí)別抗原、產(chǎn)生特異性免疫應(yīng)答的淋巴細(xì)胞等。淋巴細(xì)胞是白細(xì)胞的一種,由淋巴器官產(chǎn)生。淋巴細(xì)胞是機(jī)體內(nèi)重要的免疫細(xì)胞,其增殖和分化是機(jī)體免疫應(yīng)答過程的一個(gè)重要階段。因此,通過對(duì)淋巴細(xì)胞的檢測可以間接地反映動(dòng)物機(jī)體的免疫水平。

Tani等(2000)報(bào)道,體外培養(yǎng)的小鼠脾細(xì)胞用人的α-防御素刺激后能增殖并可促進(jìn)細(xì)胞因子干擾素 γ(IFN-γ)和白細(xì)胞介素 4(IL-4)的分泌。在對(duì)人類防御素的研究中發(fā)現(xiàn),人抗菌肽LL-37能通過受體依賴機(jī)制刺激先天性免疫細(xì)胞釋放細(xì)胞因子白細(xì)胞介素 1β (IL-1β)(Wan等,2011)。 另有 Risso等(1998)研究報(bào)道,Nisin 可誘導(dǎo)CD4和CD8細(xì)胞的產(chǎn)生,增強(qiáng)細(xì)胞免疫功能和T細(xì)胞的輔助功能。

1.2 提高宿主抗感染力 抗菌肽是非專一性免疫應(yīng)答產(chǎn)物,當(dāng)宿主感染病原菌時(shí),體內(nèi)抗菌肽的表達(dá)量會(huì)相應(yīng)增加(胡云龍等,1997)。大量的轉(zhuǎn)基因動(dòng)物試驗(yàn)和早期的臨床研究均表明,在由細(xì)菌和真菌引起的局部或系統(tǒng)感染中,抗菌肽起重要的保護(hù)作用。特異表達(dá)小肽Shiva-1a的轉(zhuǎn)基因小鼠可以抵抗流產(chǎn)布魯氏菌的感染;在大鼠呼吸道中大量表達(dá)源于人的cathelicidin基因,可以使其抗感染能力增強(qiáng),并且有試驗(yàn)表明,被敲除掉cathelicidin基因的小鼠比野生型小鼠對(duì)由甲類鏈球菌引起的傷口感染更為敏感;在培養(yǎng)的細(xì)胞中大量表達(dá)防御素同樣可以提高細(xì)胞抵抗細(xì)菌和病毒感染的能力 (Menendez 和 Finlay,2007;Nizet等,2001)。雖然抗菌肽的產(chǎn)生沒有抗體那么精致的特異性機(jī)制,但是有機(jī)體也可以對(duì)不同的病原菌表達(dá)出相應(yīng)的抗菌肽,例如,當(dāng)果蠅受昆蟲病原真菌自然感染時(shí),體內(nèi)只產(chǎn)生抗真菌肽。

陽離子抗菌肽在宿主天然免疫中起著非常重要的作用。在果蠅的調(diào)節(jié)基因或信號(hào)基因發(fā)生變異時(shí)可以影響許多肽類的表達(dá),從而導(dǎo)致對(duì)細(xì)菌和真菌易感性的增加。Wilson等(1995)從小鼠體內(nèi)分離到基質(zhì)分解素,可將腸道防御素前體轉(zhuǎn)化為有活性的防御素。剔除該酶基因可以阻斷腸道防御素前體轉(zhuǎn)化為有活性的防御素,導(dǎo)致小鼠對(duì)微生物的易感性提高10倍?;加刑禺愋灶w粒缺乏綜合征病人缺乏α-defensins,會(huì)經(jīng)常發(fā)生嚴(yán)重細(xì)菌感染??梢?,抗菌肽在宿主抗感染方面起著很重要的作用。

1.3 調(diào)節(jié)免疫因子活性 當(dāng)宿主感染外源病菌或受到創(chuàng)傷時(shí),抗菌肽可促使肥大細(xì)胞的脫?;?,促使組胺的釋放,導(dǎo)致隨后的血管舒張,以釋放血液中的相關(guān)免疫細(xì)胞,促使巨噬細(xì)胞及激活的淋巴細(xì)胞的凋亡,也就是指具有潛在消滅感染細(xì)胞的功能;或者通過誘導(dǎo)細(xì)胞釋放氮氧化物合成酶來提高殺菌速度。傷口感染病菌時(shí),抗菌肽可以通過激活纖維蛋白溶解酶原來抑制纖維蛋白凝塊的溶解,從而阻止病原菌的進(jìn)一步擴(kuò)散,同時(shí)促進(jìn)纖維原細(xì)胞的趨化、生長和淋巴細(xì)胞、血管內(nèi)皮細(xì)胞的增殖,促進(jìn)組織和傷口的愈合 (Hiemstra等,2004;Hancock 和 Diamond,2000)。 研究發(fā)現(xiàn) αdefensins可促使大鼠腹腔肥大細(xì)胞脫粒,作為單核細(xì)胞的趨化因子(HNP1和HNP2),抑制糖皮質(zhì)激素合成(HNP4)以及促進(jìn)上皮細(xì)胞的有絲分裂(Oppenheim 等,2003)。 Scott等(2000)報(bào)道,抗菌肽在宿主免疫反應(yīng)不同階段表現(xiàn)出多種作用,能促進(jìn)輔助性T細(xì)胞趨化因子的產(chǎn)生及輔助性T細(xì)胞的增殖。 Yang等(1999)報(bào)道,人 α-defensins在很低的濃度下對(duì)單核細(xì)胞、未分化的樹突狀細(xì)胞和T細(xì)胞有趨化性,而β-defensins則通過細(xì)胞因子受體對(duì)記憶T細(xì)胞和未分化的樹突狀細(xì)胞有趨化性。楊星劍等(2005)報(bào)道,有些防御素還具有促進(jìn)未成熟樹突狀細(xì)胞以及T細(xì)胞的趨化的功能。

Lfcin能與人多行核白細(xì)胞作用,促進(jìn)對(duì)中性粒細(xì)胞具激活作用的干擾素-8釋放,增強(qiáng)細(xì)胞免疫反應(yīng)。人的cathelicidin LL-37通過G-蛋白偶聯(lián)受體對(duì)單核細(xì)胞和某些T細(xì)胞有趨化作用(Gilliet和Lande,2008)??咕倪€可以上調(diào)某些生長因子和生長因子受體的表達(dá),具有潛在的調(diào)節(jié)免疫系統(tǒng)中枝狀細(xì)胞分化的功能。微量測定試驗(yàn)證明,抗菌肽可以選擇性地正調(diào)節(jié)30多種基因的表達(dá)。

1.4 抑制過度炎癥反應(yīng) 抗菌肽可以中和革蘭氏陰性菌脂多糖、革蘭氏陽性菌脂磷壁酸和細(xì)菌未甲基化CpG-DNA等細(xì)菌信號(hào)分子。這些信號(hào)分子可以與宿主細(xì)胞表面Toll樣受體結(jié)合,啟動(dòng)信號(hào)級(jí)聯(lián)放大和細(xì)胞因子(如TNF-α、IL-6等)正調(diào)節(jié)(Rtnaldt等,2001)。低濃度細(xì)菌信號(hào)分子可引發(fā)機(jī)體有益的炎癥反應(yīng)和發(fā)熱,但是如果反應(yīng)劇烈或持續(xù)時(shí)間延長,可以導(dǎo)致全身循環(huán)障礙、器官衰竭,甚至死亡??咕目梢种浦嗵桥c血清脂多糖結(jié)合蛋白因子結(jié)合,減少促炎細(xì)胞因子的產(chǎn)生,從而有效地控制由細(xì)菌產(chǎn)物引起的內(nèi)毒素休克,防止因炎癥反應(yīng)過強(qiáng)而引起的機(jī)體損傷(Finlay 和 Hancock,2004;Hancock 和 Scott,2000a)。

抗菌肽還可抑制某些對(duì)傷口愈合有抑制作用的酶的活性(如組織蛋白酶、弗林蛋白酶),防止傷口惡化,如源于人的α-defensins、HNP-1-3。由B.anthracis產(chǎn)生的致命毒素(LT)是一個(gè)致病因子,具有鋅依賴的金屬酶活性,作用于宿主細(xì)胞中特定的MAPK蛋白激酶。HNP-1-3能在體外和體內(nèi)范圍內(nèi)消除毒素并保護(hù)由毒素引起的死亡(Kim等,2005)。此外,抗菌肽還能阻止一些毒性物質(zhì)的釋放以免引起過多的組織損傷和炎癥反應(yīng)。

1.5 激活特異性免疫反應(yīng) 抗菌肽不但是先天性免疫的效應(yīng)分子,還是細(xì)胞介導(dǎo)的獲得性免疫的效應(yīng)成分,越來越多的試驗(yàn)證明抗菌肽可以激活、征集免疫細(xì)胞,從而在獲得性免疫反應(yīng)中發(fā)揮作用,若先天性免疫不足以消除感染,抗菌肽則通過信號(hào)傳遞途徑,啟動(dòng)并擴(kuò)大宿主的特異性免疫反應(yīng),充當(dāng)先天免疫和特異性免疫之間信號(hào)傳導(dǎo)的橋梁。例如,動(dòng)物體內(nèi)的defensins和cathelicidin通過與指突狀樹突細(xì)胞肉瘤(iDCs)和淋巴細(xì)胞受體的相互作用,從而激活特異性免疫反應(yīng)(Davidson 等,2004)。

抗菌肽可以直接充當(dāng)中性粒細(xì)胞、單核細(xì)胞、肥大細(xì)胞和T輔助細(xì)胞的趨化因子或刺激宿主中性粒細(xì)胞和單核細(xì)胞趨化因子的釋放,使它們能快速聚集在炎癥反應(yīng)部位,發(fā)揮各自相應(yīng)的功能并消除炎癥,如源于動(dòng)物的α-defensins、β-defensins和LL-37 等(Yang等,2002;Sharma 等,2000)。

2 抗菌肽在動(dòng)物生產(chǎn)中的應(yīng)用

2.1 對(duì)豬免疫功能的影響 王阿榮等 (2011)在仔豬日糧中添加天蠶素抗菌肽,研究發(fā)現(xiàn),天蠶素抗菌肽能增加血清免疫球蛋白的含量,提高機(jī)體的免疫功能。張董燕等(2011)在斷奶仔豬日糧中添加天蠶素抗菌肽,結(jié)果增加了干擾素γ和免疫球蛋白A(IgA)的含量。Wu等(2012)研究日糧中添加天蠶素抗菌肽對(duì)斷奶仔豬大腸桿菌攻毒條件下免疫功能的影響,研究結(jié)果表明,日糧中添加100 mg/kg吉他霉素、800 mg/kg 10%硫酸粘桿菌素的抗生素組和添加400 mg/kg天蠶素抗菌肽組促炎性因子IL-1β和IL-6均極顯著高于空白對(duì)照組(P<0.01),而抗菌肽組免疫球蛋白A和免疫球蛋白G顯著高于抗生素組和空白對(duì)照組(P<0.05)。宋青龍等(2012)在斷奶仔豬日糧中添加抗菌肽,結(jié)果顯示,抗菌肽組豬瘟抗體水平顯著高于對(duì)照組 (P<0.05),與 100 mg/kg吉他霉素(50%)添加組水平相當(dāng)。蔣桂韜(2013)試驗(yàn)結(jié)果顯示,添加天蠶素抗菌肽的試驗(yàn)組豬瘟抗體陽性率和合格率均由對(duì)照組的16.67%上升到83.33%,阻斷率也由28.86%提高到43.08%,這說明在仔豬日糧中添加天蠶素抗菌肽替代抗生素能在一定程度上提高仔豬的豬瘟抗體水平。

中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院蘭州獸醫(yī)研究所國家口蹄疫參考實(shí)驗(yàn)室(2012)對(duì)飼喂添加天蠶素抗菌肽的2月齡健康試驗(yàn)豬進(jìn)行O型口蹄疫病毒攻毒試驗(yàn),結(jié)果表明,不同劑量天蠶素抗菌肽拌料飼喂試驗(yàn)豬,均可誘導(dǎo)試驗(yàn)豬產(chǎn)生非特異性的T細(xì)胞免疫應(yīng)答。

白光明等(2012)將融合抗菌肽MAPWA和PGBD-2與Marc-145細(xì)胞和豬繁殖與呼吸綜合征病毒(PRRSV)共培養(yǎng),以實(shí)時(shí)定量RT-PCR技術(shù)檢測Marc-145細(xì)胞中及培養(yǎng)液的PRRSV含量。結(jié)果發(fā)現(xiàn):PRRSV感染Marc-145細(xì)胞96 h,試驗(yàn)組的RT-PCR檢測數(shù)量均≤1.7,而陽性對(duì)照組的RT-PCR檢測數(shù)量達(dá)到3.38,試驗(yàn)組數(shù)值顯著低于陽性對(duì)照組。說明融合抗菌肽MAPWA和PGBD-2能夠顯著減少PRRSV在Marc-145細(xì)胞中的復(fù)制量,證明融合抗菌肽MAPWA和PGBD-2具有明顯的抗病毒效應(yīng),能顯著地抑制病毒復(fù)制,減少其在靶細(xì)胞中的含量。

2.2 對(duì)家禽免疫功能的影響 李麗(2010)試驗(yàn)表明,日糧中添加抗菌肽Abaecin對(duì)肉雞免疫器官指數(shù)大小影響不明顯,表明抗菌肽對(duì)肉雞免疫器官指數(shù)無不良影響。添加抗菌肽Abaecin 21 d時(shí),添加300 mg/kg抗菌肽能使肉雞外周血T淋巴細(xì)胞轉(zhuǎn)化率升高11.11%,表明有促進(jìn)體細(xì)胞免疫和增強(qiáng)特異性免疫應(yīng)答的功能??咕奶砑咏M肉雞血清補(bǔ)體C3、C4水平高于對(duì)照組。21 d添加抗菌肽的肉雞血清IgG含量較空白對(duì)照組水平高,表明抗菌肽能夠提高機(jī)體免疫力。

呂尊周(2011)研究抗菌肽對(duì)蛋雞血清免疫指標(biāo)及脾臟白細(xì)胞介素2 mRNA表達(dá)量的影響,結(jié)果表明:飼糧中添加不同水平抗菌肽可不同程度地提高脾臟系數(shù)。與對(duì)照組相比,添加抗菌肽的試驗(yàn)組血清免疫球蛋白A、血清免疫球蛋白G含量均有不同程度的提高,而抗菌肽對(duì)血清免疫球蛋白M、C3和C4含量影響不顯著??咕慕M脾臟IL-2 mRNA的表達(dá)量顯著高于對(duì)照組。由此可見,抗菌肽能提高蛋雞的免疫功能。

陳紅羽(2012)研究大腸桿菌攻毒狀態(tài)下,日糧中添加抗菌肽對(duì)肉雞血漿IL-6的影響,結(jié)果發(fā)現(xiàn),飼喂空白日糧的肉雞在攻毒狀況下,IL-6的分泌量顯著高于添加天蠶素抗菌肽組,但對(duì)免疫器官發(fā)育無顯著影響。試驗(yàn)還發(fā)現(xiàn),大腸桿菌攻毒條件下直接灌服天蠶素抗菌肽能顯著降低血漿IL-6水平,脾臟組織中通過反轉(zhuǎn)-PCR未檢測到TLR 2A和TLR2B,發(fā)現(xiàn)TLR 4有表達(dá),且抗菌肽可能會(huì)減少TLR 4的表達(dá)量,減輕炎性反應(yīng)程度。

劉莉如等(2012)研究表明,在海蘭褐蛋用仔公雞日糧中添加天蠶素抗菌肽能顯著提高胸腺、法氏囊和脾臟指數(shù)(P<0.05),并能顯著降低IL-6、TNF-α和INF-γ基因mRNA的相對(duì)表達(dá)水平(P<0.05),還能顯著提高IgA和IgG含量 (P<0.05),顯著提高補(bǔ)體 C3和溶菌酶含量 (P<0.05)。劉莉如等(2013a、b)研究天蠶素對(duì)海蘭褐仔公雞小腸上皮內(nèi)淋巴細(xì)胞數(shù)量的影響,結(jié)果表明,天蠶素抗菌肽可以增加蛋用仔公雞十二指腸上皮內(nèi)淋巴細(xì)胞數(shù)量。

2.3 對(duì)水產(chǎn)動(dòng)物免疫功能的影響 宋理平等(2010)在凡納濱對(duì)蝦的基礎(chǔ)飼料中添加抗菌肽,凡納濱對(duì)蝦的免疫保護(hù)率得到顯著提高。柴仙琦等(2012)在凡納濱對(duì)蝦日糧中添加抗菌肽,結(jié)果顯示,添加抗菌肽組的血清堿性磷酸酶(AKP)、超氧化物歧化酶(T-SOD)、谷丙轉(zhuǎn)氨酶、谷草轉(zhuǎn)氨酶及溶菌酶(LZM)活性均顯著高于對(duì)照組,說明添加抗菌肽對(duì)血清非特異性免疫指標(biāo)有提高作用。夏耘等(2012)研究飼料中添加抗菌肽對(duì)花鱸非特異性免疫功能的影響,試驗(yàn)結(jié)果表明,抗菌肽可提高花鱸機(jī)體血清溶菌酶活性水平,還對(duì)花鱸血清一氧化氮合成酶系統(tǒng)具有誘導(dǎo)調(diào)節(jié)作用。

林鑫等(2013)在錦鯉日糧中添加天蠶素抗菌肽,結(jié)果顯示抗菌肽組錦鯉的血清過氧化氫酶(CAT)、總超氧化物歧化酶和堿性磷酸酶活性顯著高于對(duì)照組,各組錦鯉的血清溶菌酶活性無顯著差異(P>0.05)。用維氏氣單胞菌攻毒后,各抗菌肽添加組錦鯉的累積死亡率顯著低于對(duì)照組(P<0.05)。結(jié)果表明,飼料中添加抗菌肽可以增強(qiáng)錦鯉的非特異性免疫力和抗病力。

3 展望

抗菌肽是生物體應(yīng)對(duì)外界病原物質(zhì)侵染而產(chǎn)生的一系列免疫應(yīng)答的反應(yīng)產(chǎn)物,它的出現(xiàn)為人們尋找理想的抗菌藥物提供了新的領(lǐng)域。隨著基因工程技術(shù)的發(fā)展,通過抗菌肽基因的人工合成與表達(dá)而大量生產(chǎn)抗菌肽已成為現(xiàn)實(shí)。相信抗菌肽以其獨(dú)特的作用機(jī)理及不易產(chǎn)生耐藥性的特性必將在動(dòng)物健生產(chǎn)中發(fā)揮重要作用。

注:因版面所限僅提供部分參考文獻(xiàn),如有需要,可來函索取。電子郵箱:znytlb@126.com

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