趙 鳳，譚樹華（湖南科技大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，湖南 湘潭 411201）

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抗菌肽在養(yǎng)豬生產(chǎn)中的應(yīng)用研究進(jìn)展

趙 鳳，譚樹華**
（湖南科技大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，湖南 湘潭 411201）

隨著國(guó)內(nèi)養(yǎng)豬業(yè)規(guī)?；图s化生產(chǎn)的不斷加強(qiáng)，高密度養(yǎng)殖對(duì)豬群的健康管理和疫病防治提出了更高的要求。目前，抗生素仍然是防治豬群病害的主要手段，但產(chǎn)生的抗生素殘留、耐藥性、危害環(huán)境等問題給畜牧業(yè)的可持續(xù)發(fā)展帶來了嚴(yán)重的困擾，也危害人類自身的安全。因此，新型安全高效藥物的開發(fā)已成為養(yǎng)豬業(yè)健康發(fā)展和人類自身健康的迫切需要?？咕模╝ntibacterial peptides）作為生物體天然免疫防御系統(tǒng)的重要組成部分，不僅可以提高動(dòng)物機(jī)體免疫力，而且還具有抑制、殺滅多種細(xì)菌、真菌、病毒、寄生蟲的生物學(xué)功能。在養(yǎng)豬生產(chǎn)中，抗菌肽作為一種新型飼料添加劑，已經(jīng)在取代或部分取代飼料抗生素、減少豬對(duì)抗生素的依賴、避免抗生素通過食物鏈傳遞威脅人體健康、增強(qiáng)豬對(duì)各種病原微生物的抵抗能力等方面展示出很好的應(yīng)用前景，抗菌肽作為一種環(huán)保型飼料添加劑，在養(yǎng)殖業(yè)中的應(yīng)用日益廣泛。

1 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與理化性質(zhì)

1.1 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

抗菌肽最早由瑞典科學(xué)家Boman等于1972年在果蠅中發(fā)現(xiàn)。目前發(fā)現(xiàn)抗菌肽或類似抗菌肽的小分子肽類廣泛存在于昆蟲、鳥類、陸生動(dòng)物、水生動(dòng)物（貝類、魚類和甲殼類、兩棲類）、植物及原核生物中，迄今已知的抗菌肽已超過2 000種，其中來源于真核生物的已超過940種。在豬體內(nèi)亦發(fā)現(xiàn)了12種以上不同的抗菌肽，這些抗菌肽具有不同的螺旋結(jié)構(gòu)，分子量相對(duì)較?。ㄐ∮?0 kDa），但對(duì)多種微生物有廣譜殺滅作用。

天然的動(dòng)物抗菌肽大小不一，通常由12～100個(gè)氨基酸殘基組成，相對(duì)分子質(zhì)量較小，約為4～10 kDa，但其一級(jí)結(jié)構(gòu)具有一定的保守性。N端富含賴氨酸、精氨酸等陽離子型氨基酸，C端富含大于30%的疏水性氨基酸殘基如丙氨酸、纈氨酸和甘氨酸等，而其中間部分則富含脯氨酸，該結(jié)構(gòu)使抗菌肽具有表面活性劑活性。各種抗菌肽具有相似的二級(jí)結(jié)構(gòu)，大多數(shù)抗菌肽均具有兩親性的α-螺旋結(jié)構(gòu)，β-折疊、線性伸展螺旋結(jié)構(gòu)和環(huán)鏈結(jié)構(gòu)區(qū)域。α一螺旋分子的縱軸一邊為帶正電荷的親水區(qū)，對(duì)稱面為疏水區(qū)，此二級(jí)結(jié)構(gòu)決定著抗菌肽的破膜活性，α-螺旋的螺旋度降低會(huì)導(dǎo)致抗菌肽活性的急劇下降。β一片層結(jié)構(gòu)間的相互作用則保證了二聚體空間結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，以維持抗菌肽的生物活性。

1.2 理化性質(zhì)

抗菌肽以陽離子肽居多，大多含有4個(gè)或4個(gè)以上帶正電的氨基酸，水溶性好，且具有較好的熱穩(wěn)定性，在100 ℃條件下30 min仍能保持一定活性；等電點(diǎn)一般＞7，表現(xiàn)出較強(qiáng)的陽離子性；具有較強(qiáng)的抗酸、堿及抗離子強(qiáng)度的特性，在較低的pH環(huán)境和較強(qiáng)的離子強(qiáng)度條件下仍保持較好的活性；部分抗菌肽還能通過作用于胰蛋白酶上的特殊位點(diǎn)，抵抗胰蛋白酶的水解作用。

2 生物學(xué)功能及作用機(jī)制

2.1 抗菌活性

抗菌活性是抗菌肽已知的主要生物學(xué)功能，其抗菌作用包括抑制革蘭氏陰性細(xì)菌和革蘭氏陽性細(xì)菌，具有廣譜性和殺菌速度快的特點(diǎn)。動(dòng)物抗菌肽有著與青霉素等傳統(tǒng)抗生素完全不同的作用機(jī)制。傳統(tǒng)抗生素大多數(shù)是通過抑制細(xì)菌細(xì)胞壁或DNA的合成而發(fā)揮作用，而動(dòng)物抗菌肽與病原體細(xì)胞膜靶部位之間的相互作用主要通過2種作用力：一是靜電引力?？咕脑谏韕H條件下常帶有一定的正電荷，易與帶負(fù)電荷的微生物細(xì)胞膜之間產(chǎn)生強(qiáng)烈的靜電引力。作用區(qū)域的細(xì)胞質(zhì)膜會(huì)變得不穩(wěn)定，抗菌肽會(huì)透過這個(gè)不穩(wěn)定區(qū)域進(jìn)入細(xì)胞膜的脂質(zhì)雙分子層中，導(dǎo)致細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)發(fā)生變性，通透性增加，使胞外大量水分內(nèi)流和胞內(nèi)大量?jī)?nèi)容物外流，最后殺傷失去保護(hù)的細(xì)菌；二是受體介導(dǎo)的細(xì)胞膜相互作用力。一部分抗菌肽與細(xì)胞膜內(nèi)肽、磷脂之間相互作用形成復(fù)雜的空間結(jié)構(gòu)，肽與肽之間、肽與細(xì)胞膜之間的疏水及親水功能區(qū)相互作用，能使兩親性小肽比其他方式更深入細(xì)胞膜中心，通過與細(xì)胞內(nèi)物質(zhì)的作用阻礙靶細(xì)胞壁合成其組分，或破壞細(xì)胞壁的結(jié)構(gòu)，從而殺死靶細(xì)胞［1，2］。

2.2 抗真菌活性

目前已經(jīng)發(fā)現(xiàn)超過7萬種真菌，一部分會(huì)嚴(yán)重危害人類和動(dòng)物的健康。最早發(fā)現(xiàn)的具有抑制真菌作用的抗菌肽是從蛙類皮膚中分離得到的蛙皮素。已發(fā)現(xiàn)的大多數(shù)抗菌肽都具有抗真菌作用，但對(duì)不同種類的真菌作用效果相差卻很大。如25～199/L的天蠶素對(duì)鐮刀菌屬和曲霉菌屬真菌均具有良好的抑制作用。動(dòng)物抗菌肽中的兔防御素NP-1和植物抗菌肽中的植物防御素對(duì)多種植物致病真菌都具有殺傷作用。

2.3 抗寄生蟲活性

長(zhǎng)期以來，由于抗寄生蟲藥物的不合理使用，寄生蟲對(duì)藥物產(chǎn)生了耐藥性并且一些藥物的毒副作用嚴(yán)重，寄生蟲感染嚴(yán)重危害人類健康和畜牧業(yè)的發(fā)展。抗菌肽在有效地殺滅引起人類及動(dòng)物的寄生蟲?。ㄈ绡懠?、Chagas氏病、萊什曼病等）的寄生蟲方面展示出了較好應(yīng)用前景。昆蟲類抗菌肽天蠶素類似物Shiva-Ⅰ、兩棲動(dòng)物類抗菌肽爪蛙素可以有效地殺滅瘧原蟲，而天蠶素和蜂毒素抗菌肽聯(lián)合使用，可以快速殺死萊什曼鞭毛蟲；柞蠶抗菌肽對(duì)陰道毛滴蟲病具有良好的治療效果。

2.4 腫瘤細(xì)胞抑制作用

一些陽離子類抗菌肽對(duì)正常細(xì)胞無殺傷作用，但對(duì)腫瘤細(xì)胞卻具有廣譜殺滅作用。如兩棲動(dòng)物類抗菌肽爪蛙素、昆蟲類抗菌肽天蠶素A、蜂毒素和哺乳動(dòng)物類抗菌肽α-防御素-1對(duì)動(dòng)物癌細(xì)胞均具有選擇性殺傷作用?？咕膶?duì)癌細(xì)胞的作用主要是使癌細(xì)胞膜上形成孔洞，破壞腫瘤細(xì)胞的膜結(jié)構(gòu)及內(nèi)部結(jié)構(gòu)，細(xì)胞內(nèi)容物外泄，線粒體出現(xiàn)空泡化，嵴脫落，核膜界限模糊不清或核膜破損，核染色體DNA斷裂，并抑制染色體DNA的合成。

2.5 抗病毒作用

抗菌肽通過直接與病毒粒子結(jié)合、抑制病毒的繁殖、模仿病毒的侵染過程等3種方式發(fā)揮抗病毒作用。目前，已發(fā)現(xiàn)抗菌肽對(duì)感冒病毒、皰疹病毒、乙型肝炎病毒等具有抑制作用。蜂毒素和天蠶素可以在亞毒性濃度下抑制艾滋病毒HIV21的基因表達(dá)，減少HIV21的增殖。在無血清存在的情況下，高濃度（＞100μg/mL）防御素有細(xì)胞毒性，會(huì)引發(fā)HIV膜通透性大大提高。

2.6 免疫調(diào)節(jié)作用

某些抗菌肽不僅能直接殺滅體內(nèi)的病原菌，而且可調(diào)節(jié)動(dòng)物的免疫功能，作為免疫調(diào)節(jié)分子調(diào)節(jié)機(jī)體免疫功能，如溶解細(xì)菌細(xì)胞壁釋放炎癥刺激信號(hào)，刺激肥大細(xì)胞脫粒促使組織胺的釋放和血管的擴(kuò)張，引起嗜中性粒細(xì)胞和輔助性T細(xì)胞的趨化作用，導(dǎo)致白細(xì)胞富集到感染部位，直接作為趨化因子或誘導(dǎo)趨化因子產(chǎn)生，抑制脂多糖誘導(dǎo)的前炎癥細(xì)胞因子的產(chǎn)生、改變宿主免疫相關(guān)基因表達(dá)、促進(jìn)血管生成、促進(jìn)傷口愈合以及在免疫過程中起到溝通、橋梁等作用。

3 在養(yǎng)豬生產(chǎn)中的應(yīng)用現(xiàn)狀

3.1 抗菌肽在豬病防治中的作用

在當(dāng)前的養(yǎng)殖環(huán)境下，豬群往往受多種細(xì)菌和病毒的混合攻擊，單一藥物或抗生素使用效果不佳，且容易產(chǎn)生耐藥性。由于抗菌肽的廣譜抗性，對(duì)豬病的綜合防病抗病效果遠(yuǎn)超一般抗生素的作用。Xiong等［3］報(bào)道飼料添加抗菌肽提高了日攝食量和飼料轉(zhuǎn)化率，極顯著降低了斷奶仔豬的腹瀉發(fā)生率和提高了存活率（P＜0.01）。麻延峰等在基礎(chǔ)日糧中添加0.4%抗菌肽防治豬呼吸系統(tǒng)疾病，發(fā)病率為10%，治愈率為88%，與運(yùn)用青鏈霉素防治方法效果相比，運(yùn)用抗菌肽療效高，且安全、無不良反應(yīng)。劉丁健等報(bào)道使用抗菌肽制劑能明顯降低保育豬的腹瀉率以及呼吸道病發(fā)病率，抗菌肽能夠很好地替代豬場(chǎng)常用的抗生素，0.3%阿莫西林組與0.1%抗菌肽組飼喂效果相當(dāng)，在基礎(chǔ)飼糧中添加0.5%抗菌肽飼喂效果最佳；0.5%抗菌肽組末重、日增重、料重比均顯著好于空白對(duì)照組及其他各試驗(yàn)組，隨著抗菌肽添加量的增加，試驗(yàn)豬只的腹瀉率、呼吸道病發(fā)病率、死亡率都有明顯下降。

在規(guī)?；i場(chǎng)母豬和仔豬進(jìn)行抗菌肽替代抗生素的保健試驗(yàn)中同樣證明，可減少母豬流產(chǎn)，降低弱仔率和總死產(chǎn)率，提高豬群健康狀況（如淚斑明顯減少），提高母豬泌乳量，緩解母豬便秘，提高仔豬生長(zhǎng)速度和成活率。王琴等［4］報(bào)道了抗菌肽有降低仔豬死亡率和腹瀉率，提高生長(zhǎng)性能的趨勢(shì)，在基礎(chǔ)日糧中添加0.2%的抗菌肽，抗菌肽組死亡率和腹瀉率分別降低了2.47%和1.24%，日增重提高了11.42%，料重比降低了5.06%，但差異不顯著，抗菌肽是替代抗生素藥物的理想選擇，具有廣闊的應(yīng)用前景?？咕闹苿┛垢篂a的機(jī)制是其具有廣譜抗菌作用，對(duì)大腸桿菌、沙門菌和產(chǎn)氣莢膜梭菌等有害菌有抑制作用，從而能夠防止仔豬細(xì)菌性腹瀉，改善斷奶仔豬應(yīng)激綜合癥。

3.2 對(duì)豬生產(chǎn)性能的影響

據(jù)研究報(bào)道，在育肥豬飼糧中添加抗菌肽不僅可以改善種豬的生長(zhǎng)性能，還可提高飼料轉(zhuǎn)化率，提高免疫力，降低糞便中氮的排放量。鄧柏林等［5］研究了抗菌肽對(duì)體重50 kg左右重的肥育豬生長(zhǎng)性能的影響，與對(duì)照組相比，日增重極顯著提高8.30%（P＜0.01），飼料轉(zhuǎn)化效率顯著提高了9.08%（P ＜0.05），達(dá)到2.76∶1，抗菌肽組與對(duì)照組的糞便氮排放量差異極顯著（P ＜0.01），抗菌肽組糞便中氮排放量降低了6.74%，氮減排量為0.89-g/d。孔祥書等報(bào)道30日齡保育仔豬飼料中添加1 000 g/t天蠶素抗菌肽的影響，與對(duì)照組相比，添加組平均日增重顯著提高了19.17%（P＜0.05），料重比顯著降低15.98（P＜0.05）；同時(shí)，增加了經(jīng)濟(jì)效益，生產(chǎn)成本降低，減少了腹瀉的發(fā)生，抗菌肽可在保育豬的飼養(yǎng)中推廣應(yīng)用。覃小榮等（2010）研究不同劑量的抗菌肽替代抗生素對(duì)保育豬生長(zhǎng)性能與健康水平的影響，在基礎(chǔ)日糧中添加0.5%抗菌肽飼喂效果最佳。Yoon等報(bào)道抗菌肽能促進(jìn)斷奶仔豬的生長(zhǎng)、提高表觀消化率和小腸絨毛高度，可作為潛在的抗生素替代品。

3.3 對(duì)豬腸道微生物的調(diào)節(jié)作用

抗菌肽對(duì)腸道內(nèi)微生物菌群的調(diào)節(jié)作用與抗生素相似，但抗菌肽能促進(jìn)有益菌的生長(zhǎng)，從而有利于調(diào)節(jié)體內(nèi)微生態(tài)，起到促進(jìn)動(dòng)物生長(zhǎng)的作用?？咕牟粌H對(duì)魏氏梭菌、金黃色葡萄球菌、巨大芽孢桿菌、蠟樣芽孢桿菌、鏈球菌等革蘭氏陽性菌，以及嗜水氣單胞菌、梅氏弧菌、沙門氏菌、大腸桿菌、熒光假單胞菌等革蘭氏陰性菌有抑制或殺滅作用，而且通過殺滅動(dòng)物腸道中的有害菌還具有調(diào)節(jié)腸道微生物菌群平衡，提高肥育豬營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)消化率，促進(jìn)動(dòng)物生長(zhǎng)和降低氮排放作用［7］。據(jù)汪以真研究報(bào)道，飼糧添加表達(dá)重組豬乳鐵蛋白基因（rPLF）的蠶蛹，可顯著增加仔豬十二指腸和空腸絨毛高度、明顯降低隱窩深度；顯著減少腸道中大腸桿菌和沙門氏菌的生長(zhǎng)（P＜0.05）；增加乳酸菌的數(shù)量（P＜0.05），極顯著增加了雙歧桿菌數(shù)量（P＜0.01），但與抗生素添加組差異不顯著。Wu等比較飼料中添加抗生素（100 mg/kg吉他霉素和硫酸粘菌素800 mg/kg）或抗菌肽AD（400 mg/ kg）對(duì)口服大腸桿菌斷奶仔豬的影響，發(fā)現(xiàn)抗菌肽可以提高仔豬白細(xì)胞介素-1β，白細(xì)胞介素-6、IgA和IgG水平，并降低了腸道病原菌和腹瀉發(fā)生率，是抗生素的潛在替代品。

4 問題與展望

目前，抗菌肽在促進(jìn)豬的生長(zhǎng)，病害防治、提高免疫能力和提高養(yǎng)殖效益等方面已顯示出了傳統(tǒng)抗生素?zé)o可比擬的優(yōu)越性。但抗菌肽大規(guī)模的生產(chǎn)應(yīng)用仍有一些技術(shù)需要克服：一是要研究抗菌肽的添加量對(duì)生產(chǎn)性能的影響，研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，高劑量的抗菌肽對(duì)育肥豬的生長(zhǎng)會(huì)產(chǎn)生不良影響。這可能與抗菌肽具有廣譜殺菌作用，高劑量的抗菌肽可能會(huì)過多地殺滅消化道微生物菌群中的有益菌，從而降低育肥豬的消化吸收功能有關(guān)；二是天然抗菌肽含量極微，化學(xué)合成方法成本太高，因此，采用基因工程方法是目前獲得動(dòng)物抗菌肽的主要技術(shù)手段，由于在原核生物中表達(dá)抗菌肽基因可能造成宿主微生物自殺而不能獲得表達(dá)產(chǎn)物，只能在真核系統(tǒng)或昆蟲系統(tǒng)中表達(dá)動(dòng)物抗菌肽，目前仍存在著一定的技術(shù)難度，表達(dá)效率偏低、生產(chǎn)成本偏高而無法大規(guī)模推廣應(yīng)用；三是活性問題。一些分子較大的抗菌肽的活性與其空間結(jié)構(gòu)密切相關(guān)，通過基因工程得到的抗菌肽雖然在一級(jí)結(jié)構(gòu)上與天然抗菌肽一致，卻無法保證在空間結(jié)構(gòu)上的一致，影響了抗菌肽的生物活性。但隨著抗菌肽基因工程技術(shù)的完善、抗菌肽生產(chǎn)工藝的改進(jìn)，生產(chǎn)規(guī)模的擴(kuò)大，成本將逐步降低，抗菌肽也必將在減少豬對(duì)抗生素的依賴，避免抗生素通過食物鏈傳遞威脅人體健康等方面發(fā)揮重要作用。

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基金項(xiàng)目：湖南省自然科學(xué)基金（144JJ7048）趙鳳（1992-），女，研究方向，動(dòng)物營(yíng)養(yǎng)。**通訊作者： 譚樹華，E-mail：hstan@126.com

收稿日期：（2016-03-23）