張江

上期回顧：本篇文章上期主要闡述了最近動物飼料行業(yè)使用抗生素的進展情況和抗生素替代品的概況，其中包括：使用CRTSPR/Cas基因編輯系統(tǒng)逆轉(zhuǎn)抗生素耐藥性并用作抗菌劑、增強抗茵效力的抗生素綴合物、以噬菌體作為抗菌劑、設(shè)計用于控制體內(nèi)微生物疾病的抗菌肽以及使用化學(xué)合成的病毒樣納米粒子（納米抗生素）殺死致病茵。

中圖分類號：S831.5? ?文獻標(biāo)志碼：C? ?文章編號：1001-0769（2018）07-009604

7 宿主防御/先天免疫

免疫系統(tǒng)由先天（非特異性）和適應(yīng)性（特異性）應(yīng)答組成。先天免疫是結(jié)構(gòu)性存在的，并在感染后迅速動員起來。先天免疫也被稱為非特異性免疫，因為無論初始感染如何，保護性應(yīng)答都是相同的。相反，適應(yīng)性免疫系統(tǒng)響應(yīng)較慢，并會產(chǎn)生免疫記憶。如果人體的第一道防線一一先天性免疫系統(tǒng)一一在消滅病原體方面不成功，大約4 d～～7 d后特定的適應(yīng)性免疫應(yīng)答便啟動。這意味著適應(yīng)性防御需要更長的時間，但它能更準(zhǔn)確地針對病原體。增強動物免疫系統(tǒng)可減少抗生素的使用。

8 疫苗是解決抗生素耐性的重要藥物

人類和動物接種疫苗是預(yù)防感染、降低抗生素需要的一種有效方法。更好地利用現(xiàn)有疫苗及開發(fā)新疫苗是解決抗生素耐藥性、減少可預(yù)防疾病及動物死亡的重要途徑。亞單位疫苗、脫氧核糖核苷酸（Deoxyribonucleic Acid，DNA）疫苗和核糖核酸（Ribonucleic Acid，RNA）疫苗是完整致病菌疫苗有吸引力的替代品。佐劑是疫苗非常重要的成分，因為它們可減少產(chǎn)生免疫效果所需疫苗的劑量和份數(shù)。有三種含有toll樣受體激動劑佐劑或其聚合物：胞嘧啶（poly-c）或CpG寡脫氧核苷酸、宿主防御肽和聚磷腈。合成的胞嘧啶和CpG寡脫氧核苷酸是眾所周知可增強免疫應(yīng)答的有效佐劑。宿主防御肽是一種天然肽的衍生物，它是一種帶有陽離子（帶正電）兩親性的肽，具有免疫調(diào)節(jié)功能。聚磷腈是一種合成的水溶性生物可降解聚合物，具有刺激免疫的功能，可與病毒和細(xì)菌抗原形成非共價復(fù)合物，以提高其免疫原性和穩(wěn)定性。三個佐劑在小鼠、大鼠、豬、綿羊、雞和考拉中穩(wěn)定高效，與多種抗原一起使用時，可有效誘導(dǎo)長效的體液免疫和細(xì)胞免疫。研究人員應(yīng)用不同的方法將富含CpG的寡核苷酸與糖聚合物連接形成可溶性納米顆粒佐劑，這種可溶性納米顆粒佐劑與重組炭疽抗原進行單次免疫可誘導(dǎo)猴子產(chǎn)生高滴度的抗體，完全保護它們免受致死性炭疽攻擊。這種可溶性納米顆粒佐劑應(yīng)該是有一種有應(yīng)用前景的佐劑，因為它可以通過單次免疫刺激動物機體產(chǎn)生抗體。

采用一種完全不同的疫苗接種方法可將能表達特異性抗原DNA序列的質(zhì)粒直接導(dǎo)入動物組織中，從而獲得免疫應(yīng)答。研究人員證明陽離子脂質(zhì)體制備的乙型肝炎病毒DNA疫苗在豬中產(chǎn)生的免疫應(yīng)答與一種蛋白疫苗安在時（EngerixB）產(chǎn)生的免疫應(yīng)答量級相當(dāng)。有研究人員開發(fā)出帶電（陽離子）的DNA復(fù)合微針疫苗。他們發(fā)現(xiàn)這種疫苗的免疫反應(yīng)比傳統(tǒng)給藥高出3.5倍。這種新型微針疫苗具有持久的免疫力，生產(chǎn)成本低，在動物中易于施用，具有較長的保存期，并且可以適用于控制幾乎任何種類動物的疾病。最新的方法是使用mRNA來制備疫苗。雖然DNA疫苗和mRNA疫苗有許多相似之處，但兩種疫苗之間的主要差異在于寡核苷酸釋放的目標(biāo)位置。DNA療法必須到達細(xì)胞核，而RNA療法的目標(biāo)是胞液。mRNA疫苗可誘導(dǎo)有效的免疫應(yīng)答，生成高濃度抗體。脂質(zhì)納米顆粒作為將mRNA運送至細(xì)胞的載體可以很容易地合成，保護mRNA不被降解，并且可以與佐劑共同釋放。與DNA疫苗一樣，美國食品及藥物管理局（Food and DrugAdministration，F(xiàn)DA）未將RNA疫苗視為基因療法。疫苗技術(shù)的諸多進步為在動物中產(chǎn)生持續(xù)的高滴度抗體提供了手段，且在控制或預(yù)防動物疾病中相對便宜且高效。在RNA疫苗和DNA疫苗廣泛用于家畜和家禽之前，必須對RNA疫苗和DNA疫苗的安全性和有效性進行更多的研究。

9 應(yīng)用雞卵黃抗體和植物免疫球蛋白控制家畜和人類腸道病原體

口服抗體免疫療法（被動免疫）是控制動物腸道疾病中的一種非常有吸引力和有效的方法，因為它們具有高特異性、有效性和快速作用的特點。目前已經(jīng)成功使用了哺乳動物血清和初乳制備的口服抗體及單克隆抗體，但它們的成本過高。

與此相反， 被稱為免疫球蛋白Y（Immunoglobulin Y，IgY）的雞卵黃免疫球蛋白預(yù)防和控制動物疾病的效果相當(dāng)引人注目，因為與哺乳動物免疫球蛋白G相比，卵黃抗體具有成本效益高、使用方便和抗體產(chǎn)量高等諸多優(yōu)點（圖3）?？诜蘒gY已被用于預(yù)防或治療哺乳動物、家禽和水產(chǎn)動物中的多種細(xì)菌性和病毒性疾病。研究人員對口服IgY控制家畜腹瀉的能力進行了薈萃分析。結(jié)果發(fā)現(xiàn)IgY能夠降低所有試驗動物（包括豬、小鼠、家禽和犢牛）的腹瀉發(fā)病率。他們建議進行更多的動物實驗以進一步確認(rèn)單獨使用IgY或IgY與其他替代產(chǎn)品組合使用的功效。

盡管己證明相對少量的IgY在控制動物腸道病原體感染方面非常有效，但需要更多的研究以提高抗體治療的功效。這包括獲取中和不同程度感染所需的特異性抗體量（抗體滴度）以及治療的持續(xù)時間和頻度等信息。除了優(yōu)化IgY治療方案外，選擇免疫程序提高蛋雞卵黃抗體的產(chǎn)量也很重要，因為這直接關(guān)系到運營利潤和生產(chǎn)成本。幾種新的免疫方案可用于蛋雞，使蛋黃中產(chǎn)生高濃度的抗體。為了提高免疫反應(yīng)的效果，有必要使用佐劑，因為它可刺激產(chǎn)生更快、更強和更持久的免疫力。前文討論的兩種新型疫苗平臺可用于產(chǎn)蛋母雞，以高水平和持續(xù)地生成IgY。另一種可能的方法是使用DNA疫苗或RNA疫苗，因為它們可以廉價方式生產(chǎn)抗體。

一種非常有吸引力的替代抗體的來源是通過植物生產(chǎn)抗體。植物瞬時表達系統(tǒng)的出現(xiàn)使得在實驗室和工業(yè)化規(guī)?？焖俸桶踩a(chǎn)抗體成為可能。植物生產(chǎn)抗體的主要特點是安全、快速、低成本和便利性，新手能夠快速掌握該技術(shù)并充分利用其優(yōu)勢。使用植物進行產(chǎn)品開發(fā)為同時表達多種不同基因提供了動力和靈活性，從而可以構(gòu)建新型生物納米材料。植物可用于生產(chǎn)基于抗體的超分子結(jié)構(gòu)，并將在多方面得到應(yīng)用。例如，可以設(shè)計耐受胃腸道pH和消化酶影響的抗體，從而減少抗體的用量。預(yù)計未來的抗體產(chǎn)品將可充分利用植物系統(tǒng)的獨特功能。幾家全球性公司擁有生產(chǎn)生物納米藥物的能力。

10 采用抗體包被技術(shù)防止免疫球蛋白在胃腸道中失活

口服被動免疫可能是抗體最有價值的應(yīng)用之一。但是抗體必須在胃腸道環(huán)境中存活并到達發(fā)揮其生物學(xué)特性的目標(biāo)區(qū)域才能產(chǎn)生效果。與任何蛋白質(zhì)一樣，抗體對蛋白水解酶敏感。胃部的消化酶和低pH可降低或破壞IgY的活性。相反，IgY對pH 6～7的小腸和大腸中的蛋白酶作用相當(dāng)穩(wěn)定。針對牛IgG通過人胃腸道的研究表明，只有4%～19%抗體活性能保留下來。研究人員評估了在納米復(fù)合材料基質(zhì)中的IgY對感染產(chǎn)腸毒素大腸桿菌仔豬的體內(nèi)保護效力。受保護的IgY完全阻止了腸毒素性大腸桿菌誘導(dǎo)的腹瀉，而服用未受保護的IgY的仔豬腹瀉發(fā)生率為100%。這些研究表明，包被IgY可大大提高其有效性。

總之，盡管大部分的IgY在胃中失活，但是對控制動物、家禽和水產(chǎn)動物的多種腸道病原體感染非常有效。包被的IgY在不降解的情況下被完整地釋放到大腸，并在大腸中產(chǎn)生生物活性。需要研究確定治療疾病所需的IgY最佳劑量，以提高抗體的功效和成本效益。此外應(yīng)使用新的免疫方法來提高蛋黃中IgY的濃度。通過植物大量低成本地生產(chǎn)抗體是較有前景的新方法。

11 通過口服低濃度脂質(zhì)體包被型鋅來預(yù)防和治療動物的腸道疾病

仔豬日糧中添加1500 mg/kg～3 000 mg/kg的氧化鋅已廣泛用于抑制細(xì)菌對腸道的黏附和侵入，防止增重下降、吸收性絨毛萎縮和腹瀉。但是日糧中高濃度的氧化鋅會造成環(huán)境污染。歐洲允許豬日糧的氧化鋅最高含量為150 mg/kg，遠低于產(chǎn)生有益作用所需的濃度。最新的研究證明，日糧中添加100 mg/kg的脂質(zhì)體包被型氧化鋅不僅可產(chǎn)生與添加2 500 mg/kg未包被氧化鋅同樣的效果，減輕斷奶仔豬腹瀉和生長遲緩，而且獲得與抗生素治療類似的效果。這些結(jié)果表明，脂質(zhì)體包被型鋅和很可能其他幾種改進的鋅產(chǎn)品可以在低濃度下有效減輕產(chǎn)腸毒素大腸桿菌對豬的影響。已經(jīng)證明這些改進的鋅化合物可以用于控制包括人類在內(nèi)大多數(shù)動物的其他腸道疾病。

12 作為生長促進劑的攝生素

最近，動物飼料工業(yè)已經(jīng)使用攝生素作為生長促進劑來替代抗生素。攝生素主要用于保持動物腸道的生態(tài)平衡，改善動物的健康狀況和生產(chǎn)性能。研究人員詳細(xì)評估了益生菌、益生元、有機酸、外源酶、精油和草藥等非抗生素類生長促進劑（攝生素）的益處。作者認(rèn)為，益生菌和有機酸是最佳的抗生素促長劑替代品。此外利用新的基因方法，有可能會增強或開發(fā)出具有獨特口服免疫治療效果的新型益生菌。

13 動物對疾病的遺傳抗性

動物的基因型和環(huán)境之間的相互作用涉及遺傳和健康。研究人員對多種動物疾病如肉毒桿菌感染、口蹄疫和非洲豬瘟進行的品種易感性研究發(fā)現(xiàn)不同品種間存在差異。也有證據(jù)表明，不同品種的豬對非洲豬瘟、萎縮性鼻炎、偽狂犬、豬圓環(huán)病毒相關(guān)病、沙門氏菌病及產(chǎn)腸毒素大腸桿菌F4和F18感染等疾病的易感性存在差異。

表達F4（以前稱為K88）菌毛的產(chǎn)腸毒素大腸桿菌是新生仔豬和仔豬斷奶前腹瀉的主要原因，可造成養(yǎng)豬業(yè)非常大的經(jīng)濟損失。研究人員描述了MUC13基因與豬腸道致病性大腸桿菌F4ac的易感性/抗性的因果關(guān)系。他們發(fā)現(xiàn)，MUC13A等位基因與不同豬群中F4ac非黏附表型完全相關(guān)，所有易感動物至少攜帶一個MUC13B等位基因?？傮w而言，他們的研究結(jié)果具有重要的實用意義，并將對豬的育種計劃產(chǎn)生直接影響，因為它們可以快速消除易感等位基因，因此將大大有利于動物福利和養(yǎng)豬業(yè)。

對其他動物疾病進行的類似研究將極大地提高人們對疾病遺傳抗性動物的選擇。這些發(fā)展不僅將減少養(yǎng)殖業(yè)對抗生素的需求，而且還將克服與特定疾病相關(guān)的抗生素耐藥性問題。

14 結(jié)論

最近在生物技術(shù)和納米結(jié)構(gòu)材料應(yīng)用方面取得了顯著的進展，新的方案不僅針對耐藥性細(xì)菌，而且可有效治療和預(yù)防各類牲畜和人類的微生物感染。這些進展包括：（1） CRIPSR/Cas基因編輯系統(tǒng)靶向消除細(xì)菌中抗生素抗性基因并直接殺滅微生物;（2）生產(chǎn)可在體內(nèi)殺死細(xì)菌的噬菌體;（3）使用能夠有效殺滅微生物的基因工程肽和化學(xué)合成的病毒樣模擬物;（4）使用改良的新型免疫技術(shù)解決抗生素耐藥性問題;（5）使用卵黃抗體和植物免疫球蛋白以及包被型氧化鋅來快速有效地治療人類和動物的腸道疾病。預(yù)計上述手段將開發(fā)出安全、高效的新型抗菌產(chǎn)品.這些抗菌產(chǎn)品具有不同的作用機制，其中大部分不會引發(fā)細(xì)菌耐藥性。這些進展將明顯有助于解決抗生素耐藥性問題。

（續(xù)完）