陳靜虹,江 山,蘇國旗,黃金秀,蘭云賢,王瑞生

(1.西南大學(xué) 動物科學(xué)技術(shù)學(xué)院,重慶402460;2.重慶市畜牧科學(xué)院,重慶402460;3.國家生豬技術(shù)創(chuàng)新中心,重慶402460)

1 抗菌脂肽的結(jié)構(gòu)特征

抗菌脂肽主要是由非核糖體多肽合成酶(NRPSs)或真菌聚酮合酶-非核糖體多肽合成酶(PKS-NRPS)催化合成的含有脂類部分的天然多肽產(chǎn)物,屬于非核糖體脂肽(NRLPs)[6]。它的結(jié)構(gòu)分為2部分:親水性的寡肽鏈和疏水性的脂肪酸鏈,其具有兩親性并與細(xì)胞膜脂質(zhì)壁相容性的特點(diǎn)。寡肽鏈部分一般由7～10個氨基酸殘基組成[7],由于NRLPs不受遺傳密碼和模板的約束,寡肽鏈部分可以由蛋白源性氨基酸、非蛋白源性氨基酸(如鳥氨酸、高絲氨酸、β-氨基酸)和修飾氨基酸(如羥基化、氯化、N-甲基化或糖基化)的L-構(gòu)型或D-構(gòu)型混合組成[8]。脂肪酸鏈部分包含1個或多個附著在寡肽基團(tuán)上的脂肪酸鏈,主要由β-羥基脂肪酸鏈或β-氨基脂肪酸鏈組成[9]。根據(jù)空間結(jié)構(gòu),抗菌脂肽可分為環(huán)狀脂肽和線性脂肽兩大類。環(huán)狀脂肽又可分為脂肪酸成環(huán)、接環(huán)和離環(huán)3種不同類型,脂肪酸成環(huán)型脂肽(圖1A)是寡肽上氨基酸的-COOH與疏水性脂肪酸鏈的-OH或-NH2結(jié)合,導(dǎo)致肽鏈閉合后形成環(huán)狀脂肽;脂肪酸接環(huán)型脂肽(圖1B)是肽環(huán)中N-端氨基酸的α-氨基直接與肽環(huán)相連,肽鏈C-端的-COOH與N-端氨基酸的-OH或非α-氨基相連形成環(huán)狀結(jié)構(gòu)。脂肪酸離環(huán)型脂肽(圖1C),是由脂肪酸鏈間接與含有肽鍵或多種其他酯鍵、酰胺鍵等的肽環(huán)相連形成[10-11]。目前,熟知的環(huán)狀脂肽有多黏菌素B (Polymixin B)、達(dá)托霉素(Daptomycin)、表面活性素(Surfactin)、伊枯草菌素(Iturin)、芬薺素(Fengcyin)、棘白菌素(Echinocandins)、Paenibacterin和Pseudofactin等。線性脂肽含有一個順次連接的線性氨基酸基團(tuán)及與α-氨基或其他羥基結(jié)合的脂肪酸鏈[12]。線性脂肽主要有2種,分別是直鏈結(jié)構(gòu)的螺旋形素spiroidesin[13]和支鏈結(jié)構(gòu)的TAN-1511系列,包括TAN-1511 A、B和C[14](圖1D)。近年來,新發(fā)現(xiàn)的線性脂肽包括Gageotetrins[15]、Paenipeptins[16]、Komesuamide和Odo-penicillatamide[17]等。

研究發(fā)現(xiàn),抗菌脂肽分子中寡肽鏈與脂肪酸鏈以及肽單元之間的相互作用,會引發(fā)自組裝現(xiàn)象,并形成一定的聚集結(jié)構(gòu)[18-19],而親水性寡肽鏈中氨基酸排列、疏水性脂肪酸鏈結(jié)構(gòu)以及兩部分間連接的差異會導(dǎo)致抗菌脂肽具有不同的功能特性[6]。通常,抗菌脂肽的殺菌活性取決于疏水性的強(qiáng)弱,因此可以通過增加疏水性脂肪酸鏈長度(一般是C8～C14)來增強(qiáng)抗菌脂肽的抗菌活性[20]。但較長的脂肪酸鏈(C16或C18)在提升抗菌脂肽抗菌活性的同時,也增加了生物毒性[21-22],因此在人工合成抗菌脂肽時,應(yīng)選擇適當(dāng)?shù)闹舅徭滈L度。

2 抗菌脂肽的作用機(jī)制

在研究抗菌脂肽早期,人們普遍認(rèn)為膜靶向作用是抗菌脂肽唯一的作用機(jī)制。隨著機(jī)制研究的不斷深入,越來越多的證據(jù)表明抗菌脂肽還可通過其他方式發(fā)揮作用。目前,抗菌脂肽的作用機(jī)制主要分為膜靶向抑菌機(jī)制、非膜靶向抑菌機(jī)制和免疫調(diào)節(jié)機(jī)制。

2.1 膜靶向抑菌機(jī)制抗菌脂肽對細(xì)胞膜的作用主要是通過改變膜的通透性,造成細(xì)胞穿孔、內(nèi)容物滲漏和菌體破裂,從而殺傷細(xì)菌或真菌。研究表明,抗菌脂肽可通過氨基酸殘基正電荷與細(xì)胞膜負(fù)電荷之間的靜電作用,或兩親性結(jié)構(gòu)與細(xì)胞膜磷脂之間的疏水相互作用,靶向作用于細(xì)菌細(xì)胞膜[23]。抗菌脂肽與細(xì)胞膜之間的相互作用主要包括劃分、折疊、插入和結(jié)合4個步驟[3]。目前,主要有4種抗菌脂肽膜靶向模型,可分為跨膜孔模型和非孔模型2大類,跨膜孔隙模型又可細(xì)分為桶壁孔模型、環(huán)形孔隙模型和聚集體模型[24]。桶壁孔模型最早由OREN等[25]提出,適用于具有兩親性α螺旋、疏水性α螺旋、β折疊結(jié)構(gòu)或同時含有這些結(jié)構(gòu)的抗菌脂肽[26]。在該模型中,抗菌脂肽最初平行于細(xì)胞膜,但最終抗菌脂肽以多聚體形式垂直穿透細(xì)胞膜,并在親水部分形成類似于蛋白質(zhì)離子通道,進(jìn)而促進(jìn)側(cè)肽-肽的相互作用。在環(huán)形孔隙模型中,抗菌脂肽垂直插入脂質(zhì)雙分子層使膜表面的螺旋束和排列在螺旋中的脂質(zhì)變得彎曲并形成環(huán)形孔隙[27]。與桶壁孔模型不同的是,環(huán)形孔模型中不存在特定的肽-肽之間的相互作用,且肽構(gòu)象的親水部分與脂質(zhì)頭基有關(guān)。聚集體模型由WU等[28]提出。在此模型中,抗菌脂肽首先貼附在病原菌胞膜表面,在達(dá)到一定濃度后,通過改變自身方向并插入到細(xì)胞膜親水性部分和疏水性部分的交界面,與脂質(zhì)層形成跨脂雙分子層的肽-脂質(zhì)凝聚物。凝聚物隨后作用于細(xì)胞膜,形成動態(tài)離子泄露通道,改變膜的通透性并造成內(nèi)容物大量滲漏。與環(huán)形孔模型相比,適用聚集體模型的抗菌脂肽物無特定取向。地毯模型屬于非孔模型,最早由POUNY等[29]提出,適用于β折疊結(jié)構(gòu)占主導(dǎo)的抗菌脂肽。在這個模型中抗菌脂肽以類似清潔劑的方式起作用覆蓋在細(xì)胞表面,形如“地毯”,直至細(xì)胞膜表面閾值濃度,進(jìn)而改變雙分子層的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),最終通過膠束使膜發(fā)生崩解,膜的完整性被破壞[30]。這一模式是抗菌脂肽抑殺革蘭陰性菌和寄生蟲最常見的作用機(jī)制[31]。此外,還有其他膜靶向模型,如Shai-Huang-Matsazuki模型、界面活性模型和電穿孔模型[32]。

2.2 非膜靶向抑菌機(jī)制

2.2.1作用于細(xì)胞壁 傳統(tǒng)的抗生素主要與細(xì)胞壁成分合成過程涉及的特定蛋白質(zhì)結(jié)合,而抗菌脂肽通常與細(xì)胞壁合成所需的前體分子以及細(xì)胞壁的組成成分等相互作用,從而抑制細(xì)胞壁合成。研究發(fā)現(xiàn),抗菌脂肽tridecaptin A1與肽聚糖前體脂質(zhì)Ⅱ形成緊密絡(luò)合物[33],阻止其底物轉(zhuǎn)糖基化,從而抑制細(xì)胞壁肽聚糖合成,引起菌體崩解。帶正電荷的抗菌脂肽paenipetin C與帶負(fù)電荷的磷壁酸(LTA)和脂多糖(LPS)結(jié)合[34],使抗菌脂肽通過細(xì)胞壁并作用于細(xì)胞膜,引起顯著的膜電位去極化和胞內(nèi)鉀離子的泄露。

2.2.2作用于細(xì)胞內(nèi)靶點(diǎn) 現(xiàn)已證實(shí),一些抗菌脂肽具有胞內(nèi)作用靶點(diǎn),因?yàn)樗谧钚〉挠行舛认?并沒有改變細(xì)胞膜的通透性,但仍會導(dǎo)致細(xì)胞死亡[35]。目前,抗菌脂肽與細(xì)菌胞內(nèi)靶點(diǎn)的作用方式主要有以下3種:與有害菌DNA或RNA發(fā)生相互作用,使菌體遺傳信息的傳遞和表達(dá)功能異常,細(xì)菌蛋白合成受阻,造成有害菌繁殖受阻而死亡[36-37],影響相關(guān)合成酶活性;Fengycin類抗菌脂肽通過疏水相互作用和氫鍵,與葡聚糖和幾丁質(zhì)合成酶結(jié)合,導(dǎo)致酶活性下降[38],引起細(xì)胞器功能紊亂;抗菌脂肽刺激線粒體產(chǎn)生過量的活性氧(ROS),導(dǎo)致線粒體膜電位增加,引起細(xì)胞氧化損傷,最終導(dǎo)致細(xì)胞死亡[39]。

2.3 免疫調(diào)節(jié)機(jī)制在真核生物中,抗菌脂肽與其先天性免疫、適應(yīng)性免疫和炎癥反應(yīng)均密切相關(guān)。除靶向作用于致病菌外,抗菌脂肽還能通過以下方式實(shí)現(xiàn)對宿主的免疫調(diào)節(jié):促進(jìn)免疫器官發(fā)育;招募和激活免疫細(xì)胞,從而增強(qiáng)對微生物的殺傷能力以及控制炎癥;促進(jìn)免疫活性物質(zhì)如:IgG、IgA等的分泌;調(diào)控宿主免疫相關(guān)基因如IFN-γ,間接影響宿主免疫功能;抑制宿主炎癥反應(yīng)過程中促炎趨化因子如IL-1β的表達(dá)來減少炎癥[40];控制趨化因子、活性氧(ROS)和活性氮(RNS)的表達(dá);中和內(nèi)毒素活性。

由此可見,抗菌脂肽可以通過膜靶向或非膜靶向的方式直接殺滅病原體,還可以通過調(diào)節(jié)機(jī)體免疫系統(tǒng)、免疫因子和免疫基因等間接參與免疫調(diào)節(jié)過程。

煙抽到一半，呼倫想起美妙絕倫的一句，可是剛要動筆，客廳里的母雞再一次下起了蛋。這次是兩只母雞，咯咯咯咯答，聲音尖銳響亮，且有著搖滾樂猛烈瘋狂的節(jié)奏。

3 抗菌脂肽在畜禽上的應(yīng)用

抗菌脂肽具有廣譜抗菌性和不易產(chǎn)生耐藥性的特點(diǎn),因此作為新型飼料添加劑應(yīng)用在畜禽養(yǎng)殖中具有很大的潛力。目前,抗菌脂肽在畜禽上的應(yīng)用主要集中在肉雞和斷奶仔豬,而在反芻動物等其他畜禽上的應(yīng)用研究較少。

3.1 抗菌脂肽改善畜禽生長性能規(guī)?；B(yǎng)殖的肉雞品種因生長速度快而抵抗力弱,再加上養(yǎng)殖密度過高、環(huán)境應(yīng)激等原因,容易造成肉雞發(fā)病率和病死率增加[41]。研究發(fā)現(xiàn),枯草芽孢桿菌fmbj菌株和GD菌株、芽孢桿菌S21、納豆芽孢桿菌NT-6、地衣芽孢桿菌菌株ATCC12713發(fā)酵產(chǎn)生的抗菌脂肽對健康肉雞的生長性能具有正向調(diào)節(jié)作用,主要表現(xiàn)為增加平均采食量和日增重,降低料重比[42-45],提高粗蛋白的表觀消化率[46],增加肉雞出欄體質(zhì)量[45,47]和降低病死率[48]。CHENG等[49]研究發(fā)現(xiàn),抗菌脂肽能增加肉仔雞股骨和脛骨的重量及灰分重。另外,抗菌脂肽能夠改善感染病原菌(如產(chǎn)氣莢膜梭菌、大腸桿菌等)或寄生蟲的畜禽生長性能的負(fù)面影響[50-51]。比較應(yīng)用地衣芽孢桿菌源抗菌脂肽和抗生素治療禽壞死性腸炎(necrotic enteritis,NE)的試驗(yàn)發(fā)現(xiàn),抗菌脂肽使NE肉雞21日齡和35日齡的體質(zhì)量分別提高12.06%和6.19%[52],與抗生素的效果相當(dāng)。

仔豬的斷奶應(yīng)激容易造成腹瀉和水腫,導(dǎo)致生長發(fā)育受阻。研究表明,飼料中添加抗菌脂肽Surfactin、“肽維美”抗菌脂肽制劑100～300 mg/kg能顯著提高斷奶仔豬的日采食量和日增重,減少發(fā)病頭次[53],有效控制斷奶仔豬腹瀉的發(fā)生[54-56]。陳旭波[54]指出抗菌脂肽能顯著降低血清尿素氮濃度和血脂水平,改善斷奶仔豬蛋白質(zhì)代謝和脂質(zhì)代謝狀況。另外,YE等[57]研究發(fā)現(xiàn),抗菌脂肽Iturin A可通過下丘腦-垂體-mTORC1生長軸改善STb-Rosetta大腸桿菌誘導(dǎo)的豬肉骨骼肌生長受限,促進(jìn)肌肉細(xì)胞增殖和肌纖維增大,對斷奶仔豬骨骼肌的生長發(fā)育調(diào)節(jié)具有積極的作用。

3.2 抗菌脂肽提高畜禽免疫功能

3.2.1抗菌脂肽促進(jìn)畜禽血清免疫球蛋白分泌 程曉瑩[58]對肉雞分別使用Surfactin、Fengycin以及Iturin抗菌脂肽進(jìn)行滴鼻免疫,發(fā)現(xiàn)抗菌脂肽不同程度地增加了血清IgA和各組織涮洗液中SIgA的含量,且Surfactin的效果最為突出。都海明等[44]研究發(fā)現(xiàn),在肉雞生長前期飼喂4 000 U/kg的抗菌脂肽對血清球蛋白(GLO)的合成具有明顯的促進(jìn)作用。ERHARD等[59]使用抗菌脂肽PCSL作為蛋雞免疫應(yīng)答佐劑進(jìn)行免疫注射,結(jié)果顯示抗菌脂肽PCSL能顯著提高蛋雞血清中IgY含量,且PSCL與重組雞源IFN-γ細(xì)胞因子佐劑聯(lián)合使用時,能獲得更高的抗體滴度。而外源添加100 mg/kg的抗菌脂肽能顯著提高仔豬血清IgG和IgM水平[55]。這些研究結(jié)果表明,抗菌脂肽能通過提高血清免疫球蛋白含量,從而增強(qiáng)畜禽機(jī)體體液免疫能力。

3.2.2抗菌脂肽增強(qiáng)畜禽體內(nèi)細(xì)胞免疫應(yīng)答 樹突狀細(xì)胞(dendritic cells,DCs)是一類抗原遞呈細(xì)胞,在固有免疫和適應(yīng)性免疫中都發(fā)揮著重要作用。研究發(fā)現(xiàn),抗菌脂肽Surfactin能直接誘導(dǎo)雞骨髓源DCs形態(tài)和功能的成熟[60],增加細(xì)胞標(biāo)志物CD40和MHC-Ⅱ的表達(dá),提高DCs向CCL19遷移的能力,為DCs激活下游免疫應(yīng)答提供條件。XU等[61]進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn),抗菌脂肽Surfactin處理后的雞骨髓源DCs刺激CD4+T細(xì)胞增殖的能力極顯著提高,提示抗菌脂肽可誘導(dǎo)更強(qiáng)的免疫應(yīng)答。同時,試驗(yàn)還發(fā)現(xiàn)DCs細(xì)胞質(zhì)中抑制因子I-κBα顯著降低,細(xì)胞核p65水平增高,說明NF-κB被激活,抗菌脂肽可能通過影響NF-κB信號通路促進(jìn)雞骨髓源DCs成熟?？咕倪€可顯著增加仔豬血清中補(bǔ)體C3含量[55],通過補(bǔ)體經(jīng)典激活和旁路激活等途徑參與抗原遞呈環(huán)節(jié),啟動適應(yīng)性免疫,在畜禽感染早期發(fā)揮免疫作用。STENFFENS等[62]和HAUSCHILDT等[63]研究顯示抗菌脂肽可作為B淋巴細(xì)胞和單核-巨噬細(xì)胞的激活劑,促進(jìn)B細(xì)胞增殖,促進(jìn)巨噬細(xì)胞分泌細(xì)胞因子IL-1、IL-6和TNF-α,同時增強(qiáng)巨噬細(xì)胞的吞噬作用。外周血單個核細(xì)胞(PBMC)主要由淋巴細(xì)胞和單核細(xì)胞組成。KIM等[40]研究發(fā)現(xiàn),抗菌脂肽可以抑制在LPS刺激下的斷奶仔豬PBMCs對IFN-γ、TNF-α的分泌,且具有劑量效應(yīng)。另外,抗菌脂肽通過促進(jìn)肉雞法氏囊、胸腺等中樞免疫器官的生長發(fā)育[43-44],增強(qiáng)淋巴細(xì)胞的增殖轉(zhuǎn)化。LIN等[64]研究發(fā)現(xiàn),抗菌脂肽能提高肉雞脾臟和法氏囊的IL-1β mRNA水平,從而增加Th1細(xì)胞因子IFN-γ豐度,增強(qiáng)Th1介導(dǎo)的細(xì)胞免疫應(yīng)答。這些研究結(jié)果表明,抗菌脂肽可通過增強(qiáng)抗原遞呈、激活免疫細(xì)胞并促進(jìn)增殖和轉(zhuǎn)化等免疫調(diào)節(jié)方式來增強(qiáng)畜禽體內(nèi)的細(xì)胞免疫應(yīng)答,提高免疫能力。

3.2.3抗菌脂肽增強(qiáng)畜禽腸道免疫功能 抗菌脂肽可以緩解腸道炎癥,并通過加快腸道細(xì)胞更新和上調(diào)腸道屏障基因,促進(jìn)畜禽受損腸道組織結(jié)構(gòu)的恢復(fù),提升腸道對細(xì)菌外毒素等致病因子的抵抗能力,增強(qiáng)畜禽腸道免疫功能。CHEN等[65]發(fā)現(xiàn)受LPS刺激的肉雞十二指腸、空腸和回腸IL-1β和IL-6 mRNA表達(dá)上調(diào),日糧中添加3 g/kg的抗菌脂肽使LPS誘導(dǎo)的炎癥相關(guān)基因表達(dá)回落到正常水平。CHEN等[66]研究發(fā)現(xiàn),1～3 g/kg枯草芽孢桿菌發(fā)酵產(chǎn)物BSFP(主要成分為Surfactin)能顯著降低葡聚糖硫酸鈉(DSS)刺激下的肉雞腸道cox2、inos、IL-1β和IL-6 mRNA的表達(dá),提示抗菌脂肽通過下調(diào)患病畜禽促炎因子的mRNA水平減輕腸道炎癥,控制感染。另據(jù)報道,抗菌脂肽能提高健康肉雞空腸黏膜的促炎因子IL-1β、IL-6、IL-12及IFN-γ的含量[58,60],增強(qiáng)腸道黏膜免疫效果。以上說明抗菌脂肽能針對不同健康狀況的畜禽,差異性調(diào)控畜禽腸道免疫相關(guān)分子的表達(dá)。YU等[67]和DANESHMAND等[68]研究表明,抗菌脂肽能顯著提高感染球蟲或大腸桿菌的肉雞腸道絨毛長度,降低隱窩深度,提高絨隱比,增大腸道絨毛表面積?？咕倪€可以促進(jìn)NE肉雞腸道絨毛的修復(fù),緩解腸道潰瘍和腸壁變薄易碎等壞死情況[49,51-52,64]。腸干細(xì)胞(ISC)存在于隱窩的腸道組織囊中,是畜禽腸道細(xì)胞自我更新和損傷修復(fù)的源泉。研究發(fā)現(xiàn),抗菌脂肽Iturin A能促使受腸毒素b刺激的仔豬空腸隱窩細(xì)胞,在類腸形成效率、表面積、萌芽效率和支化系數(shù)等方面具有更大的ISC生長優(yōu)勢[69],提示抗菌脂肽Iturin A可預(yù)防腸毒素b誘導(dǎo)的腸道黏膜損傷。另外,抗菌脂肽通過上調(diào)十二指腸、空腸和回腸中腸道屏障基因Mucin-2和Occludin表達(dá)量[65,70],提高腸道黏液蛋白分泌,加強(qiáng)腸道細(xì)胞間的連結(jié),增強(qiáng)腸道屏障功能。

3.3 抗菌脂肽改善腸道微生態(tài)抗菌脂肽對腸道菌群的調(diào)節(jié)作用主要是通過降低回腸、盲腸[50,65,70-72]或糞便[40,45]中的總需氧菌、梭狀芽孢桿菌等病原菌豐度,增加乳酸桿菌、未分類的毛螺菌屬等益生菌豐度,優(yōu)化畜禽腸道菌群結(jié)構(gòu)。體外試驗(yàn)證明,抗菌脂肽可通過多種作用機(jī)制抑制腸道有害菌增殖,如:抗菌脂肽Tachyplesin Ⅰ結(jié)合到大腸桿菌細(xì)胞膜表面,造成細(xì)胞膜內(nèi)膜滲透性增大、離子和胞內(nèi)大分子物質(zhì)泄漏,最終導(dǎo)致細(xì)胞死亡[73];達(dá)托霉素通過擾亂氨基酸轉(zhuǎn)運(yùn)、抑制LTA合成從而改變金葡萄球菌細(xì)胞膜性質(zhì),或通過破壞細(xì)胞膜來殺滅細(xì)菌[74-75]。比較抗菌脂肽與恩拉霉素治療NE肉雞的試驗(yàn)發(fā)現(xiàn),抗菌脂肽能顯著提高盲腸菌群的α多樣性,且對肉雞腸道菌群物種豐富度和均勻度的影響較抗生素小[45,71]。家禽的盲腸腸道菌群被證實(shí)存在抗生素抗性基因(ARG),且擬桿菌屬是ARG主要宿主菌屬[76-77]。CHEN等[71]研究發(fā)現(xiàn)日糧中添加3 g/kg的抗菌脂肽,對肉雞盲腸食糜中擬桿菌屬的豐度無顯著變化,但顯著降低了擬桿菌屬中肽類抗生素(短桿菌素等)抗性基因parY含量,還降低了盲腸食糜中肽類抗生素抗性基因的總量。另外,抗菌脂肽還能調(diào)節(jié)乳桿菌屬中林可酰胺抗性基因rpoB2和布勞特菌屬中大環(huán)內(nèi)酯抗性基因efrB的表達(dá)。以上說明,抗菌脂肽除通過調(diào)節(jié)腸道群落結(jié)構(gòu)來影響肉雞腸道健康外,還可在屬水平上差異調(diào)節(jié)盲腸食糜細(xì)菌群落中單個ARG豐度,改善肉雞腸道菌群對抗生素的耐藥性。

腸道微生物通過分泌大量代謝物質(zhì)(短鏈脂肪酸、膽汁酸、必須維生素等)參與宿主腸道內(nèi)的代謝、免疫、結(jié)構(gòu)和保護(hù)等多種活動[78]。研究發(fā)現(xiàn),日糧中添加抗菌脂肽在優(yōu)化腸道菌群結(jié)構(gòu)的同時,也可顯著提高盲腸食糜中短鏈脂肪酸(SCFA)含量,并且腸道菌群中菌屬的豐度與腸道中SCFA含量具有相關(guān)性,如腸道菌群乳酸桿菌屬的豐度與4-甲基戊酸異丁酸、甲酸和丁酸等大部分SCFA含量呈正相關(guān);未分類的毛螺菌屬的豐度與丁酸、乙酸、丙酸、己酸和戊酸含量呈正相關(guān),與異丁酸、2-甲基丁酸、3-甲基丁酸等含量呈負(fù)相關(guān)[50,70]。以上說明,抗菌脂肽對腸道中SCFA含量的影響,可能是通過影響分泌相關(guān)SCFA的菌屬豐度實(shí)現(xiàn)的。

4 結(jié)語與展望

綜上,抗菌脂肽在促進(jìn)動物生長、增強(qiáng)免疫能力、促進(jìn)腸道形態(tài)恢復(fù)以及改善腸道微生態(tài)等方面發(fā)揮積極作用,而且抗菌脂肽的廣譜抗菌活性和特殊的膜靶向及非膜靶向作用機(jī)制凸顯其作為綠色安全的替抗產(chǎn)品的前景,在畜禽養(yǎng)殖過程中是理想的傳統(tǒng)抗生素替代物。隨著對抗菌脂肽生物學(xué)功能的深入挖掘,抗菌脂肽對畜禽的促生長作用已在多方面、多層次展開研究。有研究發(fā)現(xiàn),抗菌脂肽能通過提高畜禽血清、肝臟[46,79]以及腸道[70]的超氧化物歧化酶(SOD)、丙二醛(MDA)的水平增強(qiáng)畜禽抗氧化能力,但抗菌脂肽對提升畜禽抗氧化能力的作用機(jī)制還缺乏系統(tǒng)研究。另外,抗菌脂肽在畜禽上的應(yīng)用目前主要集中在斷奶仔豬和生長期肉雞,而未深入研究其對畜禽不同生長階段的影響,后續(xù)可集中在抗菌脂肽對同一物種不同生長階段的影響開展相關(guān)研究,并將抗菌脂肽逐漸推廣應(yīng)用到反芻動物、兔等其他畜禽上。

目前,越來越多抗菌脂肽商品進(jìn)入市場,包括達(dá)托霉素、多黏菌素B、卡泊芬凈、米卡芬凈、奧利凡星、黏菌素和Colistimethate,并已在農(nóng)林生防、食品保鮮、水產(chǎn)養(yǎng)殖和醫(yī)藥等行業(yè)廣泛應(yīng)用,抗菌脂肽在畜禽養(yǎng)殖行業(yè)也將逐步受到重視。然而,抗菌脂肽產(chǎn)品創(chuàng)制及其在畜牧生產(chǎn)上的應(yīng)用還存在:一是生產(chǎn)抗菌脂肽的菌種主要為芽孢桿菌,生產(chǎn)菌種較為單一,且野生型抗菌脂肽生產(chǎn)菌產(chǎn)量低;二是天然抗菌脂肽結(jié)構(gòu)復(fù)雜、分子量較大,人工合成抗菌脂肽難度大、成本高且合成脂肽的活性較天然脂肽低;三是抗菌脂肽發(fā)酵液中多種同系物共存或高價值組分比例低,大規(guī)模生產(chǎn)和濃縮純化足量抗菌脂肽的技術(shù)尚不成熟;四是抗菌脂肽的結(jié)構(gòu)與其功能的必然聯(lián)系仍未明確等諸多問題制約著抗菌脂肽在養(yǎng)殖行業(yè)的廣泛應(yīng)用。針對以上問題,未來可以在新型抗菌脂肽的發(fā)掘、高產(chǎn)菌株的篩選、活性生產(chǎn)菌合成基因簇的修飾改造、低價高效的純化技術(shù)研發(fā)以及抗菌脂肽應(yīng)用的安全性評價等方面加強(qiáng)研究。通過更深入的研發(fā)和改造,逐漸構(gòu)建出高產(chǎn)、高轉(zhuǎn)化率和高生產(chǎn)率菌株,推動抗菌脂肽的工業(yè)化和商品化進(jìn)程,為我國畜牧業(yè)替抗減抗和可持續(xù)發(fā)展做出更大貢獻(xiàn)。