抗菌肽的抗菌机理及其在畜牧业生产中的应用

马玲,刘进辉

(湖南农业大学动物医学院,湖南长沙410128)

抗菌肽的抗菌机理及其在畜牧业生产中的应用

马玲,刘进辉※

(湖南农业大学动物医学院,湖南长沙410128)

抗菌肽具有广谱的抗菌活性和重要的生物学功能,现已被作为饲料添加剂大量使用于畜禽养殖业生产中。特别是在当今寻找抗生素替代产品的“后抗生素时代”，研究使用抗菌肽具有极其重要的现实意义。文章主要综述了抗菌肽的抗菌机理及在畜牧业生产中应用，以期为抗菌肽在畜牧业生产中的合理使用提供理论基础。

抗菌肽；畜牧业；后抗生素时代；抗菌机理；应用现状

抗菌肽是宿主防御系统为抵抗外界病原体感染，由宿主细胞特定基因编码，经特定外界条件诱导产生的一类生物活性小肽[1]。大多数抗菌肽不仅对细菌有杀灭和抑制作用，而且对真菌、病毒和寄生虫等病原体也具有一定的抑杀作用,因其具有广谱的抗菌活性和重要的生物学功能,现已被作为饲料添加剂大量使用于畜禽养殖业生产中[1]。特别是在当今寻找抗生素替代产品的“后抗生素时代”，研究使用抗菌肽具有极其重要的现实意义。

1 抗菌肽的抗菌作用机理

不同种类的抗菌肽，对细菌的作用机理不尽相同。目前，人们对抗菌肽的作用机理有不同的认识，并没有达成共识，学术界主要趋向认同以下两种作用机理。

1.1 抗菌肽破坏细菌的细胞膜

抗菌肽能与细菌细胞膜表面相互作用，可以使细菌胞膜通透性发生改变而起到杀菌作用[1]。阳离子抗菌肽的正电荷区域与细菌细胞膜上的负电荷区域相互作用，使抗菌肽分子的疏水端插入胞膜的脂质膜中，进而改变脂质膜结构，形成跨膜电位，打破了细菌体内的酸碱平衡和渗透压平衡，从而起到抑制细菌呼吸的作用[2]。也有学者提出，阳离子抗菌肽是以物理的方式作用于细菌的细胞膜，使细胞膜穿孔，并破坏细胞的完整性，导致细胞质外溢而达到杀菌的目的[3]。另有研究表明，抗菌肽分子通过膜内分子间的位移而相互聚集在一起，从而在膜上形成离子通道，使膜蛋白凝集，使细菌因不能保持正常的渗透压而死亡[4，5]。抗菌肽与细菌胞膜的相互作用程度，直接关系到抗菌肽的抗菌活性[1]。

抗菌肽一般只对原核生物细胞和真核生物病变细胞具有抗菌作用，对正常的生物细胞不起作用。这是由于原核生物和正常真核生物的细胞膜结构不同，正常真核细胞膜中含有大量的胆固醇，而胆固醇的存在使膜结构趋于稳定[4]。而哺乳动物细胞骨架系统比较发达，能够抵抗抗菌肽的作用，因此在动物饲料中添加抗菌肽，避免了对动物本身的危害作用。

1.2 抗菌肽选择性作用细菌细胞内的靶标部位

尽管大部分抗菌肽通过破坏细胞膜的完整性而杀灭细菌，但有些抗菌肽却可以在保持包膜结构完整的情况下，引起细菌死亡。因此，抗菌肽除了作用于细胞膜外，还可以作用于细菌细胞内的其它靶标来消灭它。近年来，越来越多的证据表明抗菌肽进入细菌细胞质，通过与细胞内靶标的特异性结合干扰细胞代谢，达到抑制和杀灭细菌的目的[1，4]。抗菌肽主要通过以下几个方面在细菌细胞内发挥作用：（1）与细菌细胞内的酸性物质结合，阻断DNA复制和RNA合成；（2）抑制蛋白质的合成与折叠；（3）抑制细菌细胞壁的合成，阻断细胞分裂；（4）抑制细菌细胞内酶活性等；（5）抑制线粒体功能，干扰其能量供给[5，6]。有的抗菌肽，如死亡素通过抑制细菌的呼吸作用杀死细菌；有的抗菌肽通过干扰细菌基因的转录使细菌的生长受到抑制，如攻击素能够干扰大肠杆菌细胞外膜蛋白Omp C、Omp F、Omp A以及LamB基因的转录，使这些蛋白质含量减少，细菌的生长受到抑制[7]。

抗菌肽独特的抗菌机理，使其具有不易产生耐药的特性，远远超越了抗生素的局限，是新一代的高效抗菌剂。

2 抗菌肽在畜牧业中的应用

抗菌肽种类多，具有抗菌活性强、可供选择范围广、作用于靶菌株不易产生抗性等多种生物功能。因此，抗菌肽及其产品在医药业、天然食品防腐剂、畜牧养殖业和动植物抗病基因工程等方面具有广阔的应用前景。

2.1 抗菌肽在动物医药方面的应用

抗菌肽独特的抗菌机制，在理论上可以成为部分抗生素替代物。目前，研究者通过不同方法在临床上进行了大量研究，取得丰硕的成果。如利用不同种类抗菌肽治疗肺炎、败血性休克和口腔黏膜炎症等疾病模型，都取得了显著成效[8-10]。有研究表明，抗菌肽对流感病毒、疱疹病毒等有抑制作用，甚至还可抑制HIV-1的基因表达。抗菌肽特异性抑制肿瘤生长，并对人正常细胞无害的特性，极有可能成为无毒或低毒的抗肿瘤新药[11]。抗菌肽作为新型抗菌药物，其主要应用的发展方向是：首先可作为单一的抗感染药物使用；其次是与抗生素联合应用发挥协同作用；三是作为免疫刺激增强剂使用，以提高机体免疫力；四是作为肉毒素中和物质，减轻细菌毒素引起的败血症性休克[12]。

2.2 抗菌肽在畜禽养殖业中的应用

大量研究结果表明，抗菌肽在畜牧业生产中具有广泛的应用前景[13]。在仔猪饲料中添加抗菌肽，可以促进仔猪生长，改善饲料利用率，同时提高了仔猪的免疫功能，有效预防和治疗仔猪疾病。对于母猪而言，可以提高其繁殖性能，并能通过母体间接对初生仔猪产生益处[14]。奶牛乳房炎是奶牛中常见的疾病，对患有乳房炎的奶牛乳房乳灌注乳酸链球菌素，其受损乳腺组织能够较快的修复，乳腺上皮细胞合成乳成分的能力有所提高[15]。而在奶牛日粮中添加抗菌肽制剂，其乳脂率明显提高，牛乳体细胞数明显降低[16]。抗菌肽在养鸡生产上也有应用试验，研究发现饲用抗菌肽能促进肉鸡生长，提高免疫力，但与中草药和抗生素相比，在出栏率、平均体重、饲料效率等方面均无显着差异。在饲料中添加一定量的天蚕素抗菌肽能显著提高蛋用仔鸡生长性能、免疫器官指数，降低IL-6、IFN-γ及TNF-αmRNA的相对表达水平，从而有效减轻肠道炎症的发生，其中以饲粮添加量为350mg/kg时效果较好[17]。随着养殖业对环境破坏的加剧，水产养殖病害日益严重，抗菌肽在水产养殖中具有潜在的应用前景。柴仙琦[18]通过试验研究发现，在凡纳滨对虾饲料中添加150～200mg/kg的抗菌肽，可以显著提高其生长速度、成活率、相对增重率和血清非特异性免疫指标，降低饲料系数等。

2.3 抗菌肽在动物基因工程方面的应用

利用抗菌肽分子量小、抗菌谱广的特点，人们借助基因工程技术，将抗菌肽基因转入动物染色体基因中，以获得抗菌新品种或高效表达产物，再通过分离纯化而得到纯度较高的抗菌肽[19]。人们还将其基因导入植物体内进行品种改造，从而获得抗病植株，或者转入动物体内，明显提高动物的抗病能力[20]。类似研究有将Shiva-1基因转入烟草和马铃薯，使转基因烟草青枯病发病明显延迟，病情指数下降，植株死亡率下降[21]。同样的Yarus[22]等用显微注射法将牛TAP（tracheal antin icrobial peptide,TAP）基因转入小鼠，转基因小鼠成功表达了牛TAP，鼠乳中的TAP对大肠杆菌具有抗菌活性。

抗菌肽是一类广泛存在于生物界的具有广谱抗菌活性的生物多肽，随着人们对其结构、表达调控和作用机制研究的不断深入，势必会进一步促进其在药用、畜牧业以及基因工程等中的应用，从而使抗菌肽更好地服务于人类。

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S816.73

A

1006-4907（2016）05-0050-03

10.3969/j.issn.1006-4907.2016.05.021

2016-08-30

马玲(1989～)，女，汉族，在读研究生，研究方向为动物保健与疾病防控。

※通讯作者：刘进辉（1965～），男，汉族，硕士，教授，研究方向为动物保健与疾病防控，13974803880@163.com。