抗菌肽在临床生产中的运用

曾宇坤 陈盛星 黄建锋 陈信勇 官道文

（1.福建农林大学动物科学学院 福州 350002；2.福建圣农发展（浦城）有限公司 福建南平 354100）

20世纪40年代时，第一个抗生素(青霉素)被发现后，抗生素在治疗和预防动物疾病方面起着重要作用，特别是对有重大经济价值的家畜作出了巨大贡献。但是，由于全球抗生素的广泛滥用，造成临床上不断出现超级耐药菌以及在食用肉上检测出残留的抗生素[1]。因此，研究人员迫切需要开发新型抗生素或可以代替传统抗生素的药物以解决细菌的耐药性和残留问题。从2006年1月份开始，欧盟全面禁止在食品动物上使用抗生素类促生长饲料添加剂。在全球这种趋势下，发现安全、有效及不易产生耐药性的抗生素替代物成为必然选择。

抗菌肽（antimicrobial peptides，AMPs）是自然界生物体内广泛存在且具有生物活性的小分子多肽，是宿主免疫系统的重要组成部分。抗菌肽分布于动植物、微生物、昆虫及人的体内，因具有抗微生物活性高、抑菌谱广和不易产生耐药性及无免疫原性等特点，从而使抗菌肽成为替代传统抗生素的不二之选[2]。近几年来，对于抗菌肽的研究主要集中在农学、生物学、药理学及生理学；顺应时代需求，抗菌肽开始在药品和食品工业上进行生产应用。

目前已有报道多种不同抗菌肽作为饲料添加剂能有效提高猪的生产性能、降低料重比、增强肠道吸收功能、增加肠道有益菌和提高免疫功能[3-5]。文中对抗菌肽分类及结构、作用机制和在猪养殖生产中应用进行阐述。

1　抗菌肽的分类及结构

根据抗菌肽来源物种，可以分为哺乳动物源抗菌肽、昆虫类源抗菌肽、微生物源抗菌肽和植物源抗菌肽；依据抗菌肽对不同种类微生物具有的拮抗活性，可以分为抗病毒肽、抗细菌肽、抗肿瘤肽、抗真菌肽和抗寄生虫肽[6]。

抗菌肽分子质量较小，通常由6～100个氨基酸组成。抗菌肽大多数带正电荷，称为阳离子抗菌肽，如LL-37、cecropin、magainin等；而少数抗菌肽带负电荷，为阴离子抗菌肽，如PsHct1和PsHct1等。抗菌肽结构呈现多样化，根据抗菌肽的结构特点和氨基酸系列分类，主要可以分为五类，分别为β折叠抗菌肽、α螺旋抗菌肽、伸展螺旋抗菌肽、具环状结构型抗菌肽和无规则结构的抗菌肽[7-8]。具有不同结构和氨基酸的抗菌肽，其发挥相应抗微生物活性的方式也是不相同的[9]。

2　抗菌肽作用机制

抗菌肽具有广谱的抗微生物活性，对细菌、真菌、病毒、寄生虫及一些肿瘤细胞具有抑制或杀灭作用[10]。目前临床应用发现，抗菌肽独特的作用机制使得病原微生物不易对抗菌肽产生耐药性及使用抗菌肽不易产生残留等问题[11]，所以抗菌肽有望能够替代抗生素。抗菌肽的作用机制复杂，主要包括：破坏细胞膜、抑制生物大分子的合成、破坏细胞器、引起DNA断裂和抑制酶活性等。但是，到目前为止，还尚未有一种活性机制可以解释所有抗菌肽的作用机制。

2.1抗菌肽抑菌作用机制 抗菌肽作用于细菌的方式主要有四种机制，分别是与细菌细胞壁作用、与细菌细胞膜作用、与细菌细胞质内的靶目标作用和影响细胞生理功能。抗菌肽具体的抗菌机制虽还未深入了解，但是这四种方式抗菌机制是具有协同作用的。

2.1.1抗菌肽与细菌细胞壁作用 抗菌肽主要是通过破坏细菌细胞壁或抑制细胞壁的合成来发挥抗菌作用。例如MDpep5、MDpep9和MDL-2等抗菌肽通过破坏细胞壁，引起细菌死亡；而杆菌肽锌和乳链菌肽则可以抑制细菌细胞壁合成，从而达到抑菌效果。

2.1.2抗菌肽与细菌细胞膜作用 抗菌肽与细菌细胞膜相互作用后，能使细胞膜上形成孔洞，导致细胞内物质流出而致细菌死亡。目前，抗菌肽与细菌细胞膜相互作用模型主要有三种形式，即 “桶板模型”、“覆毯模型”和“环孔模型”[12]。含有α螺旋或β折叠片结构的抗菌肽可以通过“桶板模型”的作用机制，在细胞膜上形成跨膜孔道，导致细胞内物质外流而死亡。发挥“覆毯模型”作用机制的抗菌肽则无需含有特殊结构，只需抗菌肽大量聚集覆盖在细胞膜表面并形成肽聚体，降低细胞膜的稳定性，使细胞膜形成裂缝或孔洞，从而直接导致细菌死亡[13-14]。而“环孔模型”中，细胞膜上的孔洞形成是由于抗菌肽垂直插入到细胞膜内，从而造成细胞膜的磷脂双分子层排序出现混乱而形成孔洞，从而造成细菌死亡[15]。

2.1.3抗菌肽与细菌细胞质作用 当抗菌肽破坏细菌细胞膜的完整性时还不能杀灭细菌，抗菌肽则会利用暂时在细胞膜上形成的孔洞，进入到细胞质中，与细胞质中的靶分子相结合，影响正常生命活动，进一步抑制或杀灭细菌[16]。例如，抗菌肽buforin II能够与细菌的DNA和RNA发生结合，影响蛋白正常翻译，从而起到抑制细菌效果[17-18]；有些抗菌肽则是通过干扰细胞器正常运行，从而抑制细菌，如thanatin和histain可干扰细菌线粒体的正常功能。

2.1.4抗菌肽影响细菌细胞生理功能 细菌的生命活动伴随着新陈代谢过程，一些抗菌肽抑制细菌就是通过干扰细菌的新陈代谢，进而起到抑制细菌作用。例如，抗菌肽LL-37可通过与细胞质中氧化磷酸化相关基因相互作用，阻碍该基因的表达，从而影响细胞正常生理功能，起到抑菌效果。

2.2抗菌肽抗病毒机制 目前研究表明，抗菌肽对病毒也有抑制和杀灭活性。抗菌肽对病毒起抑制作用可以概括为三种机制：一是当有囊膜病毒准备入侵宿主细胞时，刚好被细胞膜上或游离的抗菌肽识别并结合，抑制病毒进入宿主细胞；二是抗菌肽通过干扰病毒的组装，阻碍病毒增殖，进而抑制病毒复制；三是某些病毒在进入细胞内时，需要借助宿主细胞膜上的受体，与受体结合后进入细胞内进行增殖，而有些抗菌肽可竞争性地与病毒相结合，阻碍病毒与受体结合，从而达到抗病毒效果[19]。

2.3抗菌肽抗寄生虫作用机制 Shahabuddin等[20]研究发现，昆虫防御素能够干扰疟原虫的生长；Diaz-Achilrica等[21]在1998年发现，合成的抗菌肽对利什曼原鞭毛虫有杀伤作用，其作用机制与抑制细菌的机制基本相似，其靶目标都是细胞膜。

2.4抗菌肽抗肿瘤或抗癌作用机制 已有研究表明，magainin、天蚕素 A、蜂毒肽、α-防御素-1/-2 等抗菌肽对癌细胞具有杀伤作用。抗菌肽主要是通过诱导肿瘤细胞凋亡、破坏病变细胞膜结构、破坏细胞内部结构及影响肿瘤细胞的代谢等四种方式来抑制肿瘤细胞的生长，进而达到治疗目的[10,22]。

3　抗菌肽在猪产业中的运用

猪是目前国内食物性肉类的主要来源，但是猪的细菌性疾病、病毒性疾病和寄生虫疾病一直是困扰着猪养殖业的重要问题。虽然抗生素和疫苗在预防猪的疾病方面作出了巨大的贡献，但是由于抗生素的广泛滥用，导致临床上耐药菌的出现。为了解决抗生素所带来的问题，急需发现新型药物代替抗生素，因为抗菌肽存在广谱的抗微生物活性，且不易产生耐药性，从而成为代替抗生素的首选药物。抗菌肽除了具有治疗和预防疾病的作用，还有促进家畜的生长性能等作用[23]。因此，抗菌肽越来越广泛运用于畜牧生产上，所获得的效果也十分显著。

3.1抗菌肽提高猪生产性能 乳铁蛋白是目前普遍加入到饲料中的一种抗菌肽。有试验研究表明，乳铁蛋白抗菌肽作为一种饲料添加剂能提高小猪体重和日增重比，比对照组小猪分别增加13.3%和29.3%；不仅增加小猪的日增重比率，而且还降低料重比11.5%[24-25]，提高经济效益。有学者试验证明[26]，在饲料中只添加乳铁蛋白一种抗菌肽，可提高小猪平均日增重和日均采食量，且高于乳铁蛋白、防御素、天蚕素和菌丝霉素等多种抗菌肽等量混合。

另外，除了乳铁蛋白抗菌肽能提高小猪的生长性能，抗菌肽大肠杆菌素E1也能有效刺激小猪的生长发育。试验研究表明，含有大肠杆菌素E1饲料的试验组与未添加大肠杆菌素E1的对照组比，前者日增重较后者高380 g；若在每千克猪饲料中添加11～16.5 mg大肠杆菌素E1，小猪的日增重能够提升到540～940 g[27]。然而大肠杆菌素E1作为饲料添加剂也只适合单独使用，与其他抗菌肽及蛋氨酸锌联合使用时不能有效提高小猪的生产性能[26]。

抗菌肽能够有效提高小猪的生产性能，可能原因为抗菌肽具有抗菌活性。例如大肠杆菌素E1能抑制致病性大肠杆菌菌株的活性，减少小猪腹泻和水肿性疾病；另一方面是抗菌肽提高小猪饲料利用率，从而促进小猪生长[28]。

3.2抗菌肽在小猪免疫机能中的作用 抗菌肽是机体防御系统中重要的组成部分，在先天性免疫反应中具有微生物活性，而参与适应性免疫反应中具有免疫调节功能[29-31]。研究人员发现猪食用含有基因表达重组的乳铁蛋白饲料，能够增加机体血清中IgA和IgG的表达水平，但会降低IgM的表达水平；饲料中添加天蚕素AD则能提高空肠中IgA和血清中IgA、IgG、IL-1β及IL-6的表达水平。3.3 抗菌肽改善小猪肠道微生态平衡 肠道病原菌能够产生有毒物质，不仅能够引起肠道黏膜发生炎症反应，而且还能缩短肠道绒毛长度和加深隐窝深度，从而引起小猪腹泻性疾病[32]。而抗菌肽抗菌活性主要是恢复肠道正常功能和形态[5]。研究人员发现，基因表达重组的乳铁蛋白能显著提高空肠和回肠中黏膜长度及绒毛高度与隐窝深度的比值，也许是由于乳铁蛋白能减少肠道中大肠杆菌数量而增加双歧杆菌和乳酸菌等有益菌群数量有关；不仅基因表达重组的乳铁蛋白有维持肠道健康的功能，天蚕素AD和抗菌肽A3也有相似的功能[33]。另外，饲料中添加的抗菌肽能减少血清中D-乳酸浓度[25]，从而增加肠道的通透性，增强肠道对饲料的吸收率和利用率。

4　讨 论

抗菌肽具有抗细菌、抗真菌、抗寄生虫和抗有囊膜病毒等广泛的抗微生物活性作用，而且抗菌肽能提高小猪的生长性能、加强肠道吸收功能、改善肠道形态和增加肠道有益菌，进而有利于提高小猪产品品质。随着抗生素在畜牧生产上的应用受到限制，抗菌肽作为一种能够替代抗生素的药物，在畜牧生产上的使用越来越广泛。

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