抗菌肽的生理学功能及其在养猪生产上的应用研究进展

王亚平， 王慧晟， 罗 文， 许超华， 张一筝， 刁新平 ， 武洪志

（1.东北农业大学动物科学技术学院，黑龙江哈尔滨150030；2.中国热带农业科学院热带作物品种资源研究所，海南海口571101）

2020 年我国明确规定饲料中禁止添加抗生素，抗生素被替代已经成为一种趋势，这极大的影响到畜牧业的发展， 尤其是在生猪价格相对较低的情况下对养猪行业生产效益的影响， 因此需要找到一些理想的替代品。 抗菌肽是在动物体内诱导产生的一种具有广谱抗菌活性的碱性多肽物质，具有抗菌消炎、抗病毒、免疫调节及抗癌等生物学功能，目前已被应用于医疗、食品、保健品等领域，具有广阔的应用前景。 此外，抗菌肽使用后无残留， 不易产生耐药性， 有望成为抗生素替代品。本文总结了抗菌肽的功能，对其在现阶段生猪养殖过程中的应用展开了综述， 并为今后的研究进行了展望， 以期为抗菌肽在养猪生产中的应用提供科学参考。

1 抗菌肽的简介

抗菌肽是一种由20 ~ 60 个氨基酸残基组成， 相对分子质量为2000 ~ 7000 的一类具有抗菌活性的碱性多肽。 按照其来源不同可粗略分为细菌抗菌肽、植物性抗菌肽、两栖动物抗菌肽、哺乳动物抗菌肽、昆虫抗菌肽以及鱼类、软体、甲壳类动物来源的抗菌肽。 按照其结构不同可分为单链无半胱氨酸残基的α-螺旋组成的抗菌肽，富含某些氨基酸残基但不含半胱氨酸残基的抗菌肽，含一个二硫键的抗菌肽， 有两个或两个以上二硫键、具有β-折叠的抗菌肽。 因为抗菌肽来源和结构的差异，导致了其功能的不同，因此作用机制也并不相同，目前研究表明，抗菌肽的作用机制分为两大类，第一类是膜破坏性和非膜破坏性，这类抗菌肽主要带正电荷， 可以与细菌细胞膜表面的负离子物质发生作用， 增加膜的通透性导致大分子物质外泄，引起病原微生物的死亡；第二类是抗菌肽能够把RNA 和DNA 作为靶点来发挥作用，通过抑制核酸和蛋白质合成来使细胞死亡（Lin 等，2021；Bárbar 等，2021；Song 等，2020； 李云香等，2019；董锐，2016；石伟，2015）。只有清楚了抗菌肽的功能和相关的作用机制， 才能在实际生产中有针对性的应用。

2 抗菌肽的生理学功能

2.1 抗菌肽具有抗癌活性 个别抗菌肽具有治疗癌症的潜力。 抗菌肽对癌症的治疗一般分为两种途径：（1）抗菌肽通过将治疗基因靶向性传递给癌细胞，在靶组织中表达；（2）抗菌肽单独作为抗癌剂杀死癌细胞。研究发现，不同长度的脂肪族酸与N 端抗菌肽chensinin-1b 组合后，抗菌肽的抗癌因子可传递给癌细胞， 能够抑制癌细胞增殖或杀死癌细胞（Yue 等，2021；弓磊和张溪，2020；辛海云，2017；宫贤阁，2015）。乔雪（2019）发现，海南湍蛙肽HN-1 在体外对多株癌细胞具有不可逆的杀伤作用，在体内能够靶向作用于4T1 乳腺实体瘤。 此外，家蚕淋巴中提取的一种抗菌肽，在小鼠模型中， 可以调动机体的免疫系统来对抗癌细胞（许玉澄等，1998）。 目前，越来越多研究发现的抗菌肽存在抗癌活性，但实际应用较少，还有待深入研究。

2.2 抗菌肽能参与免疫调节，提高免疫力 抗菌肽的免疫调节主要包括召集免疫细胞及增加免疫细胞活性，促进免疫细胞分化，改变信号通路来调节抗炎反应。Tian 等（2017）研究表明，裂解基因E与抗菌肽SMAP29 共同组合在一起，以SPF 雏鸡为模型，可以提高SPF 鸡的免疫力，有效抵抗白痢病。 而肝表达抗菌肽-2 含有大量阳离子，在生物免疫系统中能起到关键的作用， 纯化的重组抗菌肽-2 可以显著活化体内的巨噬细胞，诱导非特异性免疫表达（Lei 等，2020）。 Acosta 等（2014）从尼罗罗非鱼体内分离的一种α 螺旋抗菌肽Oreochromicins，以小鼠为对象，通过腹腔静脉注射，可以诱导体液免疫，使细胞TH1 反应增强，提高了免疫应答。 此外，Liu 等（2008）将兔圆囊抗菌肽饲喂给鸡后， 不同部位的肠上皮内淋巴细胞数量显著升高，从而增强了免疫反应。这类抗菌肽可以调节免疫机能，提高对疾病的预防和治疗能力，有着可观的应用前景。

2.3 抗菌肽具有广谱抗菌活性 抗菌活性是抗菌肽最基本的生理功能，对真菌、革兰氏阴性和革兰氏阳性菌有一定的抑制和杀灭作用。 研究表明，抗菌肽主要通过物理性破坏细菌细胞膜，引起细胞内容物外泄，致使细菌细胞死亡（康世墨，2020；单安山，2017；唐亚丽，2009）。在黑兵蝇幼虫中提取的一种抗菌肽，经重组大肠杆菌系统中克隆、表达和纯化后，在体外试验中可通过溶解细菌细胞膜来抑制细菌生长和杀死细菌 （Xu 等，2020）。 罗文杰等（2017）从海洋鱼类中提取的抗菌肽Lc-NKlysin-1，作用于细菌后可以改变细菌形态，使细菌细胞膜通透性改变，导致内溶物外泄而使细菌死亡。 综上所述，抗菌肽主要是作用于细菌细胞膜，可通过一定的重组和纯化来提高抗菌肽的杀菌特性，并可以配合免疫反应起到很好的杀菌效果。

2.4 抗菌肽具有抗病毒活性 目前兽药的抗病毒药物较少， 而多数抗菌肽对病毒具有一定的抑制作用，并能降低病毒对机体的感染。其作用方式一般分为两种， 一种是直接破坏病毒形态结构的完整性，另一种是和病毒在体内结合，抑制病毒活性进而阻止病毒的感染。 在家蝇体内诱导产生的抗菌肽MAF-1A 通过与血凝素甲型流感病毒亚基结合， 抑制神经氨酸酶的活性从而阻止甲型流感病毒的感染（朱志翠等，2019）。 Yu 等（2021）研究发现， 以新生ICR 小鼠为模型， 抗菌肽LL-37和CHRIMP 可以通过调节抗病毒反应来显著抑制EV71 病毒的复制， 并能阻止与小鼠组织内U251 细胞结合。 此外，Huang 等（2018）发现天然抗菌肽Epi-1 在高浓度下对口蹄疫病毒有着直接的作用， 使得病毒颗粒失活或抑制病毒增殖来达到对口蹄疫病毒的杀灭。目前，抗菌肽的抗病毒机理已取得一定的研究进展， 但主要以包膜病毒为主，对非包膜病毒的作用需深入研究。

3 抗菌肽在养猪生产中的应用

3.1 仔猪 仔猪的生理特点是生长发育快，物质代谢旺盛，但消化器官不发达，而且缺乏先天性免疫，体温调节机能差。初生仔猪的这些生理特点导致仔猪容易出现各种疾病， 目前在养殖过程中使用抗菌肽来预防和治疗各种疾病的研究越来越多。杨媛媛（2020）发现，一种人工设计合成的新型α 螺旋抗菌肽KR-32，在体外能够很好的抗病毒，而且在仔猪体内能提高肠道对脂肪酸的吸收，腹腔注射抗菌肽KR-32 还能显著缓解仔猪腹泻。梁秀丽等（2020）认为抗菌肽B-13 添加在仔猪饲粮中， 不仅可以提高仔猪的平均日采食量和平均日增重， 也可提高仔猪的生长性能， 极显著降低腹泻。研究发现，由猪防御素和苍蝇抗菌肽组成的一种复合抗菌肽， 按500 mg/kg 的剂量添加到饲粮中，能够提高仔猪lgG、lgM、lgA、CSF（猪瘟抗体）和CH50（总补体）水平，从而增强仔猪的免疫应答（Yuan 等，2015）。金海涛等（2016）研究表明，在仔猪饲粮中添加1000 mg/kg 剂量的复合抗菌肽，能够显著提高断奶仔猪的抗氧化能力， 从而改善仔猪机能水平。 此外，Yoon 等（2014）用韩国光州朝鲜大学蛋白质材料研究中心提供的抗菌肽AMP-A3，以90 mg/kg 比例配制饲粮，可显著提高断奶仔猪的生长性能， 并对肠道形态以及肠道微生物区系产生有益影响。综上所述，使用抗菌肽能够显著提高仔猪的成活率， 使得生产效益得到很大提升，在一定程度上摆脱了对抗生素的依赖。

3.2 繁殖母猪 在生产过程中，为了提高母猪的繁殖性能和降低妊娠母猪的发病率， 不可避免要使用一些药物， 若使用抗菌肽来进行替代可减少药物的残留， 并且在一定程度上可以降低动物源性污染。 研究表明，抗菌肽Cathelicidin 可以在母猪发情周期的子宫内膜以及妊娠期间的胎儿和胎盘组织中表达， 可对胎盘组织形成保护从而增强母猪的妊娠能力（Lee 等2021；卢艳敏，2018；陈益等，2015）。苏向东等（2018）研究发现，在饲粮中添加0.3%的抗菌肽制剂（仔猪专用“培菲”Z30），饲喂给产前30 天的母猪，可以显著提高母猪胎均产仔数、活仔数和合格仔猪数，显著改善母猪的繁殖性能。张江和关静姝（2016）使用由抗菌肽、球菌和地衣芽孢杆菌组成的康乐欣， 配合基础日粮饲喂给妊娠母猪后，明显降低了妊娠母猪便秘，显著提高了仔猪的健康水平。 抗菌肽作为饲料添加剂不仅可以提高繁殖母猪的产仔性能， 还能降低繁殖疾病的发生。翟雍良（2018）发现，在母猪料基础上添加0.2%的抗菌肽可以降低母猪子宫炎发病率，使母猪的发情率有一定提升， 每头母猪可多产出

0.88 头仔猪，提高了初产母猪的繁殖性能和生产效益。陈星星等（2016）从天然植物、两栖类以及海洋生物海鞘等分离合成的复合抗菌肽，添加0.3%配制饲粮， 饲喂给妊娠母猪后可通过调节机体免疫系统使T 淋巴细胞增殖并充分接触蓝耳病病毒的致病性抗原， 可显著提高妊娠母猪蓝耳病抗体水平。 此外，万小平等（2011）研究表明，融合抗菌肽MAPWA 和PGBD-2，按0.2%的量添加到饲粮中， 可有效减少母猪体内PCV-2、PRRSV 的带毒率，对控制母猪疫病产生了重要意义。

3.3 生产育肥猪 为尽快达到出栏要求以获得更高的经济效益。在育肥阶段，提高育肥猪的生长速度和健康水平是关键。 李登云等（2017）研究发现，抗菌肽Dermaseptin-M 以300 g/t 的量添加在基础日粮中， 可显著提高杜长大育肥猪平均日增重，降低耗料增重比，同时可在一定程度上提高育肥猪的免疫能力，改善十二指肠肠道微生物平衡。李瑞等（2018）使用主要成分为枯草芽孢杆菌及其代谢产物细菌素、 乳酸菌及其代谢产物抗菌肽和载体等，按50 mg/kg 配制基础日粮，提高了杜长大育肥猪的氮代谢并促进育肥猪的生长， 但有可能导致育肥猪出现贫血现象。 此外， 邓柏林等（2013）研究发现，将抗菌肽以0.1%的量添加到基础日粮中， 育肥猪饲料转化效率、 日增重显著提高，粪便中的氮排放量显著降低。 综上所述，抗菌肽可显著促进育肥猪的生长，预防疾病的发生，提高饲料转化率。

4 总结及展望

抗菌肽有丰富的生物学功能， 并且使用后无残留，不产生耐药性，具有很大的应用潜力，是一种优质的替抗产品。 抗菌肽已经被应用到了畜禽养殖行业，尤其是在养猪生产当中的应用，能显著提高生产效益， 在断奶仔猪和繁殖母猪中的应用效果更为显著， 但在生长育肥猪中的应用还有待进一步研究。 目前抗菌肽的研究仍然处于起步阶段，还面临着诸多问题：（1）一些抗菌肽的具体作用机制尚未完全研究清楚，未有明确定论，例如在养猪生产中应用后， 提高了生长性能却降低了血小板的含量。（2）抗菌肽饲用后容易被酶所降解而失去作用，抗菌肽的设计需要优化。 （3）抗菌肽的人工合成复杂，价格相对较高，难以推广。为此，还要继续全面深入的研究，简化人工合成步骤，使其更加有效和安全的在生产中应用。 相信随着研究人员的努力和技术的发展， 抗菌肽会在养猪行业乃至整个畜牧业中产生深刻的影响。