抗菌肽种类、生物学功能及在畜禽生产中的应用

宋雪莹， 高圣玥， 李 静， 李 平， 李 伟， 蓝 岚， 唐玲玲， 宋 岩

（1.黑龙江省农业科学院畜牧兽医分院，黑龙江齐齐哈尔 160000；2.黑龙江省鹤岗市农业综合服务中心，黑龙江鹤岗 154100）

抗菌肽又称宿主防御肽，是一种小分子多肽，具有两亲性、阳离子性，在自然界中广泛存在（Gianazza 等，2021；Elliott 等，2020）。 抗菌肽对革兰氏阴性菌、革兰氏阳性菌、真菌、病毒均有抑制作用。 除此之外，宿主在感染病原体时，抗菌肽通过调控免疫因子水平和免疫蛋白的产生， 发挥免疫调节作用（Zamani 等，2021；Yang 等，2019；Ji 等，2019）。与传统抗生素相比，抗菌肽不产生耐药性，抗菌谱广，在药品开发、食品加工、畜牧业中的作用日益凸显。

1 抗菌肽的种类

抗菌肽根据来源不同分为植物类抗菌肽、昆虫类抗菌肽、微生物类抗菌肽和哺乳动物类抗菌肽。

1.1 植物抗菌肽 植物类抗菌肽代表有防御素（Defensin）、 硫素 （Thionins）、 马铃薯抗菌肽（Snakin/ GASA ）、环肽类蛋白（Cyclotides ）、橡胶蛋白（Hevein）、油脂类蛋白（Lipid）和2 S 白蛋白（2 S Albumin）等（Shwaiki 等，2021）。 植物抗菌肽是植物抵御昆虫和微生物的第一道防线， 是植物先天免疫系统产生的。 由于植物生存环境的复杂性， 植物防御素具有多样性， 表现为结构的复杂性。 许多植物防御素的结构含有多个二硫键形成的β-折叠和α 螺旋的环状结构，这也使得植物防御素具有广谱抗菌性（Octavio 等，2011）。

1.2 昆虫抗菌肽 抗菌肽最早在昆虫体内被发现，1980 年， 瑞典科学家在天蚕蛹中首次发现昆虫抗菌肽，命名为天蚕素（Alhadrami 等，2022）。随后， 在惜古比天蚕蛹和黑腹果蝇体内也发现了天蚕素。 根据氨基酸序列的不同，又分为天蚕素A、天蚕素B、 天蚕素C、 天蚕素D 和天蚕素P1（Gu等，2022）。 目前，在NCBI 数据库上收录的昆虫抗菌肽有496 种。 其中， 甲壳类抗菌肽较具代表性的，广泛存在于甲壳类动物的甲壳中，由20 个氨基酸残基组成， 二级结构含二硫键 （Cairé 等，2022）。

1.3 微生物抗菌肽 微生物抗菌肽是由微生物代谢产生的一类小分子多肽， 根据是否由核糖体产生分为以下两类：（1）非核糖体抗菌肽。 由枯草芽孢杆菌、 地衣芽孢杆菌等益生菌的特定基因编码产生称为抗菌脂肽；（2）核糖体抗菌肽。 乳酸链球菌、植物乳杆菌、戊糖片球菌等核糖体产生的抗菌肽称为细菌素（陈亮等，2017）。根据菌属的不同又分为细菌源抗菌肽、 放线菌源抗菌肽和真菌源抗菌肽（王露露等，2022）。细菌源抗菌肽有芽孢杆菌属、乳酸菌属、链球菌属、克雷伯氏菌属、假单胞菌属、埃希氏菌属、分支杆菌属和肠球菌属。 放线菌源抗菌肽主要来源于链霉菌属和微单胞菌属。真菌源抗菌肽种类较少，多来源于木霉属。

微生物类抗菌肽除具有抗菌作用外， 对肿瘤细胞有明显的抑制作用。 如枯草芽孢杆菌分泌的surfactin 抗菌肽对人乳腺癌细胞、 宫颈癌细胞和结肠癌细胞均有抑制的作用。

1.4 哺乳动物抗菌肽 哺乳动物抗菌肽是动物机体本身存在的，在正常情况下不发挥活性，当机体受到病原体侵袭时， 其肽的前体物质在嗜中性粒细胞作用下结构发生变化， 形成具有活性的抗菌肽（Tally 等，2019）。 目前，NCBI 上搜索哺乳动物抗菌肽基因927 类，基因组中核苷酸421 个，表达蛋白2277 种。来源于水牛、美国短吻鳄、刷尾负鼠、山羌、扬子鳄、缅甸蟒、穴兔、热带非洲爪蟾、老虎、人类等动物。 哺乳动物抗菌肽有人源β-防御素 （β-defensin hBD1 和hBD2） （Agarwal 等，2022）、α-防御素 （α-defensin HNP1-3）（Genki等，2021）、 宿主防御肽 （LL-37）（Bankell 等，2022）、乳铁蛋白肽（Zhang 等，2019）等，具有抗病毒、抗菌、抗肿瘤细胞和调节机体免疫力作用。

2 抗菌肽的生物学功能

2.1 抗菌功能 抗菌肽对革兰氏阴性菌和革兰氏阳性细菌具有广谱的抗菌活性。 抗菌肽杀菌机理主要基于抗菌肽的结构特征和理化性质， 即二级结构、两亲性、电荷数和氨基酸数量（Skvortsova等，2022）。 目前，对于抗菌机制仅限于假说阶段，被普遍认可的有桶壁模型、地毯模型、环孔模型和聚集通道模型等四种。 地毯模型提出肽在双分子层内保持平行构象，肽完全分布在细胞膜两侧，会产生一种破坏膜的清洁剂效果（Priyadarshini 等，2022）。桶壁模型，多肽被垂直引入双分子层，最终结合形成一个孔隙（Vaiwala 等，2022）。 环形孔隙模型， 该模型提出肽垂直地呈现在脂质双分子层中以产生区域膜弯曲， 其中沿磷脂头束形成孔隙（Szadkowska 等，2022）。 聚集通道模型，抗菌肽结合细胞膜上的磷脂分子形成复合物， 进入到细胞内，细胞膜也因受到弯曲张力导致细胞死亡（Matsuzaki，2019）。 这四种有关抗菌肽抗菌机制的假说，表明其抗菌活性具有特异性，可以在不损伤内源性细胞的情况下发挥抗菌作用， 这可能是因为AMPs 的α-螺旋表面具有正电荷，可以方便地与带负电荷的微生物膜相互作用， 而真核细胞的细胞膜则由不带电的中性磷脂、 鞘磷脂和胆固醇组成（Sharma 等，2022；Li 等，2022）。

2.2 抗病毒功能 抗菌肽主要通过干扰病毒复制，阻碍病毒与宿主细胞特异受体结合，抑制病毒生存。另外，抗菌肽可直接作用于病毒包膜和蛋白衣壳来发挥抗病毒的作用。

哺乳动物防御素最早在猕猴白细胞中发现，在机体受到病毒感染时，由巨噬细胞、自然杀伤细胞、T 细胞和B 细胞分泌（Nelson 等，2020）。 20 世纪90 年代， 发现α-防御素具有抑制人类免疫缺陷病毒（HIV）复制的作用，将合成的α-防御素注入到感染HIV-1 的小鼠体内，发现防御素与病毒蛋白结合， 从而破坏病毒进入宿主细胞所必需的受体（Solanki 等，2021）。 研究发现，抗菌肽LL-37可直接抑制HIV-1 逆转录酶的活性，阻止病毒复制（Wakabayashi 等，2014）。

2.3 免疫调节功能 抗菌肽可直接参与免疫调节反应，上调免疫因子白细胞介素8 （IL-8）、趋化因子受体表达水平（Chen 等，2011）。 如人源防御素可直接与趋化因子受体6（CCR6）结合，激活T细胞和未成熟的树突状细胞，发挥趋化功能，参与免疫调节反应。除此之外，抗菌肽还可降低炎症反应，抑制肿瘤坏死因子-α（TNF-α）和白细胞介素6（IL-6）等炎症细胞因子的分泌，从而减轻机体的炎症损伤（Wu 等，2018）。

3 抗菌肽在畜禽生产中的应用

3.1 改善生产性能 研究表明，对于不同生长阶段畜禽的日粮中添加抗菌肽， 均有提高机体生长性能的作用，表现为提高日增重、饲料利用率、繁育率及产蛋率等。梁秀丽等（2020）将抗菌肽B-13添加到初生4 日龄的健康仔猪基础日粮中， 添加剂量为10 g/kg，对照组仅饲喂基础日粮，结果表明与对照组相比， 抗菌肽B-13 的添加提高了仔猪平均日采食量和平均日增重（P＜0.01），降低耗料增重比。 黄荣春（2017）在妊娠母猪和断奶仔猪的基础日粮中添加分子改造后天蚕素B， 添加剂量为30 g/kg，与空白对照相比，试验组仔猪出生重、平均产活仔数、平均产健仔数和健仔率显著提高（P＜0.05）， 断奶仔猪体重和日增重显著提高（P＜0.05）， 动物的日采食量和料肉比显著降低（P＜0.05）。

β-防御素（DEFB）参与猪发情周期和妊娠特定阶段， 在绒毛膜尿囊组织中也检测到DEFB 的表达。 在妊娠早期，DEFB1、DEFB3 蛋白和DEFB2 mRNA 主要定位于子宫内膜上皮细胞。 增加孕激素剂量可上调子宫内膜外植体组织中DEFB2 和EP2C 的表达。 由此可见，DEFB 通过保护母系子宫内膜和组织免受病原体的侵袭来调节先天免疫，以提高猪的生育能力（Lee 等，2023）。高盛杰（2022）将3 g/kg 蝇蛆抗菌肽添加到黄羽肉鸡基础日粮中，与仅饲喂基础日粮空白对照相比，试验结果表明， 添加抗菌肽组的平均日增重显著提高（P＜0.05），而料重比显著降低（P＜0.05）。刘梦雪（2022） 在海兰褐蛋鸡基础日粮中分别添加100、200、400 mg/kg 的抗菌肽（试验1 组、试验2组、试验3 组），对照组饲喂基础饲粮。 结果表明，试验1 组和试验2 组蛋鸡的产蛋率显著提高（P＜0.05 ），试验2 组料蛋比显著降低，平均蛋重显著增加（P＜0.05）。试验2 组和3 组蛋黄颜色和蛋壳厚度显著提高（P＜0.05）。 综上所述，抗菌肽可有效提高蛋鸡生产性能， 在添加量为200 mg/kg 最适宜。

3.2 提高免疫能力 孔祥雨（2020）研究表明，将抗菌肽防御素和苍蝇复合抗菌肽添加到6 月龄雄性去势成都麻羊基础日粮中， 可显著提高血清免疫球蛋白（IgA、IgM）水平（P＜0.05），显著提高抗氧化指标（SOD、CAT、GSH-Px、T-AOC）活性，增强机体抗氧化能力。 杨颜铱（2017）为研究复合抗菌肽对山羊免疫功能的影响， 选取4 月龄黑山羊18 只，随机分为对照组、试验1 组和试验2 组。 对照组饲喂基础日粮，试验1 组、2 组分别在每只基础日粮中加入2、3 g 抗菌肽， 测定血清中免疫球蛋白（IgG、IgM、IgA）、细胞因子（IL-1β、IL-2、IL-6、IL-10、IL-12、IFN-α、IFN-γ、TNF-α）、 补体（C3、C4）含量。 结果表明，抗菌肽能显著提高山羊血清免疫球蛋白、 细胞因子、 补体的含量 （P＜0.05），每只羊最适宜添加量为3 g。卜华超（2022）在14 ～ 28 日龄，感染鼠伤寒沙门氏菌肉鸡基础日粮中添加抗菌肽，检测血清中免疫球蛋白含量，与仅饲喂基础日粮对照组相比，IgM 和IgA 均极显著提高 （P＜0.01）；IgG 在21 日龄之后极显著提高（P＜0.01）。刘梦雪（2022）将从枯草芽孢杆菌中获取的抗菌肽添加到66 周龄海兰褐蛋鸡基础饲粮中，试验28 d，与饲喂基础饲粮相比，血清中IgA、IgG、IgM、IL-2、IL-10、IFN-γ 显著提高 （P＜0.05）；试验56 d，试验组T 淋巴细胞转化率显著提高（P＜0.05）。

3.3 疾病防治 抗菌肽可以促进肠道上皮细胞发育，改善肠道组织形态结构的功能，可有效预防和降低腹泻率。将抗菌肽CC31 添加到7 日龄羔羊基础日粮中，与对照组（饲喂基础日粮）相比，试验组十二指肠、空肠和回肠绒毛高度、绒腺比及绒毛表面积显著增加（P＜0.05），隐窝深度显著降低（P＜0.05）；同时，空肠Claudin-1 基因相对表达量显著提高（P＜0.05）。 试验结果表明， 抗菌肽能够上调肠道上皮紧密连接蛋白基因相对表达量，保障肠道黏膜屏障功能（秦龙，2018）。

抗菌肽还表现出抗病毒作用， 防御素可有效阻断甲型肝炎病毒复制（Tomislav 等，2019）；抗菌肽LL-37 与病毒外膜作用， 发挥抗牛痘病毒（VACA）、A 型流感病毒（IVA）、鼻病毒（HRV）、痘苗病毒（VACV）作用（Khalife 等，2020）。

4 结语

抗菌肽来源广泛，种类丰富，具有广谱抗菌、抗病毒活性，还可调节机体免疫功能。但抗菌肽易受外界因素和环境的影响， 导致抗菌肽在体内的抑菌活性较弱，稳定性较差，成为抗菌肽研发面临的巨大挑战。因此，开发高效、稳定、安全的抗菌肽制剂， 应用于畜禽生产是未来研究的重点任务之一。但目前，在畜禽日粮中添加抗菌肽的剂量还没有统一标准，这可能受所添加抗菌肽产品的成分、纯度及动物生长阶段的影响。综上所述，抗菌肽作为绿色饲料添加剂使用，还应充分考虑不同动物、不同生长阶段的特定性。