抗菌肽在畜牧养殖中的应用与研究进展

来源：SCI期刊网 分类：农业论文 时间：2021-12-14 10:41 热度：

　　摘要：抗茵肽(AMPS)是有机体先天免疫反应的调节因子，具有抗菌、抗病毒、杀伤癌细胞等多种活性， _g-a;易产生耐药性，在食品、医药等多个领域有良好的应用前景。根据近年来相关研究，综述了抗茵肽机制、来源和功能，阐述其在畜牧业中的应用现状，并提出存在的问题。

　　关键词：抗菌肽;机制;来源;功能;畜牧

　　人们在先天免疫系统效应因子中发现一类能够调控免疫系统、作用于微生物细胞膜或其他靶位的小分子多肽物质，称为抗菌肽(Antimicrobial peptides，AMPs o 它能够有效杀灭细菌、真菌、病毒甚至癌细胞，影响炎症细胞和上皮细胞并释放细胞因子，促进细胞增殖和血管生成，还能与抗生素发生协同作用并减少其用量11-2]。因其广谱抗菌、不易产生耐药性等优势瞄】，对不同物种抗菌肽的研究已成为热点，人们希望能从中寻找替代传统抗生素的新方案。根据近年来关于抗菌肽研究的前沿与动向，本文对抗菌肽的机制、来源和功能、应用现状、问题和前景进行综述。

　　1 抗菌肽的作用机制及影响因素

　　与传统抗生素不同，抗菌肽能够特异地选择作用位点或细胞成分，通过降解细菌脂多糖、真菌细胞膜磷脂和鞘脂等导致病原体死亡1410 Schmitta等瞄1在研究多黏菌素B、人类p防御素(p—defensins)及抗脂多糖因子的试验中发现，抗菌肽作用于细菌膜的某些必要成分 (类脂A、肽聚糖前体)或通过特定膜受体而进入病原体 (如Microcins可通过铁离子受体进入肠道细菌o Mario 等砸1发现，某些多肽在不破坏膜结构的情况下，借助内膜上的载体SbmA和YjiL/MdM侵入大肠杆菌内部，通过与核糖体结合干扰翻译中延长阶段，进而阻止细菌蛋白合成。另外，由于电荷作用抗菌肽更容易附着于微生物表面，一旦与表面结合，其两亲性会使其介入微生物膜内盯1。当前普遍认可渗透及细胞溶解机制，但并未完全确定AA序列、分子量大小、阳离子特性、疏水及两亲性均能影响其作用机制m1。另一方面，研究也发现某些细菌对抗菌肽表现出一定抗性。其原因可能是部分菌膜和某些聚合物能够利用水膜和电荷创造一个孤立的环境，避免了与AMP直接接触一1，或者从微观上进行表面分子修饰，分泌保护性物质，增加或消除某些特定蛋白质，增强细胞膜硬度和厚度而增加对AMP的抗性[10l。

　　得益于分子生物技术的进步，相关动物试验进一步阐释了抗菌肽的作用机制和影响因素。研究发现，致病因子可调控抗菌肽表达，进而调控细胞因子发挥作用。如鼠伤寒沙门氏菌能提高猪骨髓细胞PR一39和protegrin 的基因表达，并能特异性地上调猪结肠上皮细胞pBD—l 和pBD一2的表达[111。大肠杆菌K88攻毒能够提高金华猪和长白猪骨髓、脾脏、回肠中PR一39基因表达水平大肠杆菌K88攻毒后，提高金华猪和长白猪骨髓、脾脏、回肠中PR一39基因表达水平¨21。在抗菌肽剂量添加为2.5～7.5 mg/kg范围内，小鼠血浆中IL一6、IL—l B、 TNF—a呈现下降的趋势，感染腹膜炎和内毒素血症的小鼠存活率上升，并减少脂多糖诱导的肺损伤[1310对AA 公鸡实施产气荚膜梭菌攻毒后，抗菌肽Sublancin缓解了产气荚膜梭菌攻毒造成的肠道绒毛损伤，降低了回肠促炎性细胞因子IL一1 B、IL一6和TNF—d的表达量。灌服 Sublancin提高了小鼠腹腔巨噬细胞的吞噬功能，并显著上调了小鼠腹腔巨噬细胞IL—l B、IL一6和TNF一0【的基因表达。在环磷酰胺免疫抑制小鼠中，Sublancin缓解了巨噬细胞吞噬活性的抑制作用，缓解了外周血中红细胞、血红蛋白、白细胞和血小板含量的降低，Sublancin(4.0、 8.0 mg/kg体重)治疗后，显著上调了小鼠脾脏中IL一2、 1L一4和IL一6基因表达[141。

　　营养因子也是内源抗菌肽表达的重要调控因素。如鸡肠上皮细胞中添加维生素D提高免疫应激状态下p一防御素的浓度[1510维生素A的代谢产物视黄酸可诱导猪 PR一39基因表达”61。饲粮中添加细菌多糖能够提高肉鸡骨髓和肝脏中PR一39及肝脏中Hepcidin表达水平117]。另外，短链脂肪酸、肽聚糖、寡糖、矿物质及一些功能性养分均能参与调控内源性抗菌肽的合成[181。

　　2抗菌肽的来源与功能

　　抗菌肽来源广泛，微生物、植物、昆虫及更高级的真核有机体均能够合成以抵御致病菌[191。近年来海洋生物、陆生节肢动物有较多研究报道，其种类众多、来源丰富，可作为饲料原料，也可通过现代生物技术应用于临床治疗和预防疾病，在畜牧生产中具备广泛应用的可能性。

　　2.1海洋生物抗菌肽

　　海洋有机体是天然活性抗菌肽的资源宝库【201，目前发现的种类中具有抗细菌、真菌、病毒的功能。在一种杯状海月水母(Aurelia autita)中胶层提取到一种含40个AA残基的抑菌肽Aurelin，能够对B一392巨大芽孢杆菌(Bacillus megaterium)、Ac一2229黄色微球菌(Micrococcus luteus)产生有效抗性，进一步研究发现其特殊蛋白质结构可作为毒性肽阻断钾离子通道[211。 Mytimacin—AF提取自褐云玛瑙螺黏液，体外抑菌试验中发现其对革兰氏阴性菌和阳性菌均有显著抑制作用，其中对金黄色葡萄球菌的最小抑菌浓度为1.9斗g/mL，目前在临床上已应用于人类院感肺炎的治疗中[22]o Zhang 等瞄剐在研究蛤类防御素y philippinarum时发现，鳗弧菌感染后有更多该类防御素转录合成，对革兰氏阳性菌如黄色微球菌有较强抑制作用(MIC 6.25～12.5“g/ mL)，但对于革兰氏阴性菌效果相对较弱(MIC 50～100 斗g/mL o EeCentrocinl、EeStrongylocin 2是从海胆 (Echinus Esculentus)中提取具有广谱抗菌效果的多肽， EeCentrocinl在多种细菌的抗菌试验中效果显著：如谷氨酸棒状杆菌(MIC o.78“g/mL)，金黄色葡萄球菌 (MIC o.78斗g/mL)，大肠杆菌(MIC o.1斗g/mL)和假单胞菌(MIC o.78¨g/mL o EeStrongylocin2的最小抑菌浓度则在o.78～3.13“g/mL之间[2410 Yang等”31在研究沙蚕(Arenicola marina)抗菌肽NZl7074(N1)时，通过对Nl肽双硫键进行修饰可获取多种类似物(N2一 N8)，发现在抗菌效果和细胞毒性上有不同表现：N2肽对革兰氏阴性及阳性菌(大肠杆菌、沙门氏菌、假单胞菌)都有明显抑制作用，对宿主细胞毒性最小;与N1 相比，N2和N6对RAW 264.7巨噬细胞的毒性较小， N2和N6能够在I和R期诱导细胞周期停滞，分别减少18.7%～43.8%的大肠杆菌、5.7%一61.8%的肠炎杆菌的细胞壁合成，改变大肠杆菌细胞形态，导致细胞破裂和纤维化。在一项针对海参rSjLys—C多肽试验中发现， rSjLys—C对溶壁微球菌(M lysodeikticus)、副溶血弧菌(y parahaemolyticus)、灿烂弧菌(y splendidus)都有显著的抑制作用，吟jLys_C在经过40 rain 100 oC热处理后，抗菌作用较天然形式的多肽分别提高了21.1%、19%和11.4%。研究认为，其中原因可能是活性残基Serl8和 His48之间距离变窄，更加紧密稳定的折叠结构增强了功能伫51，这说明经过修饰和加工后的抗菌肽会在理化性质、抗菌效果、细胞毒性等方面有不同表现断J，天然抗菌肽的改造可能会为抗菌新药物研发提供更多创新性方案。

　　除抗细菌作用外，抗菌肽还具有杀伤真菌、病毒的功能。在一项定量分析中发现，来自于一种海绵动物 Stylissa caribica的多肽Stylissamide G能有效抑制不种菌株种类的真菌，浓度为6斗g/mL的条件下对致病性白色念球菌和皮肤癣菌的抑菌环直径可达22 mm，小孢癣菌抑菌环直径为23 mm，这可能与其阻碍细胞壁和鞘脂合成相关。这种多肽可通过皮下及静脉注射的方式给药，避免了在消化道内的降解、不完全吸收以及肝脏的代谢作用[271 0 Asperterrestide A是一种具有抗病毒作用的多肽，拥有3-OH—N-CH-Ph残基并能够有效抑制～ WSN/33 H1N1流感病毒和A/Hong Kong/8/68的H3N2病毒(IC 50分别为15、8.1斗g/mL)12810进一步研究表明， Asperterrestide A既可直接作用于微生物，也能够干预宿主靶细胞、先天及获得性免疫系统而抵御病原体侵袭，同时绝大多数病原体未对其产生抗性12910活性多肽可能通过避免病毒的附着、防止病毒侵入、阻碍病毒核苷酸合成、抑制蛋白合成、减少病毒释放来抵御病毒感染m1。当前，病毒性疾病对我国畜牧行业造成一定损失，抗菌肽作为解决措施之一值得深入探讨。

　　2.2陆生节肢动物抗菌肽的体外研究

　　人们很早就从陆生节肢动物中发现抗菌肽的存在，近年来相关研究方兴未艾。Robert等隅¨在D melanogaster和D simulans两种果蝇体内发现双翅肽 Diptericin能够有效的抵御细菌感染。Tahany等∞21从两种蜜蜂(Apis carnica和Apis florae)中提取出分子量为 14.5—15 kDa的活性肽后进行体外试验，发现这类来自蜜蜂的肽对大肠杆菌ATCC 25922、肺炎杆菌ATCC 1 1678 等革兰氏阴性菌，金黄色葡萄球菌ATCC 6538等均有明显的抑制作用，两种蜂蜜在白色念球菌ATCC 10231、大肠杆菌ATCC 25922、绿脓杆菌ATCC 27853、金黄色葡萄球菌ATCC 6538、枯草杆菌ATCC 6633抑菌试验中效果显著。从一种蜈蚣(s vitidicornis)中提取的天然抗菌肽lacrain能够对多种细菌产生抑制效果，人们通过固相多肽合成方式获得的合成lacrain也在革兰氏阴性菌的试验中有明显抑菌效果，最小抑菌浓度范围为2.9—5.8斗gCmL，其中阴沟肠杆菌最为敏感，MIC为2.9斗g/mL，且未检测出对人类红细胞的毒性[3310 Stigmufin提取白黄蝎(Tityus stigmums)的毒腺，在体外经圆二色光谱分析后发现，它能够在两亲性的环境中改变菌膜的基本结构，分解和杀死病原菌，对于不同的细菌和真菌，其最小抑菌浓度从8.7～69.5“g/mL不等13410在柞蚕(A.pemyi)体内的一种肽聚糖识别蛋白(PGRPs)能够在细菌感染时超量表达，并且ApPGRP-SA基因在原核生物的核糖体内会产生一种重组蛋白。进一步的研究发现，PGRPs能与革兰氏阳性的金黄色葡萄球菌、滕黄微球菌，革兰氏阴性的大肠杆菌、绿脓杆菌以及白色念珠菌结合而产生重组蛋白，干扰细菌正常活动，并促进柞蚕血淋巴的酚氧化过程，通过调节宿主免疫系统而发挥抗菌作用[3510

　　综上所述，在体外环境中，抗菌肽不仅能够杀灭细菌，还能抑制真菌、病毒、癌细胞的活性，且不同来源的天然抗菌肽对致病微生物的作用效果不同。然而抗菌肽在体液环境中的作用存在更多变量，单一的体外抑菌研究不能完整解释其在畜牧养殖中应用的合理性，效果最终需在体内整体呈现。

　　3抗菌肽在畜牧养殖中的应用现状

　　3.1抗菌及疾病治疗

　　抗菌肽作为一种饲料添加剂或药物已有诸多应用，在疾病治疗和生产性能等方面开展广泛研究。抗菌肽在治疗感染性疾病中有突出表现，如在用副溶血霍乱弧菌感染拟穴青蟹60 h后发现，抑制抗菌肽SpHyastatin表达的试验组存活率为0，而正常表达的试验组有13%拟穴青蟹生存下来，表明这种多肽能够通过免疫系统的反应消除细菌感染[36]o Wang等m71研究发现，将epinecidin—l 与神经坏死病毒同时注射斜带石斑鱼，并设置对照组 (直接注射病毒)，30 d后对存活个体再次注射病毒，结果发现，试验组比对照组存活率显著提高。这表明抗菌肽有可能替代福尔马林制备环保型灭活疫苗。研究发现，饲喂抗菌肽粗提物能够提高断奶仔猪血清中蓝耳抗体水平[3810

　　3.2提高生产性能及维持肠道健康

　　在生产中应用抗菌肽能够提高生产性能，提高动物免疫机能。如将牛蛙皮肤中获得的Catesbeiania-1应用于海兰褐蛋鸡后发现，这种抗菌肽显著提高了产蛋后期鸡的免疫力，与对照相比较，10 mL&g抗菌肽添加组产蛋后期的产蛋率提高约3.00%，料蛋比下降约2.23%，总蛋白较对照组显著提高，鸡脾淋巴细胞增值转化率显著提高L3910在饲料中添加100、200、300 mg&g天蚕素抗菌肽能够增加平均日增重，显著降低料重比，显著提高 2l、42日龄817肉杂鸡的胸腺、法氏囊和脾脏指数，显著提高42日龄肉杂鸡的ND抗体水平和T淋巴细胞转化率[40i o另外一项研究发现，天蚕素能够治疗产气荚膜梭菌引起的坏死性肠炎，且效果优于恩拉霉素组14110另外，在猪生产、反刍动物生产、水产养殖中抗菌肽均有成功应用的案例1421。

　　抗菌肽可能会通过调节肠道微生物菌群稳态而发挥作用。Choi等H31的研究结果表明，饲粮中添加60 m如抗菌肽可以显著抑制肉仔鸡肠道中有害肠道微生物数量。在仔猪饲粮中添加抗菌肽能够增加肠道益生菌数量。控制腹泻率、提高仔猪生长性能，从而提高成活率1441。鸡食用添加抗菌肽的饲料能够提高日增重及增强免疫性能，具有促进禽畜机体对营养物质的合成和利用，抑制病原菌繁殖，改善肠道菌群结构，提高机体免疫力等作用[4510 Yoon等m’报道，抗菌肽可以通过提高有益菌如乳酸菌、双歧杆菌的数量，降低大肠杆菌数量，改善动物肠道平衡。

　　3.3抗菌肽与抗生素在生产中的辩证关系

　　抗菌肽在一定程度上可以替代部分抗生素，或与之协同作用，改善在养殖中的效果，减少抗生素的使用。爱拔益加肉仔鸡在饮水中添加8 mg/L含CecMd、3cs和 3is的酵母工程菌，与饮水中添加50 mg/L的泰乐菌素相比较，日增重、日采食量、料重比等均得到明显改善，显著增加血清总蛋白含量，降低血清尿素氮含量14710在 AA肉仔鸡的一项研究表明，与抗生素组相比较，添加 200 mg/kg天蚕素能够显著提高肉仔鸡的生长性能，增加肠道内乳酸杆菌和双歧杆菌的数量，降低大肠杆菌和沙门菌数量改善肉鸡肠道环境，增强机体免疫功能，在与100 mg/kg地衣芽孢杆菌联合使用后比单独添加效果显著14810在饲料中添加200—800 mg/kg抗菌肽及益生菌复合添加剂，增强青脚麻鸡血清中总蛋白、白蛋白含量及碱性磷酸酶、谷草转氨酶的活性，促进青脚麻鸡营养物质代谢，从而改善青脚麻鸡的生长性能和屠宰性能14910 研究表明，在AA肉仔鸡饲料中添加200 mg/kg姜黄素和200 mg/kg抗菌肽产品能够显著提高乳酸杆菌和双歧杆菌的含量，降低肉鸡盲肠中大肠杆菌和沙门氏菌数量，提高抗氧化及肠道黏膜免疫能力，两种添加物之间存在一定的互作效应，饲粮中联合添加比单独添加效果好，可以作为新型饲料添加剂组合替代抗生素应用于肉仔鸡生产阿”。对科宝Ross308肉仔鸡用大肠杆菌078攻毒后，分别使用合生素和抗菌肽及两者联合进行治疗，通过测定免疫器官及血清中细胞因子发现，两者均可显著提高肉鸡免疫器官指数，并具有调节血清抗体和细胞因子的作用1511。

　　抗菌肽在动物生产的试验中效果显著，且与抗生素、益生菌等能够协同作用，甚至取代抗生素而提高治疗保健的效果。但将其广泛应用于畜牧养殖仍需解决诸多问题，如在体内的作用机制、与抗生素的相互作用、广泛应用后可能产生的副作用及应对措施、对内环境的作用、对环境及生态系统的影响等，这些都有待于开展更多体内试验的研究。

　　4小结与展望

　　抗菌肽来源丰富数量庞大，节肢动物、海洋生物等均是探索新资源的巨大宝库。在体外试验中，抗菌肽表现出抗病原微生物的特性;生产试验也证明具有治疗和保健效果，具备替代传统抗生素的可能性。另外，某些种类经过修饰后会成为更加有活性、稳定、可靠的新型药物或饲料添加剂，在不同的pH值和温度范围内均能够保持较高的稳定性，具备规模化生产的可能，关于抗菌肽的影响因子和作用机制均有深入研究，抗菌肽在未来无抗养殖中有着巨大潜力。

　　然而，抗菌肽在畜牧生产的应用中仍有诸多局限，动物体液内高浓度的盐、阴离子蛋白、多糖、宿主和病原体分泌的蛋白酶均可能会导致其结构改变而失活;某些微生物可通过改变形态或理化特征而对抗菌肽产生抗性，而最近的研究也证实其能够产生一定耐药性;它在体内对宿主的毒性尚未可知，某些来自其他生物的多肽可能会造成动物体细胞的损伤;提取、分离、纯化某些抗菌肽产品过程复杂，即使人工合成抗菌肽，但距离大规模生产仍有很长的路要走;天然抗菌肽作用机制多样，人工改造与设计多肽仍然困难重重;抗菌肽资源开发，与抗生素的协同作用仍是待解决的问题。在得出完善理论基础之前，对抗菌肽的应用仍应持谨慎态度。——论文作者：孙得发坦。肖发沂1,2,3，都振玉1。亓鹏1，刘方圆1，徐相亭1，郑立森”

　　参考文献

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　　[31 Chunga P Y.Khanum R.Antimicrobial peptides as potential anti—biofilm agents against multidrug—resistant bactemU】Journal of Microbiology， Immunology and Infection，2017，50：405-410.

　　相关期刊推荐：《现代畜牧兽医》(月刊)创刊于1972年，是由辽宁省畜牧兽医局主管、辽宁省畜牧兽医学会和辽宁省动物卫生监测预警中心主办的辽宁省一级期刊，以“面向行业，面向基层”为办刊理念，立足辽宁畜牧业发展情况，为全国广大畜牧兽医从业者服务的一本综合性期刊。设有：试验研究、饲养繁育、疫病防控、专论综述、资讯信息_述评、资讯信息_要闻、资讯信息_时讯、资讯信息等栏目。

文章名称：抗菌肽在畜牧养殖中的应用与研究进展

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