赵 凤，谭树华（湖南科技大学生命科学学院，湖南 湘潭 411201）



抗菌肽在养猪生产中的应用研究进展

赵 凤，谭树华**
（湖南科技大学生命科学学院，湖南 湘潭 411201）

随着国内养猪业规模化和集约化生产的不断加强，高密度养殖对猪群的健康管理和疫病防治提出了更高的要求。目前，抗生素仍然是防治猪群病害的主要手段，但产生的抗生素残留、耐药性、危害环境等问题给畜牧业的可持续发展带来了严重的困扰，也危害人类自身的安全。因此，新型安全高效药物的开发已成为养猪业健康发展和人类自身健康的迫切需要。抗菌肽（antibacterial peptides）作为生物体天然免疫防御系统的重要组成部分，不仅可以提高动物机体免疫力，而且还具有抑制、杀灭多种细菌、真菌、病毒、寄生虫的生物学功能。在养猪生产中，抗菌肽作为一种新型饲料添加剂，已经在取代或部分取代饲料抗生素、减少猪对抗生素的依赖、避免抗生素通过食物链传递威胁人体健康、增强猪对各种病原微生物的抵抗能力等方面展示出很好的应用前景，抗菌肽作为一种环保型饲料添加剂，在养殖业中的应用日益广泛。

1 结构特点与理化性质

1.1 结构特点

抗菌肽最早由瑞典科学家Boman等于1972年在果蝇中发现。目前发现抗菌肽或类似抗菌肽的小分子肽类广泛存在于昆虫、鸟类、陆生动物、水生动物（贝类、鱼类和甲壳类、两栖类）、植物及原核生物中，迄今已知的抗菌肽已超过2 000种，其中来源于真核生物的已超过940种。在猪体内亦发现了12种以上不同的抗菌肽，这些抗菌肽具有不同的螺旋结构，分子量相对较小（小于10 kDa），但对多种微生物有广谱杀灭作用。

天然的动物抗菌肽大小不一，通常由12～100个氨基酸残基组成，相对分子质量较小，约为4～10 kDa，但其一级结构具有一定的保守性。N端富含赖氨酸、精氨酸等阳离子型氨基酸，C端富含大于30%的疏水性氨基酸残基如丙氨酸、缬氨酸和甘氨酸等，而其中间部分则富含脯氨酸，该结构使抗菌肽具有表面活性剂活性。各种抗菌肽具有相似的二级结构，大多数抗菌肽均具有两亲性的α-螺旋结构，β-折叠、线性伸展螺旋结构和环链结构区域。α一螺旋分子的纵轴一边为带正电荷的亲水区，对称面为疏水区，此二级结构决定着抗菌肽的破膜活性，α-螺旋的螺旋度降低会导致抗菌肽活性的急剧下降。β一片层结构间的相互作用则保证了二聚体空间结构的稳定性，以维持抗菌肽的生物活性。

1.2 理化性质

抗菌肽以阳离子肽居多，大多含有4个或4个以上带正电的氨基酸，水溶性好，且具有较好的热稳定性，在100 ℃条件下30 min仍能保持一定活性；等电点一般＞7，表现出较强的阳离子性；具有较强的抗酸、碱及抗离子强度的特性，在较低的pH环境和较强的离子强度条件下仍保持较好的活性；部分抗菌肽还能通过作用于胰蛋白酶上的特殊位点，抵抗胰蛋白酶的水解作用。

2 生物学功能及作用机制

2.1 抗菌活性

抗菌活性是抗菌肽已知的主要生物学功能，其抗菌作用包括抑制革兰氏阴性细菌和革兰氏阳性细菌，具有广谱性和杀菌速度快的特点。动物抗菌肽有着与青霉素等传统抗生素完全不同的作用机制。传统抗生素大多数是通过抑制细菌细胞壁或DNA的合成而发挥作用，而动物抗菌肽与病原体细胞膜靶部位之间的相互作用主要通过2种作用力：一是静电引力。抗菌肽在生理pH条件下常带有一定的正电荷，易与带负电荷的微生物细胞膜之间产生强烈的静电引力。作用区域的细胞质膜会变得不稳定，抗菌肽会透过这个不稳定区域进入细胞膜的脂质双分子层中，导致细胞壁结构发生变性，通透性增加，使胞外大量水分内流和胞内大量内容物外流，最后杀伤失去保护的细菌；二是受体介导的细胞膜相互作用力。一部分抗菌肽与细胞膜内肽、磷脂之间相互作用形成复杂的空间结构，肽与肽之间、肽与细胞膜之间的疏水及亲水功能区相互作用，能使两亲性小肽比其他方式更深入细胞膜中心，通过与细胞内物质的作用阻碍靶细胞壁合成其组分，或破坏细胞壁的结构，从而杀死靶细胞［1，2］。

2.2 抗真菌活性

目前已经发现超过7万种真菌，一部分会严重危害人类和动物的健康。最早发现的具有抑制真菌作用的抗菌肽是从蛙类皮肤中分离得到的蛙皮素。已发现的大多数抗菌肽都具有抗真菌作用，但对不同种类的真菌作用效果相差却很大。如25～199/L的天蚕素对镰刀菌属和曲霉菌属真菌均具有良好的抑制作用。动物抗菌肽中的兔防御素NP-1和植物抗菌肽中的植物防御素对多种植物致病真菌都具有杀伤作用。

2.3 抗寄生虫活性

长期以来，由于抗寄生虫药物的不合理使用，寄生虫对药物产生了耐药性并且一些药物的毒副作用严重，寄生虫感染严重危害人类健康和畜牧业的发展。抗菌肽在有效地杀灭引起人类及动物的寄生虫病（如疟疾、Chagas氏病、莱什曼病等）的寄生虫方面展示出了较好应用前景。昆虫类抗菌肽天蚕素类似物Shiva-Ⅰ、两栖动物类抗菌肽爪蛙素可以有效地杀灭疟原虫，而天蚕素和蜂毒素抗菌肽联合使用，可以快速杀死莱什曼鞭毛虫；柞蚕抗菌肽对阴道毛滴虫病具有良好的治疗效果。

2.4 肿瘤细胞抑制作用

一些阳离子类抗菌肽对正常细胞无杀伤作用，但对肿瘤细胞却具有广谱杀灭作用。如两栖动物类抗菌肽爪蛙素、昆虫类抗菌肽天蚕素A、蜂毒素和哺乳动物类抗菌肽α-防御素-1对动物癌细胞均具有选择性杀伤作用。抗菌肽对癌细胞的作用主要是使癌细胞膜上形成孔洞，破坏肿瘤细胞的膜结构及内部结构，细胞内容物外泄，线粒体出现空泡化，嵴脱落，核膜界限模糊不清或核膜破损，核染色体DNA断裂，并抑制染色体DNA的合成。

2.5 抗病毒作用

抗菌肽通过直接与病毒粒子结合、抑制病毒的繁殖、模仿病毒的侵染过程等3种方式发挥抗病毒作用。目前，已发现抗菌肽对感冒病毒、疱疹病毒、乙型肝炎病毒等具有抑制作用。蜂毒素和天蚕素可以在亚毒性浓度下抑制艾滋病毒HIV21的基因表达，减少HIV21的增殖。在无血清存在的情况下，高浓度（＞100μg/mL）防御素有细胞毒性，会引发HIV膜通透性大大提高。

2.6 免疫调节作用

某些抗菌肽不仅能直接杀灭体内的病原菌，而且可调节动物的免疫功能，作为免疫调节分子调节机体免疫功能，如溶解细菌细胞壁释放炎症刺激信号，刺激肥大细胞脱粒促使组织胺的释放和血管的扩张，引起嗜中性粒细胞和辅助性T细胞的趋化作用，导致白细胞富集到感染部位，直接作为趋化因子或诱导趋化因子产生，抑制脂多糖诱导的前炎症细胞因子的产生、改变宿主免疫相关基因表达、促进血管生成、促进伤口愈合以及在免疫过程中起到沟通、桥梁等作用。

3 在养猪生产中的应用现状

3.1 抗菌肽在猪病防治中的作用

在当前的养殖环境下，猪群往往受多种细菌和病毒的混合攻击，单一药物或抗生素使用效果不佳，且容易产生耐药性。由于抗菌肽的广谱抗性，对猪病的综合防病抗病效果远超一般抗生素的作用。Xiong等［3］报道饲料添加抗菌肽提高了日摄食量和饲料转化率，极显著降低了断奶仔猪的腹泻发生率和提高了存活率（P＜0.01）。麻延峰等在基础日粮中添加0.4%抗菌肽防治猪呼吸系统疾病，发病率为10%，治愈率为88%，与运用青链霉素防治方法效果相比，运用抗菌肽疗效高，且安全、无不良反应。刘丁健等报道使用抗菌肽制剂能明显降低保育猪的腹泻率以及呼吸道病发病率，抗菌肽能够很好地替代猪场常用的抗生素，0.3%阿莫西林组与0.1%抗菌肽组饲喂效果相当，在基础饲粮中添加0.5%抗菌肽饲喂效果最佳；0.5%抗菌肽组末重、日增重、料重比均显著好于空白对照组及其他各试验组，随着抗菌肽添加量的增加，试验猪只的腹泻率、呼吸道病发病率、死亡率都有明显下降。

在规模化猪场母猪和仔猪进行抗菌肽替代抗生素的保健试验中同样证明，可减少母猪流产，降低弱仔率和总死产率，提高猪群健康状况（如泪斑明显减少），提高母猪泌乳量，缓解母猪便秘，提高仔猪生长速度和成活率。王琴等［4］报道了抗菌肽有降低仔猪死亡率和腹泻率，提高生长性能的趋势，在基础日粮中添加0.2%的抗菌肽，抗菌肽组死亡率和腹泻率分别降低了2.47%和1.24%，日增重提高了11.42%，料重比降低了5.06%，但差异不显著，抗菌肽是替代抗生素药物的理想选择，具有广阔的应用前景。抗菌肽制剂抗腹泻的机制是其具有广谱抗菌作用，对大肠杆菌、沙门菌和产气荚膜梭菌等有害菌有抑制作用，从而能够防止仔猪细菌性腹泻，改善断奶仔猪应激综合症。

3.2 对猪生产性能的影响

据研究报道，在育肥猪饲粮中添加抗菌肽不仅可以改善种猪的生长性能，还可提高饲料转化率，提高免疫力，降低粪便中氮的排放量。邓柏林等［5］研究了抗菌肽对体重50 kg左右重的肥育猪生长性能的影响，与对照组相比，日增重极显著提高8.30%（P＜0.01），饲料转化效率显著提高了9.08%（P ＜0.05），达到2.76∶1，抗菌肽组与对照组的粪便氮排放量差异极显著（P ＜0.01），抗菌肽组粪便中氮排放量降低了6.74%，氮减排量为0.89-g/d。孔祥书等报道30日龄保育仔猪饲料中添加1 000 g/t天蚕素抗菌肽的影响，与对照组相比，添加组平均日增重显著提高了19.17%（P＜0.05），料重比显著降低15.98（P＜0.05）；同时，增加了经济效益，生产成本降低，减少了腹泻的发生，抗菌肽可在保育猪的饲养中推广应用。覃小荣等（2010）研究不同剂量的抗菌肽替代抗生素对保育猪生长性能与健康水平的影响，在基础日粮中添加0.5%抗菌肽饲喂效果最佳。Yoon等报道抗菌肽能促进断奶仔猪的生长、提高表观消化率和小肠绒毛高度，可作为潜在的抗生素替代品。

3.3 对猪肠道微生物的调节作用

抗菌肽对肠道内微生物菌群的调节作用与抗生素相似，但抗菌肽能促进有益菌的生长，从而有利于调节体内微生态，起到促进动物生长的作用。抗菌肽不仅对魏氏梭菌、金黄色葡萄球菌、巨大芽孢杆菌、蜡样芽孢杆菌、链球菌等革兰氏阳性菌，以及嗜水气单胞菌、梅氏弧菌、沙门氏菌、大肠杆菌、荧光假单胞菌等革兰氏阴性菌有抑制或杀灭作用，而且通过杀灭动物肠道中的有害菌还具有调节肠道微生物菌群平衡，提高肥育猪营养物质消化率，促进动物生长和降低氮排放作用［7］。据汪以真研究报道，饲粮添加表达重组猪乳铁蛋白基因（rPLF）的蚕蛹，可显著增加仔猪十二指肠和空肠绒毛高度、明显降低隐窝深度；显著减少肠道中大肠杆菌和沙门氏菌的生长（P＜0.05）；增加乳酸菌的数量（P＜0.05），极显著增加了双歧杆菌数量（P＜0.01），但与抗生素添加组差异不显著。Wu等比较饲料中添加抗生素（100 mg/kg吉他霉素和硫酸粘菌素800 mg/kg）或抗菌肽AD（400 mg/ kg）对口服大肠杆菌断奶仔猪的影响，发现抗菌肽可以提高仔猪白细胞介素-1β，白细胞介素-6、IgA和IgG水平，并降低了肠道病原菌和腹泻发生率，是抗生素的潜在替代品。

4 问题与展望

目前，抗菌肽在促进猪的生长，病害防治、提高免疫能力和提高养殖效益等方面已显示出了传统抗生素无可比拟的优越性。但抗菌肽大规模的生产应用仍有一些技术需要克服：一是要研究抗菌肽的添加量对生产性能的影响，研究结果发现，高剂量的抗菌肽对育肥猪的生长会产生不良影响。这可能与抗菌肽具有广谱杀菌作用，高剂量的抗菌肽可能会过多地杀灭消化道微生物菌群中的有益菌，从而降低育肥猪的消化吸收功能有关；二是天然抗菌肽含量极微，化学合成方法成本太高，因此，采用基因工程方法是目前获得动物抗菌肽的主要技术手段，由于在原核生物中表达抗菌肽基因可能造成宿主微生物自杀而不能获得表达产物，只能在真核系统或昆虫系统中表达动物抗菌肽，目前仍存在着一定的技术难度，表达效率偏低、生产成本偏高而无法大规模推广应用；三是活性问题。一些分子较大的抗菌肽的活性与其空间结构密切相关，通过基因工程得到的抗菌肽虽然在一级结构上与天然抗菌肽一致，却无法保证在空间结构上的一致，影响了抗菌肽的生物活性。但随着抗菌肽基因工程技术的完善、抗菌肽生产工艺的改进，生产规模的扩大，成本将逐步降低，抗菌肽也必将在减少猪对抗生素的依赖，避免抗生素通过食物链传递威胁人体健康等方面发挥重要作用。

参考文献

［1］ SHANG，D J，ZHANG Q，DONG W B，et al.The effects of LPS on the activity of Trp-containing antimicrobial peptides against Gram-negative bacteria and endotoxin neutralization［J］.Acta Biomaterialia，2016，33：153-165

［2］ 付石军，郭时金，霍芳，等.抗菌肽的作用机理及其在养殖中的应用进展［J］.饲料与畜牧：新饲料，2014（6）：40-43.

［3］ XIONG X，YANG H S，LI L，et al. Effects of antimicrobial peptides in nursery diets on growth performance of pigs reared on five different farms［J］. Livestock Science，2014（167）：206-210.

［4］ 王琴.益生菌、抗菌肽对仔猪生长性能的影响［J］.青海畜牧兽医杂志，2015，45（4）：25-27.

［5］ 邓柏林，何宏轩，张乃锋，等.日粮中添加抗菌肽对育肥猪消化率及其对氮排放影响的试验研究［J］.猪业科学，2013，30（3）：40-42.

［6］ YOON J H，INGALE S L， KIM J S，et al.Effects of dietary supplementation of antimicrobial peptide-A3 on growth performance，nutrient digestibility，intestinal and fecal micro ora and intestinal morphology in weanling pigs［J］.Animal Feed Science and Technology.2012（177）：98-107.

［7］ Hadley，E B，Hancock，R E. Strategies for the discovery and advancement of novel cationic antimicrobial peptides［J］.Curr.Top.Med.Chem.2010 （10）：1872-1881.

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基金项目：湖南省自然科学基金（144JJ7048）赵凤（1992-），女，研究方向，动物营养。**通讯作者： 谭树华，E-mail：hstan@126.com

收稿日期：（2016-03-23）