抗菌肽作为替抗类饲料添加剂应用前景广阔

                                                                           作者单位：沈阳农业大学动物科学与医学学院
核心提示

抗菌肽（antimicrobial，AMPs）是一类由动植物体产生的生物活性肽，是一种新型理想的抗生素类药物替代品，凭借其来源广泛、种类丰富，同时具有优异的广谱抗菌及抗病毒等作用，被畜牧业应用于动物生产中以提高生产效益、保障食品安全。抗菌肽具有良好的稳定性且无耐药性，可以通过调节机体免疫来实现提高动物生长性能的目的。文章综述了抗菌肽的来源、分类及生物学功能，以期为抗菌肽作为饲料添加剂应用于生猪实际生产及其作用机制提供参考。

我国是世界上最大的生猪生产国，我国的猪肉产量占全球近半数。随着人民生活水平的不断提高，消费理念的改变，人们越来越重视健康养殖与绿色食物的供应。饲用抗生素凭借其高效抗病、价格低廉等特点被广泛应用在生猪养殖业当中，但由于抗生素长期、频繁和缺乏管理地使用，常导致动物体产生耐药性，并在动物源食物中产生了药品残留。

因此“禁抗令”的颁布和实施对于我国生猪养殖业的健康可持续发展有着重要的推动作用。在滥用抗生素和疫病反弹的背景之下，寻找一种绿色、高效的替抗类添加剂是生猪养殖行业健康发展的有效途径之一。抗菌肽是一类由动物、植物或微生物中产生的碱性多肽物质，具有抗菌、抗病毒及抗真菌等多种生物活性，在提高生猪的生产性能方面具有巨大潜力。相关研究表明，抗菌肽能通过抑制病原菌的生长与增殖降低猪只感染疾病的风险。此外，抗菌肽还对猪的肠道健康、营养物质吸收等也具有一定影响。

抗菌肽也称宿主防御肽，是一种碱性多肽，广泛存在于自然界中，相对分子质量为2000~7000，含20~60个氨基酸残基，具有强碱性、热稳定性好、抑菌范围广等特点，且在生物体内起着重要的免疫调节作用。瑞典科学家Boman等在1972年对果蝇的相关研究首次发现并报道了一组具有抑菌作用的多肽。

后来，相关科学家从经大肠杆菌刺激的惜古比天蚕中获得第1种真正意义上的抗菌肽——天蚕素。从20世纪70年代开始，人们陆续在一些生物体（昆虫、甲壳动物、软体动物、两栖动物、哺乳动物、人类、植物等）中发现了相似的抗菌性多肽，至今已经有3000多种抗菌肽被检测出来。

由于抗菌肽具有广谱抗菌等生物学特性，所以抗菌肽被看作是一种绿色高效的替抗类添加剂，在动物养殖中的应用前景广阔。自然界中绝大多数生物体，包括脊椎动物、真菌等，均能分泌抗菌肽，且分泌的抗菌肽参与宿主的免疫防御。现阶段，工业生产中主要以化学合成及DNA重组技术来生产抗菌肽。根据其结构和功能的不同，抗菌肽可以被分为多个不同类别。其中，最常见的包括阳离子抗菌肽、两亲性抗菌肽和短链抗菌肽等。抗菌肽的产生机制主要涉及基因的表达和调控，以及蛋白质的合成和折叠等过程。

  抗菌肽的分类

抗菌肽的结构分类

不同种类的抗菌肽其氨基酸序列差异较大。抗菌肽的结构分类主要是按其二级结构进行区分。第1类为α-螺旋形抗菌肽，主要特征是其分子呈螺旋结构，在植物、微生物及脊柱和无脊柱生物和动物体内广泛存在。这类抗菌肽是分布最广且具有两亲性的，也是目前学者最关注的抗菌肽之一。第2类为β-折叠型抗菌肽，通过两个或两个以上二硫键形成稳定的β-折叠结构。β-折叠型抗菌肽二级结构中还会存在一些螺旋片段结构，如植物防御素、昆虫防御素等。第3类为环链状结构抗菌肽，是在C端末尾的分子内二硫键成环而形成，从青蛙皮肤分离出的抗菌肽就属于这类抗菌肽。第4类呈线性结构，是富含多个氨基酸残基的可伸展抗菌肽，一般不会在溶液中出现，并且含有丰富的脯氨酸和甘氨酸。

抗菌肽的来源分类

目前，在抗菌肽数据库中收录了已知的编码抗菌肽的基因序列达3425个，其中动物源抗菌肽2489个，植物源抗菌肽368个，细菌源抗菌肽385个。

动物来源的抗菌肽。动物来源的抗菌肽包括哺乳动物抗菌肽、两栖动物抗菌肽等。哺乳动物抗菌肽包括在呼吸道、胃肠道、生殖道、淋巴器官、皮肤中的抗菌肽和防御素（在兔肺巨噬细胞中、牛气管黏膜上皮细胞中的抗菌肽）两大类。抗菌肽在正常情况下不展示其活性，但当机体受到病原体侵袭时，其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。两栖动物表皮分泌的活性多肽种类繁多，大部分都有抑菌作用，是一种很古老且效果显著的天然防卫物质，往往被归为抗菌肽。两栖动物抗菌肽最主要的来源是青蛙。

昆虫来源的抗菌肽。抗菌肽最早在昆虫体内被发现，至今在昆虫体内检测出的抗菌肽已经达到200多种。昆虫是地球上数量最多、分布最广的生物，所以昆虫来源的抗菌肽的数量非常庞大，可分类为天蚕素、昆虫防御素、富含甘氨酸的多肽、脯氨酸多肽、溶菌酶等。

植物来源的抗菌肽。植物来源的抗菌肽也被称为植物防御素。大部分的植物来源抗菌肽与昆虫、哺乳动物来源的抗菌肽在结构上有一定的相似之处。目前，已被纯化、鉴定和表征的植物源抗菌肽包括防御素、蜕皮素、puroindoline蛋白、富含甘氨酸的蛋白质、天然环肽、hevein型蛋白、硫素、knottins蛋白和脂质转移蛋白。

微生物来源的抗菌肽。在病毒和细菌等微生物中有多种抗菌肽，由乳酸菌分泌的抗菌肽在细菌中最为普遍。最普通的菌素有乳酸链球菌肽（nisin）、杆菌肽（bacitracin，BAC）、乳酸菌蛋白（Lactobacilluslactinin）。目前，nisin已被批准用于治疗牛乳腺炎。革兰氏阳性和阴性两种细菌均能分泌抗菌肽。

抗菌肽的生物学功能

广谱抗菌功能

不同种类的抗菌肽对细菌的破坏方式有所不同，大多数抗菌肽灭菌方式是与细菌的细胞膜发生静电吸附作用后产生穿透作用，从而使细胞内容物渗透到胞外，使细菌失去活性从而达到灭菌的目的。抗菌肽在脊椎动物体内能够参与免疫系统生理代谢，其抗菌作用机理主要是通过渗透和破坏细菌细胞膜来杀死细菌，与抗生素不同的是，抗菌肽灭菌几乎不使细菌产生耐药性，主要是由于抗菌肽的灭菌机理与抗生素不同。抗菌肽对目标细菌的胞膜具有多个低亲和力的作用靶点，这有利于减缓耐药性的产生。

抗真菌功能

许多抗菌肽对真菌也有一定的杀伤效果，目前已经发现的真菌有7万多种，大多数致病性都很强，传统的抗真菌药物对动物或人的毒副作用很大，长时间使用容易造成机体损害，而且真菌的耐受力也容易大大增强。例如，黄曲霉毒素是黄曲霉（Fusarium）、曲霉（Aspergillussp.）、寄生曲霉（Aspergillussp.）等的次级代谢产物，具有很强的致癌性，严重威胁畜牧业和食品安全。已有研究发现，部分抗菌肽对黄曲霉菌具有明显的抑制作用。目前研究发现，37个抗菌肽分子能显著抑制鲜玉米胚黄曲霉产孢。此外，海洋蜗牛类抗菌肽对真菌（如酵母、丝状真菌）具有良好的抑制作用，而不会对哺乳动物产生任何副作用。

抗病毒功能

在传统抗病毒药物的应用中，人们发现其毒副作用很大且病毒的耐药性也不断增强，寻找良好的替代传统抗病毒药物的物质一直是人们密切关注的领域。而抗菌肽具有抗病毒的生物学功能，具有抗病毒功能的抗菌肽被称为抗病毒肽。一些抗病毒肽能将病毒嵌入病毒囊膜或细胞膜，从而打破病毒膜的稳定性，发挥抗病毒作用。抗病毒肽还能与一种病毒的糖蛋白相结合，这样就阻止了病毒与宿主细胞的表面相结合。然而，其他的多肽会与宿主细胞的受体相结合，从而防止病毒与其靶受体的结合，最后使其失活。

  抗菌肽在生猪生产中的应用

对于抗菌肽在生猪养殖方面的应用，徐博成等针对抗菌肽对仔猪的作用进行了研究，发现不同抗菌肽对猪的免疫调节、肠道健康、胴体品质等具有较好的调控效果，但其最优添加量受抗菌肽性质、生产方式及添加方式的影响，尚未形成明确的一致性。

抗菌肽对免疫调节的影响

抗菌肽能有效地提高断奶仔猪的免疫力，增强其抗病能力。抗菌肽可以通过刺激免疫系统中的巨噬细胞、T细胞等免疫细胞的活性，增强机体的非特异性免疫和特异性免疫应答。抗菌肽还能有效调节免疫活性，促进辅助性T细胞的趋化功能，增强B细胞和巨噬细胞的活性。

此外，有研究表明，cathelicidin家族的抗菌肽可以刺激巨噬细胞产生趋化因子CCL2、CCL5。在感染大肠杆菌的断奶仔猪饲粮中添加天蚕素AD进行饲喂，可以明显增加断奶仔猪血清中白细胞介素-1β（IL-1β）和白细胞介素-6（IL-6）的含量，进而提高机体免疫功能。Ren等在研究发现，用抗菌肽饲喂仔猪，其3种免疫球蛋白（IgA、IgG和IgM）水平明显增加，且与抗菌肽的添加量成正相关，这与Yuan等的研究结果相同。目前使用抗菌肽治疗动物免疫系统疾病或进行免疫调节已经成为常用的治疗手段。

抗菌肽对肠道健康的影响

抗菌肽可以促进肠道菌群的平衡，有效提高猪肠道健康水平。早期断奶是仔猪养殖的重要手段，但断奶后仔猪摄取不到来自母乳的抗体和营养物质，且仔猪肠-胃肠道的消化和免疫机能不健全，极易引发腹泻，产生断奶应激，容易受外部环境及病菌的侵染，引发多种炎症，导致仔猪的生长速率下降。所以维持仔猪的肠道健康是目前生猪养殖中最重要的方面。

胡兆莹等研究发现，生物活性肽可通过改善动物肠道形态和黏膜功能、增强肠道免疫功能和抗氧化功能、调节肠道菌群及代谢产物等途径改善动物肠道健康。日粮中添加一定水平的抗菌肽对仔猪小肠的发育有明显的促进作用，对肠道微生态环境进行调控，从而改善仔猪的生长性能，显著降低腹泻率，减轻猪传染性胃肠炎对仔猪的各种不良影响。已有研究显示，抗菌肽可通过调控肠道微生态，降低粪便中大肠杆菌数量，增加乳杆菌、双歧杆菌数量，从而改善肠道健康。Yoon等研究发现，人工合成的抗菌肽-P5与阿泊拉霉素均能降低仔猪粪便中的有害微生物数量，如大肠埃希菌、盲肠梭菌等。李登云等在育肥猪基础日粮中添加一定水平的蛙皮素抗菌肽（dermaseptin-M），发现dermaseptin-M组与对照组相比，十二指肠中大肠杆菌数量显著降低，乳酸菌数量显著提高。

抗菌肽对胴体品质的影响

通过在日粮中长期添加抗菌肽，可以增加猪体内抗氧化物质的含量，从而改善猪的胴体品质。研究表明，饲粮中添加0.5%的抗菌肽可以提高育肥猪的胴体重、屠宰率、体长、体斜长、背膘厚、皮厚及眼肌面积等指标，对蹄重率、背最长肌系水力、肉色评分影响较大，对胴体率、瘦肉率、眼肌面积等影响不大。

抗菌肽对抗病能力的影响

猪在养殖生产过程中，极易被各种病原微生物及寄生虫所侵扰，对猪的健康构成极大的威胁，养殖户的经济效益也容易受到影响，所以如何提高猪的抗病能力，一直是人们的重点研究方向。抗菌肽具有广谱的抗菌、抗病毒作用，所以对猪常见的细菌、病毒及寄生虫感染等所产生的疾病具有很好的防控效果。研究表明，猪源抗菌肽PR39对大肠杆菌、霍乱沙门氏菌等革兰氏阴性致病菌均表现出显著的抑制作用，并可与阿莫西林、土霉素和庆大霉素等其他常用的抗菌药物产生增效作用。

猪的寄生虫病如猪蛔虫病、猪球虫病、猪绦虫病等，都是养殖生产过程中的常见病，严重影响猪的生长速度，降低饲料转换化率，大大影响育肥效果。当猪只发生寄生虫感染时，人们往往会反复地盲目地使用驱虫剂，致使许多寄生虫产生耐药现象，并且部分驱虫药物的毒副作用很大，而抗菌肽在寄生虫病防治方面具有良好的优势和前景。抗菌肽在控制寄生虫感染上也有良好的作用，可以扰乱寄生虫细胞的质膜电位，打破胞质结构，从而达到控制寄生虫感染的目的，并且不容易出现耐药性。

抗菌肽对猪繁殖能力的影响

抗菌肽对繁育母猪的繁殖力有一定的影响。张宏刚等研究表明，在初产母猪产前7天的日粮中添加抗菌肽后能够显著提升其繁殖性能，具体表现为初产母猪的总产仔数、产健仔数、初生窝重和初生个体重有显著提升，断配间隔缩短，大幅度降低妊娠母猪的腹泻率。在初产母猪日粮中添加抗菌肽制剂，死胎率仅为5.77%，较对照组显著降低。表明在日粮中添加抗菌肽能提升母猪的产仔数、仔猪的成活率、仔猪初生重，降低死胎率等，从而提升母猪的繁殖性能。其次，抗菌肽对繁育母猪的繁育能力改善还表现为抗菌肽能有效预防和控制母猪繁殖方面的疾病。陈益等用抗菌肽控制母猪子宫内膜炎的研究发现，在母猪基础日粮中添加一定水平的抗菌肽制剂后，对母猪急、慢性子宫内膜炎感染和发病情况均有良好的控制，其中急性子宫内膜炎发病率和慢性子宫内膜炎发病率均显著下降，从而极大地提高了繁育母猪的健康水平。何静等重点阐述了抗菌肽通过膜靶向和非膜靶向机制抑制病原体的作用机理，为抗菌肽作为抗生素替代品治疗奶牛乳腺炎提供理论依据。柳婷婷等研究表明，美洲大蠊抗菌肽对沙门氏菌和金黄色葡萄球菌具有一定的抑菌效果。

  展望

抗菌肽作为一种替抗类饲料添加剂，具有广谱抗菌、抗病毒及抗真菌等作用，对猪肠道微生物的平衡、免疫调节、猪的存活率和免疫力、胴体品质，甚至繁育母猪的繁殖力等均有一定的改善作用，其具有广阔的应用前景。然而，长期研究发现，自然提取的抗菌肽有很多缺点，如部分抗菌肽的生物活性弱、稳定性较低等。近年来，对抗菌肽结构功能关系的研究为抗菌肽的理化性质、生物活性及立体结构的调控提供了新的思路，这使未来完美改进抗菌肽成为可能。

抗菌肽应用在猪生产中可能会引起肠道炎症等反应，从而影响猪的消化吸收功能。因此，抗菌肽对猪的影响并非总是积极的。如何合理使用抗菌肽以达到提高猪生产性能的目的，是当前研究的重要课题。未来的研究需要进一步探讨抗菌肽的具体作用机制及如何改进天然抗菌肽品质，以及如何通过合理地使用抗菌肽来提高养猪的经济效益。