天蠶素抗菌肽及其在動(dòng)物生產(chǎn)中的應(yīng)用

孫曉先，朱振鵬，周 剛，楊 彪，王倩倩，夏麗麗

（揚(yáng)州大學(xué)動(dòng)物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，江蘇 揚(yáng)州 225009）

飼用抗生素是目前我國(guó)畜牧業(yè)中使用最重要和最廣泛的藥物，在控制畜禽傳染性疾病和提高畜禽生產(chǎn)性能等方面發(fā)揮著巨大的作用，但由于抗生素的不合理使用導(dǎo)致了動(dòng)物機(jī)體免疫力下降和畜產(chǎn)品藥物殘留。隨著傳統(tǒng)抗生素耐藥菌株的出現(xiàn)，許多致病菌對(duì)現(xiàn)有的抗生素產(chǎn)品產(chǎn)生耐藥性。因此，開(kāi)發(fā)安全高效的新型抗生素替代品，已成為解決動(dòng)物源性食品質(zhì)量安全的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)益生菌、寡聚糖、抗菌肽等添加劑替代抗生素的可行性進(jìn)行了大量的研究分析，發(fā)現(xiàn)抗菌肽作為一類廣泛存在于生物體內(nèi)的小分子多肽，具有顯著的抗菌作用。隨著研究的不斷深入，首先分離純化出天蠶素抗菌肽，天蠶素抗菌肽以其獨(dú)特的廣譜抗菌性、耐藥性、免疫調(diào)節(jié)活性等特點(diǎn)逐漸在醫(yī)藥、農(nóng)業(yè)、畜牧業(yè)等領(lǐng)域展現(xiàn)出廣泛的應(yīng)用前景。因此，本文綜述了天蠶素抗菌肽的來(lái)源、結(jié)構(gòu)、作用機(jī)理、生物學(xué)功能及其在動(dòng)物生產(chǎn)中的應(yīng)用，并對(duì)其存在的問(wèn)題和未來(lái)發(fā)展前景進(jìn)行了分析。

1 來(lái)源、結(jié)構(gòu)及作用機(jī)理

天蠶素抗菌肽是動(dòng)植物體自身產(chǎn)生的具有抗菌作用的一類小分子蛋白質(zhì)，屬于陽(yáng)離子抗菌肽家族中重要的一族，一般由31～39個(gè)氨基酸組成，主要由α螺旋構(gòu)成，屬于α螺旋類抗菌肽。此類抗菌肽具有抑菌能力強(qiáng)、熱穩(wěn)定性高、無(wú)免疫原性等特點(diǎn)，能高效率抑制革蘭氏陽(yáng)性菌和革蘭氏陰性菌的生長(zhǎng)增殖[1]?？赏ㄟ^(guò)生物提取和人工合成的方法獲得天蠶素抗菌肽。天蠶素抗菌肽的分子結(jié)構(gòu)相對(duì)保守，一般為N末端雙親α螺旋，C末端疏水α螺旋，這種獨(dú)特的結(jié)構(gòu)對(duì)于天蠶素發(fā)揮抑菌作用尤為重要。天蠶素抗菌肽的抑菌機(jī)理主要是通過(guò)自身所攜帶的正電荷與細(xì)菌質(zhì)膜之間的負(fù)電荷相互作用，插入細(xì)菌磷脂雙分子層結(jié)構(gòu)，使細(xì)菌脂膜去極化進(jìn)而形成空洞，造成細(xì)菌細(xì)胞因內(nèi)容物大量外流而死亡[2]。

2 生物學(xué)功能

2.1 抑菌作用

由于天蠶素抗菌肽帶正電荷，可通過(guò)靜電引力作用吸附于細(xì)菌表面，分別作用于革蘭氏陽(yáng)性菌的胞壁酸和革蘭氏陰性菌的脂多糖，破壞細(xì)菌的細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)，進(jìn)而插入細(xì)菌胞膜，通過(guò)膜的滲透作用改變細(xì)胞膜通透性，使細(xì)菌內(nèi)容物大量外流，最終導(dǎo)致細(xì)菌死亡。羅振福等研究發(fā)現(xiàn)，天蠶素抗菌肽對(duì)沙門(mén)氏菌、大腸桿菌等致病菌有很強(qiáng)的抑制作用，而對(duì)乳酸桿菌、雙歧桿菌等有益菌無(wú)抑制作用[3]。

2.2 抗病毒作用

天蠶素抗菌肽可通過(guò)阻斷病毒的吸附和侵入或者通過(guò)直接作用于病毒外殼而發(fā)揮其抗病毒作用，目前有關(guān)天蠶素抗菌肽抗病毒機(jī)制說(shuō)法不一，主要有天蠶素抗菌肽通過(guò)作用于宿主細(xì)胞膜表面特定的病毒受體，阻斷病毒的黏附和侵入過(guò)程；天蠶素抗菌肽直接作用于病毒外殼，破壞病毒外殼的穩(wěn)定性；天蠶素抗菌肽與病毒的遺傳物質(zhì)相結(jié)合，影響病毒核酸及蛋白質(zhì)的合成，從而達(dá)到抗病毒的效果。Wachinger等報(bào)道，天蠶素抗菌肽能與艾滋病病毒的遺傳物質(zhì)結(jié)合，影響艾滋病病毒HIV-1的基因表達(dá)，從而抑制HIV-1的增殖[4]。

2.3 抗腫瘤作用

天蠶素抗菌肽將腫瘤細(xì)胞的細(xì)胞膜作為靶目標(biāo)，在細(xì)胞膜上形成離子通道從而引起細(xì)胞膜去極化，導(dǎo)致腫瘤細(xì)胞發(fā)生不可逆的溶解和死亡，從而達(dá)到抗腫瘤的效果。

2.4 免疫調(diào)節(jié)活性

天蠶素抗菌肽可以通過(guò)適應(yīng)性表達(dá)提高宿主的抗感染能力，充當(dāng)免疫細(xì)胞的趨化因子促進(jìn)吞噬細(xì)胞的吞噬能力，通過(guò)調(diào)節(jié)相關(guān)免疫輔助細(xì)胞及免疫因子的活性來(lái)啟動(dòng)和調(diào)節(jié)特異性免疫，促使宿主細(xì)胞因子產(chǎn)生B細(xì)胞和T細(xì)胞的抗原特異性免疫應(yīng)答。陳香等試驗(yàn)結(jié)果表明，天蠶素抗菌肽能顯著提高大鼠免疫器官重量和免疫調(diào)節(jié)細(xì)胞因子TNF-α、IL-1β及γ-IFN的表達(dá)水平（P＜0.05）[5]。王阿榮等研究發(fā)現(xiàn)，天蠶素抗菌肽可以顯著提高斷奶仔豬血液中免疫球蛋白的含量（P＜0.05）[6]。

3 在動(dòng)物生產(chǎn)中的應(yīng)用

3.1 豬

宋青龍等研究發(fā)現(xiàn)，在斷奶仔豬日糧中添加天蠶素抗菌肽可以提高仔豬日增重，降低料重比和腹瀉率，提高機(jī)體免疫力和改善仔豬健康水平，同時(shí)能獲得較好的經(jīng)濟(jì)效益[7]。王華帥等研究發(fā)現(xiàn)，在斷奶仔豬飼糧中添加天蠶素抗菌肽能顯著促進(jìn)其生長(zhǎng)發(fā)育和提高飼料轉(zhuǎn)化效率（P＜0.05）[8]。陳香等研究表明，在斷奶仔豬飼糧中添加天蠶素抗菌肽，飼料轉(zhuǎn)化率、促生長(zhǎng)和抗腹瀉等效果均優(yōu)于抗生素組，以添加天蠶素抗菌肽250mg·kg-1效果最優(yōu)[9]。雷東風(fēng)等研究表明，試驗(yàn)組（基礎(chǔ)日糧+天蠶素抗菌肽）在斷奶仔豬平均日增重和飼料轉(zhuǎn)化率等方面均顯著優(yōu)于對(duì)照組（基礎(chǔ)日糧，P＜0.05），且天蠶素抗菌肽以添加量250mg·kg-1時(shí)效果最好[10]。張董燕等研究表明，日糧中添加天蠶素抗菌肽0.3%對(duì)于提高斷奶仔豬生產(chǎn)性能、改善腸道菌群、減少豬體應(yīng)激及提高機(jī)體免疫力等方面具有積極作用[11]。劉揚(yáng)科等研究發(fā)現(xiàn)，斷奶仔豬日糧中天蠶素抗菌肽與抗生素配伍使用具有較好的促生長(zhǎng)和提高機(jī)體免 疫效果，該效果與高劑量抗生素的促生長(zhǎng)和提高 機(jī)體免疫力效果相當(dāng)，甚至略優(yōu)于高劑量抗生素使用[12]。李波等研究發(fā)現(xiàn)，在青年母豬產(chǎn)前30 d飼喂天蠶素抗菌肽能顯著提高母豬的繁殖性能，在經(jīng)產(chǎn)母豬產(chǎn)后21 d飼糧中添加天蠶素抗菌肽能顯著提高仔豬的生長(zhǎng)性能[13]。孔祥書(shū)等試驗(yàn)結(jié)果表明，在保育豬飼料中添加天蠶素抗菌肽1 000 g·t-1能顯著提高日增重、降低料重比（P＜0.05），增加經(jīng)濟(jì)效益，減少腹瀉[14]。

3.2 家禽

李波等研究發(fā)現(xiàn)，在產(chǎn)蛋雞日糧中添加天蠶素抗菌肽100mg·kg-1，可以顯著提高產(chǎn)蛋雞產(chǎn)蛋率和平均蛋重（P＜0.05），降低料蛋比和破軟蛋率，且在蛋雞日糧中添加天蠶素抗菌肽能顯著改善雞蛋蛋殼顏色和蛋形指數(shù)（P＜0.05）[15]。劉莉如等研究認(rèn)為，在海蘭褐蛋用仔公雞日糧中添加天蠶素抗菌肽 350 mg·kg-1能顯著降低仔公雞料重比（P＜0.05），提高胸腺、法氏囊和脾臟重量，并能顯著提高IgA和IgG含量（P＜0.05），顯著提高補(bǔ)體C3和溶菌酶含量（P＜0.05），還能顯著降低 TNF-α、INF-γ和IL-6基因mRNA的表達(dá)水平（P＜0.05），顯著降低大腸桿菌數(shù)量（P＜0.05），顯著增加雙歧桿菌和乳酸桿菌數(shù)量（P＜0.05）[16-17]。單達(dá)聰?shù)仍囼?yàn)結(jié)果表明，在快大型肉雞養(yǎng)殖中，通過(guò)飲水添加天蠶素抗菌肽是有效的，可以提高肉雞的日增重和飼料轉(zhuǎn)化率，降低料重比，提高肉雞的健康水平和入雛出欄率，適宜的飲水質(zhì)量濃度為60mg·kg-1[18]。王曉楠等研究發(fā)現(xiàn)，在AA肉仔雞日糧中添加適量比例的天蠶素抗菌肽能有效提高肉仔雞的成活率和平均日增重，降低肉仔雞的料重比[19]。黃永彤等研究指出，肉雞飼糧中添加天蠶素抗菌肽能顯著提高肉雞的生長(zhǎng)速度和免疫力，與中草藥抗生素組相比，在平均上市體重、肉雞出欄率、飼料轉(zhuǎn)化率等方面均無(wú)顯著性差異（P＞0.05），具備替代抗生素成為一類新型飼料添加劑的潛力[20]。馬倩等研究結(jié)果表明，在蘆花雞日糧中添加天蠶素抗菌肽能顯著提高蘆花雞生產(chǎn)性能（P＜0.05），同時(shí)能夠促進(jìn)蘆花雞體內(nèi)蛋白質(zhì)的合成，增加蛋白質(zhì)的沉積[21]。陳曉生等在肉鴨飼料中添加天蠶素抗菌肽-AD制劑，與對(duì)照組相比，天蠶素抗菌肽對(duì)肉鴨盲腸大腸桿菌和乳酸桿菌均有顯著抑制作用[22]。

3.3 反芻動(dòng)物

宋麗華等選取隱形乳房炎患牛作為試驗(yàn)對(duì)象，在飼糧中添加不同比例的天蠶素抗菌肽制劑，試驗(yàn)結(jié)果顯示，高劑量組患病牛痊愈率為65%；低劑量組患病牛痊愈率為77.5%；高劑量組試驗(yàn)前后體細(xì)胞數(shù)降低67.74%，低劑量組試驗(yàn)前后體細(xì)胞數(shù)降低69.53%，體細(xì)胞數(shù)是判斷乳房炎輕重程度的重要手段，由此可得出患乳房炎的病牛天蠶素抗菌肽的最適添加量為50 g·d-1·頭-1[23]。徐名能等為研究天蠶素抗菌肽對(duì)牛乳體細(xì)胞數(shù)的影響，在試驗(yàn)組日糧中添加天蠶素抗菌肽50 g·d-1·頭-1，與對(duì)照組相比，日糧中添加天蠶素抗菌肽使牛乳體細(xì)胞數(shù)降低達(dá)75.86%，同時(shí)顯著提高了牛乳的乳脂率（P＜0.05）[24]。Kalfa等通過(guò)體內(nèi)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，綿羊飼糧中添加天蠶素抗菌肽可減緩肺組織感染羊的炎癥反應(yīng)和細(xì)菌濃度[25]。

3.4 水產(chǎn)動(dòng)物

王冬冬等試驗(yàn)結(jié)果表明，羅非魚(yú)飼料中添加天蠶素抗菌肽能顯著提高其相對(duì)增重率、特定生長(zhǎng)率、飼料轉(zhuǎn)化率和成活率（P＜0.05），其效果和添加黃霉素20mg· kg-1效果相似（P＜0.05）[26]。黃自然等在南美對(duì)蝦飼料中添加天蠶素抗菌肽4mg·kg-1，結(jié)果表明，試驗(yàn)組對(duì)蝦的生長(zhǎng)速度和成活率均顯著高于對(duì)照組（P＜0.05）[27]。王廣軍等在蝦飼糧中添加天蠶素抗菌肽，結(jié)果也表明了蝦的生長(zhǎng)速度、日增重、飼料轉(zhuǎn)化率及抗病力等方面均顯著優(yōu)于對(duì)照組[28]。

4 問(wèn)題與前景分析

作為一類天然的小分子蛋白，天蠶素抗菌肽具有廣譜抗菌性和不易產(chǎn)生耐藥性等特點(diǎn)，其出現(xiàn)為解決抗生素應(yīng)用帶來(lái)的負(fù)面效應(yīng)提供了新的手段，在多個(gè)領(lǐng)域展現(xiàn)出巨大的應(yīng)用潛力。然而，由于天蠶素抗菌肽分子質(zhì)量較小，自然界中含量較低，且分離純化不易，化學(xué)合成成本又較高，因此無(wú)法在動(dòng)物生產(chǎn)中大面積推廣應(yīng)用。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外研究者通過(guò)基因工程技術(shù)手段來(lái)制備天蠶素抗菌肽，極大地促進(jìn)了抗菌肽的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用。但如何提高天蠶素抗菌肽的生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本，實(shí)現(xiàn)天蠶素抗菌肽廉價(jià)高效的在動(dòng)物生產(chǎn)中的應(yīng)用，還需要更多的研究工作。隨著對(duì)天蠶素抗菌肽更深入地研究及生物工程技術(shù)的不斷提高，天蠶素抗菌肽將會(huì)成為新型、高效、低毒、耐藥的抗生素替代品，給人類帶來(lái)巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

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