抗菌肽在水產(chǎn)養(yǎng)殖中的應(yīng)用研究進(jìn)展

■陳奕彬 胡 娟 楊憲寬 劉麗杰 趙會宏

（華南農(nóng)業(yè)大學(xué)動物科學(xué)學(xué)院，廣東廣州 510642）

抗生素引發(fā)的耐藥性、藥物殘留以及水體生態(tài)系統(tǒng)破壞的問題日益突出，耐藥性細(xì)菌的增加和世界范圍內(nèi)抗生素生長促進(jìn)劑的禁止，迫使人們尋求新的方法對抗致病菌和促進(jìn)動物生長。目前，水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)迅速發(fā)展，養(yǎng)殖動物數(shù)量的增加以及密度的增大必然要求尋找高效的疾病防治藥物，食品安全和環(huán)境保護(hù)迫切需要高效無毒無殘留藥物的使用。抗菌肽作為一種新型高效抗菌藥物，能解決抗生素應(yīng)用存在的問題，充分發(fā)揮藥物的優(yōu)勢。已有諸多研究表明，抗菌肽作為一種飼料添加劑或者藥物能夠提高動物的生長性能、免疫能力、改善腸道菌群以及提高抗病力。多數(shù)文獻(xiàn)主要從生長、血清中相關(guān)酶指標(biāo)綜述抗菌肽對水產(chǎn)動物生長的影響，并未從分子水平上進(jìn)行總結(jié)，本文在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步總結(jié)抗菌肽在基因水平上對水產(chǎn)動物免疫力影響的最新研究，以及對起抵抗作用的水產(chǎn)常見病原體種類進(jìn)行綜述，為抗菌肽在水產(chǎn)養(yǎng)殖中的進(jìn)一步應(yīng)用提供全面的理論基礎(chǔ)。

1 抗菌肽的定義與分類

抗菌肽存在于大部分生物體內(nèi)，從低級的細(xì)菌到高級的動植物，是自身免疫系統(tǒng)的主要組分?？咕哪軌虻挚勾蠖鄶?shù)微生物，包括細(xì)菌、真菌、病毒和寄生蟲；同時，它對寄主細(xì)胞無毒或者少毒，并能消除機體突變細(xì)胞的小分子多肽。抗菌肽常帶正電荷，相對分子質(zhì)量小，大約4 kD，水溶性較好，且有熱穩(wěn)定性?？咕姆肿邮怯奢^大的前體分子經(jīng)過加工修飾而來的，包括蛋白酶水解、羧基端酰胺化、糖基化、以及鹵化和環(huán)化等過程。

至目前為止，抗菌肽數(shù)據(jù)庫(http：//aps.unmc.edu/AP/main.php) 已報道有2 000多種不同抗菌肽被發(fā)現(xiàn)，來源廣泛，包括動物、植物、細(xì)菌、真菌和病毒?？咕淖畛跏歉鶕?jù)來源進(jìn)行分類的，可分為哺乳動物抗菌肽、抗蟲抗菌肽、兩棲類抗菌肽、微生物抗菌肽以及植物抗菌肽等，后來，抗菌肽被發(fā)現(xiàn)的種類越來越多，其分類方法也增加。根據(jù)所帶的電荷不同，分為陰離子抗菌肽和陽離子抗菌肽；根據(jù)作用對象的不同，分為抗細(xì)菌肽、抗病毒肽、抗真菌肽、抗腫瘤肽以及一些兼性類型；根據(jù)結(jié)構(gòu)與功能的不同，分為殺菌肽類（cecropins）、防御素（defensins）、蜂毒素（melittin）以及蛙皮素（magainin）。微生物、植物、動物抗菌肽又可被分為不同種類。

2 結(jié)構(gòu)特點與作用機制

抗菌肽多是由13～45個氨基酸組成的短肽，目前文獻(xiàn)報道其最高只有二級結(jié)構(gòu)，而沒有三級結(jié)構(gòu)。不同來源抗菌肽的氨基酸序列具有以下相同特點：N端由堿性氨基酸組成；C端酰胺化；大多數(shù)抗菌肽在第二位為色氨酸，這對殺菌有重要作用。從二級結(jié)構(gòu)水平上看，抗菌肽分子有α-helix、βsheet、s-s-bridge以及無規(guī)則結(jié)構(gòu)等幾種類型。

抗菌肽的作用機制與結(jié)構(gòu)密切聯(lián)系。關(guān)于抗菌肽的作用機制，目前尚未完全清楚，也未達(dá)成統(tǒng)一的觀點。目前認(rèn)可的機制是細(xì)胞膜損傷機理：抗菌肽與細(xì)胞膜作用，使膜蛋白失活，破壞膜的完整性，細(xì)胞內(nèi)容物流出，導(dǎo)致細(xì)胞死亡，抗菌肽對膜的破壞，原因可能是帶正電荷的抗菌肽和細(xì)菌細(xì)胞表面的脂多糖相互作用，競爭性取代其表面二價陽離子；除此之外，還存在多種假說，包括形成膜電勢依賴性通道、抑制細(xì)胞呼吸作用、抑制細(xì)胞壁合成、作用宿主細(xì)胞，激活免疫功能等諸多機制。在不同的作用對象中，也存在不同的機制假說?？咕牡淖饔脵C制最終是由其結(jié)構(gòu)決定的，尤其與二級結(jié)構(gòu)有密切關(guān)系。

3 抗菌肽在水產(chǎn)養(yǎng)殖中的應(yīng)用研究

3.1 提高生長性能

諸多研究表明，無論在畜禽還是水產(chǎn)動物，一定劑量的抗菌肽能提高養(yǎng)殖動物的生長性能，表現(xiàn)在顯著提高養(yǎng)殖動物的平均增重率，降低餌料系數(shù)以及影響其耗料量，但其需求量因不同動物和不同種類的抗菌肽而異。添加5～10 mg/kg的重組中國明對蝦抗菌肽可顯著提高羅非魚的生長率，5 mg/kg顯著提高特定生長率。天蠶素抗菌肽添加量為100 mg/kg，全期保證羅非魚增重顯著高于喹烯酮和喹乙醇組；添加量為150 mg/kg，錦鯉末重和特定生長率顯著高于對照組；添加量為150 mg/kg，湘云鯽的末均重、增重率、肥滿度以及特定生長率均顯著高于對照組，增重率提高37.4%。對團(tuán)頭魴的研究表明，在飼料中添加0.2%的抗菌肽能降低餌料系數(shù)，0.4%的抗菌肽能提高其日增重。關(guān)于凡納濱對蝦的研究表明，300 mg/kg的柞蠶抗菌肽添加量能顯著提高對蝦增重率和降低餌料系數(shù)。

對于抗菌肽能夠提高養(yǎng)殖動物生長性能的原因，目前一些學(xué)者的解釋是：抗菌肽能夠改善胃腸黏膜的形態(tài)結(jié)構(gòu)，調(diào)節(jié)腸道免疫功能，并殺滅腸道有害微生物，保證胃腸黏膜結(jié)構(gòu)和功能的完整性，提高動物對飼料的消化吸收而起促生長作用。

3.2 增強機體的抗氧化、免疫功能

抗菌肽對水產(chǎn)動物抗氧化能力的調(diào)節(jié)主要是通過提高相關(guān)抗氧化酶的活性，清除體內(nèi)活性氧自由基，在免疫功能的調(diào)節(jié)上，不僅能改變免疫器官指數(shù)，增強免疫相關(guān)酶活性，而且能提高免疫細(xì)胞活性，增強免疫細(xì)胞的吞噬能力和免疫因子的表達(dá)。2 000～5 000 mg/kg的家蠅抗菌肽添加量能顯著提高凡納濱對蝦血細(xì)胞數(shù)量，3 000 mg/kg組顯著提高血細(xì)胞的吞噬率；河蟹日糧中添加0.4%的抗菌肽能顯著提高肝臟、肌肉中的超氧化物歧化酶(SOD)活性和總抗氧化能力水平，顯著降低血清球蛋白、谷丙轉(zhuǎn)氨酶（ALT）活性及肝臟、性腺和肌肉中丙二醛（MDA）的濃度；在基礎(chǔ)日糧中添加300 mg/kg的抗菌肽，花鱸在20 d時，肝胰臟、頭腎、鰓的超氧化物歧化酶(SOD)、過氧化氫酶(CAT)以及血清的溶菌酶（LSZ）、一氧化氮合酶(NOS)活力水平顯著高于對照組，60 d時，肝胰臟CAT的活性顯著高于對照組；225 mg/kg的天蠶素抗菌肽能顯著提高錦鯉血清過氧化氫酶(CAT)、堿性磷酸酶(AKP)和總超氧化物歧化酶(T-SOD)活性；0.2%抗菌肽組團(tuán)頭魴血清的溶菌酶活性，補體C3、C4的水平以及0.4%組的溶菌酶活性、總抗氧化能力以及總蛋白都高于對照組。

近幾年研究者越來越多從分子的水平研究抗菌肽對水產(chǎn)動物免疫相關(guān)基因表達(dá)的影響，抗菌肽通過激活機體免疫系統(tǒng)，使免疫系統(tǒng)發(fā)生一系列的變化，表現(xiàn)在激活信號通道、轉(zhuǎn)錄因子和相關(guān)受體蛋白，增強非特異性免疫因子的表達(dá)，包括促炎因子、趨化因子、細(xì)胞溶素（溶菌酶）、抗炎因子等。這些非特異性免疫反應(yīng)協(xié)調(diào)作用，增強機體的免疫力，抑制或清除病菌的感染，對機體起重要的保護(hù)作用（見表1）。

表1 抗菌肽對魚類免疫相關(guān)基因表達(dá)的影響

3.3 增強機體的抗病菌作用

研究表明，抗菌肽能夠?qū)Χ喾N常見的水產(chǎn)動物病原體起到很好的抵抗作用（見表2）。抗菌肽能夠直接作用于目標(biāo)病原細(xì)胞，通過破壞細(xì)胞膜和改變膜結(jié)構(gòu)，進(jìn)入細(xì)胞質(zhì)，并降解細(xì)胞DNA，也可以誘導(dǎo)相關(guān)蛋白的表達(dá)，形成蛋白交互網(wǎng)絡(luò)，穩(wěn)固宿主細(xì)胞的骨架，增強對病原體的抵抗；抗菌肽也通過增強機體的免疫力對水產(chǎn)動物病原體起到間接的抑制或殺滅作用。體內(nèi)、體外抑菌實驗研究表明，抗菌肽對多種革蘭氏陽性/陰性菌、真菌、病毒起到很好的抑制作用，顯著降低病原體數(shù)量，提高水產(chǎn)動物的成活率。

4 展望

抗菌肽作為一種新的生物制劑，具有廣譜抗細(xì)菌、抗病毒、抗真菌和抗腫瘤活性，無殘留，不污染環(huán)境，來源廣泛等優(yōu)點，在動物生長以及疾病防治上有很大的發(fā)展?jié)摿??？咕脑陴B(yǎng)殖業(yè)上作為飼料添加劑或者新型藥物已經(jīng)在動物生產(chǎn)上取得了良好的效果，在水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)上，已禁用多種抗菌藥物，因此抗菌肽有望成為一種促進(jìn)動物生長和疾病防治的新型藥物。目前，抗菌肽在水產(chǎn)養(yǎng)殖上的應(yīng)用，除了用于提高動物的生長性能，增強免疫力和提高機體的抗病菌作用外，還用于水產(chǎn)動物食品的保鮮和飼料的防腐。

表2 抗菌肽抵抗的水產(chǎn)常見病原體種類

目前，抗菌肽的作用機制尚未完全研究清楚，很多抗菌肽作用機制的解釋建立在模型的研究上；其次，抗菌肽在生物體內(nèi)的含量低微，提取的成本高、工藝復(fù)雜、一些合成的肽容易被蛋白酶降解，通過基因工程生產(chǎn)以及人工合成的抗菌肽，其安全性尚未作出全面的研究和評價；抗菌肽在水產(chǎn)養(yǎng)殖方面需要進(jìn)一步深入、全面研究，深入研究高效、針對性強的抗菌肽種類。因此，抗菌肽在未來的應(yīng)用上要重點解決上述問題，使其更好地推廣。

隨著基因工程技術(shù)的發(fā)展，越來越多的抗菌肽將通過基因工程手段進(jìn)行生產(chǎn)，以解決其來源短缺的問題，甚至目前已有部分外源抗菌肽基因被植入生物體內(nèi)進(jìn)行表達(dá)，使其對生物體產(chǎn)生作用，如果此項轉(zhuǎn)基因技術(shù)通過安全評估，將會從根本上解決抗菌肽的需求問題。未來，抗菌肽被發(fā)現(xiàn)和人工設(shè)計的種類將會越多，其應(yīng)用的范圍將會越廣，在養(yǎng)殖業(yè)上，不僅能提高動物的抗病性，而且能增強動物的生長性能，同時不產(chǎn)生任何的藥物殘留，將成為一種動物生產(chǎn)的綠色藥物和飼料添加劑。

（參考文獻(xiàn)46篇，刊略，需者可函索）