促生長抗生素作用機理及其替代方案的重新思考

■張顯東

（諾偉司國際，上海200080）

1 飼料養(yǎng)殖業(yè)中抗生素的分類

業(yè)內抗生素從作用上可分為三類：促生長抗生素（AGP），治療用抗生素和離子載體類球蟲藥。其中治療用抗生素的種類最多，其使用方法和目的也明顯區(qū)別于AGP，通常是在確診致病菌之后，經過篩選敏感藥物，對動物個體或群體進行的短期高劑量處理。目的在于治療特定細菌性疾病，但這種處理對動物腸道微生態(tài)和正常功能的影響往往是巨大的，而常規(guī)使用的AGP盡管對腸道微生態(tài)也會產生一定影響，但其影響是有限的，特別是對盲腸微生物區(qū)系的影響更小（Wise等，2007；Lin等，2013）。所以，在常規(guī)養(yǎng)殖中，AGP可以普遍使用，而治療用抗生素是不建議經常使用的，頻繁使用容易形成對藥物的依賴性和撤除藥物后的二次感染，對動物的腸道健康和生產成績都造成極大的負面影響，相信常常接觸養(yǎng)戶的飼料技術人員對這點一定深有體會。至于離子載體類球蟲藥，盡管多是通過飼料添加，但在歐美并不被列為促生長抗生素，而且與人類用藥沒有沖突，所以在世界的絕大多數(shù)區(qū)域是可以正常使用的，也是目前對抗球蟲病不可缺少的武器。

2 AGP的作用機理之一——直接抑菌

關于抗生素促生長機制的研究大都在1985年以前，國內相關報道基本止步于2006年，有過多種觀點和假設，包括抑制有害菌、減少微生物營養(yǎng)競爭、改變腸道形態(tài)、改善營養(yǎng)吸收利用、促進激素分泌、減少毒素生成、改變免疫狀態(tài)等（Gaskins 2002,Niewold 2006），其中最主流的觀點依舊認為AGP通過抑制有害菌，改善腸道健康，從而促進動物生長（Dibner等2005；佟建明，2006）。但Niewold（2007）指出，該理論有一個明顯缺欠：飼料中AGP的添加劑量往往遠低于MIC值（最小抑菌濃度），且長期使用必然造成環(huán)境菌群的耐藥性（見圖1），耐藥性的普遍存在也是我們在學術研究中經常發(fā)現(xiàn)的問題（見圖2）。然而，大量的實際應用經驗表明，盡管某一種或幾種AGP的耐藥性明顯，但實際中AGP還是會表現(xiàn)出一定的促生長作用，盡管促生長效果明顯不如最初使用（早期抗生素的應用經驗表明，其對生長成績的改善約為5%～6%，Armstrong,2016）。對于這一現(xiàn)象，Matthew等（2006）的一篇文獻或許可以提供一種解釋，即腸道微生態(tài)的群體效應，腸道中同種類的微生物之間，以及不同種類微生物之間是有信息交流的，這些溝通是通過信號蛋白和信號蛋白受體來完成。比如，對于某一致病菌，只有在局部達到一定濃度之后，才會開啟致病蛋白的表達，形成對腸道的致病性（見圖3）。這或許意味著，盡管AGP在飼料中的添加量低于MIC值，但只要在一定時間和空間內形成局部的有效濃度，控制局部的微生物數(shù)量級，就可以限制有害微生物致病性的表達。盡管群體效應一定程度上解釋了有關MIC值的疑問，但還是很難解釋AGP耐藥性問題和AGP對不同動物、不同生長階段的普遍適用性，特別是考慮到腸道微生態(tài)復雜性和動態(tài)變化特性。

圖1 養(yǎng)殖生產中耐藥性的產生示意圖

圖2 致病菌耐藥性情況

3 AGP的作用機理之二——抑制炎癥

Niewold（2007）在對之前AGP作用機理做總結性討論之后，除了指出AGP低于MIC值難以對微生物形成有效抑制之外，還提出了頗為新穎的觀點，即AGP的作用或許并非依賴于對細菌的直接抑制，而更可能來自于其對動物腸道炎癥反應發(fā)生的抑制作用。

該文獻指出，抗生素分子除了被普遍關注的抑菌作用之外，還有一些生理特性被忽略掉了，比如一部分抗生素會在吞噬細胞中富集（van den Broek，1989；Labro，1998，2000），多數(shù)在胞內富積的抗生素會增強胞內的殺菌能力，抑制部分先天性免疫，并對吞噬細胞（巨噬細胞和中性多形核白細胞）有抑制作用（Dib?ner等，2005；Page，2006）。這部分內容在AGP的作用機制中往往沒有被提及，其對宿主的作用被簡化為“不被吸收”，但是考慮到工廠化養(yǎng)殖動物腸道上皮的通透性增大，這些小分子抗生素實際上是可以在吞噬細胞中累積的，有時可以比胞外濃度高10～100倍，這些富集在胞內的抗生素可以抑制吞噬性炎癥細胞的炎癥反應，引起前炎癥因子水平的降低，從而控制分解代謝信號分子的產生，間接實現(xiàn)促生長作用。

圖3 腸道微生物的群體效應

從與炎癥細胞的關系來看，抗生素本質上可以分為3種：①沒有富集效應；②富集但不影響細胞功能；③富集并有抑制作用。從Niewold（2007）總結的抗生素富集于抑制效果的試驗結果看，對于β-酰胺類抗生素，有關對炎癥反應的抑制作用和促生長效果的報道是不一致的。相對的，多肽類抗生素總體上對吞噬細胞的作用不很顯著，鏈霉素是一個例外。對于在美國普遍使用的桿菌肽，其對于吞噬細胞的作用比較缺乏，van den Broek（1989）報道，桿菌肽對于細胞吞噬作用的抑制。而對于其他種類抗生素，其抗炎癥作用與促生長作用具有非常好的相關性（見表1）。而且這些相關性似乎并非巧合，這些具有促生長作用的抗生素已被發(fā)現(xiàn)可以抑制炎癥反應的一個或多個不同環(huán)節(jié)，如趨化因子、多種活性氧的產生、促炎癥細胞因子的產生等。對于生長來說，促炎癥細胞因子最為重要，它會引起機體發(fā)生急性期反應，導致全身性的分解代謝。除了肝臟的蛋白合成轉向為分泌急性期反應蛋白，肌肉組織分解代謝增強之外，動物會出現(xiàn)嚴重的食欲下降（Gruys等，2006）。這種急性期反應顯然是一個伴隨極大生理消耗的過程（Humphrey等，2003）。因為這是個逐級放大的生理效應，所以當AGP作為炎癥抑制劑發(fā)揮作用時，往往可以在動物生長表現(xiàn)上發(fā)現(xiàn)比較一致的正面效應，而很多針對腸道微生態(tài)設計的抗生素替代產品卻未必表現(xiàn)穩(wěn)定。

表1 AGP在吞噬細胞中富集，抑制炎癥表達

按照以上分析，AGP的種類局限于幾種抗生素并非偶然，現(xiàn)今常用的幾種AGP在腸道的吞噬細胞中有明顯的富集效應，從而抑制腸道的炎癥反應，而多數(shù)治療用抗生素卻不具備這種抑制腸道炎癥反應的效果。而且在動物腸道中，特別是十二指腸、空腸到回腸的部位是營養(yǎng)物質最主要的吸收位點，同時也是免疫系統(tǒng)最為活躍的區(qū)間，由于日糧中的抗營養(yǎng)因子、致敏蛋白、重金屬、氧化脂肪以及后腸道微生物紊亂逆行帶來的細菌、毒素甚至是病毒等致病因子的普遍存在，小腸中的炎癥反應總是過度狀態(tài)，這會極大影響營養(yǎng)物質的消化和吸收（Unno，2015）。AGP通過抑制炎癥和調控腸道免疫，從而在局部改善腸道上皮形態(tài)，促進營養(yǎng)物質吸收利用，在代謝層面減輕急性期反應，減少分解代謝，這似乎是AGP作用機理的一個更好的解釋。

4 有關AGP替代方案的思考

筆者在與歐洲業(yè)內專家的交流中感觸到，近幾年來歐洲同行越來越少提到抗生素替代產品或者方案這種說法，通過10年的行業(yè)發(fā)展和市場培育，促生長抗生素已經成為飼料營養(yǎng)領域的某種禁忌，被行業(yè)所淡忘。他們更多提到的是通過環(huán)境控制、生物防疫、精細管理和營養(yǎng)改進等綜合措施實現(xiàn)健康養(yǎng)殖，這與我們的目的是一致的，盡管起步有先后。

但需要認識到，我們的無抗之路要比歐洲更加艱難，除了養(yǎng)殖環(huán)境、管理等方面的差距，在AGP應用方面我們也有顯著的中國特色。即超量添加，原本以促生長為目的的某些AGP被數(shù)倍甚至十數(shù)倍的劑量添加用以控制預防細菌性腹瀉（特別是在乳仔豬飼料中），這曾經是很多飼料企業(yè)不成文的常規(guī)操作，相信對多數(shù)配方師來說并不陌生。這些超倍劑量AGP的作用機理從邏輯上看，應該更傾向于直接的抑菌作用，而當這些AGP從飼料中被禁用后，控制細菌性腹瀉的壓力可想而知。

由于細菌性病原的壓力，國內之前的多數(shù)方案更多關注抑菌劑（如酸化劑）的使用，但實際效果卻未必總能達成所愿，通過對AGP作用機理的重新思考，在抑菌之外，宿主腸道細胞的免疫和炎癥調節(jié)似乎是我們一直所忽視的。在這方面，筆者建議從去除致炎癥因子和直接抑制炎癥這兩個角度來考慮。在去除抗營養(yǎng)因子方面，應用酶制劑是最常規(guī)的手段，NSP酶對日糧中非淀粉多糖的降解效果已被越來越多人所認可。而豆粕中對幼齡動物腸道具有致敏作用的大豆球蛋白和β-伴球蛋白長期以來并沒有引起廣泛重視，飼料科技發(fā)展到今天，市場上已經出現(xiàn)可針對性降解此類蛋白致敏因子的蛋白酶，這將有助于解決致炎癥因子的問題。另一方面，植物精油類產品越來越受到關注，已有研究表明，特定的精油組合有助于增強腸道的特異性免疫和體液免疫，而對吞噬細胞介導的炎癥反應具有抑制作用（Kermanshahi，2013），這一作用與抗生素對宿主腸道細胞的調節(jié)作用十分相似，而且精油組合有助于酸化劑等抑菌產品發(fā)揮作用，表現(xiàn)為抑菌方面的增效作用。所以，有理由相信，植物精油類產品將成為抗生素替代方案的必備要素。

綜上所述，抗生素可能在抑菌和調節(jié)宿主腸道細胞免疫狀態(tài)兩個方面起到促生長作用，合理的抗生素替代方案也應該從這兩方面同時考慮，兼顧微生態(tài)調控、致炎癥因子去除和腸道免疫調控，而在傳統(tǒng)的酸化劑之外，新型蛋白酶和特定的植物精油將會在減輕腸道炎癥方面提供新的解決方案。