“減抗”、“替抗”背景下抗菌肽的應(yīng)用和研究進(jìn)展

鄧贛奇，黃增穎，梁耀文，張輝華，林樹茂，劉 燊

(佛山科學(xué)技術(shù)學(xué)院 生命科學(xué)與工程學(xué)院，廣東 佛山 528000)

抗生素自從被發(fā)現(xiàn)以來，拯救了億萬動物和人的生命，因此也被稱為20世紀(jì)以來最偉大的發(fā)現(xiàn)之一。將抗生素應(yīng)用到飼料行業(yè)中，也極大地推動了畜牧業(yè)的發(fā)展。但隨著抗生素的廣泛應(yīng)用以及高劑量的使用，其在畜禽體內(nèi)大量殘留，不僅威脅到動物食品安全和影響生態(tài)環(huán)境，更使許多細(xì)菌產(chǎn)生耐藥性，進(jìn)而產(chǎn)生“超級細(xì)菌”。近年來，也有研究發(fā)現(xiàn)抗生素對有益菌有抑制作用，造成動物體內(nèi)的菌群紊亂，降低動物機(jī)體對各種營養(yǎng)物質(zhì)的吸收利用率，從而造成其腹瀉甚至死亡[1-3]。在歐洲的一些國家，抗生素被禁止添加到飼料中，因此尋找一種新型抗菌劑替代抗生素已成為急待解決的問題。目前人們發(fā)現(xiàn)了一些新型的抑菌劑如噬菌體制劑、酶制劑、植物提取物、中草藥制劑和抗菌肽等?？咕氖乾F(xiàn)在研究中比較熱門的方向，也是最具有應(yīng)用與研究前景的一個(gè)領(lǐng)域。

20世紀(jì)70年代，瑞典科學(xué)家Boman發(fā)現(xiàn)第一種抗菌肽——天蠶素抗菌肽，隨著人們對抗菌肽的深入研究，相繼從昆蟲、哺乳動物、植物中發(fā)現(xiàn)了3 000多種?？咕?Antimicrobial peptides, AMPs)是生物機(jī)體抵抗病原菌產(chǎn)生的一種防御性小肽，存在于各種動植物及微生物中，是組成免疫系統(tǒng)的重要成分[4]。有研究表明，抗菌肽對真菌、病毒、腫瘤等都有抑制作用，如艾滋病毒、皰疹病毒[5]、膀胱癌、肝癌、宮頸癌等[6-8]。因其抗菌譜廣、分子量小、不易產(chǎn)生耐藥性、熱穩(wěn)定性和水溶性好，是目前替代抗生素較為理想的抗菌劑之一。

1 抗菌肽的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

抗菌肽由20～60個(gè)氨基酸組成，其N端富含親水性氨基酸，如精氨酸、賴氨酸等，有利于抗菌肽吸附到細(xì)胞膜上；其C端富含疏水性氨基酸，有利于其酰胺化。抗菌肽二級結(jié)構(gòu)的多樣性為其功能多樣性奠定了基礎(chǔ)，根據(jù)氨基酸的位置、大小和構(gòu)象，AMPs的二級結(jié)構(gòu)可分為4種：(1)具有α-螺旋結(jié)構(gòu)的肽，如人的陰極誘導(dǎo)素。擁有此種結(jié)構(gòu)的肽其長度一般較短，有比較多的精氨酸和賴氨酸，且此類肽具有兩親性，其一端為親水區(qū)，對應(yīng)端則為疏水區(qū)，這種水脂兩親結(jié)構(gòu)是抗菌肽殺菌功能的基礎(chǔ)；(2)具有β-折疊結(jié)構(gòu)的肽，如鱟肽，這類肽主要包括人及其他哺乳動物的防御素、植物及昆蟲防御素等，其擁有的二硫鍵能夠穩(wěn)固肽結(jié)構(gòu)，在穿入細(xì)胞膜時(shí)仍能夠維持這種結(jié)構(gòu)，充分發(fā)揮其殺菌功能；(3)具有片層結(jié)構(gòu)的肽，如牛吲哚啶，此類肽多呈線性結(jié)構(gòu)，不具有半胱氨酸，富含脯氨酸、色氨酸和精氨酸；(4)具有環(huán)狀結(jié)構(gòu)的肽，如在恒河猴中發(fā)現(xiàn)的環(huán)防御素，此類肽的環(huán)形結(jié)構(gòu)靠一個(gè)單鍵維持，而且具有α-螺旋結(jié)構(gòu)、β-片狀結(jié)構(gòu)，擁有較強(qiáng)的抗菌活性。

抗菌肽的多結(jié)構(gòu)特性，使其除具有抑制微生物活性，免疫調(diào)節(jié)劑、抗腫瘤藥物等，它還可作為信號分子、避孕劑、有絲分裂劑等[9]。

2 抗菌肽的生理功能及其作用機(jī)制

2.1 抗細(xì)菌

抗菌肽具有廣譜的抗菌性，它對革蘭氏陰性和革蘭氏陽性菌都有抑制能力，但某些抗菌肽只對一些特定的細(xì)菌有抑制效果[10]。魏曉曉等[11]研究表明，抗菌肽JH-3對革蘭氏陽性金黃色葡萄球菌和革蘭氏陰性大腸桿菌、豬霍亂沙門菌 、副豬嗜血桿菌等均具有良好的抗菌活性。不同的抗菌肽其抑制能力相差比較大，根據(jù)劉倚帆等[12]的研究，不同抗菌肽之間或抗菌肽與抗生素之間還能夠發(fā)生協(xié)同作用，并產(chǎn)生較強(qiáng)的抗菌作用?？咕牡目咕鷻C(jī)制主要分為細(xì)胞膜損傷機(jī)理和胞內(nèi)損傷機(jī)理。但根據(jù)汪以真等[13]的最新研究表明，有些抗菌肽還能夠形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)包裹細(xì)菌，減少細(xì)菌粘附到腸道黏膜的損傷而達(dá)到保護(hù)機(jī)體的目的。

2.1.1 細(xì)胞膜損傷機(jī)理 絕大多數(shù)抗菌肽的作用機(jī)理都是細(xì)胞膜損傷機(jī)制，其最重要的是靠靜電的吸引，使氨基酸殘基與磷脂酸分子結(jié)合?？咕牡氖杷藙t插入到細(xì)胞質(zhì)膜中，使膜的結(jié)構(gòu)發(fā)生改變或?qū)⒛さ鞍啄セ钚?，抗菌肽進(jìn)入磷脂雙分子層后，其親水端發(fā)生結(jié)合并形成膜孔道，細(xì)胞內(nèi)的物質(zhì)外泄，細(xì)菌不能維持正常的滲透壓而死亡。目前細(xì)胞膜損傷機(jī)理比較盛行的模型主要有4種[14]：桶板模型、地毯模型、環(huán)孔模型和凝集模型。

在桶孔模型中，抗菌肽單體聚集在膜表面，當(dāng)這些單體形成多肽則插入細(xì)胞膜，它們的非極性側(cè)鏈直接作用于膜的疏水脂核，多肽的親水表面向內(nèi)并形成跨膜孔，導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)含物的釋放和細(xì)胞的死亡。如Alamethicin、Gramicidin S等[15]。

在地毯模型中，抗菌肽最初被結(jié)合在膜的表面，形成局部的“地毯”。當(dāng)抗菌肽覆蓋在磷脂雙分子層表面并達(dá)到特定的閾值濃度時(shí)，磷脂雙分子層內(nèi)外受力不均而變形，細(xì)胞膜破裂而達(dá)到抑菌目的，其中殺滅革蘭氏陰性菌和寄生蟲的機(jī)制多屬于此類。此類抗菌肽有 Caerin Trichogin LL-37[16]。

在環(huán)孔模型中，聚集的多肽無論是在與膜表面結(jié)合之前還是之后，都會誘導(dǎo)膜去極化，形成環(huán)狀的跨膜孔，細(xì)胞的跨膜電位或者滲透功能遭到破壞，菌體則裂解死亡。如Sticholysin、Mellitin、Maganin等[17]。

在凝集模型中，抗菌肽與脂多糖形成競爭并取代二價(jià)金屬離子，擾亂細(xì)胞膜大分子的組裝，進(jìn)而可以同時(shí)接觸磷脂雙分子層的內(nèi)外層，形成特殊的脂肽區(qū)域并在細(xì)胞膜表面形成離子泄露通道。此類抗菌肽有Gramicidins、Polyphemusin等[18]。

2.1.2 胞內(nèi)損傷機(jī)理 細(xì)胞膜的損傷機(jī)理并不是抗菌肽的唯一作用機(jī)制，有研究者發(fā)現(xiàn)少數(shù)抗菌肽可以在不破壞細(xì)胞膜的情況下，穿過細(xì)胞膜并抑制菌體細(xì)胞生物大分子的表達(dá)，包括抑制DNA、RNA和蛋白質(zhì)的合成、抑制胞內(nèi)酶的活力、抑制細(xì)胞呼吸作用和細(xì)胞壁的形成等過程[19]，這類抗菌肽都含有豐富的精氨酸和脯氨酸，如Pleurocidin、Dermaseptin、Indolicidin、PR-39等。

2.2 抗真菌

目前研究發(fā)現(xiàn)的抗真菌肽有天蠶素、線肽素、貽貝素、果蠅抗菌肽等[20]。抗菌肽抑制真菌的主要機(jī)制有以下幾個(gè)方面：(1)抗菌肽可以阻止、破壞真菌細(xì)胞壁的形成過程，如棘球白素可以抑制1，3-β-葡聚糖的合成酶，進(jìn)一步抑制葡聚糖的合成而使真菌停止生長[21]；(2)抗菌肽與細(xì)胞膜結(jié)合并在細(xì)胞膜上形成孔洞，使細(xì)胞內(nèi)容物外泄而達(dá)到殺菌[22]；(3)抗菌肽與真菌細(xì)胞內(nèi)的各種生物大分子細(xì)胞器相互作用而致使真菌死亡，如Histatin5可以在不破壞細(xì)胞膜的情況下進(jìn)入到真菌中，與線粒體結(jié)合并相互作用，從而能夠抑制細(xì)胞的呼吸作用，破壞線粒體和質(zhì)膜，核苷酸類物質(zhì)外流，導(dǎo)致真菌死亡[23]。

2.3 抗病毒

研究發(fā)現(xiàn)，很多種抗菌肽都展現(xiàn)出一定的抗病毒活性，如張守平等[24]報(bào)道，人類呼吸道粘液里含有的防御素類和抗菌肽類都可在一定程度上抑制流感病毒，而且對DNA、RNA病毒都具有抑制作用，對帶有膜結(jié)構(gòu)的病毒抑制作用更加明顯。目前，已經(jīng)被證明的抗病毒機(jī)制主要有3種[25-26]：(1)有的抗菌肽通過直接與病毒的膜接觸相互作用而達(dá)到抑菌效果，如α-防御素(humanα-defensin,HNP)通過與接觸皰疹病毒的膜而產(chǎn)生作用；(2)有的抗菌肽能夠直接抑制病毒的增殖，如Wachinger等[27]發(fā)現(xiàn)，天蠶素能有效抑制HIV病毒的繁殖；(3)有的抗菌肽能夠擾亂病毒分子組裝而達(dá)到殺菌作用，如蜂毒素與煙草花葉病毒的部分氨基酸存在相似性，蜂毒素則可以干擾煙草花葉病毒組裝的過程。

2.4 抗腫瘤

抗菌肽作為免疫防御系統(tǒng)的重要組成部分，具有抗腫瘤活性，其可以選擇性地殺傷癌細(xì)胞，對其他正常細(xì)胞的損傷小，對研發(fā)新型抗腫瘤藥物具有極大的意義。目前已發(fā)現(xiàn)近100種抗菌肽具有抗腫瘤活性，如表皮素B2(dermaseptin，DRS)是從亞馬遜樹蛙的皮膚分泌物中鑒定出來的一種抗菌肽，其在體內(nèi)對前列腺癌細(xì)胞株P(guān)C3具有抗腫瘤和血管抑制作用。而人工合成的某些抗菌肽同樣展現(xiàn)出較強(qiáng)的抗腫瘤活性，如Epinecidin-8和Pardaxin-6，對人上皮癌(HeLa)和纖維肉瘤(ht-1080)細(xì)胞具有較高的抗腫瘤活性。部分抗菌肽主要是通過溶解腫瘤細(xì)胞膜而起到抗腫瘤活性，如蛙皮素；有的抗菌肽能夠破壞腫瘤細(xì)胞的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，如天蠶素B3能夠破壞腫瘤細(xì)胞的微管，腫瘤細(xì)胞的完整性破壞，則其發(fā)生裂解死亡；有的抗菌肽能夠增強(qiáng)機(jī)體自身的免疫功能而增強(qiáng)抗腫瘤活性；有的抗菌肽能夠破壞腫瘤細(xì)胞的骨架及核骨架，并誘導(dǎo)腫瘤凋亡[28]。AMPs的抗腫瘤功能使其生物學(xué)活性成為研究的熱點(diǎn)。

2.5 免疫調(diào)節(jié)

抗菌肽作為先天性免疫系統(tǒng)的一部分，廣泛存在于動植物，在高等脊椎動物中，這部分抗菌肽也稱為宿主防御肽(Host defensing peptides,HDPs)，其可以介導(dǎo)免疫系統(tǒng)的調(diào)節(jié)作用。天然產(chǎn)生的防御肽有兩個(gè)主要家族：Defensins 和 Cathelicidins。根據(jù)二硫鍵和半胱氨酸殘基位置的不同，防御素被進(jìn)一步細(xì)分為α-防御素、β-防御素和θ-防御素3個(gè)亞家族[29]。從直接殺死入侵的病原體到調(diào)節(jié)宿主的免疫和其他生物反應(yīng)，它們都表現(xiàn)出廣泛的生物學(xué)活性?？咕拿庖哒{(diào)節(jié)的主要機(jī)制是其作為先天性免疫和獲得性免疫的趨化劑，激活相應(yīng)的免疫細(xì)胞并促進(jìn)其增殖，如人陰極誘導(dǎo)素LL-37可通過甲酰肽受體樣和一個(gè)獨(dú)特的GI偶聯(lián)受體吸引中性粒細(xì)胞、單核細(xì)胞、Tcells和肥大細(xì)胞；另外防御肽還能激發(fā)白細(xì)胞和上皮細(xì)胞的其他復(fù)雜反應(yīng)，改變基因的表達(dá)和行為，以促進(jìn)和調(diào)節(jié)免疫反應(yīng)，如當(dāng)使用LL-37刺激人單核細(xì)胞和巨噬細(xì)胞原代細(xì)胞時(shí)，趨化因子、趨化因子受體和其他與細(xì)胞粘附、通訊和運(yùn)動有關(guān)的基因會產(chǎn)生誘導(dǎo)作用;抗菌肽也可以作為炎癥的調(diào)節(jié)因子來調(diào)節(jié)炎癥水平而起到免疫保護(hù)作用，如LL-37可抑制脂多糖引起的炎性細(xì)胞因子的分泌，對實(shí)驗(yàn)性內(nèi)毒素血癥有一定的保護(hù)作用[30]。

3 抗菌肽的基因工程表達(dá)

目前人們獲取抗菌肽的方式主要有從各種生物中提取、人工化學(xué)合成和構(gòu)建基因菌株表達(dá)獲得3種。然而從生物中提取天然抗菌肽所得的含量少，完全不能滿足日常的使用，且整個(gè)提取過程較復(fù)雜，不易操作。人工合成的抗菌肽與天然抗菌肽的結(jié)構(gòu)存在差異并導(dǎo)致其生理活性存在差異，成本也較高，要實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)存在一定的難度。目前人們獲取抗菌肽的方式主要是通過大腸桿菌、酵母菌、桿狀病毒、枯草芽孢桿菌等基因工程菌來表達(dá)多肽，此種方法效率高、成本低、而且易操作。

3.1 大腸桿菌表達(dá)系統(tǒng)

大腸桿菌是最早成功表達(dá)抗菌肽的系統(tǒng)，因其結(jié)構(gòu)簡單，已經(jīng)成為最流行的表達(dá)平臺。用大腸桿菌表達(dá)外源蛋白主要是其高細(xì)胞密度培養(yǎng)比較容易實(shí)現(xiàn)、繁殖快、易于培養(yǎng)、操作簡單、轉(zhuǎn)化率高、成本低。目前大腸桿菌的表達(dá)載體主要有融合型、非融合型和外分泌型表達(dá)。但該表達(dá)系統(tǒng)也存在一些不足之處[31]，其一，因大腸桿菌是原核生物，所以其表達(dá)的蛋白不具有真核生物翻譯出來蛋白質(zhì)的功能；其二，沒有像真核生物修飾蛋白的功能，難以表達(dá)出復(fù)雜的蛋白質(zhì)，當(dāng)外源基因在大腸桿菌中表達(dá)時(shí)往往以不溶性顆粒的形式形成密集的變性卵磷脂分子，稱為包涵體[32]，包涵體蛋白缺乏生物活性，需要一個(gè)復(fù)雜的修飾過程，包括溶質(zhì)化、折疊和純化，才能部分恢復(fù)功能活性產(chǎn)品[33]；其三，大腸桿菌表達(dá)出來的抗菌肽會抑制原大腸桿菌表達(dá)載體，影響下一步的表達(dá)[34]。

3.2 酵母表達(dá)系統(tǒng)

因?yàn)樵松锉磉_(dá)系統(tǒng)的缺點(diǎn)，很多研究者就開始研究真核生物的表達(dá)系統(tǒng)，他們選擇酵母作為試驗(yàn)對象，并與大腸桿菌相比較，發(fā)現(xiàn)這種系統(tǒng)操作簡單、不會產(chǎn)生毒性、利于純化、比較適于工業(yè)化的生產(chǎn)。隨著研究的深入及對該系統(tǒng)的完善了解，該系統(tǒng)在現(xiàn)今也是較為常用的表達(dá)體系之一。目前，該表達(dá)系統(tǒng)在畢赤酵母中應(yīng)用比較多，而且也達(dá)到了比較成熟的階段。但應(yīng)用此種表達(dá)系統(tǒng)在分批栽培后期需要大量投資，不是非常經(jīng)濟(jì)[35]。

3.3 枯草芽孢桿菌表達(dá)系統(tǒng)

枯草芽孢桿菌表達(dá)系統(tǒng)不存在上述兩種表達(dá)系統(tǒng)的缺點(diǎn)，可作為高效的表達(dá)載體，特別是用于分泌外源蛋白[36]。分泌的外源蛋白通常以生物活性的形式存在，下游純化大大簡化[37-38]。此外，它還具有其他優(yōu)點(diǎn)，如枯草芽孢桿菌為非致病菌，安全無毒，分泌能力強(qiáng)且分泌機(jī)制、生理生化性質(zhì)較為清晰，理論上產(chǎn)量較高，產(chǎn)品不聚合，可持續(xù)種植和生產(chǎn)[39]?？莶菅挎邨U菌表達(dá)系統(tǒng)的研究雖起步晚，但到現(xiàn)在已是非常成熟，并得到了廣泛的應(yīng)用[40]。如Li等[41]以枯草桿菌為宿主，高效表達(dá)和分泌嵌合肽Abaecin。將TeV導(dǎo)入到融合基因中，為Abaecin的表達(dá)提供了良好的環(huán)境，因此重組Abaecin在細(xì)菌細(xì)胞培養(yǎng)中表達(dá)水平較高(約為1 g/L)?？莶菅挎邨U菌表達(dá)系統(tǒng)也存在一些缺點(diǎn)[42]，如質(zhì)粒不穩(wěn)定性、外源蛋白生產(chǎn)水平低等，這限制了其應(yīng)用潛力。啟動子是該表達(dá)系統(tǒng)的一個(gè)重要部件，直接決定著高水平的基因表達(dá)?？莶菅挎邨U菌表達(dá)系統(tǒng)常使用的啟動子分為兩種：誘導(dǎo)性啟動子和組成型啟動子[43]。組成型啟動子是指可以連續(xù)表達(dá)的啟動子，如Papre、Plapsd等。這種啟動子可以表達(dá)高質(zhì)量蛋白且成本低。誘導(dǎo)性啟動子是指可以根據(jù)特定的誘導(dǎo)劑來誘導(dǎo)表達(dá)，它又分為環(huán)境型誘導(dǎo)啟動子和化學(xué)誘導(dǎo)型啟動子[44]。

4 抗菌肽的應(yīng)用前景

抗菌肽因其抗菌譜廣、分子量小、不易產(chǎn)生耐藥性、抗腫瘤、抗病毒等各方面的優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)用范圍非常廣闊，如食品、醫(yī)藥開發(fā)、畜牧業(yè)、農(nóng)作物等。而且在各個(gè)方面其應(yīng)用潛力都非常的巨大，給人們帶來的經(jīng)濟(jì)價(jià)值不可估量。

4.1 在食品方面的應(yīng)用

抗菌肽作為一種天然的食品添加劑，其抗菌譜廣、無殘留等優(yōu)點(diǎn)，在食品中具有巨大的應(yīng)用潛力。近幾年，中國越來越強(qiáng)調(diào)食品安全，而抗菌肽的開發(fā)與應(yīng)用必將給食品安全領(lǐng)域帶來革命性的風(fēng)暴。抗菌肽可應(yīng)用于食品原料的安全控制、食品防腐保鮮、食品加工、功能食品等方面。在食品原料的安全控制方面，可使用抗菌肽來替代抗生素制作飼料，或者將抗菌肽的相關(guān)基因整合到水果蔬菜中增強(qiáng)其抗病蟲害，從而減少農(nóng)藥殘留來增加食品的安全性，如宦海琳等[45]將抗菌肽添加到飼料中飼喂仔豬，結(jié)果發(fā)現(xiàn)仔豬的總蛋白血清含量顯著增高，提高了仔豬的免疫力，促進(jìn)了仔豬的生長。劉莉如等[46]在海蘭褐仔公雞上同樣發(fā)現(xiàn)這種功效。在食品防腐保鮮方面，抗菌肽對革蘭氏陽性菌、革蘭氏陰性菌或兼性菌都具有殺傷作用，且抗菌肽在人體內(nèi)易消化分解、無殘留，是一種非常好的生物型防腐劑。Rivas等[47]發(fā)現(xiàn)將抗菌肽Sakacin Q涂抹在熟豬肉表面能夠有效抑制李斯特菌并保存一段時(shí)間，且對肉制品主要成分并沒有影響其功效性。有研究發(fā)現(xiàn)抗菌肽在牛奶、水果中、水果汁中都展現(xiàn)出較好的保鮮效果[48]。

4.2 在醫(yī)藥方面的應(yīng)用

抗菌肽因其具有廣泛的活性、較小的毒性和降低靶細(xì)胞的耐藥性而被認(rèn)為是一種很有前途和潛在的候選藥物。治療非傳染性疾病的一個(gè)根本新策略是調(diào)節(jié)宿主的免疫反應(yīng)，以加強(qiáng)對感染性物質(zhì)的清除，并減少炎癥所致的組織損傷?？刮⑸锼拗鞣烙囊蚱渥鳛橐活愋滦涂咕幬锏臐摿Χ艿饺藗兊膹V泛關(guān)注，抗菌肽日前在這方面也取得了相當(dāng)不錯(cuò)的成績，已有十余種抗菌肽被開發(fā)為藥物，并已應(yīng)用于臨床研究，如將抗菌肽Magainin[49]開發(fā)出來的藥物接近完成第三期的臨床研究，其對腫瘤病毒都展現(xiàn)出良好的殺傷效果。根據(jù)黃自然等[50]的研究，他們將柞蠶抗菌肽制成“腎肝寧”膠囊治療腎炎及肝炎，并做了100例的乙型肝炎臨床試驗(yàn)，綜合各個(gè)指標(biāo)的綜合評定，其治愈率達(dá)到了80%多，也沒有發(fā)現(xiàn)任何的毒副作用。又如器官移植排斥反應(yīng)可通過抑制哺乳動物的雷帕霉素(MTOR)或環(huán)孢菌素來抑制鈣調(diào)神經(jīng)磷酸酶，從而減少T細(xì)胞信號轉(zhuǎn)導(dǎo)，還有許多其他的小分子，如核因子kb(Nfkb)、p38絲裂原活化蛋白激酶(MAPK)和jak-stat等也正在進(jìn)行臨床試驗(yàn)。Peng等[51]用畢赤酵母高效表達(dá)人類鵝型溶菌酶2(Hlysg 2)，對多藥耐藥微生物具有治療作用，他們采用甲殼素親和層析和大小排除層析法制備rhlysg 2，其產(chǎn)率達(dá)到137 mg/L，純度>99%，為未來開發(fā)新型藥物奠定了基礎(chǔ)。

4.3 在畜牧業(yè)方面的應(yīng)用

抗菌肽在畜牧業(yè)上的應(yīng)用也較為廣泛，可以用于飼料添加劑、改善動物的生產(chǎn)性能、有效預(yù)防并治療畜禽疾病等。將抗菌肽添加到飼料中，可以維持動物的腸道菌群平衡，抑制有害微生物的生長，使動物的小腸絨毛變長、腸壁變薄，從而促進(jìn)動物的生長。劉莉如等[46]研究表明，在飼糧中添加不同水平天蠶素抗菌肽可顯著提高海蘭褐仔公雞小腸黏膜絨毛高度、黏膜厚度和肌層厚度以及降低隱窩深度，有效改善小腸黏膜結(jié)構(gòu)，而且提高了小腸免疫活性細(xì)胞的數(shù)量，促進(jìn)其生長；宦海琳等[45]同樣將抗菌肽加入到飼料中來飼喂仔豬，結(jié)果發(fā)現(xiàn)加入了抗菌肽組的仔豬其血清總蛋白含量和谷丙轉(zhuǎn)氨酶活性比抗生素組顯著增高，而且也可以在一定程度上增高十二指腸、空腸、回腸的絨毛高度，促進(jìn)仔豬的生長。丁修良等[52]在飼糧中添加300 mg/kg抗菌肽Sublancin，發(fā)現(xiàn)可提高養(yǎng)分利用率，減少肉雞腸道中的有害細(xì)菌數(shù)量，從而提高肉雞的生長性能。蘇凱等[53]將一定量的抗菌肽添加到斷奶仔豬的基礎(chǔ)日糧中，結(jié)果表明，血清IgG水平和抗氧化能力顯著高于對照組，且試驗(yàn)組的死淘率也明顯降低，所加抗菌肽顯著提高了斷奶仔豬的生產(chǎn)性能和健康水平。

4.4 在植物抗性方面的應(yīng)用

環(huán)境中存在的病原微生物會對植物造成持續(xù)性的威脅，但通過編碼AMPs基因的轉(zhuǎn)基因表達(dá)就能提高對多種植物病原的抗性。據(jù)報(bào)道，AMPs已成功在煙草、香蕉和馬鈴薯等植物系統(tǒng)中被表達(dá)，并用于生產(chǎn)藥物肽和培育對幾種植物病害具有抗藥性的轉(zhuǎn)基因植物。目前，在植物抗病系統(tǒng)中成功表達(dá)的抗菌肽有D4e1[54]、Esculestin[55]、MSI-999[56]、人乳鐵蛋白[57]、Shiva-1和Sb-37[58]等。Ganapathi等[59]將抗菌肽麥甘寧、MSI-99轉(zhuǎn)入到植物中來增強(qiáng)其抗病原真菌，如黑曲霉在轉(zhuǎn)基因馬鈴薯品種中的應(yīng)用。Wang等[60]將來自蝦中的抗菌肽基因Np3和NP5整合到水稻中，使水稻對白葉枯病具有廣譜抗性。

5 展 望

抗生素給人類和畜禽養(yǎng)殖業(yè)帶來了很大的福祉，但其濫用也導(dǎo)致了許多問題，如“超級細(xì)菌”的出現(xiàn)、環(huán)境污染、藥物的殘留等，且在2018年4月16日，農(nóng)業(yè)農(nóng)村部獸醫(yī)局局長馮忠武在中國飼料發(fā)展論壇上表示，藥物飼料添加劑將在2020年全部退出[61]。因此研發(fā)具有綠色、高效、低毒、廣譜的抗菌制劑已成為中國乃至全球的熱點(diǎn)。在科研人員的不斷努力下，越來越多的新型抗菌肽不斷被發(fā)現(xiàn)，人們對天然抗菌肽的修飾也極大地提升了抗菌肽的抗菌能力。大量研究結(jié)果也表明，抗菌肽在各方面的應(yīng)用將掀起一場“革命性”的風(fēng)暴。

但與此同時(shí)抗菌肽還有許多問題亟待解決，首先是抗菌肽的來源問題，天然抗菌肽含量極微，且提取工藝較復(fù)雜；人工合成的抗菌肽與天然抗菌肽的結(jié)構(gòu)存在差異，無法最大限度的發(fā)揮其生理活性，且成本高；基因工程表達(dá)方面也存在表達(dá)量低以及表達(dá)的產(chǎn)物可能對宿主產(chǎn)生危害等的問題；其次是抗菌肽在機(jī)體內(nèi)穩(wěn)定性的問題，由于抗菌肽的一級結(jié)構(gòu)具有賴氨酸、精氨酸等堿性氨基酸，使其在機(jī)體內(nèi)容易被胰蛋白酶消化水解，從而在一定程度上限制了其抗藥物感染的使用；最后是其耐藥性的問題，抗菌肽在接觸病原體時(shí)，會產(chǎn)生耐藥性機(jī)制，這種機(jī)制包括微生物對抗菌肽的應(yīng)激協(xié)同反應(yīng)，蛋白酶所介導(dǎo)的耐藥性，細(xì)胞內(nèi)外靶位的修飾和抗菌肽的外排作用等[17]。要將抗菌肽完全替代抗生素雖然存在一定的難度和問題，但“減抗”、“替抗”的大勢已定，以后可以采用抗生素與抗菌肽的復(fù)合使用來減少抗生素的添加，再慢慢過渡到完全替代抗生素的階段。

我們也相信隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步發(fā)展，在以后定能夠找到一種成本低且能高效表達(dá)抗菌肽的系統(tǒng)，更加安全、穩(wěn)定的包被技術(shù)以抵抗體內(nèi)各種酶的水解，以及發(fā)現(xiàn)抗菌肽在體內(nèi)發(fā)揮其藥物作用的更深層次機(jī)制，讓抗菌肽為人類創(chuàng)造出更加巨大的應(yīng)用價(jià)值。