抗菌肽的生理學(xué)功能及其在養(yǎng)豬生產(chǎn)上的應(yīng)用研究進展

王亞平， 王慧晟， 羅 文， 許超華， 張一箏， 刁新平 ， 武洪志

（1.東北農(nóng)業(yè)大學(xué)動物科學(xué)技術(shù)學(xué)院，黑龍江哈爾濱150030；2.中國熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)院熱帶作物品種資源研究所，海南?？?71101）

2020 年我國明確規(guī)定飼料中禁止添加抗生素，抗生素被替代已經(jīng)成為一種趨勢，這極大的影響到畜牧業(yè)的發(fā)展， 尤其是在生豬價格相對較低的情況下對養(yǎng)豬行業(yè)生產(chǎn)效益的影響， 因此需要找到一些理想的替代品。 抗菌肽是在動物體內(nèi)誘導(dǎo)產(chǎn)生的一種具有廣譜抗菌活性的堿性多肽物質(zhì)，具有抗菌消炎、抗病毒、免疫調(diào)節(jié)及抗癌等生物學(xué)功能，目前已被應(yīng)用于醫(yī)療、食品、保健品等領(lǐng)域，具有廣闊的應(yīng)用前景。 此外，抗菌肽使用后無殘留， 不易產(chǎn)生耐藥性， 有望成為抗生素替代品。本文總結(jié)了抗菌肽的功能，對其在現(xiàn)階段生豬養(yǎng)殖過程中的應(yīng)用展開了綜述， 并為今后的研究進行了展望， 以期為抗菌肽在養(yǎng)豬生產(chǎn)中的應(yīng)用提供科學(xué)參考。

1 抗菌肽的簡介

抗菌肽是一種由20 ~ 60 個氨基酸殘基組成， 相對分子質(zhì)量為2000 ~ 7000 的一類具有抗菌活性的堿性多肽。 按照其來源不同可粗略分為細菌抗菌肽、植物性抗菌肽、兩棲動物抗菌肽、哺乳動物抗菌肽、昆蟲抗菌肽以及魚類、軟體、甲殼類動物來源的抗菌肽。 按照其結(jié)構(gòu)不同可分為單鏈無半胱氨酸殘基的α-螺旋組成的抗菌肽，富含某些氨基酸殘基但不含半胱氨酸殘基的抗菌肽，含一個二硫鍵的抗菌肽， 有兩個或兩個以上二硫鍵、具有β-折疊的抗菌肽。 因為抗菌肽來源和結(jié)構(gòu)的差異，導(dǎo)致了其功能的不同，因此作用機制也并不相同，目前研究表明，抗菌肽的作用機制分為兩大類，第一類是膜破壞性和非膜破壞性，這類抗菌肽主要帶正電荷， 可以與細菌細胞膜表面的負離子物質(zhì)發(fā)生作用， 增加膜的通透性導(dǎo)致大分子物質(zhì)外泄，引起病原微生物的死亡；第二類是抗菌肽能夠把RNA 和DNA 作為靶點來發(fā)揮作用，通過抑制核酸和蛋白質(zhì)合成來使細胞死亡（Lin 等，2021；Bárbar 等，2021；Song 等，2020； 李云香等，2019；董銳，2016；石偉，2015）。只有清楚了抗菌肽的功能和相關(guān)的作用機制， 才能在實際生產(chǎn)中有針對性的應(yīng)用。

2 抗菌肽的生理學(xué)功能

2.1 抗菌肽具有抗癌活性 個別抗菌肽具有治療癌癥的潛力。 抗菌肽對癌癥的治療一般分為兩種途徑：（1）抗菌肽通過將治療基因靶向性傳遞給癌細胞，在靶組織中表達；（2）抗菌肽單獨作為抗癌劑殺死癌細胞。研究發(fā)現(xiàn)，不同長度的脂肪族酸與N 端抗菌肽chensinin-1b 組合后，抗菌肽的抗癌因子可傳遞給癌細胞， 能夠抑制癌細胞增殖或殺死癌細胞（Yue 等，2021；弓磊和張溪，2020；辛海云，2017；宮賢閣，2015）。喬雪（2019）發(fā)現(xiàn)，海南湍蛙肽HN-1 在體外對多株癌細胞具有不可逆的殺傷作用，在體內(nèi)能夠靶向作用于4T1 乳腺實體瘤。 此外，家蠶淋巴中提取的一種抗菌肽，在小鼠模型中， 可以調(diào)動機體的免疫系統(tǒng)來對抗癌細胞（許玉澄等，1998）。 目前，越來越多研究發(fā)現(xiàn)的抗菌肽存在抗癌活性，但實際應(yīng)用較少，還有待深入研究。

2.2 抗菌肽能參與免疫調(diào)節(jié)，提高免疫力 抗菌肽的免疫調(diào)節(jié)主要包括召集免疫細胞及增加免疫細胞活性，促進免疫細胞分化，改變信號通路來調(diào)節(jié)抗炎反應(yīng)。Tian 等（2017）研究表明，裂解基因E與抗菌肽SMAP29 共同組合在一起，以SPF 雛雞為模型，可以提高SPF 雞的免疫力，有效抵抗白痢病。 而肝表達抗菌肽-2 含有大量陽離子，在生物免疫系統(tǒng)中能起到關(guān)鍵的作用， 純化的重組抗菌肽-2 可以顯著活化體內(nèi)的巨噬細胞，誘導(dǎo)非特異性免疫表達（Lei 等，2020）。 Acosta 等（2014）從尼羅羅非魚體內(nèi)分離的一種α 螺旋抗菌肽Oreochromicins，以小鼠為對象，通過腹腔靜脈注射，可以誘導(dǎo)體液免疫，使細胞TH1 反應(yīng)增強，提高了免疫應(yīng)答。 此外，Liu 等（2008）將兔圓囊抗菌肽飼喂給雞后， 不同部位的腸上皮內(nèi)淋巴細胞數(shù)量顯著升高，從而增強了免疫反應(yīng)。這類抗菌肽可以調(diào)節(jié)免疫機能，提高對疾病的預(yù)防和治療能力，有著可觀的應(yīng)用前景。

2.3 抗菌肽具有廣譜抗菌活性 抗菌活性是抗菌肽最基本的生理功能，對真菌、革蘭氏陰性和革蘭氏陽性菌有一定的抑制和殺滅作用。 研究表明，抗菌肽主要通過物理性破壞細菌細胞膜，引起細胞內(nèi)容物外泄，致使細菌細胞死亡（康世墨，2020；單安山，2017；唐亞麗，2009）。在黑兵蠅幼蟲中提取的一種抗菌肽，經(jīng)重組大腸桿菌系統(tǒng)中克隆、表達和純化后，在體外試驗中可通過溶解細菌細胞膜來抑制細菌生長和殺死細菌 （Xu 等，2020）。 羅文杰等（2017）從海洋魚類中提取的抗菌肽Lc-NKlysin-1，作用于細菌后可以改變細菌形態(tài)，使細菌細胞膜通透性改變，導(dǎo)致內(nèi)溶物外泄而使細菌死亡。 綜上所述，抗菌肽主要是作用于細菌細胞膜，可通過一定的重組和純化來提高抗菌肽的殺菌特性，并可以配合免疫反應(yīng)起到很好的殺菌效果。

2.4 抗菌肽具有抗病毒活性 目前獸藥的抗病毒藥物較少， 而多數(shù)抗菌肽對病毒具有一定的抑制作用，并能降低病毒對機體的感染。其作用方式一般分為兩種， 一種是直接破壞病毒形態(tài)結(jié)構(gòu)的完整性，另一種是和病毒在體內(nèi)結(jié)合，抑制病毒活性進而阻止病毒的感染。 在家蠅體內(nèi)誘導(dǎo)產(chǎn)生的抗菌肽MAF-1A 通過與血凝素甲型流感病毒亞基結(jié)合， 抑制神經(jīng)氨酸酶的活性從而阻止甲型流感病毒的感染（朱志翠等，2019）。 Yu 等（2021）研究發(fā)現(xiàn)， 以新生ICR 小鼠為模型， 抗菌肽LL-37和CHRIMP 可以通過調(diào)節(jié)抗病毒反應(yīng)來顯著抑制EV71 病毒的復(fù)制， 并能阻止與小鼠組織內(nèi)U251 細胞結(jié)合。 此外，Huang 等（2018）發(fā)現(xiàn)天然抗菌肽Epi-1 在高濃度下對口蹄疫病毒有著直接的作用， 使得病毒顆粒失活或抑制病毒增殖來達到對口蹄疫病毒的殺滅。目前，抗菌肽的抗病毒機理已取得一定的研究進展， 但主要以包膜病毒為主，對非包膜病毒的作用需深入研究。

3 抗菌肽在養(yǎng)豬生產(chǎn)中的應(yīng)用

3.1 仔豬 仔豬的生理特點是生長發(fā)育快，物質(zhì)代謝旺盛，但消化器官不發(fā)達，而且缺乏先天性免疫，體溫調(diào)節(jié)機能差。初生仔豬的這些生理特點導(dǎo)致仔豬容易出現(xiàn)各種疾病， 目前在養(yǎng)殖過程中使用抗菌肽來預(yù)防和治療各種疾病的研究越來越多。楊媛媛（2020）發(fā)現(xiàn)，一種人工設(shè)計合成的新型α 螺旋抗菌肽KR-32，在體外能夠很好的抗病毒，而且在仔豬體內(nèi)能提高腸道對脂肪酸的吸收，腹腔注射抗菌肽KR-32 還能顯著緩解仔豬腹瀉。梁秀麗等（2020）認為抗菌肽B-13 添加在仔豬飼糧中， 不僅可以提高仔豬的平均日采食量和平均日增重， 也可提高仔豬的生長性能， 極顯著降低腹瀉。研究發(fā)現(xiàn)，由豬防御素和蒼蠅抗菌肽組成的一種復(fù)合抗菌肽， 按500 mg/kg 的劑量添加到飼糧中，能夠提高仔豬lgG、lgM、lgA、CSF（豬瘟抗體）和CH50（總補體）水平，從而增強仔豬的免疫應(yīng)答（Yuan 等，2015）。金海濤等（2016）研究表明，在仔豬飼糧中添加1000 mg/kg 劑量的復(fù)合抗菌肽，能夠顯著提高斷奶仔豬的抗氧化能力， 從而改善仔豬機能水平。 此外，Yoon 等（2014）用韓國光州朝鮮大學(xué)蛋白質(zhì)材料研究中心提供的抗菌肽AMP-A3，以90 mg/kg 比例配制飼糧，可顯著提高斷奶仔豬的生長性能， 并對腸道形態(tài)以及腸道微生物區(qū)系產(chǎn)生有益影響。綜上所述，使用抗菌肽能夠顯著提高仔豬的成活率， 使得生產(chǎn)效益得到很大提升，在一定程度上擺脫了對抗生素的依賴。

3.2 繁殖母豬 在生產(chǎn)過程中，為了提高母豬的繁殖性能和降低妊娠母豬的發(fā)病率， 不可避免要使用一些藥物， 若使用抗菌肽來進行替代可減少藥物的殘留， 并且在一定程度上可以降低動物源性污染。 研究表明，抗菌肽Cathelicidin 可以在母豬發(fā)情周期的子宮內(nèi)膜以及妊娠期間的胎兒和胎盤組織中表達， 可對胎盤組織形成保護從而增強母豬的妊娠能力（Lee 等2021；盧艷敏，2018；陳益等，2015）。蘇向東等（2018）研究發(fā)現(xiàn)，在飼糧中添加0.3%的抗菌肽制劑（仔豬專用“培菲”Z30），飼喂給產(chǎn)前30 天的母豬，可以顯著提高母豬胎均產(chǎn)仔數(shù)、活仔數(shù)和合格仔豬數(shù)，顯著改善母豬的繁殖性能。張江和關(guān)靜姝（2016）使用由抗菌肽、球菌和地衣芽孢桿菌組成的康樂欣， 配合基礎(chǔ)日糧飼喂給妊娠母豬后，明顯降低了妊娠母豬便秘，顯著提高了仔豬的健康水平。 抗菌肽作為飼料添加劑不僅可以提高繁殖母豬的產(chǎn)仔性能， 還能降低繁殖疾病的發(fā)生。翟雍良（2018）發(fā)現(xiàn)，在母豬料基礎(chǔ)上添加0.2%的抗菌肽可以降低母豬子宮炎發(fā)病率，使母豬的發(fā)情率有一定提升， 每頭母豬可多產(chǎn)出

0.88 頭仔豬，提高了初產(chǎn)母豬的繁殖性能和生產(chǎn)效益。陳星星等（2016）從天然植物、兩棲類以及海洋生物海鞘等分離合成的復(fù)合抗菌肽，添加0.3%配制飼糧， 飼喂給妊娠母豬后可通過調(diào)節(jié)機體免疫系統(tǒng)使T 淋巴細胞增殖并充分接觸藍耳病病毒的致病性抗原， 可顯著提高妊娠母豬藍耳病抗體水平。 此外，萬小平等（2011）研究表明，融合抗菌肽MAPWA 和PGBD-2，按0.2%的量添加到飼糧中， 可有效減少母豬體內(nèi)PCV-2、PRRSV 的帶毒率，對控制母豬疫病產(chǎn)生了重要意義。

3.3 生產(chǎn)育肥豬 為盡快達到出欄要求以獲得更高的經(jīng)濟效益。在育肥階段，提高育肥豬的生長速度和健康水平是關(guān)鍵。 李登云等（2017）研究發(fā)現(xiàn)，抗菌肽Dermaseptin-M 以300 g/t 的量添加在基礎(chǔ)日糧中， 可顯著提高杜長大育肥豬平均日增重，降低耗料增重比，同時可在一定程度上提高育肥豬的免疫能力，改善十二指腸腸道微生物平衡。李瑞等（2018）使用主要成分為枯草芽孢桿菌及其代謝產(chǎn)物細菌素、 乳酸菌及其代謝產(chǎn)物抗菌肽和載體等，按50 mg/kg 配制基礎(chǔ)日糧，提高了杜長大育肥豬的氮代謝并促進育肥豬的生長， 但有可能導(dǎo)致育肥豬出現(xiàn)貧血現(xiàn)象。 此外， 鄧柏林等（2013）研究發(fā)現(xiàn)，將抗菌肽以0.1%的量添加到基礎(chǔ)日糧中， 育肥豬飼料轉(zhuǎn)化效率、 日增重顯著提高，糞便中的氮排放量顯著降低。 綜上所述，抗菌肽可顯著促進育肥豬的生長，預(yù)防疾病的發(fā)生，提高飼料轉(zhuǎn)化率。

4 總結(jié)及展望

抗菌肽有豐富的生物學(xué)功能， 并且使用后無殘留，不產(chǎn)生耐藥性，具有很大的應(yīng)用潛力，是一種優(yōu)質(zhì)的替抗產(chǎn)品。 抗菌肽已經(jīng)被應(yīng)用到了畜禽養(yǎng)殖行業(yè)，尤其是在養(yǎng)豬生產(chǎn)當(dāng)中的應(yīng)用，能顯著提高生產(chǎn)效益， 在斷奶仔豬和繁殖母豬中的應(yīng)用效果更為顯著， 但在生長育肥豬中的應(yīng)用還有待進一步研究。 目前抗菌肽的研究仍然處于起步階段，還面臨著諸多問題：（1）一些抗菌肽的具體作用機制尚未完全研究清楚，未有明確定論，例如在養(yǎng)豬生產(chǎn)中應(yīng)用后， 提高了生長性能卻降低了血小板的含量。（2）抗菌肽飼用后容易被酶所降解而失去作用，抗菌肽的設(shè)計需要優(yōu)化。 （3）抗菌肽的人工合成復(fù)雜，價格相對較高，難以推廣。為此，還要繼續(xù)全面深入的研究，簡化人工合成步驟，使其更加有效和安全的在生產(chǎn)中應(yīng)用。 相信隨著研究人員的努力和技術(shù)的發(fā)展， 抗菌肽會在養(yǎng)豬行業(yè)乃至整個畜牧業(yè)中產(chǎn)生深刻的影響。