β-防御素的生物學(xué)特性及其在調(diào)控動物腸道屏障中的研究進展

摘 要： 腸道黏膜屏障是阻止外來病原性物質(zhì)入侵的第一道防線，其完整性對維持腸道健康至關(guān)重要。β-防御素是廣泛分布于哺乳動物上皮細胞的小分子多肽，具有抗微生物、抗腫瘤、抗炎及免疫調(diào)節(jié)等生物學(xué)特性，且抗菌廣譜、分子量小、不易產(chǎn)生耐藥性。β-防御素可以通過調(diào)節(jié)腸道菌群、腸上皮細胞緊密連接表達、腸上皮細胞抑菌物質(zhì)的分泌以及腸黏膜免疫作用從而調(diào)控腸道屏障功能，維護腸道內(nèi)環(huán)境的穩(wěn)態(tài)。本文就β-防御素的生物學(xué)特性及作用機制、β-防御素在調(diào)控動物腸道屏障上的作用、飼料添加劑對腸道β-防御素的調(diào)節(jié)作用三大方面進行綜述，以期為β-防御素在動物腸道中的應(yīng)用提供參考。

關(guān)鍵詞： β-防御素；生物學(xué)特性；畜禽；腸道屏障

中圖分類號：S852.2

文獻標(biāo)志碼：A""" 文章編號： 0366-6964（2025）03-0995-11

收稿日期：2024-05-09

基金項目：“科技興蒙”合作引導(dǎo)項目（2021CG0024）；國家自然科學(xué)基金面上項目（32172764）

作者簡介：王 卓（1999-），女，河北邢臺人，碩士生，主要從事動物營養(yǎng)與飼料科學(xué)研究，E-mail：wangzhuo990119@163.com

*通信作者：崔 凱，主要從事動物營養(yǎng)與飼料科學(xué)研究，E-mail：cuikai@caas.cn

Research Progress on Biological Characteristics of β-defensins and Their Roles in Regulating Intestinal Barrier in Animals

WANG" Zhuo， ZHAO" Yuwei， TU" Yan， DIAO" Qiyu， CUI" Kai^*

（Key Laboratory of Feed Biotechnology of Ministry of Agriculture and Rural Affairs， Institute

of Feed Research of Chinese Academy of Agricultural Sciences， Beijing 100081， China）

Abstract： "The intestinal mucosal barrier is the first line of defense against the invasion of foreign pathogenic substances， and its integrity is essential to maintain intestinal health. β-defensins are small molecular peptides widely distributed in mammalian epithelial cells. They have biological properties such as antimicrobial， anti-tumor， anti-inflammatory and immunomodulatory properties， and have a broad spectrum of antimicrobial activity， small molecular weight， and are not prone to drug-resistant. β-defensins can regulate intestinal barrier function by regulating intestinal flora， the expression of tight junction of intestinal epithelial cells， the secretion of bacteriostatic substances in intestinal epithelial cells， and the immune function of intestinal mucosa， thus maintaining the homeostasis of the intestinal environment. In this paper， the biological characteristics of β-defensins and its function mechanism， the regulation of β-defensins on animal intestinal barrier function， regulatory effect of feed additive on β-defensins were reviewed， in order to provide reference for its application in animal intestines.

Keywords： β-defensins; biological characteristics; livestock and poultry; gut barrier

*Corresponding author： CUI Kai，E-mail：cuikai@caas.cn

腸道不僅是重要的消化器官，同樣也是第一大免疫器官，維持腸道結(jié)構(gòu)完整、菌群穩(wěn)定和功能健全是保證動物內(nèi)環(huán)境穩(wěn)態(tài)的關(guān)鍵性因素。腸道屏障是防止病原體入侵的功能性“隔離帶”。腸道屏障功能健全是腸道健康的直接體現(xiàn)，它通過物理屏障、化學(xué)屏障、微生物屏障以及免疫屏障這“四道門”守衛(wèi)著腸道健康，可以阻止細菌和毒素等有害物質(zhì)侵入腸道內(nèi)部結(jié)構(gòu)，從而保護腸道功能的完整。腸道屏障的完整性維持著腸道免疫的穩(wěn)定以及腸道菌群的動態(tài)平衡^［1］。

我國畜牧行業(yè)朝著集約化和規(guī)?；B(yǎng)殖的方向快速發(fā)展，動物在面臨病原微生物感染、運輸、營養(yǎng)攝入方式改變、環(huán)境條件改變等刺激時，腸道黏膜極易發(fā)生損傷，導(dǎo)致腸道屏障功能被破壞，腹瀉率和病死率增加，制約著畜牧行業(yè)的發(fā)展^［2］。過去，我國長期依賴抗生素來應(yīng)對畜禽的腸道疾病，然而隨著國家農(nóng)業(yè)農(nóng)村部194號公告的發(fā)布，自2020年元旦起，我國飼料中全面禁止添加抗生素（中草藥類除外），尋找可替代抗生素的優(yōu)良飼料添加劑成為畜禽產(chǎn)業(yè)亟待解決的熱點問題。防御素（defensins）是一種富含半胱氨酸的陽離子型短肽，由21～42個氨基酸組成，分子量為3～5 ku^［3］，具有廣譜的抗菌和免疫調(diào)節(jié)活性，是真核生物宿主先天防御系統(tǒng)中的關(guān)鍵組成部分，具有無毒副作用、無污染、無殘留、利用率高、不產(chǎn)生耐藥性等優(yōu)點。哺乳動物的防御素根據(jù)六個保守半胱氨酸位置分布和二硫鍵的連接方式分為α-防御素、β-防御素和θ-防御素三個亞類^［3］。其中β-防御素是脊椎動物所特有的一種防御素，大約含有40個氨基酸序列，主要存在于上皮細胞內(nèi)^［4］。相較于其他兩種防御素，β-防御素的含量更大、活性更高、作用更廣，具有更廣闊的開發(fā)前景^［5］。已有研究表明，β-防御素在調(diào)節(jié)腸道微生態(tài)、調(diào)控腸道免疫、緩解腸道損傷等方面貢獻著積極作用，為其被開發(fā)為一種新型飼料添加劑或新獸藥奠定了良好的基礎(chǔ)^［5-7］。因此，本文以腸道健康為切入點，總結(jié)β-防御素抗菌、抗病毒、抗腫瘤及抗炎和免疫調(diào)節(jié)的生物學(xué)功能及其在動物腸道屏障方面的調(diào)控作用，以期為β-防御素在調(diào)控動物腸道健康及畜禽生產(chǎn)中的應(yīng)用提供參考。

1 β-防御素的生物學(xué)作用

1.1 β-防御素的結(jié)構(gòu)及來源

1991年，科學(xué)家首次在牛的氣管黏膜上皮細胞中分離出β-防御素，并將其命名為器官抗菌肽（antibacterial peptide， TAP），之后又在牛的中性粒細胞中發(fā)現(xiàn)了多種β-防御素^［8-9］。大多數(shù)β-防御素蛋白基因是由一個可變長度的內(nèi)含子和兩個外顯子構(gòu)成^［10-11］。通常，β-防御素的肽原由63～71個氨基酸構(gòu)成，其中包含信號肽、前導(dǎo)肽和成熟肽序列（圖1），成熟肽一般含有38～42個氨基酸，肽鏈折疊形成3個β-折疊片層結(jié)構(gòu)^{［10，12］}。肽鏈中除含有半胱氨酸外，還含有四種可使β-防御素的結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)定的保守氨基酸，分別是甘氨酸、蘇氨酸、賴氨酸、脯氨酸^［13］。六個半胱氨酸兩兩之間分別形成二硫鍵Cys1-Cys5、Cys2-Cys4、Cys3-Cys6，使防御素小分子緊密連接，從而抵抗蛋白酶的水解。目前，在諸多生物的多種器官和上皮細胞中發(fā)現(xiàn)了β-防御素的存在^{［12，14-15］}。其中，在人^［16］、雞^［17］、鴨^［18］、豬^［19］、牛^［20］、綿羊^［21］等宿主體內(nèi)已分別有6種、14種、16種、29種、57種、2種β-防御素被報道和鑒定。

1.2 β-防御素的生物學(xué)功能與作用機制

1.2.1 抗菌

β-防御素對革蘭陽性菌和革蘭陰性菌均有廣泛的殺傷活性。革蘭陰性菌的細胞膜結(jié)構(gòu)組成為外膜、肽聚糖層和質(zhì)膜，而革蘭陽性菌缺少外膜，因此其抗菌機制不同。β-防御素發(fā)揮抗菌作用主要是基于宿主細胞和微生物之間細胞膜的差異，革蘭陰性菌外膜上存在許多帶負電的脂多糖，β-防御素作為一種小分子活性肽，自身帶有正電荷，在靜電作用的驅(qū)動下，大量β-防御素聚集到外源微生物膜上，插入磷脂膜，破壞微生物膜的完整性，細菌細胞膜通透性被改變，重要的鹽類、大分子等內(nèi)容物從細胞內(nèi)滲出，促使細菌死亡^［22］。但是對于表面不含有脂多糖的革蘭陽性菌來說很難用上述的作用機制來解釋，多數(shù)研究認為，β-防御素通過靶向作用于革蘭陽性菌細胞壁的前體脂質(zhì)Ⅱ，阻礙細胞壁的合成來發(fā)揮抗菌作用^［23］。有報道稱，由于羧基末端游離的半胱氨酸對殺菌起到了重要作用，因此經(jīng)二硫鍵還原后的人β-防御素1（human β-defensin1， hBD1）對白色念珠菌和雙歧桿菌以及乳桿菌屬的革蘭陽性共生菌均有較強的毒害作用^［24］。用賴氨酸和精氨酸取代豬β-防御素2（porcine β-defensin2， pBD2）中8個氨基酸殘基，pBD2依然具有抗菌能力^［25］。線性化的禽β-防御素2與β-折疊結(jié)構(gòu)相比幾乎完全喪失抗菌能力^［26］。由此可知，β-防御素對革蘭陽性菌和革蘭陰性菌的抗菌機制有差異，除此之外，抗菌效果也與二硫鍵的形成和數(shù)量、氨基酸種類、帶電荷量、β-折疊結(jié)構(gòu)等自身因素有關(guān)。

1.2.2 抗病毒

β-防御素可以發(fā)揮明顯的抗病毒作用^［27］。據(jù)前人報道，β-防御素對巨細胞病毒、甲型流感病毒、帶狀皰疹病毒等包膜病毒具有明顯的抑制甚至殺滅作用^［28-30］。作用機制隨肽的種類、細胞、病毒類型的不同而存在差異，主要作用機制有三種：一是與病毒的外殼蛋白結(jié)合而發(fā)揮抗病毒作用；二是可通過阻止病毒復(fù)制、抑制病毒生長繁殖殺滅病毒；三是調(diào)節(jié)基因表達抑制病毒的復(fù)制過程^［31］。除此之外，β-防御素也可通過免疫作用發(fā)揮抗病毒活性。對人類免疫缺陷病毒（human immunodeficiency virus， HIV）的研究中發(fā)現(xiàn)，hBD3通過與病毒粒子的直接相互作用以及作為T細胞上CXC趨化因子受體4（CXC chemokine receptor 4，CXCR4）的拮抗劑來阻斷HIV感染^［32］。hBD3還能誘導(dǎo)單核細胞和巨噬細胞中的趨化因子，使細胞到達炎癥部位發(fā)揮免疫作用^［33］。β-防御素在機體內(nèi)發(fā)揮作用通常是多種類型相互協(xié)同^［34］。重組外殼蛋白與石斑魚β-防御素融合制成的口服疫苗相較于僅有重組外殼蛋白（recombinant coat protein， CP）制成的疫苗具有更強的抗神經(jīng)壞死病毒的能力^［35］。兩種抗菌肽結(jié)合可刺激抗病毒反應(yīng)，外源添加抗菌肽LL-37及hBD3可刺激免疫作用，誘導(dǎo)角質(zhì)形成細胞中細胞因子和趨化因子的產(chǎn)生，有效殺滅包膜的西尼羅河病毒^［36］。

1.2.3 抗腫瘤

β-防御素通過抑制腫瘤細胞的生長和誘導(dǎo)腫瘤細胞凋亡發(fā)揮對腫瘤細胞直接的細胞毒作用^［37］。在對抗腫瘤細胞的同時也會對正常細胞產(chǎn)生毒害作用，但對正常細胞的毒害作用較小且較容易恢復(fù)。在結(jié)腸癌模型的研究中，hBD5顯示出良好的抗癌效果，結(jié)腸組織腫瘤參數(shù)降低，細胞凋亡率升高，結(jié)腸結(jié)構(gòu)明顯恢復(fù)^［38］。hBD2通過改變?nèi)吮砥どL因子受體2（human epidermal growth factor receptor 2， HER2） 的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)抑制膀胱癌的生長^［39］。在肝細胞癌組織中，hBD1通過激活應(yīng)激活化蛋白激酶（stress-activated protein kinase， SAPK）通路，引起蛋白質(zhì)降解和內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激，從而有效抑制細胞增殖，降低細胞集落形成能力發(fā)揮抗癌作用^［40］。除此之外，β-防御素的抗病毒機制也與免疫反應(yīng)相關(guān)聯(lián)。孫小娟等^［41］研究表明，在結(jié)腸癌組織中β-防御素的表達與樹突狀細胞浸潤成正相關(guān)關(guān)系。巨噬細胞與乳腺癌細胞c127i共培養(yǎng)時，濃度為100 ng·mL^－1的hBD2可有效促進巨噬細胞分泌促炎細胞因子IFN-γ、IL-1-α、TNF-α、TGF-β和趨化因子CXCL-1、CXCL-5和CCL5，增加乳腺癌細胞c127i的凋亡，達到抗腫瘤的效果^［42］。但有其他研究指出，hBD2可通過降解蛋白質(zhì)和非凋亡的溶瘤機制殺死人上皮宮頸癌細胞和白血病單核細胞淋巴瘤，從而達到抗癌效果^［43］。

1.2.4 抗炎和免疫調(diào)節(jié)

β-防御素既可以參與先天性免疫應(yīng)答，也可以在特異性免疫反應(yīng)中發(fā)揮作用，β-防御素通過與多個表面受體結(jié)合，調(diào)節(jié)多種先天免疫細胞的趨化作用及細胞因子的釋放，激活免疫應(yīng)答反應(yīng)，從而實現(xiàn)抗炎作用。β-防御素與Toll樣受體配體4（Toll-like receptor 4， TLR4）結(jié)合可促進樹突狀細胞的成熟，與T細胞和樹突狀細胞上的C-C趨化因子受體6型（chemokine C-C-Motif receptor 6， CCR6）的相互作用，聚集具有免疫能力的細胞到炎癥部位，發(fā)揮趨化作用，與CCR2結(jié)合，促使單核/巨噬細胞向炎癥部位的遷移，提高機體免疫能力^［44-46］。除此之外，β-防御素還可以調(diào)節(jié)炎癥因子的表達。胰腺內(nèi)分泌細胞分泌的小鼠β-防御素14（mouse β-defensin 14， mBD14）通過TLR2誘導(dǎo)B細胞分泌白細胞介素14（IL-14）?；加新宰枞苑尾。╟hronic obstructive pulmonary disease， COPD）的小鼠在長期接受hBD2治療后與不接受治療的小鼠相比，肺部中性粒細胞浸潤減少，肺部促炎信號下調(diào)^［47］。hBD3可通過激活膠質(zhì)細胞自噬，參與芳烴受體信號通路，從而減輕IL-4和IL-3介導(dǎo)的緊密連接（tight junction， TJ）的屏障損傷^［48］。

2 β-防御素在調(diào)控動物腸道屏障中的作用

2.1 β-防御素調(diào)控腸道微生物屏障

腸道生態(tài)由數(shù)十億種的微生物匯聚而成，他們之間相互依存，使腸道內(nèi)生態(tài)系統(tǒng)形成動態(tài)平衡。這些微生物主要存在于腸腔內(nèi)或黏附在腸上皮黏膜上，共同構(gòu)成了腸道的第一道屏障——微生物屏障。腸道菌群和機體之間互利共生，形成了一種相對穩(wěn)定的環(huán)境。根據(jù)生理作用的不同腸道菌群被分為益生菌、有害菌以及條件致病菌，腸道微生態(tài)的動態(tài)平衡一旦被打破，發(fā)生菌群失調(diào)，勢必會影響動物機體健康。

腸道微生物組成的改變受到多種因素的影響，β-防御素的表達是反應(yīng)腸道菌群結(jié)構(gòu)變化及腸道疾病的一種標(biāo)志性物質(zhì)。機體腸道生態(tài)失調(diào)后，抗炎細菌和促炎細菌的數(shù)量產(chǎn)生波動導(dǎo)致糞便中β-防御素表達上調(diào)^［49］。Li等^［50］發(fā)現(xiàn)，感染金黃色葡萄球菌后腸道微生物穩(wěn)態(tài)被破壞，致病性擬桿菌門豐度增加，益生性擬桿菌的比例下降。牦牛β-防御素116（Yak DEFB116）作用于被金黃色葡萄球菌感染的小鼠，小鼠腸道中的益生菌羅伊氏乳桿菌和約氏乳桿菌的豐度增加。以pBD2飼喂斷奶仔豬，仔豬盲腸食糜中大腸桿菌、脆弱桿菌、鏈球菌的豐度顯著降低，乳酸桿菌和雙歧桿菌的豐度增加^［51］。Peng等^［52］研究顯示，5 g·kg^－1的pBD2粗提物可顯著降低仔豬腸道有害菌的增殖，減少斷奶仔豬腹瀉及斷奶應(yīng)激。將過表達綿羊β-防御素2（sBD2）的載體轉(zhuǎn)染到湖羊小腸上皮細胞后，發(fā)現(xiàn)小腸上皮細胞上的F17大腸桿菌數(shù)量顯著降低，干擾sBD2載體轉(zhuǎn)染后大腸桿菌數(shù)量顯著升高^［53］?？偟膩碚f，β-防御素對于抑制腸道中致病菌的生長、促進益生菌的定植有一定的作用效果。

2.2 β-防御素調(diào)控腸道物理屏障

腸道屏障中的物理屏障又叫做機械屏障，是腸道黏膜屏障的關(guān)鍵組成部分，其結(jié)構(gòu)包括完整的腸黏膜上皮細胞（intestinal epithelial cells， IECs）、上皮細胞的緊密連接（tight junctions， TJ）和黏液層。腸黏膜上皮細胞由吸收細胞、杯狀細胞以及內(nèi)分泌細胞組成。TJ是由咬合蛋白（Occludin）、閉合蛋白（Claudins）、閉鎖連接蛋白（zonula occludens， ZO）和連接黏附因子（juctional adhesionmolecule， JAM）等多種小分子組成的一種高度動態(tài)的復(fù)合物^［54］，它的結(jié)構(gòu)與腸道屏障的完整性有著極大的關(guān)聯(lián)。

在畜牧養(yǎng)殖過程中，仔豬腹瀉時常發(fā)生，感染大腸桿菌是仔豬腹瀉常發(fā)的原因之一，Zhang等^［55］在用大腸桿菌攻毒豬小腸上皮細胞（IPEC-J2）的研究中發(fā)現(xiàn)，20～80 μg·mL^－1的重組pBD2不會影響細胞活性，且可以緩解大腸桿菌攻毒造成的TJ基因表達異常的現(xiàn)象，從而恢復(fù)腸道物理屏障的功能。在葡聚糖硫酸鈉（dextran sodium sulfate， DSS）誘導(dǎo)的小鼠結(jié)腸炎模型中，表達β-防御素的植物乳桿菌可以提高緊密連接蛋白（tight junction proteins， TJPs）的表達水平，顯著改善結(jié)腸的機械損傷^［56］。Li等^［57］研究也得出相似結(jié)論，黃曲霉素B1（aflatoxin B1， AFB1）顯著降低小鼠空腸ZO-1、Claudin-3、Occludin的表達，pBD2的飼喂使這幾種緊密連接蛋白的表達恢復(fù)到正常水平，并且通過阻斷ROS-Erk1/2信號通路，減少ROS的積累，降低Erk1/2的表達和磷酸化，減輕AFB1誘導(dǎo)的氧化應(yīng)激和腸上皮細胞損傷。將豬β-防御素114作用于脂多糖（LPS）誘導(dǎo)的IPEC-J2細胞損傷模型，發(fā)現(xiàn)ZO-1、Claudin-1和Occludin的基因表達量以及ZO-1和Claudin-1蛋白表達顯著提高，細胞凋亡相關(guān)基因Bcl-2/Bax的表達量顯著增加，細胞凋亡被抑制^［58］。Caspase是一類半胱氨酸蛋白酶家族，在細胞凋亡進程中起關(guān)鍵作用。pBD2作用于AFB1誘導(dǎo)的IPEC-J2細胞損傷模型，凋亡基因半胱氨酸天冬氨酸特異性蛋白酶-3（caspase-3）和Bax/Bcl-2表達水平降低，抑制細胞凋亡，同時抑制了氧化應(yīng)激反應(yīng)，降低活性氧（reactive oxygen species，ROS）、提高抗氧化因子超氧化物歧化酶（superoxide dismutase，SOD）和醌氧化還原酶1（quinone oxidoreductase 1， NQO1）的表達水平，增加腸道受損的小鼠的空腸絨毛高度與隱窩深度比值、絨毛數(shù)量和腸壁厚度^［7］。Xie等^［59］發(fā)現(xiàn)，pBD129作用于IPEC-J2后，Bcl-2/Bax的基因表達量上調(diào)，caspase-3、caspase-9基因表達量下調(diào)，說明pBD129同樣具有抑制細胞凋亡的作用。綜上所述，β-防御素可通過調(diào)節(jié)ZO、Claudin-1和Occludin等緊密連接基因和蛋白的表達維持腸上皮細胞的結(jié)構(gòu)完整，通過調(diào)節(jié)Bcl-2/Bax、caspase等凋亡基因的表達抑制腸上皮細胞的凋亡，從而參與腸道物理屏障調(diào)控，保護腸道屏障功能。

2.3 β-防御素調(diào)控腸道化學(xué)屏障

腸道分泌的各種黏液、消化酶、溶解酶以及上皮細胞產(chǎn)生的抗菌肽、黏蛋白等抑菌物質(zhì)等構(gòu)成化學(xué)屏障，這些物質(zhì)起到抗炎、殺菌、清除有害物質(zhì)的直接作用。黏蛋白（mucoprotein， MUC）由特化的腸上皮細胞-杯狀細胞分泌，在腸腔和腸道黏膜之間形成黏液層，構(gòu)成化學(xué)屏障的骨架，防止有害物質(zhì)的入侵，在維持腸道完整和穩(wěn)定性上發(fā)揮著關(guān)鍵作用^［60-61］。

β-防御素作為一種抗菌肽，屬于化學(xué)屏障的一部分，當(dāng)腸道遭受到病原菌的攻擊時，可及時發(fā)揮抗菌作用。目前對于β-防御素在化學(xué)屏障上的研究較少，主要研究集中于對黏蛋白表達的影響上。據(jù)報道，hBD2可以直接參與腸道黏蛋白的合成，促進結(jié)腸上皮MUC2、MUC3的表達^［62］。8 μg·mL^－1的DEFB118可顯著提高小鼠空腸MUC-2的基因表達水平^［63］。在動物β-防御素的研究中也有相似的發(fā)現(xiàn)，Yak DEFB116和Yak DEFB124作用于小鼠腸炎模型中，MUC2表達水平顯著增加^{［50，64］}。pBD2作用于IPEC-J2 細胞損傷模型中，MUC2表達水平的降低得到顯著緩解^{［52，57］}。

2.4 β-防御素調(diào)控腸道免疫屏障

腸道漿膜層豐富的免疫細胞和免疫分子共同構(gòu)成了腸道免疫屏障。免疫細胞包括淋巴細胞、漿細胞、吞噬細胞和黏膜淋巴濾泡等，當(dāng)機體受到侵害時，免疫細胞將抗原呈遞到效應(yīng)部位，淋巴細胞增殖、分化并分泌各種抗體和細胞因子，發(fā)揮免疫作用。IECs可表達多種模式的識別受體，包括Toll樣受體（Toll-like receptor， TLR）和核苷酸結(jié)合寡聚結(jié)構(gòu)域蛋白（nucleotide-binding oligomerization domain-containing proteins， NODs），當(dāng)識別受體信號通路被激活后，可級聯(lián)下游核因子-κB（nuclear factor-κB， NF-κB）信號通路，促進細胞因子和趨化因子的表達，發(fā)揮免疫作用^［65］。

β-防御素作為抗菌肽家族中的一員，是動物先天免疫系統(tǒng)中的天然活性物質(zhì)，在免疫激活和免疫調(diào)節(jié)中發(fā)揮著巨大的作用，提供了抵御外來微生物病原體的第一道防線。轉(zhuǎn)化生長因子激活酶1（transforming growth factor activated kinase 1， TAK1）是促炎信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路的關(guān)鍵分子，通過激活NF-κB和絲裂原活化蛋白激酶（mitogen-activated protein kinase，MAPK）信號通路發(fā)揮抗炎作用。研究顯示，pBD2通過TAK1介導(dǎo)的NF-κB p65信號通路抑制大腸桿菌誘導(dǎo)的豬小腸上皮細胞（IPEC-J2）的炎癥反應(yīng)^［55］。Tian等^［56］構(gòu)建了產(chǎn)生鼠β-防御素14（mouse β-defensin 14， mBD 14）的乳酸乳球菌NZ9000，以腸內(nèi)給藥的方式治療DSS誘導(dǎo)的結(jié)腸炎小鼠，發(fā)現(xiàn)重組乳酸乳球菌NZ9000通過抑制巨噬細胞產(chǎn)生的炎癥小體NOD樣受體熱蛋白結(jié)構(gòu)域相關(guān)蛋白3（NOD-like receptor pyrin domain containing three， NLRP3）及下游信號通路下調(diào)IL-1β、IL-18等炎癥因子的表達從而發(fā)揮抗炎作用。豬β-防御素118（DEFB118）治療大腸桿菌K88攻毒的小鼠，顯著降低空腸炎癥相關(guān)基因TNF-α、IL-1β 和 IL-6表達水平^［63］。Warner等^［66］報道稱β-防御素2可通過增加腸道和腸系淋巴結(jié)中調(diào)節(jié)性T細胞豐度，上調(diào)促炎細胞因子IL-17A和免疫調(diào)節(jié)因子IL-22的表達，進而減輕機體的炎癥反應(yīng)。pBD2作用于結(jié)腸炎小鼠，發(fā)現(xiàn)結(jié)腸中炎癥細胞因子TNF-α、IL-6和IL-8的表達水平明顯升高，抑制NF-κB上的主要亞基p65的激活，達到預(yù)防小鼠結(jié)腸炎的效果^［67］。表達 pBD2的轉(zhuǎn)基因小鼠通過干擾TLR4/NF-κB通路的激活使IL-6、TNF-α、IL-1β等促炎細胞因子的釋放得到明顯抑制，從而發(fā)揮免疫效果，減輕炎癥反應(yīng)^［68］。綜上所述，在炎癥部位，β-防御素可通過召集并促進未成熟樹突狀細胞和記憶性T細胞的成熟，激活NF-κB和MARK信號通路抑制炎癥信號通路和促炎細胞因子的表達，緩解腸道炎癥，提高腸道黏膜免疫屏障功能（圖2）。

3 飼料添加劑對腸道中β-防御素的調(diào)節(jié)作用

優(yōu)質(zhì)的飼料添加劑對于畜禽養(yǎng)殖來說是必不可少的，它是畜禽生產(chǎn)性能提高、腸道保持健康狀態(tài)、病亡率降低的關(guān)鍵之一。目前，已有多項研究證明，攝入某些有益的外源物質(zhì)會顯著改變畜禽腸道中β-防御素表達水平，有利于改善畜禽腸道健康。某些植物提取物、氨基酸、小分子化合物及益生菌等飼料添加劑都可調(diào)控β-防御素的表達^［23］。

飼料中添加適宜劑量的槲皮素可通過上調(diào)回腸中禽β-防御素的表達來促進肉雞回腸益生菌的定植、抑制有害菌的生長，維持腸道菌群平衡^［69］。Zhang等^［70］研究表明，刺激β-防御素的表達是黃花蒿促進早期斷奶仔豬炎癥反應(yīng)消退的關(guān)鍵性因素。使用葛根多糖飼喂腸道損傷小鼠，發(fā)現(xiàn)其β-防御素的表達水平顯著升高，腸道損傷明顯緩解^［71］。L-蘇氨酸通過激活NF-κB通路增加IPEC-J2中β-防御素表達水平^［72］。煙酸作為飼料添加劑飼喂腸道損傷仔豬也有相似的效果，結(jié)果表明仔豬空腸中pBD1和pBD2的表達水平顯著升高^［73］。丁酸甘油酯通過抑制NF-κB和MAPK通路可減輕產(chǎn)毒性大腸桿菌（enterotoxigenic Escherichia coli， ETEC）攻毒仔豬的炎癥反應(yīng)，使腸道黏膜上皮細胞分泌的β-防御素水平升高，從而改善腸道屏障損傷^［74］。Sun等^［75］研究發(fā)現(xiàn)，補充雙歧桿菌促進了斑馬魚β-防御素（zfbd-1，zfbd-2，zfbd-3）的表達。然而，肉雞口服益生菌羅伊氏乳桿菌可降低雞回腸和盲腸中禽β防御素AvBD10和AvBD12的表達量^［76］。Ateya等^［77］的研究也發(fā)現(xiàn)了相似的結(jié)果，在受大腸桿菌感染的肉雞飼料中添加益生菌發(fā)現(xiàn)，回腸AvBD2和AvBD9的表達顯著降低。推測原因可能是益生菌促進了腸道內(nèi)環(huán)境穩(wěn)態(tài)，健康的腸道不需要β-防御素發(fā)揮作用，因此β-防御素表達水平降低（表1）。

4 總結(jié)與展望

β-防御素作為一種具有廣譜抗菌作用的小分子多肽，能夠在機體內(nèi)通過多種作用機制有效抵抗病原微生物的侵害，在先天性免疫中和特異性免疫中均可發(fā)揮作用，通過調(diào)節(jié)炎癥因子和趨化因子的表達來發(fā)揮抗炎作用。在腸道屏障中，β-防御素是抵御病原微生物、促進益生菌擴繁的重要物質(zhì)，在參與腸道黏膜屏障的構(gòu)成、調(diào)控腸道屏障功能中發(fā)揮了重要作用。部分優(yōu)質(zhì)的飼料添加劑可促進畜禽腸道中β-防御素的表達，在深入了解β-防御素調(diào)節(jié)機制的基礎(chǔ)上，設(shè)計藥物對腸道β-防御素的表達進行特異性調(diào)節(jié)，可能是促進畜禽腸道健康或治療腸道疾病的有效手段。

傳統(tǒng)抗生素由于廣譜抗菌和生產(chǎn)成本低的優(yōu)點被眾多行業(yè)廣泛應(yīng)用，過度使用導(dǎo)致的耐藥性問題亟待解決，新型飼料添加劑替代傳統(tǒng)抗生素的行動刻不容緩。β-防御素是否能作為新型飼料添加劑應(yīng)用于動物生產(chǎn)值得思考。β-防御素在體內(nèi)表達量較低，目前來說深入研究其體外合成和制備的工藝手段是研究重點，應(yīng)用基因工程構(gòu)建β-防御素高表達系統(tǒng)，大量生產(chǎn)有益于畜禽腸道健康的β-防御素，將有助于畜禽的生長和發(fā)育。但當(dāng)前β-防御素及其衍生肽的生產(chǎn)仍存在眾多挑戰(zhàn)，盡管已有大量研究通過細胞及小鼠試驗驗證了β-防御素在抗微生物及免疫調(diào)節(jié)方面的重要作用，但是目前在畜禽腸道中的研究仍缺乏可靠的臨床試驗。未來在畜禽生產(chǎn)領(lǐng)域中，需注重開發(fā)出更簡便、更低成本的大規(guī)模生產(chǎn)β-防御素的方法并探究其在畜禽生產(chǎn)中的實際作用效果，投入生產(chǎn)應(yīng)用中。高效合成的β-防御素可為新型抗生素替代品的開發(fā)提供理想的模板，給畜禽腹瀉、腸道炎癥等疾病的治療帶來新的希望。

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（編輯 范子娟）