抗菌肽会是解决抗生素不规范使用的那把钥匙吗?

抗菌肽是生物体内经诱导产生的一种具有生物活性的小分子多肽，与传统抗生素相比具有无药残，不易产生耐药性等特点，是抗生素理想的替代品，同时也可作为一种高效优质的绿色饲料添加剂。抗生素在畜禽养殖业的滥用，不但造成动物免疫力下降，其药物残留更威胁到人类健康。本文介绍了抗菌肽的作用机理、功能及在畜禽生产中的进展研究。

随着抗生素的使用，其负面影响日渐突出，细菌抗药性越来越普遍，越来越严重，长期使用抗生素造成畜禽机体的免疫力下降，引起畜禽肠道菌群失衡，在畜产品和环境中造成残留。另外，抗生素还有致基因突变、引发畸形和诱发癌症。从2010年1月到2012年9月期间，美国、欧洲及亚洲的国际动物营养期刊中已经发表百来篇研究抗生素代替物的文章，这表明寻求抗生素替代物已成为养殖业的研究热点。自1972~1975年，瑞典Boman等[1]从果蝇(Drosophila melanogaster) 及惜古比天蚕(Hyalophoracecropia)中发现抗菌肽，称为Cecropin, 具有广谱杀菌功能。1981年，黄自然等[2]从中国柞蚕中分离抗菌肽及溶菌酶。此后，不断有各种来源的抗菌肽被人们发现并提取，并应用到各个领域。

1 抗菌肽的作用机理及特点

1.1 抗菌肽的作用机理

抗菌肽能够与细胞膜表面相互作用，使膜的通透性改变。阳离子抗菌肽的正电荷区域与细胞膜上的负电荷区域相互作用，使抗菌肽分子的疏水端插入细胞膜的脂质膜中，进而改变脂质膜结构。抗菌肽与细胞膜作用后形成跨膜电位，打破酸碱平衡，影响渗透压平衡，抑制呼吸作用，从而到达抑菌作用[3]。

抗菌肽除了作用于细胞膜，还可以作用于细胞内的其他靶点。抗菌肽在进入细胞之后，通过与细胞内靶点的特异性结合干扰细胞代谢，达到抑制和杀灭细菌的目的。此理论解释了许多抗菌肽在非常低的浓度下仍然能够导致细菌死亡的现象。抗菌肽主要通过以下几个方面在细胞内发挥作用：1)与细胞内的酸性物质结合，阻断DNA复制和RNA合成;2)影响蛋白质的合成;3)抑制细胞壁的合成，阻碍细胞分裂;4)抑制细胞内酶活性等[4 ]。Nan等[ 5 ]通过对indolicidin的修饰，发现其类似物IN-3和IN-4可以透过大肠杆菌质膜，在细胞内积累并与DNA分子结合。Yenugu等[6]发现经抗菌肽 HE2alpha、HE2betal或 HE2beta2处理的大肠杆菌也能抑制其蛋白质的合成，而且电镜观察到细菌细胞膜的变化和细胞内容物的泄露。Hasper[7]研究证明，nisin可将LipidⅡ从细胞壁合成位点或隔膜处移除，以阻断细胞壁的合成。Vincent等 [8]研究发现，由大肠杆菌质粒编码的细菌素microcin J25与RNA聚合酶结合后，可阻断RNA聚合酶中碱基运输和合成过程中副产物的排出，从而阻止碱基与酶的活性中心集合，抑制RNA聚合酶的活性。

抗菌肽还能抑制细胞壁的形成，抑制细胞呼吸作用和阻碍细胞外膜蛋白的合成。据刘先凯[9]、姚朔影[10]等报道，sarcotoxin可以抑制细菌细胞壁的形成，使细菌不能维持正常的形态而最终导致生长受阻，但其对已经形成的细胞壁不起作用。有研究发现，用40μmol/L的Thanatin处理细菌1 h后，可监测到细菌的呼吸作用变弱，6 h后细菌的呼吸作用完全停止，故推断Thanatin是通过抑制细胞的呼吸作用来杀菌的[11]。Attacins能够通过干扰大肠杆菌细胞外膜蛋白基因的转录减少蛋白的合成，从而增加细胞膜的通透性，最终使得细菌的生长受到抑制[12]。

综上所述，抗菌肽的抗菌机制复杂，抗菌肽不但能够杀灭大量细菌，还能杀伤肿瘤细胞、真菌、病毒、寄生虫等。抗菌肽的作用对象虽然种类繁多，但共同的特点是作用于有膜成分的靶点。

1.2抗菌肽抗菌特点

与抗生素相比，抗菌肽具有广谱高效的抗菌性、分子量小热稳定性好，不易产生抗药性的特点。Noga等[13]研究表明，虹鳟鱼的头肾表达具有cathelicidin关键特征的多肽，对于多种革兰氏阴性菌和革兰氏阳性菌具有比较明显的抑菌活性，其最低抑菌浓度为2μg/mL。徐进署等[14]研究发现，极低浓度的爪蟾种类的特异性抗菌肽——蛙皮肽(magainin)就能杀死革兰氏阳性菌和阴性菌、真菌以及原生动物。

抗菌肽通常由12～50多个氨基酸组成，相对分子质量一般在4 kDa 左右。吴诗光[15]等在凤仙花种子中发现的抗菌肽1b-AMPs，仅有20个氨基酸残基，是迄今为止在植物中发现的最短的抗菌肽。昆虫抗菌肽的4大类中，cecropin 含31～39 个残基;昆虫防御素含38～43个残基;富含脯氨酸的阳离子肽如apidaccin、abaccin和drosocin 等的分子量为2～4kDa;富含甘氨酸的抗菌肽，如diptericin、attacin、sarcotoxin、coleoptericin 等的分子量为8～30kDa，蛙皮素含有21～27个氨基酸的残基[14]。目前，从猪体内发现的12 种以上不同的抗菌肽的分子量均小于10kDa[16]。

温刘发等[17]发现抗菌肽在沸水中煮30min 仍不变性失活，能耐受饲料制粒时的高温作用，规模化发酵生产抗菌肽时经高温浓缩工序，可充分杀灭酵母菌体而不导致抗菌肽失活，使产品在推广应用后不会出现因工程菌的扩散而导致的环境生态问题。

大多数抗菌肽分子是带正电荷的，可以与细菌胞浆磷脂分子上的负电荷通过静电吸附而结合在脂质膜上，使脂双层外侧发生扭曲，细胞膜产生相变，产生短暂的离子通道。这是通过物理作用造成的细胞膜穿孔，不需要特殊的受体，因而它可以杀灭微生物而不产生抗药性[18]。

2 抗菌肽在畜禽养殖业中的应用

2.1 抗菌肽在断奶仔猪生产中的应用

仔猪在断奶期间，一般都会出现较严重的腹泻现象，研究表明抗菌肽对大肠杆菌、沙门氏菌和产气荚膜梭菌等有害菌有抑制作用，能有效改善和防止仔猪的腹泻。黄茂侠[19]报道，仔猪基础日粮中添加0.2% 抗菌肽时可显著降低仔猪腹泻率、腹泻频率和腹泻指数，分别是18.42%、1.7% 和0.10%;添加量达到0.6% 和0.8% 的抗菌肽制剂时可显著降低仔猪腹泻3.20% 、12.78%和呼吸道疾病发病率降低40.03%和40.89%，并且效果要优于阿莫西林组。黄木家等[20]应用抗菌肽2% 制剂代替仔猪槽料中的血浆蛋白粉，结果发现仔猪的腹泻率减少47.78%，缓解了仔猪的断奶综合征，提高了仔猪的健康水平。

抗菌肽可以通过刺激免疫反应，迅速使机体T、B细胞增殖，提高巨噬细胞吞噬效率，增强免疫应答能力，调节免疫机能，增强预防接种免疫效果，提高仔猪健康水平。王阿荣等[21]报道，在仔猪日粮中添加320g/t的天蚕素抗菌肽可以提高断奶仔猪血液中免疫球蛋白(IgG)的含量。由此可见，适量添加天蚕素抗菌肽可以提高断奶仔猪机体免疫力。王凯等[22]研究发现，基础日粮中添加抗菌肽可以提高仔猪T淋巴细胞的提高，稳定猪群健康水平，提高仔猪免疫力。

2.2抗菌肽在母猪生产中的应用

母猪生产性能是影响猪场经济效益的第一个限制性因素。李永新等[23]观察抗菌肽对母猪生产性能的影响，试验组母猪的生产性能显著提高，试验组母猪的窝均产仔数和窝均活仔质量均高于对照组：分娩、断奶的成活率分别比对照组提高了6.48%和16.1%，结果表明：抗菌肽的保健效果具有明显的优势。刘红健[24]等在母猪的饲料中添加加0.3% 抗菌肽，死胎率降低了33.3%、木乃伊率降低100%、初生成活率提高6.0%、初生平均头重提高1.3%、窝平均存活数提高32.1%、断奶成活率提高3.3%、断奶平均头重提高25.1%、平均净增重提高32.8%。

郭小明等[25]将抗生素与抗菌肽的效果进行对比，结果发现使用防御素抗菌肤，添加抗菌肽(试验组)的母猪产弱仔率仅为2.5%，而添加利高霉素和阿莫西林(对照组)的母猪产弱仔率为8.3%，对照组弱仔率明显高于试验组弱仔率。其中添加防御素抗菌试验组母猪所产的1128 头仔猪中，木乃伊2头、死胎3头。对照组母猪所产11头仔猪中，木乃伊6头、死胎7头。对照组木乃伊发生率0.54 %，死胎发生率0.63 %，明显高于试验组木乃伊发生率0. 17 % 与死胎发生率0. 26 %。

2.3抗菌肽在家禽生产中的应用

禽类集约化养殖过程中出现的一些问题，如饲养密度过大、过冷、过热、卫生状况差等，会影响禽类的消化道微生态平衡，导致其免疫力、生产性能及抗疾病能力下降。大量研究表明，抗菌肽可以提高鸡的免疫力，增强抗病能力。吕尊周[26]研究抗菌肽对蛋鸡血清免疫指标及脾脏白细胞介素2 mRNA 表达量的影响，结果表明：饲粮中添加不同水平抗菌肽可不同程度地提高脾脏系数。与对照组相比，添加抗菌肽的试验组血清免疫球蛋白A、血清免疫球蛋白G 含量均有不同程度的提高，而抗菌肽对血清免疫球蛋白M、C3 和C4 含量影响不显著。抗菌肽组脾脏IL-2 mRNA 的表达量显著高于对照组。

陈晓生等[27]研究了饲料中添加抗菌肽对肉鸭的影响，结果表明，肉鸭日粮中添加2mL/kg上的抗菌肽制剂时，1~7周龄尤其在1~2周龄增重效果显著，能显著提高采食量，随着抗菌肽添加量的提高，能明显提高肉鸭的净肉率，并降低腹脂率。黄永彤[28]等将柞蚕抗菌肽酵母制剂作为肉鸡饲料添加剂，结果显示抗菌肽可以促进肉鸡生长，使肉鸡成活率提高10%，饲料转化率提高3.64%。卢宇等[29]通过试验证明，在饲料中添加抗菌肽S807，并饲喂10~35日龄肉鸡，鸡只成活率比对照组提高了8.62%。这些研究说明抗菌肽具有促进禽畜机体对营养物质的合成和利用，抑制病原菌繁殖，改善肠道菌群结构，提高机体免疫能力等作用。

3 总结

近年来，抗生素滥用问题日益加重，使得许多致病菌出现耐药性，甚至出现了抗生素治疗无效的超级细菌。在畜禽饲养过程中，病原体变异使得许多具有典型临床特征的疾病出现非典型症状，原本控制较好的疾病再次流行，新病也不断出现，造成了极大的经济损失。抗菌肽除了具有很好的杀菌和抑菌效果外，添加在饲料中可有效防止饲料霉变。动物采食了含有抗菌肽的饲料后，不仅可以有效抑制肠道内病菌的繁殖，调节动物体内的微生态平衡，而且不易产生残留，细菌也不易产生耐药性。

抗菌肽虽然是近些年来国内外的研究热点，但仍存在以下3个方面问题：1)抗菌肽的抗菌活力问题。抗菌肽虽然能够治疗多种疾病，但其抗菌活力和抗菌谱和传统抗生素相比还是略显不足。2)抗菌肽药用性能的问题。在临床应用中，抗菌肽的毒理性和药理药效方面的研究还不够深入，尤其是在食用剂量、给药方式和作用时间等方面还需要进一步研究。3)抗菌肽的生产加工问题。从生物体中提取的天然抗菌肽含量极低，提取工艺复杂，而且资源有限;化学合成制备难以保持抗菌肽的天然结构及活性;利用基因工程技术重组抗菌肽表达效率低，且常以融合蛋白形式表达，后期处理难以获得纯品;抗菌肽无论是基因工程生产还是化学合成生产，目前还很难达到产业化的规模，不能满足市场的需求[30]。

当然，随着对抗菌肽研究了解的逐步深入，上述问题最终也将找到合理的解决办法，而抗菌肽作为新型的绿色饲料添加剂必将在畜禽生产过程中得到广泛应用。