馬玲,劉進輝

(湖南農業(yè)大學動物醫(yī)學院,湖南長沙410128)

抗菌肽的抗菌機理及其在畜牧業(yè)生產中的應用

馬玲,劉進輝※

(湖南農業(yè)大學動物醫(yī)學院,湖南長沙410128)

抗菌肽具有廣譜的抗菌活性和重要的生物學功能,現已被作為飼料添加劑大量使用于畜禽養(yǎng)殖業(yè)生產中。特別是在當今尋找抗生素替代產品的“后抗生素時代”，研究使用抗菌肽具有極其重要的現實意義。文章主要綜述了抗菌肽的抗菌機理及在畜牧業(yè)生產中應用，以期為抗菌肽在畜牧業(yè)生產中的合理使用提供理論基礎。

抗菌肽；畜牧業(yè)；后抗生素時代；抗菌機理；應用現狀

抗菌肽是宿主防御系統為抵抗外界病原體感染，由宿主細胞特定基因編碼，經特定外界條件誘導產生的一類生物活性小肽[1]。大多數抗菌肽不僅對細菌有殺滅和抑制作用，而且對真菌、病毒和寄生蟲等病原體也具有一定的抑殺作用,因其具有廣譜的抗菌活性和重要的生物學功能,現已被作為飼料添加劑大量使用于畜禽養(yǎng)殖業(yè)生產中[1]。特別是在當今尋找抗生素替代產品的“后抗生素時代”，研究使用抗菌肽具有極其重要的現實意義。

1 抗菌肽的抗菌作用機理

不同種類的抗菌肽，對細菌的作用機理不盡相同。目前，人們對抗菌肽的作用機理有不同的認識，并沒有達成共識，學術界主要趨向認同以下兩種作用機理。

1.1 抗菌肽破壞細菌的細胞膜

抗菌肽能與細菌細胞膜表面相互作用，可以使細菌胞膜通透性發(fā)生改變而起到殺菌作用[1]。陽離子抗菌肽的正電荷區(qū)域與細菌細胞膜上的負電荷區(qū)域相互作用，使抗菌肽分子的疏水端插入胞膜的脂質膜中，進而改變脂質膜結構，形成跨膜電位，打破了細菌體內的酸堿平衡和滲透壓平衡，從而起到抑制細菌呼吸的作用[2]。也有學者提出，陽離子抗菌肽是以物理的方式作用于細菌的細胞膜，使細胞膜穿孔，并破壞細胞的完整性，導致細胞質外溢而達到殺菌的目的[3]。另有研究表明，抗菌肽分子通過膜內分子間的位移而相互聚集在一起，從而在膜上形成離子通道，使膜蛋白凝集，使細菌因不能保持正常的滲透壓而死亡[4，5]?？咕呐c細菌胞膜的相互作用程度，直接關系到抗菌肽的抗菌活性[1]。

抗菌肽一般只對原核生物細胞和真核生物病變細胞具有抗菌作用，對正常的生物細胞不起作用。這是由于原核生物和正常真核生物的細胞膜結構不同，正常真核細胞膜中含有大量的膽固醇，而膽固醇的存在使膜結構趨于穩(wěn)定[4]。而哺乳動物細胞骨架系統比較發(fā)達，能夠抵抗抗菌肽的作用，因此在動物飼料中添加抗菌肽，避免了對動物本身的危害作用。

1.2 抗菌肽選擇性作用細菌細胞內的靶標部位

盡管大部分抗菌肽通過破壞細胞膜的完整性而殺滅細菌，但有些抗菌肽卻可以在保持包膜結構完整的情況下，引起細菌死亡。因此，抗菌肽除了作用于細胞膜外，還可以作用于細菌細胞內的其它靶標來消滅它。近年來，越來越多的證據表明抗菌肽進入細菌細胞質，通過與細胞內靶標的特異性結合干擾細胞代謝，達到抑制和殺滅細菌的目的[1，4]?？咕闹饕ㄟ^以下幾個方面在細菌細胞內發(fā)揮作用：（1）與細菌細胞內的酸性物質結合，阻斷DNA復制和RNA合成；（2）抑制蛋白質的合成與折疊；（3）抑制細菌細胞壁的合成，阻斷細胞分裂；（4）抑制細菌細胞內酶活性等；（5）抑制線粒體功能，干擾其能量供給[5，6]。有的抗菌肽，如死亡素通過抑制細菌的呼吸作用殺死細菌；有的抗菌肽通過干擾細菌基因的轉錄使細菌的生長受到抑制，如攻擊素能夠干擾大腸桿菌細胞外膜蛋白Omp C、Omp F、Omp A以及LamB基因的轉錄，使這些蛋白質含量減少，細菌的生長受到抑制[7]。

抗菌肽獨特的抗菌機理，使其具有不易產生耐藥的特性，遠遠超越了抗生素的局限，是新一代的高效抗菌劑。

2 抗菌肽在畜牧業(yè)中的應用

抗菌肽種類多，具有抗菌活性強、可供選擇范圍廣、作用于靶菌株不易產生抗性等多種生物功能。因此，抗菌肽及其產品在醫(yī)藥業(yè)、天然食品防腐劑、畜牧養(yǎng)殖業(yè)和動植物抗病基因工程等方面具有廣闊的應用前景。

2.1 抗菌肽在動物醫(yī)藥方面的應用

抗菌肽獨特的抗菌機制，在理論上可以成為部分抗生素替代物。目前，研究者通過不同方法在臨床上進行了大量研究，取得豐碩的成果。如利用不同種類抗菌肽治療肺炎、敗血性休克和口腔黏膜炎癥等疾病模型，都取得了顯著成效[8-10]。有研究表明，抗菌肽對流感病毒、皰疹病毒等有抑制作用，甚至還可抑制HIV-1的基因表達。抗菌肽特異性抑制腫瘤生長，并對人正常細胞無害的特性，極有可能成為無毒或低毒的抗腫瘤新藥[11]。抗菌肽作為新型抗菌藥物，其主要應用的發(fā)展方向是：首先可作為單一的抗感染藥物使用；其次是與抗生素聯合應用發(fā)揮協同作用；三是作為免疫刺激增強劑使用，以提高機體免疫力；四是作為肉毒素中和物質，減輕細菌毒素引起的敗血癥性休克[12]。

2.2 抗菌肽在畜禽養(yǎng)殖業(yè)中的應用

大量研究結果表明，抗菌肽在畜牧業(yè)生產中具有廣泛的應用前景[13]。在仔豬飼料中添加抗菌肽，可以促進仔豬生長，改善飼料利用率，同時提高了仔豬的免疫功能，有效預防和治療仔豬疾病。對于母豬而言，可以提高其繁殖性能，并能通過母體間接對初生仔豬產生益處[14]。奶牛乳房炎是奶牛中常見的疾病，對患有乳房炎的奶牛乳房乳灌注乳酸鏈球菌素，其受損乳腺組織能夠較快的修復，乳腺上皮細胞合成乳成分的能力有所提高[15]。而在奶牛日糧中添加抗菌肽制劑，其乳脂率明顯提高，牛乳體細胞數明顯降低[16]?？咕脑陴B(yǎng)雞生產上也有應用試驗，研究發(fā)現飼用抗菌肽能促進肉雞生長，提高免疫力，但與中草藥和抗生素相比，在出欄率、平均體重、飼料效率等方面均無顯著差異。在飼料中添加一定量的天蠶素抗菌肽能顯著提高蛋用仔雞生長性能、免疫器官指數，降低IL-6、IFN-γ及TNF-αmRNA的相對表達水平，從而有效減輕腸道炎癥的發(fā)生，其中以飼糧添加量為350mg/kg時效果較好[17]。隨著養(yǎng)殖業(yè)對環(huán)境破壞的加劇，水產養(yǎng)殖病害日益嚴重，抗菌肽在水產養(yǎng)殖中具有潛在的應用前景。柴仙琦[18]通過試驗研究發(fā)現，在凡納濱對蝦飼料中添加150～200mg/kg的抗菌肽，可以顯著提高其生長速度、成活率、相對增重率和血清非特異性免疫指標，降低飼料系數等。

2.3 抗菌肽在動物基因工程方面的應用

利用抗菌肽分子量小、抗菌譜廣的特點，人們借助基因工程技術，將抗菌肽基因轉入動物染色體基因中，以獲得抗菌新品種或高效表達產物，再通過分離純化而得到純度較高的抗菌肽[19]。人們還將其基因導入植物體內進行品種改造，從而獲得抗病植株，或者轉入動物體內，明顯提高動物的抗病能力[20]。類似研究有將Shiva-1基因轉入煙草和馬鈴薯，使轉基因煙草青枯病發(fā)病明顯延遲，病情指數下降，植株死亡率下降[21]。同樣的Yarus[22]等用顯微注射法將牛TAP（tracheal antin icrobial peptide,TAP）基因轉入小鼠，轉基因小鼠成功表達了牛TAP，鼠乳中的TAP對大腸桿菌具有抗菌活性。

抗菌肽是一類廣泛存在于生物界的具有廣譜抗菌活性的生物多肽，隨著人們對其結構、表達調控和作用機制研究的不斷深入，勢必會進一步促進其在藥用、畜牧業(yè)以及基因工程等中的應用，從而使抗菌肽更好地服務于人類。

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S816.73

A

1006-4907（2016）05-0050-03

10.3969/j.issn.1006-4907.2016.05.021

2016-08-30

馬玲(1989～)，女，漢族，在讀研究生，研究方向為動物保健與疾病防控。

※通訊作者：劉進輝（1965～），男，漢族，碩士，教授，研究方向為動物保健與疾病防控，13974803880@163.com。