天蠶素抗菌肽及其在動物生產中的應用

孫曉先，朱振鵬，周 剛，楊 彪，王倩倩，夏麗麗

（揚州大學動物科學與技術學院，江蘇 揚州 225009）

飼用抗生素是目前我國畜牧業中使用最重要和最廣泛的藥物，在控制畜禽傳染性疾病和提高畜禽生產性能等方面發揮著巨大的作用，但由于抗生素的不合理使用導致了動物機體免疫力下降和畜產品藥物殘留。隨著傳統抗生素耐藥菌株的出現，許多致病菌對現有的抗生素產品產生耐藥性。因此，開發安全高效的新型抗生素替代品，已成為解決動物源性食品質量安全的關鍵環節。

近年來，國內外學者對益生菌、寡聚糖、抗菌肽等添加劑替代抗生素的可行性進行了大量的研究分析，發現抗菌肽作為一類廣泛存在于生物體內的小分子多肽，具有顯著的抗菌作用。隨著研究的不斷深入，首先分離純化出天蠶素抗菌肽，天蠶素抗菌肽以其獨特的廣譜抗菌性、耐藥性、免疫調節活性等特點逐漸在醫藥、農業、畜牧業等領域展現出廣泛的應用前景。因此，本文綜述了天蠶素抗菌肽的來源、結構、作用機理、生物學功能及其在動物生產中的應用，并對其存在的問題和未來發展前景進行了分析。

1 來源、結構及作用機理

天蠶素抗菌肽是動植物體自身產生的具有抗菌作用的一類小分子蛋白質，屬于陽離子抗菌肽家族中重要的一族，一般由31～39個氨基酸組成，主要由α螺旋構成，屬于α螺旋類抗菌肽。此類抗菌肽具有抑菌能力強、熱穩定性高、無免疫原性等特點，能高效率抑制革蘭氏陽性菌和革蘭氏陰性菌的生長增殖[1]?？赏ㄟ^生物提取和人工合成的方法獲得天蠶素抗菌肽。天蠶素抗菌肽的分子結構相對保守，一般為N末端雙親α螺旋，C末端疏水α螺旋，這種獨特的結構對于天蠶素發揮抑菌作用尤為重要。天蠶素抗菌肽的抑菌機理主要是通過自身所攜帶的正電荷與細菌質膜之間的負電荷相互作用，插入細菌磷脂雙分子層結構，使細菌脂膜去極化進而形成空洞，造成細菌細胞因內容物大量外流而死亡[2]。

2 生物學功能

2.1 抑菌作用

由于天蠶素抗菌肽帶正電荷，可通過靜電引力作用吸附于細菌表面，分別作用于革蘭氏陽性菌的胞壁酸和革蘭氏陰性菌的脂多糖，破壞細菌的細胞壁結構，進而插入細菌胞膜，通過膜的滲透作用改變細胞膜通透性，使細菌內容物大量外流，最終導致細菌死亡。羅振福等研究發現，天蠶素抗菌肽對沙門氏菌、大腸桿菌等致病菌有很強的抑制作用，而對乳酸桿菌、雙歧桿菌等有益菌無抑制作用[3]。

2.2 抗病毒作用

天蠶素抗菌肽可通過阻斷病毒的吸附和侵入或者通過直接作用于病毒外殼而發揮其抗病毒作用，目前有關天蠶素抗菌肽抗病毒機制說法不一，主要有天蠶素抗菌肽通過作用于宿主細胞膜表面特定的病毒受體，阻斷病毒的黏附和侵入過程；天蠶素抗菌肽直接作用于病毒外殼，破壞病毒外殼的穩定性；天蠶素抗菌肽與病毒的遺傳物質相結合，影響病毒核酸及蛋白質的合成，從而達到抗病毒的效果。Wachinger等報道，天蠶素抗菌肽能與艾滋病病毒的遺傳物質結合，影響艾滋病病毒HIV-1的基因表達，從而抑制HIV-1的增殖[4]。

2.3 抗腫瘤作用

天蠶素抗菌肽將腫瘤細胞的細胞膜作為靶目標，在細胞膜上形成離子通道從而引起細胞膜去極化，導致腫瘤細胞發生不可逆的溶解和死亡，從而達到抗腫瘤的效果。

2.4 免疫調節活性

天蠶素抗菌肽可以通過適應性表達提高宿主的抗感染能力，充當免疫細胞的趨化因子促進吞噬細胞的吞噬能力，通過調節相關免疫輔助細胞及免疫因子的活性來啟動和調節特異性免疫，促使宿主細胞因子產生B細胞和T細胞的抗原特異性免疫應答。陳香等試驗結果表明，天蠶素抗菌肽能顯著提高大鼠免疫器官重量和免疫調節細胞因子TNF-α、IL-1β及γ-IFN的表達水平（P＜0.05）[5]。王阿榮等研究發現，天蠶素抗菌肽可以顯著提高斷奶仔豬血液中免疫球蛋白的含量（P＜0.05）[6]。

3 在動物生產中的應用

3.1 豬

宋青龍等研究發現，在斷奶仔豬日糧中添加天蠶素抗菌肽可以提高仔豬日增重，降低料重比和腹瀉率，提高機體免疫力和改善仔豬健康水平，同時能獲得較好的經濟效益[7]。王華帥等研究發現，在斷奶仔豬飼糧中添加天蠶素抗菌肽能顯著促進其生長發育和提高飼料轉化效率（P＜0.05）[8]。陳香等研究表明，在斷奶仔豬飼糧中添加天蠶素抗菌肽，飼料轉化率、促生長和抗腹瀉等效果均優于抗生素組，以添加天蠶素抗菌肽250mg·kg-1效果最優[9]。雷東風等研究表明，試驗組（基礎日糧+天蠶素抗菌肽）在斷奶仔豬平均日增重和飼料轉化率等方面均顯著優于對照組（基礎日糧，P＜0.05），且天蠶素抗菌肽以添加量250mg·kg-1時效果最好[10]。張董燕等研究表明，日糧中添加天蠶素抗菌肽0.3%對于提高斷奶仔豬生產性能、改善腸道菌群、減少豬體應激及提高機體免疫力等方面具有積極作用[11]。劉揚科等研究發現，斷奶仔豬日糧中天蠶素抗菌肽與抗生素配伍使用具有較好的促生長和提高機體免 疫效果，該效果與高劑量抗生素的促生長和提高 機體免疫力效果相當，甚至略優于高劑量抗生素使用[12]。李波等研究發現，在青年母豬產前30 d飼喂天蠶素抗菌肽能顯著提高母豬的繁殖性能，在經產母豬產后21 d飼糧中添加天蠶素抗菌肽能顯著提高仔豬的生長性能[13]?？紫闀仍囼灲Y果表明，在保育豬飼料中添加天蠶素抗菌肽1 000 g·t-1能顯著提高日增重、降低料重比（P＜0.05），增加經濟效益，減少腹瀉[14]。

3.2 家禽

李波等研究發現，在產蛋雞日糧中添加天蠶素抗菌肽100mg·kg-1，可以顯著提高產蛋雞產蛋率和平均蛋重（P＜0.05），降低料蛋比和破軟蛋率，且在蛋雞日糧中添加天蠶素抗菌肽能顯著改善雞蛋蛋殼顏色和蛋形指數（P＜0.05）[15]。劉莉如等研究認為，在海蘭褐蛋用仔公雞日糧中添加天蠶素抗菌肽 350 mg·kg-1能顯著降低仔公雞料重比（P＜0.05），提高胸腺、法氏囊和脾臟重量，并能顯著提高IgA和IgG含量（P＜0.05），顯著提高補體C3和溶菌酶含量（P＜0.05），還能顯著降低 TNF-α、INF-γ和IL-6基因mRNA的表達水平（P＜0.05），顯著降低大腸桿菌數量（P＜0.05），顯著增加雙歧桿菌和乳酸桿菌數量（P＜0.05）[16-17]。單達聰等試驗結果表明，在快大型肉雞養殖中，通過飲水添加天蠶素抗菌肽是有效的，可以提高肉雞的日增重和飼料轉化率，降低料重比，提高肉雞的健康水平和入雛出欄率，適宜的飲水質量濃度為60mg·kg-1[18]。王曉楠等研究發現，在AA肉仔雞日糧中添加適量比例的天蠶素抗菌肽能有效提高肉仔雞的成活率和平均日增重，降低肉仔雞的料重比[19]。黃永彤等研究指出，肉雞飼糧中添加天蠶素抗菌肽能顯著提高肉雞的生長速度和免疫力，與中草藥抗生素組相比，在平均上市體重、肉雞出欄率、飼料轉化率等方面均無顯著性差異（P＞0.05），具備替代抗生素成為一類新型飼料添加劑的潛力[20]。馬倩等研究結果表明，在蘆花雞日糧中添加天蠶素抗菌肽能顯著提高蘆花雞生產性能（P＜0.05），同時能夠促進蘆花雞體內蛋白質的合成，增加蛋白質的沉積[21]。陳曉生等在肉鴨飼料中添加天蠶素抗菌肽-AD制劑，與對照組相比，天蠶素抗菌肽對肉鴨盲腸大腸桿菌和乳酸桿菌均有顯著抑制作用[22]。

3.3 反芻動物

宋麗華等選取隱形乳房炎患牛作為試驗對象，在飼糧中添加不同比例的天蠶素抗菌肽制劑，試驗結果顯示，高劑量組患病牛痊愈率為65%；低劑量組患病牛痊愈率為77.5%；高劑量組試驗前后體細胞數降低67.74%，低劑量組試驗前后體細胞數降低69.53%，體細胞數是判斷乳房炎輕重程度的重要手段，由此可得出患乳房炎的病牛天蠶素抗菌肽的最適添加量為50 g·d-1·頭-1[23]。徐名能等為研究天蠶素抗菌肽對牛乳體細胞數的影響，在試驗組日糧中添加天蠶素抗菌肽50 g·d-1·頭-1，與對照組相比，日糧中添加天蠶素抗菌肽使牛乳體細胞數降低達75.86%，同時顯著提高了牛乳的乳脂率（P＜0.05）[24]。Kalfa等通過體內試驗發現，綿羊飼糧中添加天蠶素抗菌肽可減緩肺組織感染羊的炎癥反應和細菌濃度[25]。

3.4 水產動物

王冬冬等試驗結果表明，羅非魚飼料中添加天蠶素抗菌肽能顯著提高其相對增重率、特定生長率、飼料轉化率和成活率（P＜0.05），其效果和添加黃霉素20mg· kg-1效果相似（P＜0.05）[26]。黃自然等在南美對蝦飼料中添加天蠶素抗菌肽4mg·kg-1，結果表明，試驗組對蝦的生長速度和成活率均顯著高于對照組（P＜0.05）[27]。王廣軍等在蝦飼糧中添加天蠶素抗菌肽，結果也表明了蝦的生長速度、日增重、飼料轉化率及抗病力等方面均顯著優于對照組[28]。

4 問題與前景分析

作為一類天然的小分子蛋白，天蠶素抗菌肽具有廣譜抗菌性和不易產生耐藥性等特點，其出現為解決抗生素應用帶來的負面效應提供了新的手段，在多個領域展現出巨大的應用潛力。然而，由于天蠶素抗菌肽分子質量較小，自然界中含量較低，且分離純化不易，化學合成成本又較高，因此無法在動物生產中大面積推廣應用。近年來，國內外研究者通過基因工程技術手段來制備天蠶素抗菌肽，極大地促進了抗菌肽的開發與應用。但如何提高天蠶素抗菌肽的生產效率，降低生產成本，實現天蠶素抗菌肽廉價高效的在動物生產中的應用，還需要更多的研究工作。隨著對天蠶素抗菌肽更深入地研究及生物工程技術的不斷提高，天蠶素抗菌肽將會成為新型、高效、低毒、耐藥的抗生素替代品，給人類帶來巨大的經濟效益和社會效益。

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