天蚕素抗菌肽及其在动物生产中的应用

孙晓先，朱振鹏，周 刚，杨 彪，王倩倩，夏丽丽

（扬州大学动物科学与技术学院，江苏 扬州 225009）

饲用抗生素是目前我国畜牧业中使用最重要和最广泛的药物，在控制畜禽传染性疾病和提高畜禽生产性能等方面发挥着巨大的作用，但由于抗生素的不合理使用导致了动物机体免疫力下降和畜产品药物残留。随着传统抗生素耐药菌株的出现，许多致病菌对现有的抗生素产品产生耐药性。因此，开发安全高效的新型抗生素替代品，已成为解决动物源性食品质量安全的关键环节。

近年来，国内外学者对益生菌、寡聚糖、抗菌肽等添加剂替代抗生素的可行性进行了大量的研究分析，发现抗菌肽作为一类广泛存在于生物体内的小分子多肽，具有显著的抗菌作用。随着研究的不断深入，首先分离纯化出天蚕素抗菌肽，天蚕素抗菌肽以其独特的广谱抗菌性、耐药性、免疫调节活性等特点逐渐在医药、农业、畜牧业等领域展现出广泛的应用前景。因此，本文综述了天蚕素抗菌肽的来源、结构、作用机理、生物学功能及其在动物生产中的应用，并对其存在的问题和未来发展前景进行了分析。

1 来源、结构及作用机理

天蚕素抗菌肽是动植物体自身产生的具有抗菌作用的一类小分子蛋白质，属于阳离子抗菌肽家族中重要的一族，一般由31～39个氨基酸组成，主要由α螺旋构成，属于α螺旋类抗菌肽。此类抗菌肽具有抑菌能力强、热稳定性高、无免疫原性等特点，能高效率抑制革兰氏阳性菌和革兰氏阴性菌的生长增殖[1]。可通过生物提取和人工合成的方法获得天蚕素抗菌肽。天蚕素抗菌肽的分子结构相对保守，一般为N末端双亲α螺旋，C末端疏水α螺旋，这种独特的结构对于天蚕素发挥抑菌作用尤为重要。天蚕素抗菌肽的抑菌机理主要是通过自身所携带的正电荷与细菌质膜之间的负电荷相互作用，插入细菌磷脂双分子层结构，使细菌脂膜去极化进而形成空洞，造成细菌细胞因内容物大量外流而死亡[2]。

2 生物学功能

2.1 抑菌作用

由于天蚕素抗菌肽带正电荷，可通过静电引力作用吸附于细菌表面，分别作用于革兰氏阳性菌的胞壁酸和革兰氏阴性菌的脂多糖，破坏细菌的细胞壁结构，进而插入细菌胞膜，通过膜的渗透作用改变细胞膜通透性，使细菌内容物大量外流，最终导致细菌死亡。罗振福等研究发现，天蚕素抗菌肽对沙门氏菌、大肠杆菌等致病菌有很强的抑制作用，而对乳酸杆菌、双歧杆菌等有益菌无抑制作用[3]。

2.2 抗病毒作用

天蚕素抗菌肽可通过阻断病毒的吸附和侵入或者通过直接作用于病毒外壳而发挥其抗病毒作用，目前有关天蚕素抗菌肽抗病毒机制说法不一，主要有天蚕素抗菌肽通过作用于宿主细胞膜表面特定的病毒受体，阻断病毒的黏附和侵入过程；天蚕素抗菌肽直接作用于病毒外壳，破坏病毒外壳的稳定性；天蚕素抗菌肽与病毒的遗传物质相结合，影响病毒核酸及蛋白质的合成，从而达到抗病毒的效果。Wachinger等报道，天蚕素抗菌肽能与艾滋病病毒的遗传物质结合，影响艾滋病病毒HIV-1的基因表达，从而抑制HIV-1的增殖[4]。

2.3 抗肿瘤作用

天蚕素抗菌肽将肿瘤细胞的细胞膜作为靶目标，在细胞膜上形成离子通道从而引起细胞膜去极化，导致肿瘤细胞发生不可逆的溶解和死亡，从而达到抗肿瘤的效果。

2.4 免疫调节活性

天蚕素抗菌肽可以通过适应性表达提高宿主的抗感染能力，充当免疫细胞的趋化因子促进吞噬细胞的吞噬能力，通过调节相关免疫辅助细胞及免疫因子的活性来启动和调节特异性免疫，促使宿主细胞因子产生B细胞和T细胞的抗原特异性免疫应答。陈香等试验结果表明，天蚕素抗菌肽能显著提高大鼠免疫器官重量和免疫调节细胞因子TNF-α、IL-1β及γ-IFN的表达水平（P＜0.05）[5]。王阿荣等研究发现，天蚕素抗菌肽可以显著提高断奶仔猪血液中免疫球蛋白的含量（P＜0.05）[6]。

3 在动物生产中的应用

3.1 猪

宋青龙等研究发现，在断奶仔猪日粮中添加天蚕素抗菌肽可以提高仔猪日增重，降低料重比和腹泻率，提高机体免疫力和改善仔猪健康水平，同时能获得较好的经济效益[7]。王华帅等研究发现，在断奶仔猪饲粮中添加天蚕素抗菌肽能显著促进其生长发育和提高饲料转化效率（P＜0.05）[8]。陈香等研究表明，在断奶仔猪饲粮中添加天蚕素抗菌肽，饲料转化率、促生长和抗腹泻等效果均优于抗生素组，以添加天蚕素抗菌肽250mg·kg-1效果最优[9]。雷东风等研究表明，试验组（基础日粮+天蚕素抗菌肽）在断奶仔猪平均日增重和饲料转化率等方面均显著优于对照组（基础日粮，P＜0.05），且天蚕素抗菌肽以添加量250mg·kg-1时效果最好[10]。张董燕等研究表明，日粮中添加天蚕素抗菌肽0.3%对于提高断奶仔猪生产性能、改善肠道菌群、减少猪体应激及提高机体免疫力等方面具有积极作用[11]。刘扬科等研究发现，断奶仔猪日粮中天蚕素抗菌肽与抗生素配伍使用具有较好的促生长和提高机体免 疫效果，该效果与高剂量抗生素的促生长和提高 机体免疫力效果相当，甚至略优于高剂量抗生素使用[12]。李波等研究发现，在青年母猪产前30 d饲喂天蚕素抗菌肽能显著提高母猪的繁殖性能，在经产母猪产后21 d饲粮中添加天蚕素抗菌肽能显著提高仔猪的生长性能[13]。孔祥书等试验结果表明，在保育猪饲料中添加天蚕素抗菌肽1 000 g·t-1能显著提高日增重、降低料重比（P＜0.05），增加经济效益，减少腹泻[14]。

3.2 家禽

李波等研究发现，在产蛋鸡日粮中添加天蚕素抗菌肽100mg·kg-1，可以显著提高产蛋鸡产蛋率和平均蛋重（P＜0.05），降低料蛋比和破软蛋率，且在蛋鸡日粮中添加天蚕素抗菌肽能显著改善鸡蛋蛋壳颜色和蛋形指数（P＜0.05）[15]。刘莉如等研究认为，在海兰褐蛋用仔公鸡日粮中添加天蚕素抗菌肽 350 mg·kg-1能显著降低仔公鸡料重比（P＜0.05），提高胸腺、法氏囊和脾脏重量，并能显著提高IgA和IgG含量（P＜0.05），显著提高补体C3和溶菌酶含量（P＜0.05），还能显著降低 TNF-α、INF-γ和IL-6基因mRNA的表达水平（P＜0.05），显著降低大肠杆菌数量（P＜0.05），显著增加双歧杆菌和乳酸杆菌数量（P＜0.05）[16-17]。单达聪等试验结果表明，在快大型肉鸡养殖中，通过饮水添加天蚕素抗菌肽是有效的，可以提高肉鸡的日增重和饲料转化率，降低料重比，提高肉鸡的健康水平和入雏出栏率，适宜的饮水质量浓度为60mg·kg-1[18]。王晓楠等研究发现，在AA肉仔鸡日粮中添加适量比例的天蚕素抗菌肽能有效提高肉仔鸡的成活率和平均日增重，降低肉仔鸡的料重比[19]。黄永彤等研究指出，肉鸡饲粮中添加天蚕素抗菌肽能显著提高肉鸡的生长速度和免疫力，与中草药抗生素组相比，在平均上市体重、肉鸡出栏率、饲料转化率等方面均无显著性差异（P＞0.05），具备替代抗生素成为一类新型饲料添加剂的潜力[20]。马倩等研究结果表明，在芦花鸡日粮中添加天蚕素抗菌肽能显著提高芦花鸡生产性能（P＜0.05），同时能够促进芦花鸡体内蛋白质的合成，增加蛋白质的沉积[21]。陈晓生等在肉鸭饲料中添加天蚕素抗菌肽-AD制剂，与对照组相比，天蚕素抗菌肽对肉鸭盲肠大肠杆菌和乳酸杆菌均有显著抑制作用[22]。

3.3 反刍动物

宋丽华等选取隐形乳房炎患牛作为试验对象，在饲粮中添加不同比例的天蚕素抗菌肽制剂，试验结果显示，高剂量组患病牛痊愈率为65%；低剂量组患病牛痊愈率为77.5%；高剂量组试验前后体细胞数降低67.74%，低剂量组试验前后体细胞数降低69.53%，体细胞数是判断乳房炎轻重程度的重要手段，由此可得出患乳房炎的病牛天蚕素抗菌肽的最适添加量为50 g·d-1·头-1[23]。徐名能等为研究天蚕素抗菌肽对牛乳体细胞数的影响，在试验组日粮中添加天蚕素抗菌肽50 g·d-1·头-1，与对照组相比，日粮中添加天蚕素抗菌肽使牛乳体细胞数降低达75.86%，同时显著提高了牛乳的乳脂率（P＜0.05）[24]。Kalfa等通过体内试验发现，绵羊饲粮中添加天蚕素抗菌肽可减缓肺组织感染羊的炎症反应和细菌浓度[25]。

3.4 水产动物

王冬冬等试验结果表明，罗非鱼饲料中添加天蚕素抗菌肽能显著提高其相对增重率、特定生长率、饲料转化率和成活率（P＜0.05），其效果和添加黄霉素20mg· kg-1效果相似（P＜0.05）[26]。黄自然等在南美对虾饲料中添加天蚕素抗菌肽4mg·kg-1，结果表明，试验组对虾的生长速度和成活率均显著高于对照组（P＜0.05）[27]。王广军等在虾饲粮中添加天蚕素抗菌肽，结果也表明了虾的生长速度、日增重、饲料转化率及抗病力等方面均显著优于对照组[28]。

4 问题与前景分析

作为一类天然的小分子蛋白，天蚕素抗菌肽具有广谱抗菌性和不易产生耐药性等特点，其出现为解决抗生素应用带来的负面效应提供了新的手段，在多个领域展现出巨大的应用潜力。然而，由于天蚕素抗菌肽分子质量较小，自然界中含量较低，且分离纯化不易，化学合成成本又较高，因此无法在动物生产中大面积推广应用。近年来，国内外研究者通过基因工程技术手段来制备天蚕素抗菌肽，极大地促进了抗菌肽的开发与应用。但如何提高天蚕素抗菌肽的生产效率，降低生产成本，实现天蚕素抗菌肽廉价高效的在动物生产中的应用，还需要更多的研究工作。随着对天蚕素抗菌肽更深入地研究及生物工程技术的不断提高，天蚕素抗菌肽将会成为新型、高效、低毒、耐药的抗生素替代品，给人类带来巨大的经济效益和社会效益。

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