抗菌肽的免疫调节活性及其在动物生产中的应用

李 波 ，韩文瑜 ，宋智娟 ，李 希 ，关静姝 ，陈 勇

（1.吉林大学动物医学院，吉林长春 130012；2.北京中农颖泰生物技术有限公司，北京海淀 100193；3.中农颖泰林州生物科园有限公司，河南林州 456550）

抗菌肽（ABPs）又称抗微生物肽（AMPs）或宿主防御肽（HDPs），是生物体经诱导产生的具有广谱抗菌活性和免疫调节活性的一类小分子多肽，属于机体非特异性防御系统的固有组成部分，几乎存在于所有生命形式中（赵东红等，1999）。抗菌肽通常由12～50个氨基酸组成，相对分子质量一般在4 ku左右。研究发现，抗菌肽具有快速杀菌和广谱抗菌活性，包括抗革兰氏阳性菌、革兰氏阴性菌、多重耐药细菌、真菌、寄生虫、包膜病毒和肿瘤细胞（Hancock 和 Scott，2000），并且能通过趋化树突状细胞、单核细胞和记忆T细胞，在先天性免疫和获得性免疫反应之间起到桥梁作用，并通过启动获得性免疫系统提高机体抵抗微生物感染的能力（Oyston 等，2009；Zasloff，2004）。

1 抗菌肽的免疫调节作用

免疫调节是指免疫系统中的免疫细胞和免疫分子之间，以及与其他系统如神经内分泌系统之间的相互作用，使得免疫应答以最恰当的形式维持在最适当的水平。这种调节作用对维护机体免疫功能的稳定和动态平衡十分重要。

1.1 促进免疫细胞增殖 免疫细胞是白细胞的俗称，包括淋巴细胞和各种吞噬细胞等，也特指能识别抗原、产生特异性免疫应答的淋巴细胞等。淋巴细胞是白细胞的一种，由淋巴器官产生。淋巴细胞是机体内重要的免疫细胞，其增殖和分化是机体免疫应答过程的一个重要阶段。因此，通过对淋巴细胞的检测可以间接地反映动物机体的免疫水平。

Tani等（2000）报道，体外培养的小鼠脾细胞用人的α-防御素刺激后能增殖并可促进细胞因子干扰素 γ（IFN-γ）和白细胞介素 4（IL-4）的分泌。在对人类防御素的研究中发现，人抗菌肽LL-37能通过受体依赖机制刺激先天性免疫细胞释放细胞因子白细胞介素 1β （IL-1β）（Wan等，2011）。 另有 Risso等（1998）研究报道，Nisin 可诱导CD4和CD8细胞的产生，增强细胞免疫功能和T细胞的辅助功能。

1.2 提高宿主抗感染力 抗菌肽是非专一性免疫应答产物，当宿主感染病原菌时，体内抗菌肽的表达量会相应增加（胡云龙等，1997）。大量的转基因动物试验和早期的临床研究均表明，在由细菌和真菌引起的局部或系统感染中，抗菌肽起重要的保护作用。特异表达小肽Shiva-1a的转基因小鼠可以抵抗流产布鲁氏菌的感染；在大鼠呼吸道中大量表达源于人的cathelicidin基因，可以使其抗感染能力增强，并且有试验表明，被敲除掉cathelicidin基因的小鼠比野生型小鼠对由甲类链球菌引起的伤口感染更为敏感；在培养的细胞中大量表达防御素同样可以提高细胞抵抗细菌和病毒感染的能力 （Menendez 和 Finlay，2007；Nizet等，2001）。虽然抗菌肽的产生没有抗体那么精致的特异性机制，但是有机体也可以对不同的病原菌表达出相应的抗菌肽，例如，当果蝇受昆虫病原真菌自然感染时，体内只产生抗真菌肽。

阳离子抗菌肽在宿主天然免疫中起着非常重要的作用。在果蝇的调节基因或信号基因发生变异时可以影响许多肽类的表达，从而导致对细菌和真菌易感性的增加。Wilson等（1995）从小鼠体内分离到基质分解素，可将肠道防御素前体转化为有活性的防御素。剔除该酶基因可以阻断肠道防御素前体转化为有活性的防御素，导致小鼠对微生物的易感性提高10倍。患有特异性颗粒缺乏综合征病人缺乏α-defensins，会经常发生严重细菌感染。可见，抗菌肽在宿主抗感染方面起着很重要的作用。

1.3 调节免疫因子活性 当宿主感染外源病菌或受到创伤时，抗菌肽可促使肥大细胞的脱粒化，促使组胺的释放，导致随后的血管舒张，以释放血液中的相关免疫细胞，促使巨噬细胞及激活的淋巴细胞的凋亡，也就是指具有潜在消灭感染细胞的功能；或者通过诱导细胞释放氮氧化物合成酶来提高杀菌速度。伤口感染病菌时，抗菌肽可以通过激活纤维蛋白溶解酶原来抑制纤维蛋白凝块的溶解，从而阻止病原菌的进一步扩散，同时促进纤维原细胞的趋化、生长和淋巴细胞、血管内皮细胞的增殖，促进组织和伤口的愈合 （Hiemstra等，2004；Hancock 和 Diamond，2000）。 研究发现 αdefensins可促使大鼠腹腔肥大细胞脱粒，作为单核细胞的趋化因子（HNP1和HNP2），抑制糖皮质激素合成（HNP4）以及促进上皮细胞的有丝分裂（Oppenheim 等，2003）。 Scott等（2000）报道，抗菌肽在宿主免疫反应不同阶段表现出多种作用，能促进辅助性T细胞趋化因子的产生及辅助性T细胞的增殖。 Yang等（1999）报道，人 α-defensins在很低的浓度下对单核细胞、未分化的树突状细胞和T细胞有趋化性，而β-defensins则通过细胞因子受体对记忆T细胞和未分化的树突状细胞有趋化性。杨星剑等（2005）报道，有些防御素还具有促进未成熟树突状细胞以及T细胞的趋化的功能。

Lfcin能与人多行核白细胞作用，促进对中性粒细胞具激活作用的干扰素-8释放，增强细胞免疫反应。人的cathelicidin LL-37通过G-蛋白偶联受体对单核细胞和某些T细胞有趋化作用（Gilliet和Lande，2008）。抗菌肽还可以上调某些生长因子和生长因子受体的表达，具有潜在的调节免疫系统中枝状细胞分化的功能。微量测定试验证明，抗菌肽可以选择性地正调节30多种基因的表达。

1.4 抑制过度炎症反应 抗菌肽可以中和革兰氏阴性菌脂多糖、革兰氏阳性菌脂磷壁酸和细菌未甲基化CpG-DNA等细菌信号分子。这些信号分子可以与宿主细胞表面Toll样受体结合，启动信号级联放大和细胞因子（如TNF-α、IL-6等）正调节（Rtnaldt等，2001）。低浓度细菌信号分子可引发机体有益的炎症反应和发热，但是如果反应剧烈或持续时间延长，可以导致全身循环障碍、器官衰竭，甚至死亡。抗菌肽可抑制脂多糖与血清脂多糖结合蛋白因子结合，减少促炎细胞因子的产生，从而有效地控制由细菌产物引起的内毒素休克，防止因炎症反应过强而引起的机体损伤（Finlay 和 Hancock，2004；Hancock 和 Scott，2000a）。

抗菌肽还可抑制某些对伤口愈合有抑制作用的酶的活性（如组织蛋白酶、弗林蛋白酶），防止伤口恶化，如源于人的α-defensins、HNP-1-3。由B.anthracis产生的致命毒素（LT）是一个致病因子，具有锌依赖的金属酶活性，作用于宿主细胞中特定的MAPK蛋白激酶。HNP-1-3能在体外和体内范围内消除毒素并保护由毒素引起的死亡（Kim等，2005）。此外，抗菌肽还能阻止一些毒性物质的释放以免引起过多的组织损伤和炎症反应。

1.5 激活特异性免疫反应 抗菌肽不但是先天性免疫的效应分子，还是细胞介导的获得性免疫的效应成分，越来越多的试验证明抗菌肽可以激活、征集免疫细胞，从而在获得性免疫反应中发挥作用，若先天性免疫不足以消除感染，抗菌肽则通过信号传递途径，启动并扩大宿主的特异性免疫反应，充当先天免疫和特异性免疫之间信号传导的桥梁。例如，动物体内的defensins和cathelicidin通过与指突状树突细胞肉瘤（iDCs）和淋巴细胞受体的相互作用，从而激活特异性免疫反应（Davidson 等，2004）。

抗菌肽可以直接充当中性粒细胞、单核细胞、肥大细胞和T辅助细胞的趋化因子或刺激宿主中性粒细胞和单核细胞趋化因子的释放，使它们能快速聚集在炎症反应部位，发挥各自相应的功能并消除炎症，如源于动物的α-defensins、β-defensins和LL-37 等（Yang等，2002；Sharma 等，2000）。

2 抗菌肽在动物生产中的应用

2.1 对猪免疫功能的影响 王阿荣等 （2011）在仔猪日粮中添加天蚕素抗菌肽，研究发现，天蚕素抗菌肽能增加血清免疫球蛋白的含量，提高机体的免疫功能。张董燕等（2011）在断奶仔猪日粮中添加天蚕素抗菌肽，结果增加了干扰素γ和免疫球蛋白A（IgA）的含量。Wu等（2012）研究日粮中添加天蚕素抗菌肽对断奶仔猪大肠杆菌攻毒条件下免疫功能的影响，研究结果表明，日粮中添加100 mg/kg吉他霉素、800 mg/kg 10%硫酸粘杆菌素的抗生素组和添加400 mg/kg天蚕素抗菌肽组促炎性因子IL-1β和IL-6均极显著高于空白对照组（P＜0.01），而抗菌肽组免疫球蛋白A和免疫球蛋白G显著高于抗生素组和空白对照组（P＜0.05）。宋青龙等（2012）在断奶仔猪日粮中添加抗菌肽，结果显示，抗菌肽组猪瘟抗体水平显著高于对照组 （P＜0.05），与 100 mg/kg吉他霉素（50%）添加组水平相当。蒋桂韬（2013）试验结果显示，添加天蚕素抗菌肽的试验组猪瘟抗体阳性率和合格率均由对照组的16.67%上升到83.33%，阻断率也由28.86%提高到43.08%，这说明在仔猪日粮中添加天蚕素抗菌肽替代抗生素能在一定程度上提高仔猪的猪瘟抗体水平。

中国农业科学院兰州兽医研究所国家口蹄疫参考实验室（2012）对饲喂添加天蚕素抗菌肽的2月龄健康试验猪进行O型口蹄疫病毒攻毒试验，结果表明，不同剂量天蚕素抗菌肽拌料饲喂试验猪，均可诱导试验猪产生非特异性的T细胞免疫应答。

白光明等（2012）将融合抗菌肽MAPWA和PGBD-2与Marc-145细胞和猪繁殖与呼吸综合征病毒（PRRSV）共培养，以实时定量RT-PCR技术检测Marc-145细胞中及培养液的PRRSV含量。结果发现：PRRSV感染Marc-145细胞96 h，试验组的RT-PCR检测数量均≤1.7，而阳性对照组的RT-PCR检测数量达到3.38，试验组数值显著低于阳性对照组。说明融合抗菌肽MAPWA和PGBD-2能够显著减少PRRSV在Marc-145细胞中的复制量，证明融合抗菌肽MAPWA和PGBD-2具有明显的抗病毒效应，能显著地抑制病毒复制，减少其在靶细胞中的含量。

2.2 对家禽免疫功能的影响 李丽（2010）试验表明，日粮中添加抗菌肽Abaecin对肉鸡免疫器官指数大小影响不明显，表明抗菌肽对肉鸡免疫器官指数无不良影响。添加抗菌肽Abaecin 21 d时，添加300 mg/kg抗菌肽能使肉鸡外周血T淋巴细胞转化率升高11.11%，表明有促进体细胞免疫和增强特异性免疫应答的功能。抗菌肽添加组肉鸡血清补体C3、C4水平高于对照组。21 d添加抗菌肽的肉鸡血清IgG含量较空白对照组水平高，表明抗菌肽能够提高机体免疫力。

吕尊周（2011）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。由此可见，抗菌肽能提高蛋鸡的免疫功能。

陈红羽（2012）研究大肠杆菌攻毒状态下，日粮中添加抗菌肽对肉鸡血浆IL-6的影响，结果发现，饲喂空白日粮的肉鸡在攻毒状况下，IL-6的分泌量显著高于添加天蚕素抗菌肽组，但对免疫器官发育无显著影响。试验还发现，大肠杆菌攻毒条件下直接灌服天蚕素抗菌肽能显著降低血浆IL-6水平，脾脏组织中通过反转-PCR未检测到TLR 2A和TLR2B，发现TLR 4有表达，且抗菌肽可能会减少TLR 4的表达量，减轻炎性反应程度。

刘莉如等（2012）研究表明，在海兰褐蛋用仔公鸡日粮中添加天蚕素抗菌肽能显著提高胸腺、法氏囊和脾脏指数（P＜0.05），并能显著降低IL-6、TNF-α和INF-γ基因mRNA的相对表达水平（P＜0.05），还能显著提高IgA和IgG含量 （P＜0.05），显著提高补体 C3和溶菌酶含量 （P＜0.05）。刘莉如等（2013a、b）研究天蚕素对海兰褐仔公鸡小肠上皮内淋巴细胞数量的影响，结果表明，天蚕素抗菌肽可以增加蛋用仔公鸡十二指肠上皮内淋巴细胞数量。

2.3 对水产动物免疫功能的影响 宋理平等（2010）在凡纳滨对虾的基础饲料中添加抗菌肽，凡纳滨对虾的免疫保护率得到显著提高。柴仙琦等（2012）在凡纳滨对虾日粮中添加抗菌肽，结果显示，添加抗菌肽组的血清碱性磷酸酶（AKP）、超氧化物歧化酶（T-SOD）、谷丙转氨酶、谷草转氨酶及溶菌酶（LZM）活性均显著高于对照组，说明添加抗菌肽对血清非特异性免疫指标有提高作用。夏耘等（2012）研究饲料中添加抗菌肽对花鲈非特异性免疫功能的影响，试验结果表明，抗菌肽可提高花鲈机体血清溶菌酶活性水平，还对花鲈血清一氧化氮合成酶系统具有诱导调节作用。

林鑫等（2013）在锦鲤日粮中添加天蚕素抗菌肽，结果显示抗菌肽组锦鲤的血清过氧化氢酶（CAT）、总超氧化物歧化酶和碱性磷酸酶活性显著高于对照组，各组锦鲤的血清溶菌酶活性无显著差异（P＞0.05）。用维氏气单胞菌攻毒后，各抗菌肽添加组锦鲤的累积死亡率显著低于对照组（P＜0.05）。结果表明，饲料中添加抗菌肽可以增强锦鲤的非特异性免疫力和抗病力。

3 展望

抗菌肽是生物体应对外界病原物质侵染而产生的一系列免疫应答的反应产物，它的出现为人们寻找理想的抗菌药物提供了新的领域。随着基因工程技术的发展，通过抗菌肽基因的人工合成与表达而大量生产抗菌肽已成为现实。相信抗菌肽以其独特的作用机理及不易产生耐药性的特性必将在动物健生产中发挥重要作用。

注：因版面所限仅提供部分参考文献，如有需要，可来函索取。电子邮箱：znytlb@126.com

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