抗菌肽在水产养殖中的应用研究进展

■陈奕彬 胡 娟 杨宪宽 刘丽杰 赵会宏

（华南农业大学动物科学学院，广东广州 510642）

抗生素引发的耐药性、药物残留以及水体生态系统破坏的问题日益突出，耐药性细菌的增加和世界范围内抗生素生长促进剂的禁止，迫使人们寻求新的方法对抗致病菌和促进动物生长。目前，水产养殖业迅速发展，养殖动物数量的增加以及密度的增大必然要求寻找高效的疾病防治药物，食品安全和环境保护迫切需要高效无毒无残留药物的使用。抗菌肽作为一种新型高效抗菌药物，能解决抗生素应用存在的问题，充分发挥药物的优势。已有诸多研究表明，抗菌肽作为一种饲料添加剂或者药物能够提高动物的生长性能、免疫能力、改善肠道菌群以及提高抗病力。多数文献主要从生长、血清中相关酶指标综述抗菌肽对水产动物生长的影响，并未从分子水平上进行总结，本文在此基础上进一步总结抗菌肽在基因水平上对水产动物免疫力影响的最新研究，以及对起抵抗作用的水产常见病原体种类进行综述，为抗菌肽在水产养殖中的进一步应用提供全面的理论基础。

1 抗菌肽的定义与分类

抗菌肽存在于大部分生物体内，从低级的细菌到高级的动植物，是自身免疫系统的主要组分。抗菌肽能够抵抗大多数微生物，包括细菌、真菌、病毒和寄生虫；同时，它对寄主细胞无毒或者少毒，并能消除机体突变细胞的小分子多肽。抗菌肽常带正电荷，相对分子质量小，大约4 kD，水溶性较好，且有热稳定性。抗菌肽分子是由较大的前体分子经过加工修饰而来的，包括蛋白酶水解、羧基端酰胺化、糖基化、以及卤化和环化等过程。

至目前为止，抗菌肽数据库(http：//aps.unmc.edu/AP/main.php) 已报道有2 000多种不同抗菌肽被发现，来源广泛，包括动物、植物、细菌、真菌和病毒。抗菌肽最初是根据来源进行分类的，可分为哺乳动物抗菌肽、抗虫抗菌肽、两栖类抗菌肽、微生物抗菌肽以及植物抗菌肽等，后来，抗菌肽被发现的种类越来越多，其分类方法也增加。根据所带的电荷不同，分为阴离子抗菌肽和阳离子抗菌肽；根据作用对象的不同，分为抗细菌肽、抗病毒肽、抗真菌肽、抗肿瘤肽以及一些兼性类型；根据结构与功能的不同，分为杀菌肽类（cecropins）、防御素（defensins）、蜂毒素（melittin）以及蛙皮素（magainin）。微生物、植物、动物抗菌肽又可被分为不同种类。

2 结构特点与作用机制

抗菌肽多是由13～45个氨基酸组成的短肽，目前文献报道其最高只有二级结构，而没有三级结构。不同来源抗菌肽的氨基酸序列具有以下相同特点：N端由碱性氨基酸组成；C端酰胺化；大多数抗菌肽在第二位为色氨酸，这对杀菌有重要作用。从二级结构水平上看，抗菌肽分子有α-helix、βsheet、s-s-bridge以及无规则结构等几种类型。

抗菌肽的作用机制与结构密切联系。关于抗菌肽的作用机制，目前尚未完全清楚，也未达成统一的观点。目前认可的机制是细胞膜损伤机理：抗菌肽与细胞膜作用，使膜蛋白失活，破坏膜的完整性，细胞内容物流出，导致细胞死亡，抗菌肽对膜的破坏，原因可能是带正电荷的抗菌肽和细菌细胞表面的脂多糖相互作用，竞争性取代其表面二价阳离子；除此之外，还存在多种假说，包括形成膜电势依赖性通道、抑制细胞呼吸作用、抑制细胞壁合成、作用宿主细胞，激活免疫功能等诸多机制。在不同的作用对象中，也存在不同的机制假说。抗菌肽的作用机制最终是由其结构决定的，尤其与二级结构有密切关系。

3 抗菌肽在水产养殖中的应用研究

3.1 提高生长性能

诸多研究表明，无论在畜禽还是水产动物，一定剂量的抗菌肽能提高养殖动物的生长性能，表现在显著提高养殖动物的平均增重率，降低饵料系数以及影响其耗料量，但其需求量因不同动物和不同种类的抗菌肽而异。添加5～10 mg/kg的重组中国明对虾抗菌肽可显著提高罗非鱼的生长率，5 mg/kg显著提高特定生长率。天蚕素抗菌肽添加量为100 mg/kg，全期保证罗非鱼增重显著高于喹烯酮和喹乙醇组；添加量为150 mg/kg，锦鲤末重和特定生长率显著高于对照组；添加量为150 mg/kg，湘云鲫的末均重、增重率、肥满度以及特定生长率均显著高于对照组，增重率提高37.4%。对团头鲂的研究表明，在饲料中添加0.2%的抗菌肽能降低饵料系数，0.4%的抗菌肽能提高其日增重。关于凡纳滨对虾的研究表明，300 mg/kg的柞蚕抗菌肽添加量能显著提高对虾增重率和降低饵料系数。

对于抗菌肽能够提高养殖动物生长性能的原因，目前一些学者的解释是：抗菌肽能够改善胃肠黏膜的形态结构，调节肠道免疫功能，并杀灭肠道有害微生物，保证胃肠黏膜结构和功能的完整性，提高动物对饲料的消化吸收而起促生长作用。

3.2 增强机体的抗氧化、免疫功能

抗菌肽对水产动物抗氧化能力的调节主要是通过提高相关抗氧化酶的活性，清除体内活性氧自由基，在免疫功能的调节上，不仅能改变免疫器官指数，增强免疫相关酶活性，而且能提高免疫细胞活性，增强免疫细胞的吞噬能力和免疫因子的表达。2 000～5 000 mg/kg的家蝇抗菌肽添加量能显著提高凡纳滨对虾血细胞数量，3 000 mg/kg组显著提高血细胞的吞噬率；河蟹日粮中添加0.4%的抗菌肽能显著提高肝脏、肌肉中的超氧化物歧化酶(SOD)活性和总抗氧化能力水平，显著降低血清球蛋白、谷丙转氨酶（ALT）活性及肝脏、性腺和肌肉中丙二醛（MDA）的浓度；在基础日粮中添加300 mg/kg的抗菌肽，花鲈在20 d时，肝胰脏、头肾、鳃的超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)以及血清的溶菌酶（LSZ）、一氧化氮合酶(NOS)活力水平显著高于对照组，60 d时，肝胰脏CAT的活性显著高于对照组；225 mg/kg的天蚕素抗菌肽能显著提高锦鲤血清过氧化氢酶(CAT)、碱性磷酸酶(AKP)和总超氧化物歧化酶(T-SOD)活性；0.2%抗菌肽组团头鲂血清的溶菌酶活性，补体C3、C4的水平以及0.4%组的溶菌酶活性、总抗氧化能力以及总蛋白都高于对照组。

近几年研究者越来越多从分子的水平研究抗菌肽对水产动物免疫相关基因表达的影响，抗菌肽通过激活机体免疫系统，使免疫系统发生一系列的变化，表现在激活信号通道、转录因子和相关受体蛋白，增强非特异性免疫因子的表达，包括促炎因子、趋化因子、细胞溶素（溶菌酶）、抗炎因子等。这些非特异性免疫反应协调作用，增强机体的免疫力，抑制或清除病菌的感染，对机体起重要的保护作用（见表1）。

表1 抗菌肽对鱼类免疫相关基因表达的影响

3.3 增强机体的抗病菌作用

研究表明，抗菌肽能够对多种常见的水产动物病原体起到很好的抵抗作用（见表2）。抗菌肽能够直接作用于目标病原细胞，通过破坏细胞膜和改变膜结构，进入细胞质，并降解细胞DNA，也可以诱导相关蛋白的表达，形成蛋白交互网络，稳固宿主细胞的骨架，增强对病原体的抵抗；抗菌肽也通过增强机体的免疫力对水产动物病原体起到间接的抑制或杀灭作用。体内、体外抑菌实验研究表明，抗菌肽对多种革兰氏阳性/阴性菌、真菌、病毒起到很好的抑制作用，显著降低病原体数量，提高水产动物的成活率。

4 展望

抗菌肽作为一种新的生物制剂，具有广谱抗细菌、抗病毒、抗真菌和抗肿瘤活性，无残留，不污染环境，来源广泛等优点，在动物生长以及疾病防治上有很大的发展潜力。抗菌肽在养殖业上作为饲料添加剂或者新型药物已经在动物生产上取得了良好的效果，在水产养殖业上，已禁用多种抗菌药物，因此抗菌肽有望成为一种促进动物生长和疾病防治的新型药物。目前，抗菌肽在水产养殖上的应用，除了用于提高动物的生长性能，增强免疫力和提高机体的抗病菌作用外，还用于水产动物食品的保鲜和饲料的防腐。

表2 抗菌肽抵抗的水产常见病原体种类

目前，抗菌肽的作用机制尚未完全研究清楚，很多抗菌肽作用机制的解释建立在模型的研究上；其次，抗菌肽在生物体内的含量低微，提取的成本高、工艺复杂、一些合成的肽容易被蛋白酶降解，通过基因工程生产以及人工合成的抗菌肽，其安全性尚未作出全面的研究和评价；抗菌肽在水产养殖方面需要进一步深入、全面研究，深入研究高效、针对性强的抗菌肽种类。因此，抗菌肽在未来的应用上要重点解决上述问题，使其更好地推广。

随着基因工程技术的发展，越来越多的抗菌肽将通过基因工程手段进行生产，以解决其来源短缺的问题，甚至目前已有部分外源抗菌肽基因被植入生物体内进行表达，使其对生物体产生作用，如果此项转基因技术通过安全评估，将会从根本上解决抗菌肽的需求问题。未来，抗菌肽被发现和人工设计的种类将会越多，其应用的范围将会越广，在养殖业上，不仅能提高动物的抗病性，而且能增强动物的生长性能，同时不产生任何的药物残留，将成为一种动物生产的绿色药物和饲料添加剂。

（参考文献46篇，刊略，需者可函索）