促生长抗生素作用机理及其替代方案的重新思考

■张显东

（诺伟司国际，上海200080）

1 饲料养殖业中抗生素的分类

业内抗生素从作用上可分为三类：促生长抗生素（AGP），治疗用抗生素和离子载体类球虫药。其中治疗用抗生素的种类最多，其使用方法和目的也明显区别于AGP，通常是在确诊致病菌之后，经过筛选敏感药物，对动物个体或群体进行的短期高剂量处理。目的在于治疗特定细菌性疾病，但这种处理对动物肠道微生态和正常功能的影响往往是巨大的，而常规使用的AGP尽管对肠道微生态也会产生一定影响，但其影响是有限的，特别是对盲肠微生物区系的影响更小（Wise等，2007；Lin等，2013）。所以，在常规养殖中，AGP可以普遍使用，而治疗用抗生素是不建议经常使用的，频繁使用容易形成对药物的依赖性和撤除药物后的二次感染，对动物的肠道健康和生产成绩都造成极大的负面影响，相信常常接触养户的饲料技术人员对这点一定深有体会。至于离子载体类球虫药，尽管多是通过饲料添加，但在欧美并不被列为促生长抗生素，而且与人类用药没有冲突，所以在世界的绝大多数区域是可以正常使用的，也是目前对抗球虫病不可缺少的武器。

2 AGP的作用机理之一——直接抑菌

关于抗生素促生长机制的研究大都在1985年以前，国内相关报道基本止步于2006年，有过多种观点和假设，包括抑制有害菌、减少微生物营养竞争、改变肠道形态、改善营养吸收利用、促进激素分泌、减少毒素生成、改变免疫状态等（Gaskins 2002,Niewold 2006），其中最主流的观点依旧认为AGP通过抑制有害菌，改善肠道健康，从而促进动物生长（Dibner等2005；佟建明，2006）。但Niewold（2007）指出，该理论有一个明显缺欠：饲料中AGP的添加剂量往往远低于MIC值（最小抑菌浓度），且长期使用必然造成环境菌群的耐药性（见图1），耐药性的普遍存在也是我们在学术研究中经常发现的问题（见图2）。然而，大量的实际应用经验表明，尽管某一种或几种AGP的耐药性明显，但实际中AGP还是会表现出一定的促生长作用，尽管促生长效果明显不如最初使用（早期抗生素的应用经验表明，其对生长成绩的改善约为5%～6%，Armstrong,2016）。对于这一现象，Matthew等（2006）的一篇文献或许可以提供一种解释，即肠道微生态的群体效应，肠道中同种类的微生物之间，以及不同种类微生物之间是有信息交流的，这些沟通是通过信号蛋白和信号蛋白受体来完成。比如，对于某一致病菌，只有在局部达到一定浓度之后，才会开启致病蛋白的表达，形成对肠道的致病性（见图3）。这或许意味着，尽管AGP在饲料中的添加量低于MIC值，但只要在一定时间和空间内形成局部的有效浓度，控制局部的微生物数量级，就可以限制有害微生物致病性的表达。尽管群体效应一定程度上解释了有关MIC值的疑问，但还是很难解释AGP耐药性问题和AGP对不同动物、不同生长阶段的普遍适用性，特别是考虑到肠道微生态复杂性和动态变化特性。

图1 养殖生产中耐药性的产生示意图

图2 致病菌耐药性情况

3 AGP的作用机理之二——抑制炎症

Niewold（2007）在对之前AGP作用机理做总结性讨论之后，除了指出AGP低于MIC值难以对微生物形成有效抑制之外，还提出了颇为新颖的观点，即AGP的作用或许并非依赖于对细菌的直接抑制，而更可能来自于其对动物肠道炎症反应发生的抑制作用。

该文献指出，抗生素分子除了被普遍关注的抑菌作用之外，还有一些生理特性被忽略掉了，比如一部分抗生素会在吞噬细胞中富集（van den Broek，1989；Labro，1998，2000），多数在胞内富积的抗生素会增强胞内的杀菌能力，抑制部分先天性免疫，并对吞噬细胞（巨噬细胞和中性多形核白细胞）有抑制作用（Dib⁃ner等，2005；Page，2006）。这部分内容在AGP的作用机制中往往没有被提及，其对宿主的作用被简化为“不被吸收”，但是考虑到工厂化养殖动物肠道上皮的通透性增大，这些小分子抗生素实际上是可以在吞噬细胞中累积的，有时可以比胞外浓度高10～100倍，这些富集在胞内的抗生素可以抑制吞噬性炎症细胞的炎症反应，引起前炎症因子水平的降低，从而控制分解代谢信号分子的产生，间接实现促生长作用。

图3 肠道微生物的群体效应

从与炎症细胞的关系来看，抗生素本质上可以分为3种：①没有富集效应；②富集但不影响细胞功能；③富集并有抑制作用。从Niewold（2007）总结的抗生素富集于抑制效果的试验结果看，对于β-酰胺类抗生素，有关对炎症反应的抑制作用和促生长效果的报道是不一致的。相对的，多肽类抗生素总体上对吞噬细胞的作用不很显著，链霉素是一个例外。对于在美国普遍使用的杆菌肽，其对于吞噬细胞的作用比较缺乏，van den Broek（1989）报道，杆菌肽对于细胞吞噬作用的抑制。而对于其他种类抗生素，其抗炎症作用与促生长作用具有非常好的相关性（见表1）。而且这些相关性似乎并非巧合，这些具有促生长作用的抗生素已被发现可以抑制炎症反应的一个或多个不同环节，如趋化因子、多种活性氧的产生、促炎症细胞因子的产生等。对于生长来说，促炎症细胞因子最为重要，它会引起机体发生急性期反应，导致全身性的分解代谢。除了肝脏的蛋白合成转向为分泌急性期反应蛋白，肌肉组织分解代谢增强之外，动物会出现严重的食欲下降（Gruys等，2006）。这种急性期反应显然是一个伴随极大生理消耗的过程（Humphrey等，2003）。因为这是个逐级放大的生理效应，所以当AGP作为炎症抑制剂发挥作用时，往往可以在动物生长表现上发现比较一致的正面效应，而很多针对肠道微生态设计的抗生素替代产品却未必表现稳定。

表1 AGP在吞噬细胞中富集，抑制炎症表达

按照以上分析，AGP的种类局限于几种抗生素并非偶然，现今常用的几种AGP在肠道的吞噬细胞中有明显的富集效应，从而抑制肠道的炎症反应，而多数治疗用抗生素却不具备这种抑制肠道炎症反应的效果。而且在动物肠道中，特别是十二指肠、空肠到回肠的部位是营养物质最主要的吸收位点，同时也是免疫系统最为活跃的区间，由于日粮中的抗营养因子、致敏蛋白、重金属、氧化脂肪以及后肠道微生物紊乱逆行带来的细菌、毒素甚至是病毒等致病因子的普遍存在，小肠中的炎症反应总是过度状态，这会极大影响营养物质的消化和吸收（Unno，2015）。AGP通过抑制炎症和调控肠道免疫，从而在局部改善肠道上皮形态，促进营养物质吸收利用，在代谢层面减轻急性期反应，减少分解代谢，这似乎是AGP作用机理的一个更好的解释。

4 有关AGP替代方案的思考

笔者在与欧洲业内专家的交流中感触到，近几年来欧洲同行越来越少提到抗生素替代产品或者方案这种说法，通过10年的行业发展和市场培育，促生长抗生素已经成为饲料营养领域的某种禁忌，被行业所淡忘。他们更多提到的是通过环境控制、生物防疫、精细管理和营养改进等综合措施实现健康养殖，这与我们的目的是一致的，尽管起步有先后。

但需要认识到，我们的无抗之路要比欧洲更加艰难，除了养殖环境、管理等方面的差距，在AGP应用方面我们也有显著的中国特色。即超量添加，原本以促生长为目的的某些AGP被数倍甚至十数倍的剂量添加用以控制预防细菌性腹泻（特别是在乳仔猪饲料中），这曾经是很多饲料企业不成文的常规操作，相信对多数配方师来说并不陌生。这些超倍剂量AGP的作用机理从逻辑上看，应该更倾向于直接的抑菌作用，而当这些AGP从饲料中被禁用后，控制细菌性腹泻的压力可想而知。

由于细菌性病原的压力，国内之前的多数方案更多关注抑菌剂（如酸化剂）的使用，但实际效果却未必总能达成所愿，通过对AGP作用机理的重新思考，在抑菌之外，宿主肠道细胞的免疫和炎症调节似乎是我们一直所忽视的。在这方面，笔者建议从去除致炎症因子和直接抑制炎症这两个角度来考虑。在去除抗营养因子方面，应用酶制剂是最常规的手段，NSP酶对日粮中非淀粉多糖的降解效果已被越来越多人所认可。而豆粕中对幼龄动物肠道具有致敏作用的大豆球蛋白和β-伴球蛋白长期以来并没有引起广泛重视，饲料科技发展到今天，市场上已经出现可针对性降解此类蛋白致敏因子的蛋白酶，这将有助于解决致炎症因子的问题。另一方面，植物精油类产品越来越受到关注，已有研究表明，特定的精油组合有助于增强肠道的特异性免疫和体液免疫，而对吞噬细胞介导的炎症反应具有抑制作用（Kermanshahi，2013），这一作用与抗生素对宿主肠道细胞的调节作用十分相似，而且精油组合有助于酸化剂等抑菌产品发挥作用，表现为抑菌方面的增效作用。所以，有理由相信，植物精油类产品将成为抗生素替代方案的必备要素。

综上所述，抗生素可能在抑菌和调节宿主肠道细胞免疫状态两个方面起到促生长作用，合理的抗生素替代方案也应该从这两方面同时考虑，兼顾微生态调控、致炎症因子去除和肠道免疫调控，而在传统的酸化剂之外，新型蛋白酶和特定的植物精油将会在减轻肠道炎症方面提供新的解决方案。