抗菌肽在断奶仔猪生产应用中的研究进展

付 强，王梦璇，喻礼怀，董 丽，李洪民

（扬州大学动物科学与技术学院，江苏扬州 225000）

抗菌肽以低耐药性、广谱抗菌性等特点成为抗生素最理想的替代品之一。抗菌肽能够应对仔猪的断奶应激、缓解腹泻症状、提高生产性能、增强免疫功能、改善肠道结构、调节肠道内菌群平衡、提高抗氧化功能等（Xu，2020）。本文旨在探讨近年来抗菌肽在断奶仔猪应用中的研究进展，以期为抗菌肽作为抗生素替代品能更好地应用于断奶仔猪的饲养过程中提供参考。

1 抗菌肽的概述

抗菌肽（AMPs)是一种天然的小分子物质，呈碱性、附带正电荷并拥有两亲性结构，大多数抗菌肽是由20～60个氨基酸残基构成的多肽（卢军霞等，2020）。抗菌肽具有良好理化特性，对多种抗原均能产生生物活性，同时还拥有激活免疫因子、调节趋化因子的能力，是免疫反应重要的组成部分（王志新等，2021；陈晨，2020；朱建等，2018）。

动植物在受到外界病原微生物刺激时会生产抗菌肽来进行防御，微生物则能频繁生产抗菌肽用于应对各种环境条件（刘秀，2016）。抗菌肽的种类繁多，可根据结构或者来源进行分类，按结构区分有α-螺旋状抗菌肽、β-折叠状抗菌肽、非结构化抗菌肽、环状抗菌肽（Tornesello，2020）；按来源区分有动物源抗菌肽、植物源抗菌肽、微生物源抗菌肽和人工合成抗菌肽。由于抗菌肽之间的来源和结构不同，所以抗菌肽的获取方式也不唯一，常用的抗菌肽获取方法有分离纯化、蛋白酶解、化学合成以及基因工程（汪吴晶等，2017）。在断奶仔猪中使用的抗菌肽主要为动物源抗菌肽和人工合成抗菌肽。较为常见的抗菌肽种类、使用方法、适宜的添加剂量及其主要使用功效见表1。

表1 不同种类抗菌肽在断奶仔猪上的应用及其主要功效

2 抗菌肽在断奶仔猪生产上的研究应用

2.1 抗菌肽对断奶仔猪生长性能的影响 研究表明，抗菌肽能够起到提高断奶仔猪生长性能的作用。李陇梅（2020）在饲粮中按1.5 g/kg的比例添加抗菌肽，断奶仔猪的采食量与平均日增重提高，料肉比降低。梁秀丽等（2020）在饲粮中添加牛源抗菌肽B-13，断奶仔猪的日增重提升，料肉比降低。抗菌肽与其他物质联合使用可以产生协同作用，更好的提高断奶仔猪的生长性能。Wei等（2020）在抗菌肽与氧化锌联合使用的试验中发现，断奶仔猪的体重增加，日增重与抗菌肽添加量呈正相关。总之，在饲料中添加抗菌肽就能使断奶仔猪的日增重和采食量提高，料肉比降低。

2.2 抗菌肽对断奶仔猪抗氧化功能的影响 研究表明，抗菌肽能够提高断奶仔猪的抗氧化功能。蒋翔（2021）在断奶仔猪的基础日粮中加入抗菌肽，仔猪血清中的超氧化物歧化酶、谷胱甘肽过氧化物酶的活性和总抗氧化能力得到提升，氧化产物丙二醛的含量降低。复合抗菌肽（猪防御素和苍蝇抗菌肽）随料喂食断奶仔猪后，仔猪组织中的超氧化物歧化酶的活性、谷胱甘肽过氧化物酶的活性、总抗氧化能力以及羟基自由基的抑制能力有所提升，氧化产物丙二醛的含量有所降低，组织中的过氧化氢酶含量有所提升（金海涛，2016）。谷娟等（2013）将复合多肽（三种生物多肽因子）随料喂食断奶仔猪后，仔猪血清中的总抗氧化能力、过氧化氢含量有所提高，一氧化氮的含量有所降低。综上，抗菌肽可以提高断奶仔猪的抗氧化功能，减少活性氧自由基及其产物的生成，降低仔猪受到的氧化伤害，保护仔猪健康。

2.3 抗菌肽对断奶仔猪免疫功能的影响 抗菌肽是宿主防御系统重要的组成部分，在仔猪应对外界病原微生物侵害时能起到重要的作用。按照0.6 mg/kg的比例对腹泻仔猪进行腹腔注射金环蛇抗菌肽（C-BF)，仔猪血清中细胞因子IL-6、IL-8、IL-10、TNF-α、TGF-β的浓度降低，免疫球蛋白IgA的浓度提高（Feng等，2020）。唐志如等（2015）按10 mg/kg的比例在感染猪传染性腹泻的断奶仔猪日粮中添加蟾蜍素buforinⅡ（BF)，仔猪采食后血清中免疫球蛋白IgA、IgM、IgG的浓度降低，空肠黏膜上的分泌型免疫球蛋白sIgA的浓度也降低。抗菌肽对免疫功能的影响除改变细胞因子浓度以外还通过改善肠道黏膜屏障来表现，在四大黏膜屏障中抗菌肽对物理屏障和生物屏障的作用更显著。当断奶仔猪肠道发生炎症反应时，Hu等（2020）按0.6 mg/kg的比例对腹泻的断奶仔猪进行腹腔注射工程菌肽KR-32，断奶仔猪的肠道炎症反应减轻，肠黏膜屏障功能增强，腹泻状况改善；宦海林等（2015）在断奶仔猪饲粮中添加天蚕素抗菌肽（CAD），仔猪紧密连接蛋白中的Claudin蛋白、Occludin蛋白、ZO蛋白的表达量提高。抗菌肽通过改变肠道内菌群的结构来影响仔猪的生物屏障，陈张华等（2017）将复合抗菌肽（猪防御素和海鞘抗菌肽）随料喂食断奶仔猪后，仔猪肠道内大肠杆菌数量被抑制，乳酸杆菌的数量提升；在日粮中添加人工抗菌肽WK3能够改善断奶仔猪的肠道结构并有效的保护肠道益生菌（Zhang，2021）。综上，抗菌肽能通过调节血清及组织中免疫因子的分泌，改善肠屏障功能对断奶仔猪免疫功能产生影响。

3 抗菌肽的作用机理

3.1 抗菌肽调节断奶仔猪生长性能的机制 断奶仔猪消化道的pH是影响胃肠道功能的重要因素，消化系统的生理功能只有在适宜的pH下才可以正常发挥作用。严欣茹等（2020）发现消化道内的部分酶需要极低的pH环境才能发挥最大作用，如胃蛋白酶、脂肪酶、淀粉酶。陈张华等（2017）和肖发沂等（2019）发现抗菌肽可以发挥类似酸化剂的作用，断奶仔猪在进食抗菌肽后，消化道的pH有所降低。消化酶的活性随消化道pH的降低而升高，糖类、脂类、蛋白质等营养物质的消化利用率提高，仔猪的生长性能因此得到改善。

在仔猪肠道内，肠道的绒隐比能直接反映肠道的发育程度，肠道绒毛的高度与肠道隐窝的深度能直接影响肠道对营养物质的消化吸收能力，肠道绒毛高度越高，营养物质与肠道绒毛的接触的量就越多，吸收效率也越高（Caspary，1992）。梁秀丽等（2020）和李平等（2019）发现断奶仔猪采食抗菌肽后，肠道内隐窝深度降低，绒毛高度升高，肠道绒毛的密度和完整度得到提升。肠道结构的改善，使营养物质在仔猪肠道内消化吸收的效率提高，生长性能进而得到提高。

抗菌肽的本质是一种由氨基酸组成的多肽小分子，所以经过酶水解之后成为小分子的氨基酸和寡肽可以直接被肠道吸收利用，在饲粮中添加抗菌肽可以提高饲料的蛋白质水平以及氨基酸丰富度，富含氨基酸残基的抗菌肽经酶水解后可在一定程度上满足断奶仔猪对必需氨基酸与限制性氨基酸的需求（Wang等，2015）。Recktenwald等（2014）和吴信生等（2001）发现断奶仔猪的生长性能与其代谢效率相关，在进食后血清中的碱性磷酸酶和谷丙转氨酶活性以及尿素氮含量都可以反映仔猪对蛋白质的代谢效率。宦海林等（2015）和卢俊鑫等（2014）发现断奶仔猪采食额外添加抗菌肽的饲料后，血清中谷丙转氨酶和碱性磷酸酶活性提升。在仔猪饲粮中添加抗菌肽增高了饲粮蛋白质的水平，仔猪采食后消化吸收了更多的蛋白质，生长性能得到提升。

综上所述，抗菌肽可以通过降低仔猪肠道的pH、提高仔猪体内各种酶的活性、改善仔猪饲粮的蛋白水平、改善肠道的形态结构来达到促进断奶仔猪生长性能的目的。

3.2 抗菌肽提高断奶仔猪抗氧化功能的机制活性氧自由基的产物在机体内不断产生，机体在一定水平下可以清除活性氧自由基的产物，其产生与清除在正常的生理状态下处于一种动态平衡，当这种平衡被打破，过量的活性氧自由基会堆积对机体产生损伤，这种情况就属于氧化应激状损伤（云博等，2018）。抗氧化的过程是通过各种方式来减少机体内异常增多的活性氧自由基及氧化产物。抗菌肽在分解后，多种氨基酸被释放，所有氨基酸都能起到直接或者间接的抗氧化作用（Taylor等，1980），其中与抗氧化关系最为密切的是疏水性氨基酸和芳香环氨基酸（Cheison等，2007），疏水性氨基酸可以促进抗氧化肽与自由基物质相互作用。相比于酸性氨基酸和碱性氨基酸，中性氨基酸清除超氧自由基的能力最强，尤其是蛋氨酸、胱氨酸、半胱氨酸和谷胱甘肽，其中谷胱甘肽在非酶类抗氧化系统中扮演抗氧化剂的角色（Atmaca，2004）。在氧化应激状态下，谷胱甘肽的氧化还原平衡被打破，仔猪在采食抗菌肽后，水解得到的氨基酸可促进谷胱甘肽的合成来恢复被打破的氧化还原平衡。

总之，抗菌肽可通过提供抗氧化相关的氨基酸或促进谷胱甘肽的合成来提高断奶仔猪的抗氧化能力。

3.3 抗菌肽影响断奶仔猪免疫功能的机制NF-κB信号通路是免疫反应的核心通路，多种免疫相关的炎性因子和免疫球蛋白都经过此通路进行生产。在断奶仔猪被病原微生物入侵时，NF-κB信号通路上游的Toll样蛋白受体识别各种病原微生物配体后，经一系列的信号传递激活NF-κB信号通路，细胞开始合成各种免疫因子包括抗菌肽来参与炎症反应。抗菌肽buforinⅡ可以在断仔猪腹泻时降低NF-κB信号通路上游的TLR2蛋白受体的相对表达丰度；猪抗菌肽PR-39可以通过26S蛋白酶体来抑制NF-κB信号通路中IκBα蛋白的降解；猪乳铁蛋白肽可以抑制NF-κB信号通路上游MyD88蛋白的表达，受其影响MyD88/NF-κB和MyD88/MAPK信号通路被抑制，炎症反应被阻止（唐志如等，2015；Zong等，2015；Bao等，2001）。抗菌肽通过影响NF-κB信号通路中的特定蛋白，从而影响整个NF-κB信号通路，达到影响仔猪免疫功能和炎症反应的作用。因为NF-κB信号通路的产物中包括抗菌肽，所以抗菌肽的表达水平也会被用来检测免疫信号通路的活动水平（Hanson等，2020）。

肠道黏膜屏障是断奶仔猪抵御病原微生物入侵的第一道防线，主要由四部分组成，具体定义可在物理、化学、免疫以及微生物四个方面进行区分（牛鹏飞等，2020）。其中抗菌肽在生物屏障方面的作用最为明显，其拥有独特的灭菌机制，即通过对细菌进行膜穿孔后进入内部作用（康媛媛等，2021）。杜新府等（2020）发现抗菌肽在进行膜穿孔之前需要通过静电作用附着在细菌表面，大多数抗菌肽拥有能释放正电的阳离子电荷，而革兰氏菌的脂多糖和磷壁酸均能释放负电荷，所以在断奶仔猪的肠道内致病菌和益生菌的数量均会被抗菌肽抑制。断奶仔猪在采食抗菌肽时会使其肠道内的pH降低，酸性环境并不利于致病菌的生存，基于此益生菌的数量逐步增多（牛鹏飞等，2020）。断奶仔猪在使用抗菌肽后革兰氏菌的总体数量降低，肠道内的定植位点数量增加，偏酸的环境会导致乳酸杆菌、双歧杆菌等益生菌有更大的竞争优势。李延（2015）发现仔猪在采食含有重组菌丝霉素抗菌肽PPle后肠道内双歧杆菌的数量增加；在采食含有混合抗菌肽（猪防御素和苍蝇抗菌肽）后肠道内双歧杆菌和乳酸杆菌的数量增加，大肠杆菌的数量降低。总之，抗菌肽从NF-κB信号通路和肠屏障功能两个方面来影响断奶仔猪的免疫功能。

4 小结与展望

抗菌肽在断奶仔猪生产实践中的使用方式多种多样，这是源于抗菌肽的安全性很高，对断奶仔猪的生长性能、抗氧化功能、免疫功能等方面均能起到积极的影响，是抗生素理想的替代品之一。但是抗菌肽在生产实践中也存在一定问题需要改进。抗菌肽作为替抗产品用于断奶仔猪生产实践中的种类并不多，大部分还是人工合成的抗菌肽，之后需要开发利用更多种类的抗菌肽替代抗生素在断奶仔猪领域进行使用；抗菌肽在分子层面的研究也相对较少，还需要进一步探究抗菌肽的作用机理；抗菌肽的保存和获取成本高效率低，需要研究高效低成本的方法来获取抗菌肽并延长抗菌肽的存活时间。