抗菌肽的生物学功能及在家禽养殖中的应用研究进展

贾会囡 王孝宗 周永利 刘剑辉 吴亚文 谭 俊 李知新*

（1．平罗县姚伏畜牧兽医工作站，宁夏 石嘴山 753000；2．平罗县动物疾病预防控制中心，宁夏 石嘴山 753000；3．宁夏回族自治区动物疾病预防控制中心，宁夏 银川 750000；4．平罗县动物卫生监督所，宁夏 石嘴山 753000）

抗菌肽（AMPs）是生物体固有免疫的重要组成部分，目前已在动植物和微生物体发现和鉴定数千种AMPs。AMPs 具有抗细菌、病毒、真菌、寄生物和免疫调节等功能，是机体防止外来菌入侵的关键屏障[1-2]。与传统抗生素相比，AMPs具有抗菌谱广、耐药性低、无残留等特性，已成为微生物学、生物医药、农学等多领域研发的热点之一，具有广泛的应用前景[3]。研究表明，畜禽日粮中添加AMPs具有提高幼畜禽成活率和生长性能，改善肠道健康及增强机体免疫力等功能[4-5]。本文重点综述AMPs的生物学功能及在家禽饲料中添加AMPs的应用效果，以期为AMPs的研发与应用提供参考。

1 AMPs的理化特性

目前，抗菌肽数据库（APD）收录3 400余种AMPs，虽然不同种类的AMPs 氨基酸组成、结构上存在不同程度的差异，但其本质上具有一些共性。AMPs 通常由12～50个氨基酸残基组成；多数AMPs为阳离子短肽，带2～9 个正电荷，其中带2～4 个正电荷的AMPs 最丰富。AMPs的抗菌作用主要是通过其表面的阳离子残基与细菌细胞膜上的阴离子的静电作用实现[6-7]。AMPs 分子质量较小，一般小于10 kD，小分子量更便于AMPs 快速扩散，激发即时防御功能；AMPs 具有α-螺旋、β-折叠或延伸、随机卷曲3 种构型，具有水脂两亲性，是决定AMPs 发挥膜溶解活性的基础[8]。此外，AMPs 热稳定性较高，对较大的离子强度或较高、较低的pH值具有较强的抗性。部分AMPs 还具有抗胃蛋白酶和胰蛋白酶水解的能力，便于AMPs在动物体内完整地发挥作用[9]。

2 AMPs的分类

2.1 按照结构分类

根据结构的不同，AMPs大致可分为多聚氨基酸、短链AMPs 和脂肽。阳离子多聚氨基酸如多聚赖氨酸、多聚精氨酸、多聚组氨酸等具有广谱的杀菌作用，又因其独特的抗菌机制和低耐药性而受到广泛关注。多聚赖氨酸可通过静电相互作用使细菌细胞膜去极化而破裂，导致细菌死亡。多聚精氨酸含有胍基，可在电离碱性环境，穿透细胞膜，溶解细胞；在酸性条件下，多聚组氨酸可与阴离子细胞外膜相互作用，发挥抗菌作用。短链AMPs是一种短于15个氨基酸的肽，通常由化学合成，具有更低的生产成本和优化潜力。大多数短链AMPs 具有正电荷和疏水性，与多带负电荷的细菌细胞膜结合产生静电亲和，且易被疏水性和整体两亲性的多肽锚定，导致细胞膜破坏。脂肽是两亲性物质，由连接在一条或多条脂链上的肽基组成，通常自组装形成一定的聚集结构，活性物质可通过脂肽以内吞形式运输到细胞内，细菌的细胞壁也会被脂肽破坏[10]。

2.2 按照来源分类

根据来源不同，AMPs 通常包括微生物AMPs、植物AMPs、动物AMPs 和其他AMPs，不同来源的AMPs 具有不同的抗菌作用。微生物AMPs可分为细菌AMPs、酵母肽、放线菌AMPs、霉菌AMPs等四大种类，其中的乳酸链球菌肽和相应的短杆菌肽等能够有效杀灭革兰氏阳性菌，放线菌AMPs 属于较重要的药源微生物类别。植物抗菌肽主要是由植物产生的一类小分子多肽，可分为植物防卫素、脂肪转移蛋白、硫堇等类别[11]。动物AMPs又可分为昆虫AMPs、哺乳动物AMPs、两栖动物AMPs、鸟类AMPs 和鱼类AMPs。昆虫AMPs 是一种分子量低、水溶性好、热稳定性强、无免疫原性、抗水解的碱性多肽，不损害宿主动物的正常细胞，但具有强大的广谱抗菌、抗癌和抗病毒能力[12]。哺乳动物AMPs分为防御素和抗菌肽，主要存在于皮肤和黏膜的中性粒细胞和上皮细胞中。两栖动物的AMPs 由5～60 个氨基酸组成，具有良好的水溶性、热稳定性和耐受蛋白酶的能力。鸟类AMPs多属于β-防御素类，在编码上与哺乳动物防御素存在显著差异。鱼类AMPs 是一种带正电荷的短链氨基酸，参与宿主的防御机制。其他AMPs如病毒AMPs，具有很强的抗微生物活性和细胞毒性作用[13]。

3 AMPs生物学功能及作用机制

3.1 抗菌功能

抗菌活性是AMPs最基本的功能。AMPs主要通过其二级结构发挥抗菌作用，主要是α 螺旋结构和β 折叠结构。肽上阳离子残基与目标膜上阴离子脂质的静电相互作用使α-AMPs 与细菌细胞膜结合，或是β-AMPs 线性丁基甘链上的疏水亚基与膜脂相互作用，从而破坏细菌细胞膜的完整性，杀灭细菌[14-15]。此外，一些AMPs通过与特定细胞内靶点的相互作用，抑制转录、翻译或其他过程，从而起到抑菌杀菌作用，如吲哚霉素和LL-37 可穿透细胞，与细胞内靶点相互作用并与DNA结合，抑制细胞分裂[16-17]。AMPs通常位于细胞膜表面，当肽浓度达到一定阈值时细菌细胞膜会被破坏。当AMPs 生理浓度低于阈值时，其他功能如免疫调节功能就被凸显出来。动物常产生多种AMPs，在大多数情况下发生协同作用。因此，尽管每种AMPs 含量可能低于活性阈值，细菌仍可被AMP混合物杀死[8]。

3.2 免疫调节作用

免疫调节活性是AMPs 的主要的生物学功能。当AMPs 在体内的质量浓度低于2 mg/L（即活性阈值）时，选择性地调节宿主免疫功能，增强机体抗微生物感染的能力[18]。AMPs的免疫调节功能主要包括：

（1）调节体内炎症水平。AMPs调节炎症的机制非常复杂，抗菌肽LL-37 可阻止核因子κB（NF-κB）亚基p65易位，活化丝裂原活化蛋白激酶（MAPK）和人磷脂酰肌醇三羟基激酶（PI3K）信号通路，选择性上调抗炎因子的表达[19]。在B 淋巴细胞、小鼠及人中性粒细胞和树突状细胞中，脂多糖（LPS）诱导的促炎因子异常表达可被LL-37降低[20]。

（2）通过诱导趋化因子分泌间接发挥作用。在较低生理浓度下，AMPs 可诱导免疫效应细胞的趋化因子产生。如人体防御素可诱导肥大细胞脱颗粒，募集中性粒细胞，从而刺激支气管上皮细胞白细胞介素-8（IL-8）产生。当生理质量浓度稍高时，AMPs 直接作为趋化因子，募集中性粒细胞到感染部位，启动免疫反应[21]。

（3）启动和调节特异性免疫。AMPs通过信号传导途径启动并扩大宿主的特异性免疫，充当信号转导桥梁。注射经皮肝穿胆道引流（PTd）和AMP HH2-CpG可使免疫球蛋白G（IgG）分泌水平增加100 倍，从而使免疫球蛋白亚型IgG2a和IgG1的抗体水平增加[22]。

（4）直接增强机体抗细菌感染能力。CR-AMP基因敲除的小鼠更有可能出现A 型链球菌感染引起的皮肤坏死，也更有可能出现泌尿系统感染[23]。

（5）通过特异性受体激活免疫细胞。如LL-37 与宿主细胞DNA 形成复合物，通过Toll 样受体9（TLR-9）信号通路激活浆细胞样DC细胞，产生干扰素-γ（IFN-γ）并激活自身免疫T细胞[24]。

3.3 屏障作用

AMPs还可通过增强上皮组织的屏障功能增强机体对病原微生物的抵抗力。如LL-37 可诱导血管内皮生长因子、角化细胞生长因子等细胞生长因子的表达，刺激肠上皮细胞的生长，保证上皮组织的完整性[25]。LL-37 还可通过与纤维肌动蛋白的相互作用，增加肺泡上皮细胞的硬度，从而增强机体对铜绿假单胞菌的防御能力。有研究表明，AMPs可与肠道微生物相互作用，调节肠道菌群结构，维持肠道内稳态，增强肠道屏障[26]。

3.4 抗其他微生物功能

AMPs具有广谱抗菌作用，能够杀死各类细菌，还可有效抑制真菌、病毒，杀灭各类寄生物、原虫等。多数AMPs发挥抗真菌活性主要通过膜渗透方式，直接与真菌细胞膜上的受体结合，干扰细胞壁合成，或进入细胞质引起线粒体耗损，最终杀死真菌[5]。AMPs发挥抗病毒功能主要通过3 种途径：竞争宿主细胞结合位点，降低病毒感染概率；阻碍基因表达，抑制病毒增殖；侵扰病毒的组装及合成过程[27]。AMPs对多种利什曼原虫、疟原虫和锥虫具有良好的抑制作用，主要通过破坏细胞膜发挥抗寄生物虫作用[28]。抗菌肽杀伤原虫的靶点在质膜，通过改变细胞内部结构和细胞器，干扰细胞新陈代谢过程[11]。

4 抗菌肽在家禽养殖中的应用

4.1 在肉鸡养殖中的应用

AMPs 可提高肉鸡的成活率，改善肉鸡的生长性能，提高屠宰性能，增强免疫力等[29-31]。Nguyen 等[32]在18 胚胎日卵内添加禽β-防御素（ABD1），结果显示，处理组和对照组雏鸡平均孵化重无显著差异，孵化后1 d，通过脐内途径进行大肠杆菌攻毒，2周后，ABD1组雏鸡的存活率（65.52%） 明显高于无添加组（38.24%），证实ABD1能够显著降低由禽致病性大肠杆菌引起的早期雏鸡死亡率，ABD1可成为控制雏鸡细菌感染的潜在抗生素替代品的重要补充。郭忠欣等[33]研究分别添加0、0.01%、0.05%、0.10% AMPs 对肉鸡生长性能、屠宰性能和免疫功能的影响，结果显示，AMPs组肉鸡的平均日增重均显著高于对照组，其中添加0.05% AMPs组肉鸡的平均日增重达68.13 g，对照组为63.84 g；0.05%、0.10% AMPs组肉鸡屠宰性能显著提高，屠宰率分别为90.27%、90.19%；0.05%和0.10% AMPs 组胸腺指数、脾脏指数、IgA、IgG、IgM 含量均显著升高，表明AMPs 可促进肉鸡免疫器官发育，可调控免疫球蛋白含量，使肉鸡的机体免疫力处于较优水平，建议添加量为0.05%。Hu 等[34]研究了猪肠道抗菌肽（SGAMP）对慢性热应激肉鸡生长性能和小肠功能的影响，结果显示，与热应激组相比，添加SGAMP组猪的平均日增重和料重比更高，小肠组织学和超微结构病变更少；热应激组肠黏膜损伤严重，绒毛断裂，上皮细胞坏死、水肿，大量黏液渗出，添加SGAMP组肠道结构相对完整，绒毛略断，上皮细胞排列整齐，少量黏液；SGAMP 组空肠绒毛高度极显著高于热应激组，增殖细胞核抗原、热休克蛋白比例更低，提示SGAMP可通过减轻热应激引起肉鸡的肠道损伤，维持肉鸡正常的肠道结构、吸收功能和黏膜免疫功能，有效抵抗慢性热应激的不良反应。Wang等[35]在肉鸡日粮中添加AMP Gal-13，结果显示，100 mg/kg 组肉鸡的体重和平均日增重显著高于未添加组，空肠和回肠绒毛长度/隐窝深度比值、谷胱甘肽过氧化物酶（GSH-Px）活性显著高于未添加组，新城疫病毒特异抗体滴度显著升高，表明日粮中添加AMP Gal-13可改善肉鸡肠道消化功能、抗氧化能力和免疫功能，最终促进肉鸡生长。

4.2 在蛋鸡养殖中的应用

AMPs可提高产蛋鸡生产性能，改善蛋品质、营养物质利用率及免疫功能等[36-39]。刘梦雪等[40]在66 周龄海兰褐蛋鸡产蛋后期中添加0、100、200、400 mg/kg AMPs，结果显示，与对照组相比，添加100、200 mg/kg AMPs组蛋鸡产蛋率提高5.72%和3.41%，添加200 mg/kg AMPs组蛋鸡的料蛋比降低了6.07%，平均蛋重增加了1.27%，蛋壳厚度、蛋壳强度提高了5.56%和8.90%；200 mg/kg AMPs 组蛋鸡的粗灰分利用率提高16.43%；100、200、400 mg/kg AMPs组总胆固醇含量降低了39.96%、35.36%和27.62%，球蛋白提高了22.52%、22.86%和25.88%，添加200 mg/kg AMPs 组碱性磷酸酶活性提高24%。结果表明，添加一定剂量抗菌肽可显著改善海兰褐蛋鸡生产性能、蛋品质及免疫功能，添加200 mg/kg效果较好。安利民等[41]研究添加0、30、60 mg/kg 细菌素（AMPs）对高温条件下海兰褐蛋鸡生产性能、脂代谢及肠道健康的影响，结果显示，添加30、60 mg/kg AMPs 组蛋鸡的产蛋率分别提高2.35%和3.04%，蛋壳强度提高12.23%和13.39%，肝脏重量提高16.47%和14.12%，空肠绒毛高度提高3.13%和3.40%，盲肠内容物大肠杆菌数量降低了9.45%和10.24%，表明日粮添加AMPs可改善蛋鸡肠道健康，降低有害微生物数量，从而提高生产性能。田丽娜等[42]研究在基础日粮中添加0、100、200 和300 mg/kg AMPs（Sublancin）对蛋鸡免疫功能的调节作用，发现与未添加组相比，添加100、200 和300 mg/kg Sublancin 组15 d、30 d 蛋鸡血清IgA、IgG 和IgM 含量均显著提高，其中发挥主要免疫作用的IgG 含量于15 d 分别提高14.84%、43.79%和44.99%，30 d时提高15.65%、44.73%和45.54%；饲喂Sublancin 后第15 d 和第30 d，各组蛋鸡的肝脏和脾脏指数均显著升高，添加200 mg/kg组肝脏指数分别增加24.82%和28.84%，添加300 mg/kg 组脾脏指数分别增加16.81%和18.92%；试验组脾脏中IFN-γ的表达显著升高，血清中白细胞介素-2（IL-2）、白细胞介素-4（IL-4）、白细胞介素-6（IL-6）含量也显著升高。张耀文等[43]研究添加0、50、100 mg/kg 天蚕素AMPs 对蛋鸡生产性能、肠道黏膜等的影响，结果显示，添加添加50、100 mg/kg组蛋鸡的料蛋比显著降低，回肠绒毛高度显著提高，表明在蛋鸡日粮中添加AMPs 可提高蛋鸡生产性能，改善回肠肠道黏膜形态。Chen 等[44]研究表明，日粮中添加AMPs 可显著提高产蛋量，降低料蛋比，并且影响蛋鸡产蛋后期盲肠微生物群落多样性和结构。

4.3 在鸭养殖中的应用

AMPs 可提高肉鸭生长性能，改善肉鸭的肠道健康，提高免疫力等[45-47]。陈晓生等[48]研究了在肉鸭基础日粮分别添加1、2、3 mL/kg AMPs制剂对其增重、血清尿素氮和总蛋白等的影响，结果显示，与对照组相比，添加不同水平AMPs 制剂均可提高平均日增重，2、3 mL/kg组增重幅度分别达3.90%和6.11%；净肉率随着AMPs 制剂添加量呈降低趋势，其中添加3 mL/kg组与对照组差异显著；添加2、3 mL/kg 组尿素氮浓度显著低于对照组，各组总蛋白含量差异不显著。陈晓生等[49]研究了在樱桃谷雏鸭基础日粮中添加不同水平AMPs 及金霉素对其肠道主要微生物菌落的影响，结果显示，与不添加组相比，添加AMPs各组显著降低了肉鸭盲肠中大肠杆菌菌落数，且效果优于金霉素组，证明AMPs 可抑杀体内有害的大肠杆菌，调节雏鸭肠道微生物菌群。余绍海[50]在白羽番鸭母雏日粮中添加天蚕素制剂AMPs，与未添加组相比，AMPs 组雏鸭成活率最高，达96.67%，显著高于未添加组；平均日增重提高了4.66%，料重比降低了3.03%；肠道大肠杆菌数降低了1.49%，乳酸杆菌数增加了6.39%，证实了AMPs 除广谱抗菌外，还可保障鸭肠道健康，促进生长。谭淑樱[51]研究发现，从鸭肠道黏膜中分离出的AMPs 体外条件下，在浓度3.55～14.20 mg/L 范围内均可刺激鸭淋巴细胞的转化增殖，从侧面证实了AMPs 可在一定条件下增强机体免疫力。

4.4 在鹌鹑养殖中的应用

AMPs可提高鹌鹑生长、生产性能，改善鹌鹑的肠道健康，提高机体免疫力等[52-53]。杜红等[54]在鹌鹑日粮中分别添加0、0.1%、0.2%、0.4%的AMPs，结果发现，在整个试验期（7～35 d），添加0.2%、0.4% AMPs组鹌鹑的平均日增重达3.63、3.74 g，显著高于未添加组；料重比分别为4.03、4.04，显著低于未添加组；血清新城疫抗体效价水平分别高于未添加组6.76%和5.83%；胸腺、脾脏指数分别为0.27、0.27 和0.08、0.09，显著高于未添加组；IL-2、INF-γ 含量为30.23%、31.01%，显著高于未添加组（20.30%、 16.67%）； 总超氧化物歧化酶（T-SOD）活性显著高于未添加组22.40%、32.62%；空肠重量显著高于未添加组15.76%和24.24%。因此，AMPs可提高鹌鹑的生长性能、免疫功能，增强抗氧化能力，促进肠道发育，且以添加0.2%AMPs 效果最佳。朱晓萍等[55]研究发现，添加50、100、200 mg/kg AMPs，鹌鹑的产蛋率分别提高0.93%、1.84%和0.85%，蛋壳厚度提高幅度分别达3.37%、4.86%和5.46%，蛋黄颜色分别提高了2.31%、12.74%和12.27%，表明添加AMPs可提高鹌鹑生产性能，改善蛋品质，建议添加量为50～100 mg/kg。张雪等[56]研究了AMPs 对鹌鹑免疫功能、肠道菌群的影响，发现添加300 mg/kg AMPs 组α1、α2、β、γ 球蛋白含量比未添加组高84.57%、13.64%、18.45%、14.41%；IgA含量显著高于未添加组68.75，IgG、IgM含量高于未添加组21.57%、0.98%；盲肠沙门氏菌显著降低1.2%，乳酸杆菌、双歧杆菌显著增高13%、0.85%；鹌鹑胸腺指数显著增加8.26%，证实添加AMPs可增强鹌鹑免疫器官发育，促进免疫球蛋白合成，调节肠道菌群，添加量为300 mg/kg时效果最为显著。李治利等[57]研究发现，在日粮中添加0.12 g/kg 蜂毒肽可显著提高血清中IgG、IgA、补体C3、IFN-γ 含量、超氧化物歧化酶（SOD） 和GSH-Px活性，表明添加蜂毒肽可增强鹌鹑的免疫功能和抗氧化功能。

5 展望

AMPs 具有良好的抗微生物活性，不易产生耐药性，可调节机体免疫性能，增强肠道健康，可以用于促进家禽生长，提高机体免疫机能，在畜禽养殖上得到广泛应用。但AMPs 的应用推广仍存在很多限制性因素，未来应从结构特征、药代动力学及免疫调节机制等方面对AMPs进行全面分析，构建合适的表达体系和改进表达策略，使用遗传和人工修饰，将AMPs的抗菌功能最大化；通过酰胺化、D-氨基酸取代等循环方法和涂层的使用，提高AMPs在体内的稳定性和安全性，获得许多低成本、高产、活性优良的重组AMPs，为AMPs的科学应用提供参考。