抗菌肽调节动物肠道健康研究进展

宋志恒， 刘扬科，2， 李洪宇，2， 文开新，2， 郭柑彤

（1.中农颖泰林州生物科园有限公司，河南 林州 456550；2.农业农村部饲用抗生素替代技术重点实验室，河南 林州 456550）

动物对营养物质的消化吸收主要是在肠道内完成的，日粮中的葡萄糖、氨基酸、脂肪酸和甘油等被肠道消化吸收，与机体进行营养交换，同时肠道还发挥着重要的免疫屏障功能， 这对维持动物机体健康和稳态至关重要。 动物的肠道屏障由物理、化学、微生物和免疫屏障构成。 肠道黏膜上皮细胞和细胞间的紧密连接蛋白构成肠道的物理屏障， 可有效抵御有害物质通过肠道对机体造成侵害。 肠道紧密连接蛋白的主要功能是调节动物肠道上皮细胞的通透性和紧密连接的形成、维持、加强， 其分布和表达能够间接反映肠道的屏障功能（Bennett 等，2014）。 化学屏障主要是由胃肠道分泌的胃酸、溶菌酶、糖蛋白和黏多糖等组成，具有稀释毒素，抑制病原菌在肠道内增殖的作用（Linden 等，2008）。 肠道免疫屏障主要由淋巴细胞、分泌型IgA、黏蛋白2（MUC2）等免疫相关物质所构成， 分泌型IgA 是胃肠道和黏膜表面的主要免疫球蛋白， 能够抵御各种内源共生菌及外源病原体的入侵；黏蛋白2（MUC2）参与传递免疫调节信号来限制肠道抗原的免疫原性， 保护肠上皮细胞免受病原侵袭，增强肠道稳态。肠道微生物屏障是肠道共生菌通过竞争肠黏膜上的黏附、 分泌乳酸和短链脂肪酸、 增加黏液分泌来抑制致病菌的定植和生长（孙永波等，2017）。 肠道的形态结构、通透性、免疫功能、微生物群落以及紧密连接蛋白的表达等均能从一定程度上反映肠道的健康程度。

1 影响肠道健康的因素

1.1 应激因素 动物无时无刻都在经受着各种各样应激因素的影响，适度的应激是有利的，但是超过动物承受范围的应激， 就会导致机体出现应激反应。有研究发现，慢性热应激会破坏机体能量代谢，下调胰岛素样生长因子1（IGF-I）和生长激素受体（GHR）mRNA 的表达，引起肠道发生氧化损伤， 导致小肠绒毛发育受损（Cui 等，2015；Del Vesco 等，2014）。 热应激还会降低肠道黏膜免疫功能，导致有害菌数量增加，有益菌数量减少，破坏肠道菌群平衡， 沙门氏菌等有害菌更易突破肠道黏膜屏障，引发炎症（李永洙等，2015）。 Morales等（2016）研究发现，热应激会导致育肥猪肠道上皮组织的完整性受损， 肠道内源精氨酸和苏氨酸的流失。 热应激还会破坏肠道黏膜上皮细胞紧密连接蛋白，导致对管腔内毒素的通透性增加（Zuhl等，2014）。 断奶应激是影响仔猪肠道健康的主要因素，仔猪由于消化系统发育还不够完善，采食量和饲料利用率较低， 断奶后仔猪容易出现消化不良和腹泻的症状，而且由于仔猪免疫力低，自身抵抗力差，对外界刺激敏感，更易受各种病原菌的入侵和各种应激因素的影响。 Xiong 等（2015）和Wu等（2017）研究发现，仔猪在断奶后，肠道绒毛高度、消化酶活性及肠黏膜的相对重量均显著降低，而且随着肠绒毛萎缩和隐窝增生， 会进一步损害仔猪的消化吸收功能和生长性能。Wang 等（2016）研究发现，仔猪断奶后，空肠和回肠中上皮细胞钙黏蛋白（E-cadherin）和紧密连接蛋白（Occludin）mRNA 及Occludin 和ZO-1 紧密连接蛋白丰度降低，表明断奶应激损伤了仔猪肠道屏障功能。应激会导致动物肠道屏障功能受损， 同时会进一步激活与肠道功能相关的信号通路， 造成肠道功能的继发性损伤和功能紊乱， 给动物肠道健康带来巨大的负面影响。

1.2 营养因素 日粮在提供营养的同时也在影响着动物肠道健康， 尤其是幼龄动物更易受日粮的影响，饲料的组成成分、加工工艺、消化率和饲喂方式都有可能影响肠道生态系统的稳定。 有研究发现，当日粮营养水平降低时，蛋鸡空肠的绒毛高度、绒隐比和肠道菌群多样性均显著下降（刘攀等，2019）。 通过调整低蛋白质日粮氨基酸平衡可以提高肠道绒毛高度增加隐窝深度， 改善肠道的消化吸收功能， 说明蛋白质摄入不足导致肠道发育受损可能是由于氨基酸不平衡所引起的（张丽明，2017）。 但是过高的蛋白质水平会导致动物机体消化不完全， 未消化蛋白会进入肠道发酵产生对宿主不利的产物，导致致病菌数量增加，肠道完整性被破坏。 奚雨萌等（2019）研究报道，与16%蛋白质水平组相比，22%蛋白质水平组雏鹅肠道中肠球菌属、 变形杆菌属等有害菌群丰度显著增高。官丽辉等（2017）研究发现，日粮中添加16.5%蛋白质，乌骨肉鸡十二指肠、空肠重显著高于日粮中添加15.5%、16%、17.0%和20.7%蛋白质，且从降低肠道菌群、 提高法氏囊指数和改善肠道pH等方面来看， 日粮中添加16.5%蛋白质同样比添加15.5%、16%、17.0%和20.7%蛋白质效果要好，这些结果表明在日粮中添加适宜的蛋白质水平对于改善乌骨肉鸡肠道形态以及维持肠道菌群平衡非常重要。 大量摄入动物蛋白、饱和脂肪、糖和盐还会刺激病原菌的生长，损害有益菌，导致肠道营养不良。 而摄入植物蛋白如豌豆蛋白可以增加肠道内双歧杆菌和乳酸杆菌的丰度， 减少产气荚膜梭菌的数量， 其中多酚和微量营养素可能也具有调节肠道菌群的能力（Rinninella 等，2019）。

韩俊英（2018）研究发现，6000 ～15000 IU/kg的维生素A 可以提高肉鸡小肠中胰蛋白酶、糜蛋白酶、淀粉酶以及脂肪酶的活性，并提高小肠绒毛高度和绒隐比，而较低剂量（3000 IU/kg）和较高剂量（30000 IU/kg 和45000 IU/kg）的维生素A 会降低小肠消化酶活性，抑制绒毛发育。微量元素在生产上作为营养性添加剂额外补充， 适量的添加有利于维持动物肠道健康， 但过度添加也会引起负面效应。陈娜娜等（2017）研究报道，日粮中添加70、140 mg/kg 蛋氨酸锌会显著提高蛋鸡肠道绒毛高度和绒隐比，增加有益菌数量，改善肠道菌群组成，而日粮中添加1400 mg/kg 蛋氨酸锌则会出现相反的效果，损伤肠道。膳食纤维对于预防动物肠道疾病和改善肠道健康是有利的， 但是不同来源的纤维对仔猪肠道消化酶的活性、 生产性能和腹泻率也会有不同程度的影响（Chen 等，2015）。 胰高血糖素样肽2 （GLP-2）、 胰岛素样生长因子1（IGF-1）是调节动物胃肠道完整性和功能的重要因子，高直链淀粉/支链淀粉比率的豌豆淀粉可以通过升高空肠和回肠中GLP-2、IGF-1 的mRNA水平促进断奶仔猪胃肠道的发育， 而木薯淀粉与豌豆淀粉相比却显著降低了空肠和回肠中GLP-2、IGF-1 的mRNA 水平，说明不同来源淀粉对胃肠道发育的影响也会有较大的差异 （Han 等，2012）。 日粮中的脂肪来源不同也会对大肠杆菌（E.coli）攻毒仔猪的生长、代谢及肠道菌群平衡产生影响，椰子油、鱼油、猪油均能增加仔猪空肠绒毛高度、绒隐比及黏膜厚度，改善肠道菌群结构，但从结果来看， 椰子油比鱼油和猪油具有更好的效果；且相对于10%猪油，椰子油和鱼油有降低肠道相关炎症因子表达的趋势（刘忠臣，2011）。

综上， 营养成分的来源和添加量是影响动物肠道健康的重要因素， 即使没有病原微生物、毒素、抗原因子等，也可能会导致动物肠道消化吸收功能不良和腹泻。

1.3 肠道菌群因素 动物肠道内大约有1×1014个菌群， 肠道菌群的组成能影响宿主肠道免疫功能和新陈代谢， 有益菌与致病菌之间的动态平衡对于维持肠道的健康稳定起着重要作用。 沙门氏菌、大肠杆菌、产气荚膜梭菌等都可以引起畜禽卡他性和坏死性肠炎， 细菌感染造成的肠道损伤会导致畜禽疾病发生率和死亡率大幅上升。 菌群失衡引起的腹泻和肠炎多表现为菌群多样性降低，专性厌氧菌数量减少，兼性厌氧菌丰度增加。患有溃疡性结肠炎会引起肠道菌群失调， 条件性致病菌的数量增加，生理性优势菌群丰度降低，从而激活肠道炎症反应及免疫应答的紊乱 （邹艳等，2017）。 由肠粘连和肿瘤等引起的肠梗阻会引起肠道屏障功能受损、 菌群失衡紊乱又会加重肠道屏障功能的损伤 （莫佳丽等，2020）。 米海峰等（2015）和孙敬锋等（2016）研究发现，当环境和饵料等外界条件发生改变时， 可能会导致鱼类出现应激反应，条件致病菌增多，菌群失调，危害鱼类健康。 肠道菌群失衡是诱发很多疾病的病因，机体在健康状态下， 肠道菌群中有益菌和致病菌相互制衡；一旦肠道内环境发生变化时，致病菌数量激增，就会导致肠道菌群移位和失衡，从而诱发疾病或者加重病情。

1.4 其他因素 由于胃肠道与外界环境相通，与各种潜在有害物质、病原等直接接触，导致感染疾病的风险增加。 饲料中的霉菌毒素和生物胺会引起畜禽急性中毒， 导致肠道上皮出血、 坏死和炎症，严重刺激和损坏肠道黏膜，导致肠道免疫屏障功能减退，大大增加其他病原菌入侵肠道的机会，继而引发肠道疾病及感染其他疾病。 日粮中存在的抗营养因子会导致肠道的过敏反应， 同时也会影响消化酶活性， 降低营养消化率及饲料转化效率， 影响肠道对营养物质的消化和吸收及动物的生长发育和生产性能（李德发，2019）。肠道寄生虫会在肠道不同部位定植并繁殖， 破坏肠道黏膜和肠绒毛结构， 导致肠道对养分和水分的吸收能力下降，出现腹泻。球虫在肠道上皮细胞内寄生并大量繁殖， 破坏肠道上皮细胞导致肠道黏膜增厚坏死（辜新贵等，2010）；绦虫会阻塞肠道，与宿主竞争营养物质，代谢出大量有害物质刺激肠道，诱发肠炎（王新爱，2010）。呼肠孤病毒、腺病毒、轮状病毒和冠状病毒等感染会引起动物肠道炎症出血、甚至死亡（Zhang 等，2019；Bouwman 等，2019）。 各种诱发肠道疾病的因素相互作用， 会加剧病害程度， 同时引发其他一些疾病， 对动物健康危害巨大。

2 抗菌肽对动物肠道健康的影响

2.1 抗菌肽对动物肠道炎症损伤的影响 Yu 等（2017）研究发现，肠杆菌肽和人工合成抗菌肽能够降低断奶仔猪血清、 肠道中炎症因子肿瘤坏死因子α（TNF-α）、白细胞介素1β（IL-1β）和白细胞介素6（IL-6）的含量。 冀凤杰等（2021）研究发现，在断奶仔猪饲料中添加抗菌肽，可修复断奶应激造成的肠道损伤，增加肠道绒毛长度，提高肠道屏障功能。猪源肠道抗菌肽可减轻肉鸡肠道损伤，保护肉鸡在热应激下正常的肠道结构， 增强肠道吸收功能（Hu 等，2017）。 在断奶仔猪日粮中添加0.4%的抗菌肽CAP 还可以缓解由呕吐毒素导致的氧化损伤， 降低血清过氧化氢和血浆丙二醛水平。 此外，翟少伟等（2016）、王自蕊等（2014）、Lin等（2015）均有研究报道，饲料中添加适量天蚕素可以提高鱼肠道抗氧化能力及非特异免疫性能。表明抗菌肽能够通过调节免疫， 增强肠道屏障功能， 提高抗氧化酶活性等缓解应激导致的肠道功能紊乱，减轻肠道的炎症损伤。

2.2 抗菌肽对动物肠道菌群的影响 抗菌肽的一个重要功能是建立宿主-微生物体内平衡，菌群在动物肠道内经过长期进化形成一种竞争性排斥的关系，抗菌肽能显著降低肠道有害菌数量，为肠道有益菌的生长创造有利环境， 改善肠道菌群结构， 维持肠道微生态环境的稳定。 刘莉如等（2012）研究发现，在鸡饲粮中添加不同水平抗菌肽，可以增加肠道双歧杆菌和乳酸杆菌的数量，并降低大肠杆菌数量。 卢俊鑫等（2014） 和Wu 等（2012）研究发现，天蚕素和PR39 抗菌肽可以降低断奶仔猪盲肠、直肠和结肠中的大肠杆菌数量，提高肠道中双歧杆菌的数量，降低仔猪腹泻率，改善断奶仔猪的生产性能。 Zhang 等（2022）研究报道， 肠杆菌肽能够提高肉鸡盲肠乳酸菌科物种丰度。 重组的肠杆菌肽对不同生长时期的大肠杆菌和沙门氏菌具有很强的杀菌活性， 而且稳定性极强，能够耐受121 ℃高温、pH 2 ～9 及胃蛋白酶的降解，依然保持较强的抑菌活性（Yu 等，2019）。枯草三十七肽可以通过增加小鼠的非特异性免疫反应，增加回肠乳酸杆菌的丰度，减少葡萄球菌和假单胞菌的丰度， 防止耐甲氧西林葡萄球菌的感染（Li 等，2021）。 枯草三十七肽还可以显著降低肉鸡盲肠中产气荚膜梭菌数量，增加乳酸菌数量，增加绒毛高度和绒隐比（Wang 等，2015）。 添加适量抗菌肽能提高育成期母貂肠道中厚壁菌门、 乳酸菌属相对丰度，降低变形菌门、梭菌属相对丰度，改善肠道内环境（宇晓军等，2022）。 此外，抗菌肽应用于水产也有很好的杀菌效果。 天蚕素可以显著增加石斑鱼肠道乳酸菌数和总菌数， 显著降低条件致病菌弧菌数（苏保元，2017）。长期投喂基因工程抗菌肽Pc-pchc 能够降低黑鲷肠道梭菌纲的相对丰度，一定程度上抑制肠道有害菌，益生菌可以获取更多的营养物质及生存繁殖空间 （熊明，2016）。而谭凤霞等（2020）研究抗菌肽对黄鳝肠道菌群的影响发现，当抗菌肽添加过量时，肠道条件致病菌的组成比例有所增加， 有益菌的组成比例下降，菌群多样性水平下降，这可能是由于不同菌种对抗菌肽敏感度不同。 饲料中添加抗菌肽能够改善动物肠道菌群结构，抑制有害菌的生长，为有益菌提供有利的的增殖环境，改善肠道健康，但是也有部分研究表明，抗菌肽存在剂量限制，关于抗菌肽最适添加量的问题还有待进一步研究证实。

2.3 抗菌肽对动物肠道形态结构的影响 皱襞、绒毛高度及隐窝深度等是评价肠道发育及消化吸收功能的重要组织形态学指标。抗菌肽能够促进肠上皮细胞增殖，改善肠道形态结构。 赵丽红等（2014）和安利民等（2021）研究发现，抗菌肽可以提高蛋鸡、肉鸡空肠肠绒毛高度，提高绒隐比。在断奶仔猪饲料中添加抗菌肽-A3、 抗菌肽-P5可以显著增加仔猪十二指肠和空肠绒毛高度和隐窝深度（Yoon 等，2014）。 添加抗菌肽CWA 也可以改善仔猪小肠形态，提高空肠紧密连接蛋白ZO-1 和Occludin 的表达， 显著降低断奶仔猪腹泻率（易宏波，2016）。翟少伟等（2016）研究发现，饲料中添加50、100、200 mg/kg 天蚕素均能显著升高吉富罗非鱼肠道皱襞高度，但是对肠道肌层厚度没有影响。 而苏保元（2017）则研究发现，饲料中添加天蚕素可增加斜带石斑鱼肠道黏膜皱襞高度和肌层厚度。饲料中添加抗菌肽可以改善畜禽、水产动物肠道形态结构，增强肠道屏障功能，增加绒隐比，进而提高对饲料的消化吸收率。

2.4 抗菌肽对动物肠道消化吸收功能的影响抗菌肽可以改善肠道菌群组成，提高肠道绒隐比及消化酶活性，提高畜禽的消化吸收功能。 消化酶活性是评价畜禽消化吸收功能的重要指标，除了肝脏、胰脏等的消化腺能分泌消化酶外，肠道内的某些菌株也能分泌纤维素酶、淀粉酶、脂肪酶和蛋白酶等，消化酶活性直接影响着畜禽对营养成分的消化吸收和利用率。肠道细菌分泌的消化酶主要由有益菌分泌，抗菌肽在促进肠道有益菌增殖的同时也促进了消化酶的分泌，提高了肠道消化酶的活性，有利于提高肠道消化吸收功能（史庆超等，2014）。董丽娜等（2018）研究发现，含抗菌肽酵母工程菌可以改善肠道菌群结构，维持肠道健康， 促进肠道对营养物质的消化吸收，提高肉鸡生长性能。Ma 等（2020）研究发现，饲粮中添加菌丝霉素能提高小鼠十二指肠脂肪酶和胰蛋白酶的活性，促进营养物质吸收，改善肠道形态，促进肠道健康。还有研究发现，在饲料中添加抗菌肽对提高鱼类肠道蛋白酶和脂肪酶的活性也有作用，且与枯草芽孢杆菌等益生菌配合使用效果更好（王铜毅等，2016；刘翠玲，2015）。 肠道健康的改善有利于营养物质的消化吸收，宇晓军等（2022）的消化试验结果表明，水貂养分的消化吸收与肠道健康状态关系密切，由于抗菌肽的抗逆性较强， 使其更容易到达水貂肠道发挥作用，改善肠道菌群和形态， 进而提高养分表观消化率。 此外，肠道黏膜上皮杯状细胞和成熟吸收细胞数量的增加也能提高消化酶活性，抗菌肽可以通过促进肠道发育，增加肠道黏膜上皮杯状细胞及成熟吸收细胞数量， 进而提高消化酶活性，改善动物肠道的消化吸收功能。

2.5 抗菌肽对动物肠道免疫屏障功能的影响抗菌肽可以通过提高动物肠道黏膜上皮细胞紧密连接蛋白、肠道免疫相关因子、改善肠道菌群结构等提升动物肠道屏障功能。 据报道，抗菌肽可以通过Toll 样受体 （TLRs） 发挥免疫调控作用，TLRs 是动物先天性免疫系统的关键调节因子，能激活核转录因子κB（NF-κB）信号（Zhang等，2021）。 抗菌肽CWA 可以通过下调TLR4-MyD88-NF-κB 信号通路和增强巨噬细胞功能来缓解肠道炎症，同时通过Rac1 途径的调控来提高猪空肠上皮细胞紧密连接蛋Occludin 和ZO-1 表达， 改善肠道上皮屏障功能 （易宏波，2016）。 Dai 等（2020）研究报道，饲料中添加天蚕素能够显著增加大菱鲆远端小肠中溶菌酶的活性和补体3 水平， 增加免疫球蛋白M 含量。Wang 等（2018）和Wang 等（2019）研究发现，枯草三十七肽可通过激活TLR4、NF-κB 和丝裂原活化蛋白激酶 （MAPK） 信号通路进而增强RAW264.7 细胞和小鼠腹腔巨噬细胞的吞噬能力及对耐甲氧西林金黄色葡萄球菌的杀伤活性， 灌服枯草三十七肽还可以增加肠系膜淋巴结中CD4+和CD8+T 细胞的含量，给小鼠灌服枯草三十七肽可以加速解除环磷酰胺导致的小鼠免疫抑制。 猪源抗菌肽（BABP）还可以增加肉鸡肠道黏膜的深度和厚度， 增加分泌型IgA 含量，提升鸡体免疫力（Bao 等，2009）。蛇源抗菌肽（CBF） 可以通过MAPK 信号通路提高猪小肠上皮细胞（IPEC-J2）紧密连接蛋白ZO-1、Occuludin的表达，缓解脂多糖（LPS）导致的IPEC-J2 屏障功能破坏， 保护肠道屏障结构的完整性 （刘倚帆，2012）。 肠杆菌肽可以通过MAPK 信号通路激活转录因子Cdx-2，通过增强紧密连接相关蛋白的表达，从而改善肠上皮屏障功能，抵御肠道炎症和上皮屏障损伤（Yu 等，2019）。抗菌肽还能够通过提高断奶仔猪粪便中短链脂肪酸（SCFAs）浓度，调节宿主能量代谢、肠道形态及免疫功能，提高黏蛋白-2（MUC-2）和ZO-1 的表达，促进肠道上皮细胞的修复， 降低仔猪肠道通透性，提升肠道免疫屏障功能（于海涛等，2019；Ma等，2012）。 此外，抗菌肽还能通过抑制有害菌数量，为有益菌提供有利的增殖环境，提升肠道的微生物屏障。 肠道屏障能够抵御病原体的入侵，维持肠道稳态，对于维护动物的整体健康和生产性能都起着不可替代的作用。

3 小结

近年来，由于新冠疫情和国际贸易摩擦，饲料原料价格上涨，国家大力推行禁抗减抗政策，很多饲料养殖企业都面临着巨大的成本压力， 如何降本增效成为迫切需要解决的现实问题。 肠道健康水平关系着动物机体的整体健康和生产性能，动物肠道与外界环境相通，感染疾病的风险较大，如何解决动物肠道健康问题，提高饲料转化率，改善饲料报酬越来越引起人们的关注。近年来，抗菌肽做为替抗减抗产品，研究和应用越来越广泛，抗菌肽能够从减轻肠道炎症损伤、 改善菌群组成及形态结构、促进消化吸收、提高免疫屏障等方面改善动物肠道健康， 这对于提高动物机体健康和生产水平具有重要意义。