抗菌肽在斷奶仔豬生產應用中的研究進展

付 強，王夢璇，喻禮懷，董 麗，李洪民

（揚州大學動物科學與技術學院，江蘇揚州 225000）

抗菌肽以低耐藥性、廣譜抗菌性等特點成為抗生素最理想的替代品之一。抗菌肽能夠應對仔豬的斷奶應激、緩解腹瀉癥狀、提高生產性能、增強免疫功能、改善腸道結構、調節腸道內菌群平衡、提高抗氧化功能等（Xu，2020）。本文旨在探討近年來抗菌肽在斷奶仔豬應用中的研究進展，以期為抗菌肽作為抗生素替代品能更好地應用于斷奶仔豬的飼養過程中提供參考。

1 抗菌肽的概述

抗菌肽（AMPs)是一種天然的小分子物質，呈堿性、附帶正電荷并擁有兩親性結構，大多數抗菌肽是由20～60個氨基酸殘基構成的多肽（盧軍霞等，2020）。抗菌肽具有良好理化特性，對多種抗原均能產生生物活性，同時還擁有激活免疫因子、調節趨化因子的能力，是免疫反應重要的組成部分（王志新等，2021；陳晨，2020；朱建等，2018）。

動植物在受到外界病原微生物刺激時會生產抗菌肽來進行防御，微生物則能頻繁生產抗菌肽用于應對各種環境條件（劉秀，2016）。抗菌肽的種類繁多，可根據結構或者來源進行分類，按結構區分有α-螺旋狀抗菌肽、β-折疊狀抗菌肽、非結構化抗菌肽、環狀抗菌肽（Tornesello，2020）；按來源區分有動物源抗菌肽、植物源抗菌肽、微生物源抗菌肽和人工合成抗菌肽。由于抗菌肽之間的來源和結構不同，所以抗菌肽的獲取方式也不唯一，常用的抗菌肽獲取方法有分離純化、蛋白酶解、化學合成以及基因工程（汪吳晶等，2017）。在斷奶仔豬中使用的抗菌肽主要為動物源抗菌肽和人工合成抗菌肽。較為常見的抗菌肽種類、使用方法、適宜的添加劑量及其主要使用功效見表1。

表1 不同種類抗菌肽在斷奶仔豬上的應用及其主要功效

2 抗菌肽在斷奶仔豬生產上的研究應用

2.1 抗菌肽對斷奶仔豬生長性能的影響 研究表明，抗菌肽能夠起到提高斷奶仔豬生長性能的作用。李隴梅（2020）在飼糧中按1.5 g/kg的比例添加抗菌肽，斷奶仔豬的采食量與平均日增重提高，料肉比降低。梁秀麗等（2020）在飼糧中添加牛源抗菌肽B-13，斷奶仔豬的日增重提升，料肉比降低。抗菌肽與其他物質聯合使用可以產生協同作用，更好的提高斷奶仔豬的生長性能。Wei等（2020）在抗菌肽與氧化鋅聯合使用的試驗中發現，斷奶仔豬的體重增加，日增重與抗菌肽添加量呈正相關。總之，在飼料中添加抗菌肽就能使斷奶仔豬的日增重和采食量提高，料肉比降低。

2.2 抗菌肽對斷奶仔豬抗氧化功能的影響 研究表明，抗菌肽能夠提高斷奶仔豬的抗氧化功能。蔣翔（2021）在斷奶仔豬的基礎日糧中加入抗菌肽，仔豬血清中的超氧化物歧化酶、谷胱甘肽過氧化物酶的活性和總抗氧化能力得到提升，氧化產物丙二醛的含量降低。復合抗菌肽（豬防御素和蒼蠅抗菌肽）隨料喂食斷奶仔豬后，仔豬組織中的超氧化物歧化酶的活性、谷胱甘肽過氧化物酶的活性、總抗氧化能力以及羥基自由基的抑制能力有所提升，氧化產物丙二醛的含量有所降低，組織中的過氧化氫酶含量有所提升（金海濤，2016）。谷娟等（2013）將復合多肽（三種生物多肽因子）隨料喂食斷奶仔豬后，仔豬血清中的總抗氧化能力、過氧化氫含量有所提高，一氧化氮的含量有所降低。綜上，抗菌肽可以提高斷奶仔豬的抗氧化功能，減少活性氧自由基及其產物的生成，降低仔豬受到的氧化傷害，保護仔豬健康。

2.3 抗菌肽對斷奶仔豬免疫功能的影響 抗菌肽是宿主防御系統重要的組成部分，在仔豬應對外界病原微生物侵害時能起到重要的作用。按照0.6 mg/kg的比例對腹瀉仔豬進行腹腔注射金環蛇抗菌肽（C-BF)，仔豬血清中細胞因子IL-6、IL-8、IL-10、TNF-α、TGF-β的濃度降低，免疫球蛋白IgA的濃度提高（Feng等，2020）。唐志如等（2015）按10 mg/kg的比例在感染豬傳染性腹瀉的斷奶仔豬日糧中添加蟾蜍素buforinⅡ（BF)，仔豬采食后血清中免疫球蛋白IgA、IgM、IgG的濃度降低，空腸黏膜上的分泌型免疫球蛋白sIgA的濃度也降低。抗菌肽對免疫功能的影響除改變細胞因子濃度以外還通過改善腸道黏膜屏障來表現，在四大黏膜屏障中抗菌肽對物理屏障和生物屏障的作用更顯著。當斷奶仔豬腸道發生炎癥反應時，Hu等（2020）按0.6 mg/kg的比例對腹瀉的斷奶仔豬進行腹腔注射工程菌肽KR-32，斷奶仔豬的腸道炎癥反應減輕，腸黏膜屏障功能增強，腹瀉狀況改善；宦海林等（2015）在斷奶仔豬飼糧中添加天蠶素抗菌肽（CAD），仔豬緊密連接蛋白中的Claudin蛋白、Occludin蛋白、ZO蛋白的表達量提高。抗菌肽通過改變腸道內菌群的結構來影響仔豬的生物屏障，陳張華等（2017）將復合抗菌肽（豬防御素和海鞘抗菌肽）隨料喂食斷奶仔豬后，仔豬腸道內大腸桿菌數量被抑制，乳酸桿菌的數量提升；在日糧中添加人工抗菌肽WK3能夠改善斷奶仔豬的腸道結構并有效的保護腸道益生菌（Zhang，2021）。綜上，抗菌肽能通過調節血清及組織中免疫因子的分泌，改善腸屏障功能對斷奶仔豬免疫功能產生影響。

3 抗菌肽的作用機理

3.1 抗菌肽調節斷奶仔豬生長性能的機制 斷奶仔豬消化道的pH是影響胃腸道功能的重要因素，消化系統的生理功能只有在適宜的pH下才可以正常發揮作用。嚴欣茹等（2020）發現消化道內的部分酶需要極低的pH環境才能發揮最大作用，如胃蛋白酶、脂肪酶、淀粉酶。陳張華等（2017）和肖發沂等（2019）發現抗菌肽可以發揮類似酸化劑的作用，斷奶仔豬在進食抗菌肽后，消化道的pH有所降低。消化酶的活性隨消化道pH的降低而升高，糖類、脂類、蛋白質等營養物質的消化利用率提高，仔豬的生長性能因此得到改善。

在仔豬腸道內，腸道的絨隱比能直接反映腸道的發育程度，腸道絨毛的高度與腸道隱窩的深度能直接影響腸道對營養物質的消化吸收能力，腸道絨毛高度越高，營養物質與腸道絨毛的接觸的量就越多，吸收效率也越高（Caspary，1992）。梁秀麗等（2020）和李平等（2019）發現斷奶仔豬采食抗菌肽后，腸道內隱窩深度降低，絨毛高度升高，腸道絨毛的密度和完整度得到提升。腸道結構的改善，使營養物質在仔豬腸道內消化吸收的效率提高，生長性能進而得到提高。

抗菌肽的本質是一種由氨基酸組成的多肽小分子，所以經過酶水解之后成為小分子的氨基酸和寡肽可以直接被腸道吸收利用，在飼糧中添加抗菌肽可以提高飼料的蛋白質水平以及氨基酸豐富度，富含氨基酸殘基的抗菌肽經酶水解后可在一定程度上滿足斷奶仔豬對必需氨基酸與限制性氨基酸的需求（Wang等，2015）。Recktenwald等（2014）和吳信生等（2001）發現斷奶仔豬的生長性能與其代謝效率相關，在進食后血清中的堿性磷酸酶和谷丙轉氨酶活性以及尿素氮含量都可以反映仔豬對蛋白質的代謝效率。宦海林等（2015）和盧俊鑫等（2014）發現斷奶仔豬采食額外添加抗菌肽的飼料后，血清中谷丙轉氨酶和堿性磷酸酶活性提升。在仔豬飼糧中添加抗菌肽增高了飼糧蛋白質的水平，仔豬采食后消化吸收了更多的蛋白質，生長性能得到提升。

綜上所述，抗菌肽可以通過降低仔豬腸道的pH、提高仔豬體內各種酶的活性、改善仔豬飼糧的蛋白水平、改善腸道的形態結構來達到促進斷奶仔豬生長性能的目的。

3.2 抗菌肽提高斷奶仔豬抗氧化功能的機制活性氧自由基的產物在機體內不斷產生，機體在一定水平下可以清除活性氧自由基的產物，其產生與清除在正常的生理狀態下處于一種動態平衡，當這種平衡被打破，過量的活性氧自由基會堆積對機體產生損傷，這種情況就屬于氧化應激狀損傷（云博等，2018）。抗氧化的過程是通過各種方式來減少機體內異常增多的活性氧自由基及氧化產物。抗菌肽在分解后，多種氨基酸被釋放，所有氨基酸都能起到直接或者間接的抗氧化作用（Taylor等，1980），其中與抗氧化關系最為密切的是疏水性氨基酸和芳香環氨基酸（Cheison等，2007），疏水性氨基酸可以促進抗氧化肽與自由基物質相互作用。相比于酸性氨基酸和堿性氨基酸，中性氨基酸清除超氧自由基的能力最強，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類抗氧化系統中扮演抗氧化劑的角色（Atmaca，2004）。在氧化應激狀態下，谷胱甘肽的氧化還原平衡被打破，仔豬在采食抗菌肽后，水解得到的氨基酸可促進谷胱甘肽的合成來恢復被打破的氧化還原平衡。

總之，抗菌肽可通過提供抗氧化相關的氨基酸或促進谷胱甘肽的合成來提高斷奶仔豬的抗氧化能力。

3.3 抗菌肽影響斷奶仔豬免疫功能的機制NF-κB信號通路是免疫反應的核心通路，多種免疫相關的炎性因子和免疫球蛋白都經過此通路進行生產。在斷奶仔豬被病原微生物入侵時，NF-κB信號通路上游的Toll樣蛋白受體識別各種病原微生物配體后，經一系列的信號傳遞激活NF-κB信號通路，細胞開始合成各種免疫因子包括抗菌肽來參與炎癥反應。抗菌肽buforinⅡ可以在斷仔豬腹瀉時降低NF-κB信號通路上游的TLR2蛋白受體的相對表達豐度；豬抗菌肽PR-39可以通過26S蛋白酶體來抑制NF-κB信號通路中IκBα蛋白的降解；豬乳鐵蛋白肽可以抑制NF-κB信號通路上游MyD88蛋白的表達，受其影響MyD88/NF-κB和MyD88/MAPK信號通路被抑制，炎癥反應被阻止（唐志如等，2015；Zong等，2015；Bao等，2001）。抗菌肽通過影響NF-κB信號通路中的特定蛋白，從而影響整個NF-κB信號通路，達到影響仔豬免疫功能和炎癥反應的作用。因為NF-κB信號通路的產物中包括抗菌肽，所以抗菌肽的表達水平也會被用來檢測免疫信號通路的活動水平（Hanson等，2020）。

腸道黏膜屏障是斷奶仔豬抵御病原微生物入侵的第一道防線，主要由四部分組成，具體定義可在物理、化學、免疫以及微生物四個方面進行區分（牛鵬飛等，2020）。其中抗菌肽在生物屏障方面的作用最為明顯，其擁有獨特的滅菌機制，即通過對細菌進行膜穿孔后進入內部作用（康媛媛等，2021）。杜新府等（2020）發現抗菌肽在進行膜穿孔之前需要通過靜電作用附著在細菌表面，大多數抗菌肽擁有能釋放正電的陽離子電荷，而革蘭氏菌的脂多糖和磷壁酸均能釋放負電荷，所以在斷奶仔豬的腸道內致病菌和益生菌的數量均會被抗菌肽抑制。斷奶仔豬在采食抗菌肽時會使其腸道內的pH降低，酸性環境并不利于致病菌的生存，基于此益生菌的數量逐步增多（牛鵬飛等，2020）。斷奶仔豬在使用抗菌肽后革蘭氏菌的總體數量降低，腸道內的定植位點數量增加，偏酸的環境會導致乳酸桿菌、雙歧桿菌等益生菌有更大的競爭優勢。李延（2015）發現仔豬在采食含有重組菌絲霉素抗菌肽PPle后腸道內雙歧桿菌的數量增加；在采食含有混合抗菌肽（豬防御素和蒼蠅抗菌肽）后腸道內雙歧桿菌和乳酸桿菌的數量增加，大腸桿菌的數量降低。總之，抗菌肽從NF-κB信號通路和腸屏障功能兩個方面來影響斷奶仔豬的免疫功能。

4 小結與展望

抗菌肽在斷奶仔豬生產實踐中的使用方式多種多樣，這是源于抗菌肽的安全性很高，對斷奶仔豬的生長性能、抗氧化功能、免疫功能等方面均能起到積極的影響，是抗生素理想的替代品之一。但是抗菌肽在生產實踐中也存在一定問題需要改進。抗菌肽作為替抗產品用于斷奶仔豬生產實踐中的種類并不多，大部分還是人工合成的抗菌肽，之后需要開發利用更多種類的抗菌肽替代抗生素在斷奶仔豬領域進行使用；抗菌肽在分子層面的研究也相對較少，還需要進一步探究抗菌肽的作用機理；抗菌肽的保存和獲取成本高效率低，需要研究高效低成本的方法來獲取抗菌肽并延長抗菌肽的存活時間。