抗菌肽在水產(chǎn)動(dòng)物中的應(yīng)用及前景

抗菌肽在水產(chǎn)動(dòng)物中的應(yīng)用及前景

韓 葉，鄭 偉*，閆春梅，李忠強(qiáng)

(吉林省水產(chǎn)科學(xué)研究院，吉林 長春 130033)

抗菌肽是存在于生物體內(nèi)的，具有抗菌活性的堿性多肽，是機(jī)體免疫系統(tǒng)的重要組成成分?？咕木哂袕V泛的抑制性，在農(nóng)業(yè)、醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域有良好的應(yīng)用前景。本文綜合近年來的研究，概述抗菌肽對水產(chǎn)動(dòng)物生長性能及免疫能力的影響，展望抗菌肽的應(yīng)用前景，分析抗菌肽在水產(chǎn)動(dòng)物應(yīng)用上存在的問題，為抗菌肽在水產(chǎn)動(dòng)物中的應(yīng)用提供技術(shù)支撐，也為抗菌肽的深入研究和合理應(yīng)用提供理論基礎(chǔ)。

抗菌肽；水產(chǎn)動(dòng)物；生長性能

抗菌肽，一種能夠抵御外來病菌入侵而迅速產(chǎn)生的小分子多肽類物質(zhì)，具有殺菌、抗菌作用，是生物體天然免疫防御系統(tǒng)中重要的組成成分?？咕木哂懈咝?，較低濃度的抗菌肽可對細(xì)菌、病毒、微生物、寄生蟲等產(chǎn)生明顯的抵御作用[1-3]。

近年來，抗菌肽因其無殘留、無毒副作用的優(yōu)勢，而越來越受到科學(xué)家、養(yǎng)殖企業(yè)的關(guān)注，在農(nóng)業(yè)、畜牧業(yè)等領(lǐng)域已得到廣泛應(yīng)用并取得較好成效。有研究結(jié)果顯示，飼料中添加適量抗菌肽能提高飼料利用率、良好地促進(jìn)動(dòng)物生長、有效地增強(qiáng)營養(yǎng)物質(zhì)吸收[4-5]、提高非特異性免疫力與抗病力[6-7]。抗菌肽在水產(chǎn)養(yǎng)殖領(lǐng)域的應(yīng)用研究相對較多，在水污染日益嚴(yán)重的今天，殘留農(nóng)藥及重金屬離子已嚴(yán)重超出水體自凈能力，迫切需要開辟一條增強(qiáng)水產(chǎn)動(dòng)物免疫防御能力、科學(xué)防治疾病的有效途徑。抗菌肽為小分子多肽，動(dòng)物對其排斥反應(yīng)小，降解后無殘留，是極具有開發(fā)前景的新型抗菌制劑[8]。本文概述了抗菌肽對水產(chǎn)動(dòng)物生長性能及免疫能力的影響，以期為抗菌肽在水產(chǎn)動(dòng)物中的深入研究和合理應(yīng)用提供理論基礎(chǔ)。

1 抗菌肽的來源

瑞典科學(xué)家G.Boman在惜古比天蠶蛹體內(nèi)發(fā)現(xiàn)了抗菌肽，成為世界上第一個(gè)被發(fā)現(xiàn)的抗菌肽，命名為天蠶素(Cecropins)[9]。隨著對抗菌肽的認(rèn)識與研究程度的逐步加深，科學(xué)家又陸續(xù)從許多動(dòng)物體內(nèi)提取了與天蠶素類似的抗菌肽，如Lee等[10]從豬小腸分離得到的Cecropin P1。Oren等[11]從豹鰨(Paradachirusmarmoratus)體內(nèi)分離到第一種魚類抗菌肽，命名為pardaxin?？咕臄?shù)據(jù)庫現(xiàn)已收錄抗菌肽種類約有2 600余種，可以分別從動(dòng)物表皮、組織器官及高等植物或微生物中提取，并能夠在多種生物體內(nèi)表達(dá)[12]?，F(xiàn)階段應(yīng)用于生產(chǎn)中的抗菌肽主要有四種獲取方式：1)天然提取法，即從動(dòng)植物生物個(gè)體中直接提取，但天然抗菌肽的來源十分有限；2)化學(xué)合成法，即通過連接氨基酸殘基合成抗菌肽；3)酶解法，利用水解酶水解本身不具有活性的蛋白，使其成為具有活性的肽鏈；4)基因工程方法，利用分子生物學(xué)手段，通過原核或真核表達(dá)系統(tǒng)表達(dá)抗菌肽目的基因，該方法也是目前最常用的方法[13-14]。

2 抗菌肽在水產(chǎn)養(yǎng)殖中的應(yīng)用

隨著工農(nóng)業(yè)的迅速發(fā)展，全球水污染問題越來越嚴(yán)重。過度追求養(yǎng)殖密度與產(chǎn)量，造成排泄廢物與殘餌大量聚集，進(jìn)一步加深水環(huán)境污染，各類細(xì)菌性、病毒性疾病頻發(fā)。防治過程中，抗生素類藥物的不合理、無節(jié)制的使用，嚴(yán)重影響水產(chǎn)動(dòng)物品質(zhì)，降低其自身免疫力，同時(shí)也會(huì)破壞水產(chǎn)動(dòng)物腸道菌群平衡，導(dǎo)致耐藥性菌株的出現(xiàn)，引起病害，給水產(chǎn)養(yǎng)殖行業(yè)帶來巨大損失。有研究表明，在水產(chǎn)動(dòng)物基礎(chǔ)日糧中添加適量抗菌肽，可以促進(jìn)動(dòng)物生長，提高自身免疫力?？咕牡膽?yīng)用為水產(chǎn)行業(yè)健康養(yǎng)殖帶來新的曙光。

2.1 抗菌肽對水產(chǎn)動(dòng)物生長性能的影響

1)對蝦研究方面。陳冰等[15]在對蝦基礎(chǔ)飼料中添加家蠅抗菌肽，發(fā)現(xiàn)其均能顯著提高凡納濱對蝦成活率、增重率和特定生長率，最適添加量為2 900 mg/kg；宋理平等[16]和柴仙琦等[17]的研究結(jié)果與陳冰等[15]一致，研究均表明添加一定量的抗菌肽可顯著提高凡納濱對蝦的相對增重率與成活率，宋理平的研究中最適添加量為10 g/kg[16]，柴仙琦則認(rèn)為最適添加量為300 mg/kg[17]；覃志彪等[18]的研究結(jié)果表明在飼料中添加5 000～8 000 mg/kg天蠶素抗菌肽，不但能提高對蝦成活率，還可提高對蝦的營養(yǎng)成分。

2)羅非魚研究方面。黃滄海等[19]在進(jìn)行抗菌肽與抗生素添加劑的對照研究中發(fā)現(xiàn)，添加100～150 mg/kg的抗菌肽組在促進(jìn)羅非魚增重方面，極顯著高于抗生素組，并在提高羅非魚的肥滿度方面占據(jù)優(yōu)勢；姜珊等[20]的研究表明，在吉富羅非魚飼料中添加5～10 mg/kg對蝦抗菌肽，可顯著提高羅非魚增重率；李曉穎等[21]利用含有抗菌肽的發(fā)酵豆粕取代傳統(tǒng)魚粉添加入飼料，結(jié)果表明羅非魚餌料系數(shù)有所提高，而高濃度的添加會(huì)嚴(yán)重抑制羅非魚的生長發(fā)育。

3)鯉魚研究方面。Zhou等[22]在鯉魚飼料中添加了昆蟲抗菌肽，研究結(jié)果表明試驗(yàn)組鯉魚的飼料轉(zhuǎn)化率明顯高于未添加組；林鑫等[23]和賈滔等[24]的研究成果一致，在鯉魚的飼料中添加100～200 mg/kg抗菌肽，鯉魚的特定生長率與增重率顯著提高，最佳添加水平為150 mg/kg；董曉慶[25]在建鯉基礎(chǔ)飼料中添加100～400 mg/kg抗菌肽，發(fā)現(xiàn)其特定生長率顯著高于對照組，添加400 mg/kg抗菌肽組的增重率顯著高于對照組。添加抗菌肽還可改善建鯉肌肉品質(zhì)，提高蛋白質(zhì)、DHA含量[26]；劉翠玲[27]在研究中發(fā)現(xiàn)，飼料中添加3 g/kg抗菌肽生物制劑可以促進(jìn)鯉魚幼魚的生長與消化，抗菌肽與枯草芽孢桿菌組合而成的復(fù)合生物制劑可以使鯉魚成魚的生長性能顯著提升。

4)其他水產(chǎn)動(dòng)物研究方面。王四新等[28]通過向草魚飼料中添加100～150 mg/kg天蠶素抗菌肽，試驗(yàn)結(jié)果表明草魚生長速度與相對增長率有所提高；王自蕊等[29]在湘云鯽飼料中添加150～200 mg/kg天蠶素抗菌肽，得出湘云鯽生長性能明顯高于對照組的結(jié)論；鄭宗林等[30]在紅姑娘魚基礎(chǔ)飼料中分別添加100、300、500 mg/kg抗菌肽，發(fā)現(xiàn)300 mg/kg組與500 mg/kg組在增重率、飼料效率和蛋白效率都顯著高于對照組，最適添加量為300 mg/kg，可顯著提高紅姑娘魚的增重率與飼料轉(zhuǎn)化率。

綜合上述研究成果，抗菌肽在促進(jìn)水產(chǎn)動(dòng)物生長發(fā)育方面發(fā)揮著重要作用。同時(shí)，抗菌肽的最適添加水平存在差異，分析原因可能由于研究所選取的水產(chǎn)動(dòng)物物種不同，初始體重大小和生活環(huán)境也不盡相同；各研究學(xué)者使用的抗菌肽來源不同，分別取自昆蟲、明蝦、鱟、家蠅等不同動(dòng)物，因而不同種類抗菌肽的抗菌活性也不同。即便來源相同的抗菌肽，其添加量也不相同，分析其原因可能由于抗菌肽在不同物種體內(nèi)的作用機(jī)制與作用途徑存在差異，這還有待于深入研究。不難看出，適宜濃度的抗菌肽可促進(jìn)動(dòng)物生長發(fā)育，提高增重率與飼料利用率，濃度過高反而會(huì)抑制水產(chǎn)動(dòng)物的生長，其原因?yàn)檫m量的抗菌肽能夠維持腸道內(nèi)的生態(tài)平衡，促進(jìn)有益菌、抑制有害菌的生長，如果水產(chǎn)動(dòng)物持續(xù)長時(shí)間攝食高濃度抗菌肽則有可能使腸道內(nèi)有益菌受到了損毀或限制。因此通過試驗(yàn)獲取最適添加量是發(fā)揮抗菌肽作用的關(guān)鍵所在，切不可隨意多加、濫加。

2.2 抗菌肽對水產(chǎn)動(dòng)物免疫能力的影響

對于高等動(dòng)物而言，免疫由天然免疫與獲得性免疫組成?？咕淖鳛闄C(jī)體的一種免疫效應(yīng)分子，是機(jī)體的重要防線。當(dāng)機(jī)體受到外界刺激時(shí)，抗菌肽發(fā)揮重要的調(diào)節(jié)、防御免疫作用[31]。對于無脊椎動(dòng)物而言，尤其是蝦、蟹等無脊椎動(dòng)物，非特異性免疫是主要的防御手段[32]。魚類為低等脊椎動(dòng)物，在動(dòng)物界中屬于無脊椎和脊椎動(dòng)物的過渡物種，雖其自身可以產(chǎn)生免疫球蛋白作為特異性免疫的主要介質(zhì)，但免疫專家認(rèn)為，魚類還是主要依賴非特異性免疫抵御外界刺激[33]。從目前研究成果來看，抗菌肽具有提升水產(chǎn)動(dòng)物免疫能力的作用。

1)對蝦研究方面。陳冰等[15]、宋理平等[16]和柴仙琦等[17]通過對凡納濱對蝦的基礎(chǔ)飼料中添加抗菌肽的研究，得到相同結(jié)論，凡納濱對蝦的總抗氧化能力和超氧化物歧化酶活力、堿性磷酸酶活力等免疫指標(biāo)均顯著高于對照組；李林等[34]通過在凡納濱對蝦飼料中添加40 mg/kg家蠅抗菌肽，提升了凡納濱對蝦抗白斑病毒綜合能力。

2)羅非魚研究方面。Chiou等[35]通過基因重組方法獲取抗菌肽Chelonianin，注射感染哈氏弧菌的羅非魚，發(fā)現(xiàn)其可改善羅非魚炎癥反應(yīng)，增強(qiáng)羅非魚抗病力和非特異性免疫力。姜珊等[20]的研究結(jié)果表明，在羅非魚飼料中添加5～10 mg/kg抗菌肽，可以顯著提高抗氧化酶活力，羅非魚的過氧化氫酶、紅細(xì)胞總數(shù)、超氧化物歧化酶的活性均有明顯提高；李曉穎等[21]采用富含20%、40%、60%濃度的乳酸菌發(fā)酵豆粕代替?zhèn)鹘y(tǒng)飼料中的魚粉飼喂羅非魚，研究表明20%組羅非魚血清中的溶菌酶活力呈上升趨勢，對血清各免疫指標(biāo)具有增強(qiáng)和促進(jìn)作用；翟少偉等[36]通過向吉富羅非魚飼料中添加50 mg/kg抗菌肽Surfactin，結(jié)果表明，其可顯著提高吉富羅非魚免疫球蛋白M水平和補(bǔ)體C3水平、血清白蛋白水平，并提高血清溶菌酶活性，明顯改善吉富羅非魚非特異性免疫力。

3)鯉魚研究方面。Zhou等[22]在鯉魚飼料中分別添加了10.0、15.0和30.0 mg/kg昆蟲抗菌肽，結(jié)果顯示15.0 mg/kg試驗(yàn)組和30.0 mg/kg試驗(yàn)組均能夠顯著增加血清中溶菌酶活力，提高鯉魚免疫功能；林鑫等[23]在抗菌肽對錦鯉非特異性免疫和抗病力的影響研究中，闡明分別添加225 mg/kg和150 mg/kg的抗菌肽組，其血清抗氧化酶、堿性磷酸酶和總超氧化物歧化酶等免疫相關(guān)酶的活力均顯著高于對照組和75 mg/kg組，進(jìn)行攻毒試驗(yàn)后，抗菌肽組的死亡率顯著低于對照組，有力地證明了抗菌肽可以提高錦鯉免疫調(diào)節(jié)能力和抗病力；劉翠玲[27]在抗菌肽對鯉魚成魚免疫指標(biāo)的影響研究中得出結(jié)論，添加3 g/kg抗菌肽的復(fù)合生態(tài)制劑對鯉魚成魚免疫指標(biāo)有最佳改善作用；董曉慶[25]在建鯉免疫功能的影響研究中，闡明抗菌肽可以提高機(jī)體的抗氧化能力，促進(jìn)細(xì)胞因子IL-1α、IL-1β、IgM的分泌，增加肝臟組織IGF-I、IL-1β的表達(dá)量，從而提高建鯉的免疫功能，建議添加量為200～377 mg/kg。

4)鯽魚研究方面。何義進(jìn)等[37]通過在異育銀鯽飼料中添加0.2%以上抗菌肽，結(jié)果顯示鯽魚血清中超氧化物歧化酶活性提高，有效改善機(jī)體免疫能力；王自蕊等[29]的研究表明，向飼料中添加天蠶素抗菌肽，可提高湘云鯽的溶菌酶活性，添加200 mg/kg和250 mg/kg抗菌肽可使血清中超氧化物歧化酶活性顯著提高。

5)其他水產(chǎn)動(dòng)物研究方面。王娟等[38]在河蟹飼料中添加0.4%抗菌肽，研究發(fā)現(xiàn)，血清中的谷丙轉(zhuǎn)氨酶、球蛋白及肝臟、肌肉、性腺中的丙二醛(MDA)濃度顯著降低，總抗氧化能力提升，對提高河蟹免疫起到積極作用；夏耘等[39]在花鱸基礎(chǔ)飼料中添加300 mg/kg抗菌肽，研究結(jié)果表明抗菌肽可增強(qiáng)花鱸血清溶菌酶活性，提高機(jī)體消除活性氧自由基的能力。

以上研究成果表明，添加適量的抗菌肽可以提高水產(chǎn)動(dòng)物的抗氧化能力、改善免疫相關(guān)指標(biāo)、提高非特異性免疫力。但抗菌肽對水產(chǎn)動(dòng)物體內(nèi)各免疫因子的影響及不同種類抗菌肽的調(diào)節(jié)和作用機(jī)制仍不明確，還有待深入探討和研究。

3 抗菌肽在水產(chǎn)動(dòng)物中的應(yīng)用前景與存在問題

3.1 應(yīng)用前景

在水產(chǎn)養(yǎng)殖領(lǐng)域，水產(chǎn)動(dòng)物的細(xì)菌、病毒性疾病一直是困擾養(yǎng)殖企業(yè)的難題，隨著濫用抗生素留下的安全隱患，以及人們對食品安全的日益重視，急需一種可以替代傳統(tǒng)抗生素的新型制劑?？咕淖鳛轱暳咸砑觿?，在實(shí)踐生產(chǎn)中表現(xiàn)出良好的優(yōu)勢與效果，對水產(chǎn)動(dòng)物的生長性能與免疫能力均有所提升，這是因?yàn)槠淇赡褪茱暳仙a(chǎn)過程中的高溫，抗菌活性不易被高溫破壞?？咕牡目咕^程普遍被認(rèn)為是通過細(xì)胞膜穿孔而達(dá)到抗菌作用，因此可有效降低水產(chǎn)動(dòng)物養(yǎng)殖過程中耐藥性菌株的產(chǎn)生。在被動(dòng)物攝食過程中，抗菌肽不會(huì)輕易被胃蛋白酶和胰蛋白酶水解，因此可以完整地被消化道吸收。

同時(shí)，抗菌肽可以抵抗多種病原體，并能促進(jìn)傷口愈合及血管再生[40-42]，既可單獨(dú)使用抵抗病菌感染，也可與其他藥物共同作用，增強(qiáng)抗菌效果。憑借抗菌肽安全、環(huán)保、無毒副、無殘留的絕對優(yōu)勢，研發(fā)并生產(chǎn)預(yù)防與治療水產(chǎn)動(dòng)物疾病的新型環(huán)保藥物具有巨大的應(yīng)用價(jià)值。

3.2 存在問題

1)抗菌肽的利用方式少。目前，抗菌肽在水產(chǎn)動(dòng)物中的研究主要是作為飼料添加劑，通過動(dòng)物攝食途徑發(fā)揮免疫防御作用。在水產(chǎn)養(yǎng)殖領(lǐng)域有許多名貴魚種在卵和仔魚期易暴發(fā)病毒性疾病，如金鱒、虹鱒等名優(yōu)魚種，由于病毒侵染造成大量死亡，經(jīng)濟(jì)損失慘重。對于魚卵及破膜魚苗等不具備攝食能力的仔魚如何有效利用抗菌肽目前尚未見報(bào)道，值得進(jìn)一步研究。

2)抗菌肽生產(chǎn)成本高。天然抗菌肽含量低，化學(xué)合成方法費(fèi)用高。利用基因工程重組抗菌肽表達(dá)量并不理想。基于抗菌肽的物理和化學(xué)性質(zhì)基礎(chǔ)上合理改造抗菌肽是當(dāng)前新的途徑，在三種表達(dá)系統(tǒng)中(桿狀病毒表達(dá)系統(tǒng)、原核表達(dá)和真核表達(dá))[43]，根據(jù)不同種類抗菌肽的特點(diǎn)，選擇和優(yōu)化抗菌肽表達(dá)系統(tǒng)至關(guān)重要。

3)抗菌肽的抗菌機(jī)制尚不明確?？咕姆N類繁多，抑菌機(jī)制也不盡相同，有學(xué)者認(rèn)為是細(xì)胞膜損傷機(jī)理，即抗菌肽與細(xì)菌在細(xì)胞膜上的特異性受體結(jié)合，改變細(xì)胞內(nèi)外滲透壓，內(nèi)容物外流致細(xì)胞死亡；還有學(xué)者認(rèn)為是胞內(nèi)損傷機(jī)理，即抗菌肽穿過細(xì)胞膜，在細(xì)胞內(nèi)發(fā)揮作用，抑制DNA復(fù)制、轉(zhuǎn)錄、翻譯等過程[44-46]。只有真正清晰認(rèn)識抗菌肽的結(jié)構(gòu)與功能之間的關(guān)系，挑選出適合不同物種的抗菌肽，才能真正發(fā)揮其作用。

雖然對抗菌肽的研究還不夠完善，但其在水產(chǎn)養(yǎng)殖中的應(yīng)用，為病害預(yù)防開辟了新的途徑。在追求綠色健康養(yǎng)殖模式的今天，我們有理由有信心相信，通過不斷深入的研究，新型、高效、廣譜的抗菌肽一定會(huì)為水產(chǎn)養(yǎng)殖帶來新的進(jìn)展和突破。

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