1、    抗菌肽在母豬生產中的應用及作用機制    問鑫高鳳仙摘要：抗菌肽作為抗生素替代品的首選，得到了大量的研究。本文詳細的綜述了抗菌肽殺菌的作用機理，分別闡述了抗菌肽的作用機制及對母豬生產性能的影響。關鍵字：抗菌肽；作用機理；膜損傷；母豬；生產性能抗菌肽（antimicrobial peptides，amps）是指在外界條件作用的刺激下由特定的基因編碼、由核糖體合成的一類可抵御外界微生物侵害、清除體內抗微生物的小分子陽離子多肽，是動物非特異性免疫系統的重要效應分子。本文綜述了抗菌肽的結構特點、理化特性、作用機制及其在母豬生產中的應用。1抗菌肽的結構特點

2、與理化性質目前，已分離或預測出的抗菌肽超過1200種，但大部分抗菌肽只包含50或更少的氨基酸殘基，最短的抗菌肽僅有6個殘基，分子量較小。其n端含有賴氨酸、精氨酸等親水性氨基酸殘基，c端則富含丙氨酸、甘氨酸、纈氨酸等疏水性氨基酸殘基，這使得抗菌肽有水脂兩親性結構；同時，可賴氨酸、精氨酸等堿性氨基酸通常會使抗菌肽等電點大于7，表現出一定的陽離子特征，可與兩性分子或電負性細胞膜結合，與細菌的細胞膜發生作用。抗菌肽的中間部分含有大量的脯氨酸和二硫鍵，由此易形成-螺旋、-折疊、伸展片層結構和環形等與其抗菌活性密切相關的結構。作為抗生素替代物的首選。抗菌肽具有以下特點：（1）廣譜抗菌活性：抗菌肽不僅能殺滅

3、革蘭氏陽性、陰性菌、真菌、病毒、原蟲，并對腫瘤和癌細胞有一定的殺傷作用：（2）熱穩定性：抗菌肽具有較強的耐熱性，在沸水中30min仍可保持較高的抗菌活性，可耐受飼料制粒的高溫過程：（3）高效性：抗菌肽對病原微生物的最小抑菌濃度（mic）僅為0.110g/ml，并且可在極短的時間內殺滅所有病原體：（4）特異性：盡管抗菌肽是動物先天性防御系統的產物，但是具有特異性，只對原核生物細胞和病變的真核細胞產生作用，對其他微生物和健康的真核細胞無殺傷作用；（5）抗水解：有些抗菌肽可抵抗胰蛋白酶或胃蛋白酶的水解，使其可在動物體內完整的發揮作用。此外，抗菌肽還有水溶性好、不殘留、不易產生耐藥性等特點。2抗菌肽對

4、母豬的影響及其作用機理隨著近年來養豬生產的集約化、規模化，養殖戶將大量精力放在了提高生長和產肉性能等方面上，使母豬長期處于應激狀態中，引起母豬的內分泌機能失調、食欲不振、體脂含量降低等應激反應，并加劇了母豬泌乳障礙，直接影響了仔豬的成活率和生長性能，造成了巨大的經濟損失。作為抗生素替代品的首選，將抗菌肽加入母豬日糧中，可提高母豬的生產性能。2.1抑殺影響母豬生產的病毒豬呼吸與繁殖綜合癥（prrsv）和豬圓環病毒病（pcv-2）是影響我國養豬業發展的兩個巨大障礙，其可使豬群生產性能下降，母豬流產增多。萬小平等（2011）采用融合抗菌肽mapwa和pgbd-2加入后備母豬日糧中，研究發現，融合抗菌

5、肽mapwa和pgbd-2可有效減少體內pcv-2、prrsv的帶毒率；處理后備母豬血液pcv-2、prrsv病毒含量也明顯減少。顯示飼喂融合抗菌肽mapwa和pgbd-2產生了良好的抑制及清除病毒的作用，對降低后備母豬體內pcv-2、prrsv帶毒率有明顯成效。說明抗菌肽具有防治常見疾病的前景。此外，有研究表明，抗菌肽對提高豬瘟抗體水平，改善抗體均勻度方面具有十分顯著的效果，充分驗證了抗菌肽對調節動物免疫機能、增強動物免疫力方面的作用。其增強母豬免疫力的主要機理為：抗菌肽可抑制病毒dna合成的過程，還可通過阻礙其復制、轉錄，影響蛋白質的翻譯過程，間接的抑制病毒蛋白質合成。王軍和龐廣昌（200

6、5）報道，抗菌肽attacin可干擾大腸桿菌的膜蛋白轉錄，阻礙蛋白質合成，從而增加細胞膜的通透性。殺滅細菌。抗菌肽indolicidin可通過與脂多糖的相互結合，達到抑制蛋白質合成的效果。zhou和chen（2011）研究了抗菌肽apidaecins的亞型apidaecin ib與大腸桿菌膜蛋白的作用。發現大腸桿菌細胞培養過程中加入apidaecin ib，可使維持膜脂平衡的ftsh過量分泌。阻礙了膜蛋白合成的第一個關鍵步驟，抑制其合成。yenugu等（2004）報道，抗菌肽he2的幾個亞型（he2al-pha、he2betal和he2beta2）不但可與大腸桿菌細胞膜作用使胞內物質泄露，還可

7、抑制其dna、rna和蛋白質的合成。劉立偉和鄧磊（2012）報道，抗菌肽能刺激細胞，使細胞內的溶酶體和內質網中的物質如鈣離子和蛋白酶排入細胞質中，進一步刺激線粒體釋放細胞色素c，通過一系列酶促反應誘導細胞凋亡。有些抗菌素如thanatin、histatin還可抑制細胞呼吸作用。進而抑殺細菌。此外，liu等（2013）采用包含誘導表達的抗菌肽ll-37的穿梭載體，研究大腸桿菌要有氧或無氧條件下的生長狀況，研究發現。ll-37會使大腸桿菌生長受阻，使細胞形態變為絲狀；同時，ll-37不僅可提高其在細胞內的活性氧含量，在有氧條件下引起致死膜去極化，增加胞膜的通透性，并且通過轉錄分析發現ll-37可通

8、過阻礙氧化磷酸化相關基因的表達，影響細胞糖代謝和能量轉化的過程以及細胞內離子的氧化還原狀態。由此提出了一種新的靶向能量代謝的amps受體介導的殺菌機制。2.2降低母豬死產率，提高仔豬成活率皮燦輝等（2008a）用抗菌肽替代豬場使用的抗生素飼喂母豬和其所產仔豬，并對508頭母豬和它們分娩產生的5245頭豬仔進行追蹤統計并記錄其健康狀況。結果表明，試驗組木乃伊死胎率僅為0.31%，比對照組（7.15%）降低了22倍。在哺乳階段，未使用抗菌肽飼料添加劑的對照組死亡率（2.36%）是試驗組（0.35%）的7倍。在保育階段，未使用抗菌肽飼料添加劑的對照組死亡率（3.76%）是試驗組（1.32%）的3倍。

9、潘行正等（2010）研究了抗菌肽對減少母豬死胎率的效果，結果表明，添加抗菌肽制劑的母豬試驗組死產率為5.77%，按日常用藥方案使用抗生素的對照組死產率為12.75%：其中試驗組木乃伊胎的死產率僅為0.31%。對照組卻達到7.16%。添加抗菌肽制劑的試驗組仔豬在哺乳期和保育期的死亡率分別為0.34%、1.31%，同期對照組分別為2.35%、3.65%；對照組死亡率顯著高于試驗組。可見抗菌肽制劑能顯著降低母豬的死產率與提高仔豬的成活率與豬只的生產性能和健康水平。endprint抗菌肽之所以能降低母豬死產率與提高仔豬成活率，與其廣譜的抗菌作用有關：細菌細胞壁的主要成分是肽聚糖，是維持細胞強度和形狀的

10、外被，具有保護細胞形態的作用。當細胞壁被破壞，細菌的形態及對滲透壓的敏感性都會產生變化，引起細胞死亡。抗菌肽可通過破壞細胞壁和抑制細胞壁合成兩方面抑殺細菌。herusimenka等（2005）研究抗菌肽與細菌的相互作用時指出，二者之間的相互作用主要通過肽與多糖之間實現的。抗菌肽帶正電荷，可取代細胞壁表面的鎂離子，與細菌細胞壁上的負電荷物質通過靜電引力結合，引起細胞壁結構發生變化，形成細胞壁紊亂區域，促使抗菌肽穿過細胞壁。接近細胞膜。在革蘭氏陰性菌中，帶負電荷的物質為脂多糖和莢膜多糖，而在革蘭氏陽性菌的細胞壁表面有帶負電荷的是磷壁酸。唐亞麗（2009）用抗菌肽mdpep5和mdpep9處理了大腸

11、桿菌、金黃色葡萄球菌，結果表明，兩種細菌的a630nm值均有不同程度的下降，說明家蠅抗菌肽對細菌細胞壁有一定的溶解作用，可使細菌細胞壁的通透性增加。喬媛媛等（2010）利用電子顯微鏡觀察了抗菌肽的作用機理，研究表明。抗菌肽作用于大腸桿菌12h后，細菌的質壁發生分離。使細胞壁出現空泡。進一步證明了抗菌肽可破壞細胞壁。宮霞等（2011）指出，抗菌肽mdl-2可與細菌細胞壁，使其溶解，對革蘭氏陽性細菌金黃色葡萄球菌的作用在較低濃度下即可發生，但對革蘭氏陰性菌的作用則需達到一定的濃度才可破壞其細胞壁。這可能與兩種菌表面的不同組分有關，在抗菌肽達到一定濃度時才能溶解革蘭氏陰性菌表面的脂多糖。抗菌肽不僅可

12、破壞、溶解細胞壁，并通過抑制細胞壁的合成來表達其抗菌活性。蔡永峰和彭德軒（2000）報道，桿菌肽鋅可抑制細菌細胞壁合成的脫磷酸化過程，阻礙磷脂載體的運轉及向細胞壁支架輸送粘肽，從而抑制細胞壁的合成。haster等（2006）研究發現，lipid 是細胞壁的合成前體。而抗菌肽nisin可移除lipid 在細胞壁上的合成位點。從而阻礙細胞壁的合成。harder（2001）等指出。抗菌肽-defensin3可抑制細菌細胞壁的形成，使細菌的細胞形態異常、阻礙細菌分裂，導致細胞壁穿孔。引起細菌死亡。說明抗菌肽可通過阻斷細胞壁的合成過程或移除其合成所需的物質來達到抑制細菌細胞壁合成的作用。2.3提高妊娠母

13、豬與仔豬的免疫力，節約生產成本王阿榮（2011）將天蠶素抗菌肽加入母豬日糧中，研究發現。添加天蠶素抗菌肽對母豬的繁殖力和仔豬的生長性能等均無顯著影響（p>0.05），但是試驗組在這兩項指標上較對照組都有提高的趨勢：各試驗組母豬初乳中的水分含量均高于對照組，但差異不顯著（p>0.05）。各試驗組母豬初乳中乳糖含量均高于對照組，其中只有試驗組與對照組差異顯著（p0.05）。各試驗組母豬初乳中氨基酸水平和脂肪酸含量與對照組相比均無顯著差異（p>0.05）。從試驗整體結果看。在母豬日糧中添加60g/t天蠶素抗菌肽的試驗組效果最佳。說明抗菌肽飼料添加劑可有效提高母豬的生產性能。并有效地

14、降低飼養成本，為養殖戶帶來巨大的經濟效益。由于抗菌肽提高了母豬和仔豬的免疫力，在生產中的用藥及人力上有了巨大的節約，可以進一步為養殖戶帶來可觀的效益。在這里，筆者將為大家普及抗菌肽的幾種抗菌模式。使養殖戶更加明了的認知抗菌肽。2.3.1“桶板”模型（barrel-stave model）在該模型中，抗菌肽通過靜電引力聚集在胞膜表面，形成肽聚體，然后肽聚體的疏水部分垂直插入磷脂雙分子層破壞細胞膜，形成離子通道，使細胞滲透壓變化、胞質泄露，導致細胞死亡。唐亞麗（2009）指出，通過該模型產生抗菌作用的抗菌肽即可以單體形式，也可以多體形式與胞膜結合：當單體在膜表面的密度較低時，可互相識別、聚合，形成

15、多聚體；多肽和胞膜的疏水部分相互結合。形成離子通道：在離子通道形成過程中，可通過在“桶板”上增加單體及小多體，擴大通道，加速細胞死亡。gkeka和sark-isov（2009）報道，抗菌肽跨膜形成的“桶板”通道的主要作用為-螺旋。每6個-螺旋結構的肽可形成內徑0.52nm左右的螺旋肽，并由此形成“桶板”狀的通道，其中孔道內側為肽的親水部分，外側為疏水部分。該模型說明抗菌肽具有兩親性，并說明具有兩親性的-螺旋結構的抗菌肽是形成膜孔洞的關鍵因素。另外，劉忠淵（2008a）指出，除了具有雙親性的-螺旋，疏水性的-螺旋或b折疊結構也是使抗菌肽具有穿膜孔洞作用的必需結構。2.3.2“環孔”模型（toro

16、idal dore model）“環孔”模型最初是由ludtke等在研究滑爪蟾素的作用機理時提出的，滑爪蟾素具有兩性-螺旋結構。與胞膜作用，可形成透膜孔道（劉立偉和鄧磊，2012）。與“桶板”模型不同的是，抗菌肽與膜結合時形成明顯的-螺旋結構，肽的親水部分與脂質的親水部分結合，共同形成跨膜通道。當肽與磷脂的比例達到一定的值，抗菌肽互相結合。使膜表面的曲面張力變化，導致脂質雙分子層內外兩層貫通，改變胞膜結構，從而形成環孔狀通道，最終引起細胞死亡。bozelli等（2012）通過圓二色和熒光光譜對含13個殘基的陽離子抗菌肽trp3和含不同脂質的胞膜模型之間的作用進行了研究，用大單層脂質體（luv）

17、模擬肽一脂質聚合體、用膠束模仿“環孔”模型的拓撲結構，結果表明，只有當雙分子層有負電荷的磷脂，trp3才能與其結合，而無論膠束表面電荷的正負。trp3均可與之結合，說明靜電作用在“環孔”模型中不占主導作用，并指出。脂質雙分子層的曲率可影響肽的二級結構。sobko等（2004）研究了大腸桿菌素e1（col-icinel）在磷脂雙分子層和脂質體上形成環孔通道的活性，指出colieinel形成環孔通道的活性取決于脂質雙分子層的曲率，說明脂質直接參與了eolieinel誘導孔壁形成的過程。并報道col-icinel通過形成環孔通道。導致細胞凋亡。yoneyama等（2009）報道，lacticin q

18、是一類可在細胞膜上形成孔隙的細菌素，并且是目前第一個可使蛋白泄露的抗菌肽。其形成孔隙的過程如下：首先，快速與細胞外膜結合：其次，形成至少4.6nm的孔隙，引起蛋白質泄露：再次，lac-ticin q從細胞膜外側遷移至膜內側。2.3.3“毯式”模型（carpet model）pouny等（1992）在研究抗菌肽dermaseptin與磷脂膜的相互作用時提出了抗菌肽的“毯式”模型。當濃度較低時陽離子抗菌肽分子以“平鋪”的方式覆蓋在帶負電的細胞膜表面，平行于磷脂雙分子層。使其疏水部分與細胞膜結合：當抗菌肽的濃度達到一定的閾值，抗菌肽互相結合形成肽聚體，肽聚體可與細胞膜結合，形成類似洗滌劑一脂質混合物，使完整的細胞膜迅速崩潰、細胞膜被溶解，造成細胞內容物流失、細胞死亡（wimley，2010；劉忠淵，2008a）。lopez-oyama等（2011）對抗菌肽bactenecin與細胞膜的相互作用進行探究的過程中發