抗菌肽在家禽生產中應用的研究進展
Research progress on application of antimicrobial peptides in poultry production
由于抗菌肽獨特、廣譜、快速高效的抗菌機制和特性，使其有效抑殺革蘭氏陽性菌和革蘭氏陰性菌，且不易產生耐藥性。另外，抗菌肽還具有分子量較小、無抗原性和體內無殘留等優(yōu)點。因而，近年來國內外在關于抗菌肽的功能機制和生產應用方面做了大量研究報道，抗菌肽可以抑制有害微生物生長、調整腸道菌群平衡、增強機體免疫力和提高動物生產性能。如今，抗菌肽已然成為極具潛力的抗生素替代物。因此，本文主要綜述抗菌肽的生物學功能及其在家禽生產中的應用研究進展，為飼用抗菌肽在家禽生產中的研發(fā)與應用提供參考。
抗菌肽又稱抗微生物肽、宿主防御肽等，是先天免疫系統的關鍵效應因子，它們提供了抵御各種病原體的第一道防線，是原核和真核生物中先天免疫防御系統的多功能成分，具有抗細菌，抗真菌，抗病毒，抗寄生蟲和抗腫瘤功能。
目前，大多數理論認為抗菌肽的抑菌活性主要依靠細胞膜穿孔機制。即抗菌肽先與細菌的外膜作用，結合以后再作用于細胞內膜上，經過靜電引力作用形成許多孔道，使細菌正常的代謝遭到破壞，細胞膜的結構和功能也受到影響，最終造成靶細胞死亡，完成抑菌作用。Paik等研究發(fā)現，枯草菌肽可以通過作用細菌細胞膜產生的特殊產物，進而使細胞膜形成孔洞，使細胞內容物外泄，實現殺死細菌的目的。Kouwen等認為，枯草菌肽通過抑制細胞膜壓力敏感性離子通道MscL的關閉，進而使細菌細胞內容物外泄，導致細菌死亡。
另外，也有觀點認為抗菌肽通過在胞內發(fā)揮作用的方式實現抑菌作用：（1）作用于核酸，影響DNA和RNA的復制和合成；（2）作用于蛋白質，與真核細胞核糖體亞基結合，使蛋白質結構轉變、活性喪失；（3）抑制細胞內酶活性。有研究表明腸桿菌肽通過阻斷RNA聚合酶中用于合成RNA的堿基的運輸和合成過程中的副產物的排出，進而抑制RNA聚合酶的活性。或與細胞內ATP合成酶相互作用，降低酶活性，阻斷細胞內依賴 ATP 的生物過程，也可以使線粒體內酶的活性降低，擾亂物質代謝，導致細胞死亡。
由于部分抗菌肽存在一些特殊的二、三級結構，使其對高溫、酸、堿及胃蛋白酶和胰蛋白酶具有良好的抵抗力，因此在飼料加工過程和動物應用中幾乎不受影響。比如枯草三十七肽是由 37個氨基酸組成并含有2個二硫鍵的陽離子肽，其性質極其穩(wěn)定，可以耐受1.5-9.5的pH，還可以在高溫環(huán)境中穩(wěn)定存在。腸桿菌肽是由21個氨基酸組成的索套肽，其中N端的8個氨基酸形成一個圓形的環(huán)狀結構，9-21 氨基酸形成β發(fā)夾結構，貫穿圓環(huán)，故其性質非常穩(wěn)定，對高溫、蛋白酶有良好耐受性。
2.1 對有害菌的作用
在家禽養(yǎng)殖中，病原菌造成家禽死亡是養(yǎng)殖失敗的主要原因之一。如大腸桿菌、沙門氏菌、產氣莢膜梭菌、金黃色葡萄球菌等會造成家禽一系列腸道疾病，影響家禽生產性能，進而造成經濟損失。抗菌肽具有廣譜的抗菌效果，抑制殺滅一些有害菌的生長，促進腸道健康。
張琳研究發(fā)現，枯草菌肽200g/噸組、100g/噸組和恩拉霉素250g/噸組都能顯著降低雞產氣莢膜梭菌的數量，其中枯草菌肽200g/噸組梭菌減少比例高達95.75%，效果好于恩拉霉素組。王帥發(fā)現枯草菌肽對產氣莢膜梭菌具有較強的抗感染作用，防止腸道受有害菌侵襲，對維持腸道穩(wěn)態(tài)具有積極作用。對于產氣莢膜梭菌，枯草菌肽的體外最小抑菌濃度是林可霉素的二十八分之一，體內實驗發(fā)現枯草菌肽只需要林可霉素濃度的七分之一即可達到同等抑菌效果，說明抗菌肽枯草菌肽對于抑制產氣莢膜梭菌的效果強于林可霉素。飼糧中添加300 mg /kg枯草菌肽可減少愛拔益加肉公雞盲腸中的大腸桿菌數量，與80mg/kg金霉素無顯著差異，可以提高飼料利用率和生產性能，也反映出枯草菌肽具有抗生素替代的潛力。Gang Wang研究發(fā)現，在沙門氏菌攻毒的1日齡AA公雞組中，在42日齡時，日糧中添加0.5mg/kg 抗菌肽腸桿菌肽與20mg/kg硫酸粘菌素對比，腸桿菌肽可顯著降低沙門氏菌感染率，效果優(yōu)于硫酸粘霉素。于曦研究發(fā)現，鱟素抗菌肽可阻止沙門氏菌對腸道結構的破壞，提高感染雛雞腸道微生物的多樣性。枯草菌肽體外抑制金黃色葡萄球菌的最小抑菌濃度高于氨芐西林，但抑菌效果與其相當。另有研究稱，在金黃色葡萄球菌注射模型中，枯草菌肽促進巨噬細胞和中性粒細胞趨化因子的表達向感染部位轉運，并可以改善病原體誘導破壞后的微生物區(qū)系結構和功能組成，從而防止金黃色葡萄球菌侵染機體。
2.2 提高生產性能及產品品質
抗菌肽對于肉禽具有良好的應用效果，能夠增加日增重，降低料肉比。提高肉禽的生長性能和生產性能。王莉研究發(fā)現，枯草三十七肽抗菌肽能夠提高817肉雜雞平均日增重，降低料重比，生長前期效果更佳。1~21日齡時，在日采食量無顯著差異的情況下，日糧中添加200mg/kg枯草三十七肽的效果最好，相較于對照組，平均日增重提高6.19%，料重比降低6.25%。張琳研究發(fā)現，飼糧中添加枯草菌肽200g/噸組和100g/噸組肉雞末重和日增重顯著提高，且生產性能較恩拉霉素組有提升。許君茹等研究發(fā)現，與對照組相比，日糧中添加枯草三十七肽顯著提高肉雞的平均體重和平均日增重，分別提高2.55%和2.56%，并且降低7.8%的成活率，從而提高長性能。穆洋研究發(fā)現，日糧中添加 250 mg/kg枯草菌肽可提高肉仔雞8.5%的平均日增重并降低4.2%的料肉比，日糧中添加500mg/kg枯草菌肽可提升肉仔雞4%的屠宰率，全凈膛率、半凈膛率、胸肌率屠宰性能也有一定程度的提高。張麗雅研究發(fā)現，在飲用水中添加5mmol/L羅伊氏乳桿菌0.08μmol/L配伍抗菌肽腸桿菌肽可以達到常規(guī)使用抗生素作為生長促進劑所獲得的改善肉雞生長性能的效果。飼料中添加中、高劑量抗菌肽可以顯著提高感染鼠傷寒沙門氏菌肉雞22.5%和32.5%的平均日增重，降低22.7%和27.5%的料重比，維持或改善患病肉雞的生長性能，減少經濟效益的損失。關靜姝研究發(fā)現，飼糧中添加300mg/kg腸桿菌肽提高AA肉雞飼料的轉化率，能夠提高2%平均日增重，降低2.3%料肉比，從而提高動物的生產成績，改善動物的生產性能，進而增加生產效益。飼糧添加抗菌肽Api-PR19能夠提高飼料轉化效率，改善肉雞生產性能。
抗菌肽在蛋雞的應用同樣效果明顯，能顯著降低料蛋比，提高產蛋雞的出欄體重以及蛋殼質量指標，對于蛋品質有顯著改善。張耀文等認為飼料中添加枯草三十七肽能增強機體代謝水平，促進其對營養(yǎng)物質的合成和利用，添加100mg/kg枯草三十七肽能夠提高70周齡海蘭褐蛋雞3.4%的產蛋率。孫何軍等研究發(fā)現，腸桿菌肽對產蛋相關的激素有調節(jié)作用，在一定程度上對蛋雞的生殖系統產生保護作用，飼糧中添加腸桿菌肽可提高300日齡海蘭褐蛋雞3.51%產蛋率，降低6%的破蛋率和3.5%的臟蛋率，有效改善蛋雞生產性能。劉夢雪研究發(fā)現，飼喂抗菌肽能提高蛋雞產蛋后期的生產性能以及產品質量，添加200mg/kg抗菌肽能夠顯著降低66周齡海蘭褐蛋雞6.07%料蛋比、提高3.4%產蛋率，增加1.27%平均蛋重，蛋殼厚度、蛋殼強度以及蛋黃顏色均有提高，分別提高5.56%、8.9%和11.54%。
2.3 提高免疫力
家禽自身免疫力的高低決定著發(fā)病率的高低，與家禽生產性能和產品品質等經濟效益密切相關。抗菌肽具有較強的免疫調節(jié)作用，能夠提高家禽免疫器官重量，提高體液免疫與細胞免疫水平，提高疫苗效價和T淋巴細胞轉化率，進而改善畜禽健康狀況。
彭翔研究發(fā)現，枯草菌肽能夠提高肉雞的免疫功能。表現在顯著提高外周血Ｔ淋巴細胞15.9%- 50.7%和提高Ｂ淋巴細胞轉化率21.3%-23.6%，效果優(yōu)于50%維吉尼霉素；促進肉仔雞免疫器官指數的提高，血清中的總蛋白、白蛋白及免疫球蛋白含量的提高，效果與50%維吉尼霉素相當。穆陽認為日糧中添加500 mg/kg枯草菌肽肉仔雞血清中IgG、IgA含量均顯著高于空白對照組，且IgG含量高于150mg/kg土霉素效果；脾臟指數、胸腺指數、法氏囊指數相對于空白對照組分別提升42%、11%、55%，隨著不同抗菌肽試驗組添加量的提高，血清中IgG、IgA含量呈增多趨勢。卜華超研究發(fā)現，飼料中添加中、高劑量抗菌肽可以顯著提升感染鼠傷寒沙門氏菌肉雞血清中IgA、IgG、IgM、IL-6和IL-10的含量和腸道SIgA、ZO-1的含量，提高了機體的免疫反應能力，從而抑制鼠傷寒沙門氏菌的感染。飼糧中添加枯草三十七肽能夠顯著提高蛋雞血清中免疫球蛋白的含量，在增強蛋雞的免疫功能方面具有重要作用，并且在添加較低濃度（100 mg/kg~200 mg/kg）時，其作用效果有劑量依賴性，但在添加較高濃度（200 mg/kg~300 mg/kg）時，其作用效果不再隨濃度的增加而加強。有研究表明，日糧中添加枯草三十七肽能夠提高產蛋后期蛋雞體液免疫水平和細胞免疫水平，顯著提高Ig A、IgM、Ig G、IL-2、IL-4、IL-10、TNF-α、IFN-γ含量，顯著提高新城疫抗體效價21%、提高禽流感抗體效價19.73%，最高可顯著提高T淋巴細胞轉化率78.57%。
2.4 改善腸道形態(tài)及菌群結構
小腸是吸收和運輸營養(yǎng)物質的重要場所，其形態(tài)變化可反映腸道健康狀況，小腸的絨毛高度、隱窩深度和絨隱比是衡量小腸消化吸收功能的重要指標。腸道菌群與機體生理代謝、免疫防護和疾病發(fā)展有關，腸道菌群的動態(tài)平衡可以維持腸道健康，提高畜禽的生產性能。抗菌肽可以提高腸道有益菌的豐度，有效改善腸道的組織形態(tài)，提高家禽在不同時期不同腸段的絨毛高度和絨隱比，降低隱窩深度，增加腸道的吸收面積和吸收能力，從而改善腸道菌群結構，緩解生產壓力，進而提高生產質量。
在產蛋后期蛋雞飼糧中添加不同水平枯草三十七肽對其回腸隱窩深度有降低趨勢，并提高了回腸絨毛高度，說明枯草三十七肽有利于改善蛋雞腸道黏膜形態(tài)，減少有害菌對腸黏膜的破壞，從而改善腸道黏膜形態(tài)和功能。穆陽研究發(fā)現日糧中添加250 mg/kg枯草菌肽，腸道中乳酸桿菌、雙歧桿菌數量顯著提升6.7%和5.9%，同時大腸桿菌和沙門氏菌數量分別降低13.7%和9.9%，隨著抗菌肽試驗添加量的不斷提高，其AA肉仔雞腸道中有益菌的數量不斷增加，大腸桿菌和沙門氏菌的數量不斷降低。彭翔認為枯草菌肽能顯著提高肉雞腸道中乳酸桿菌1%和雙歧桿菌7.2%以上的含量，盲腸中大腸桿菌顯著降低8.7%以上。產蛋后期蛋雞飼糧中添加200mg/kg枯草三十七肽，其空腸、十二指腸、回腸的隱窩深度分別降低10.58%、20.97%、21.69%，空腸、十二指腸、回腸的絨隱比分別提高15.22%、38.87%、30.19%；并且能改善產蛋后期蛋雞盲腸菌群結構，提高厚壁菌門、擬桿菌門、互養(yǎng)菌門、瘤胃球菌、理研菌科RC9腸道群的豐度與表達，從而促進了腸道健康，減緩了產蛋后期蛋雞生產性能和蛋品質的下降幅度。王建認為100mg/kg抗菌肽Api-PR19可以提高絨毛高度8.7%，降低隱窩深度12.8%，提高絨隱比28.5%，改善肉雞腸絨毛組織形態(tài)。增加小腸對營養(yǎng)物質的吸收，增強小腸免疫能力，減少盲腸有害微生物的數量，維持腸道微生態(tài)平衡，綜合改善了腸道健康，進而提高飼料轉化效率，改善肉雞生產性能。胡鳳姣研究發(fā)現，雞血源抗菌肽可有效改善熱應激雞腸道的組織結構的損傷，尤其是能抵抗慢性熱應激造成的雞消化功能的降低和腸道黏膜免疫的抑制，維持熱應激狀態(tài)下雞腸道的穩(wěn)態(tài)。
在當前全球禁抗養(yǎng)殖浪潮的影響下，我國飼料行業(yè)已經進入無抗養(yǎng)殖的時代。目前，我國家禽養(yǎng)殖業(yè)高度集約化，存在飼養(yǎng)密度過大，養(yǎng)殖環(huán)境較差等問題，導致家禽生產性能及機體免疫力下降，消化道微生態(tài)失衡。飼糧中添加抗菌肽可提高家禽生長性能，提高機體免疫力和改善腸道健康，緩解由管理不當或腸炎感染等造成的負面影響，為畜禽養(yǎng)殖提供一個效果優(yōu)秀的抗生素替代方案。
抗菌肽作為替抗產品用于畜禽生產實踐效果優(yōu)秀，但在生產實踐中也存在一定問題需要改進。①用于飼料中的替抗抗菌肽產品并不多，主要原因是由于天然抗菌肽難以篩選，分離純化困難。②與抗生素相比，大部分抗菌肽的效果還達不到其水平。當然，隨著生產工藝的優(yōu)化、更持續(xù)深入的研究以及市場接受程度的提高，堅信抗菌肽作為綠色安全的替抗飼料添加劑將會成為解決無抗養(yǎng)殖時代難題的良方。
參考文獻 略
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