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摘要 抗菌肽是阳离子型活性肽，目前发现抗菌肽或类似抗菌肽的小分子肽类广泛存在于昆虫、两栖类、水产动物、哺乳动物及植物中，这种内源性抗菌肽经诱导而合成，在机体抵抗病原的入侵方面起着重要的作用，具有分子量小、热稳定性好、无免疫原性、抗菌谱广等特点。从抗菌肽的分类、作用机理、应用等几个方面综述了抗菌肽的研究状况及其在畜牧业中的应用。
关键词 抗菌肽；作用机理；进展；应用
中图分类号 S859.79 7 文献标识码A文章编号1007-5739（2008）08-0167-02
抗菌肽（antibacterial peptides）又称抗微生物肽（peptide antibiotics），是生物体在抵抗病原微生物的防御反应过程中产生的一种具有抗微生物小分子多肽。1972年，瑞典科学家Boman等首先在果蝇中发现抗菌肽及其免疫功能[1]，随后首先从惜古比天蚕蛹诱导分离到具有抗菌活性的多肽，命名为Cecropins。迄今为止，已在许多生物中发现300多种这样的内源性抗菌肽，可大致分为4类：cecropins（杀菌肽）、富含Pro残基的magainins（蛙皮素）、富含Gly残基的melittins（蜂毒素）和富含Cys残基的defensins（防御素）。这些抗菌肽除了具有广谱的抗菌活性外，同时还有高效的抗真菌和（或）抗病毒和（或）原虫和（或）抗肿瘤活性[2-3]。因此，这些肽类抗菌物质显示了在医学和农业上潜在的研究和应用价值。
1抗菌肽的特点
1.1抗菌肽的理化特点
抗菌肽的理化性质现已基本清楚，其相对分子质量一般在4KD左右，它是生物先天免疫防卫系统的一个重要组成部分[1]。多数抗菌肽的相对分子质量低、水溶性好、等电点大于7，表现出较强的阳离子特征。在家蚕抗菌肽的稳定性试验中发现，家蚕抗菌肽在121℃、1.5×105Pa的高温高压处理30min，抗菌肽仍保持原有活性，说明抗菌肽具有对热稳定的特性[4]。同时还发现抗菌肽对弱酸弱碱的耐受性较强，但对胰蛋白酶和蛋白酶K非常敏感，易被水解。
1.2抗菌肽的结构特点
抗菌肽具有广谱抗菌和其他优良的特性，与它自身的结构特点密不可分。虽然抗菌肽种类繁多，来源也不同，但它们的一级结构（即氨基酸序列）具有较强的保守性，主要有以下几个特点：①N端富含极性氨基酸，如Lys、Arg等，呈强碱性，含过剩的正电荷，使抗菌肽呈阳离子特性；②C端通常酰胺化，呈中型疏水性，富含Ala、Val、Gly等非极性氨基酸，这可能与抗菌肽的广谱抗菌活性有关；③中间连接部分富含Pro，末端大多酰胺化，它也直接影响抗菌肽的杀菌活性；④大部分抗菌肽在第2位上的氨基酸为Trp，它对抗菌肽的杀菌活性的高低起重要作用[5]。
1.3抗菌肽的生物功能特点
抗菌肽在生理功能方面是有以下特点：①广谱高效的抗菌活性。抗菌肽对G 和G-菌均有高效广谱的杀伤作用，国内外已报道有113种以上的不同细菌均能被抗菌肽所杀灭。此外，对真菌、原虫也有广泛的杀菌活性，并且它的抗菌浓度小，浓度单位一般在μmol/L水平[2-3]；②抗病毒活性。抗菌肽对单疱疹病毒、流感病毒、爱滋病病毒等囊膜病毒有明显的杀伤力；③不易产生耐药性。抗菌肽相对传统的抗生素而言，细菌对抗菌肽更难产生耐药性；④抗肿瘤活性。抗菌肽使肿瘤细胞不能贴壁和正常生长；⑤安全无残留、无毒副作用；⑥作用机制独特，对真核细胞几乎没有作用，仅作用于原核细胞和发生病变的真核细胞[6]。
2抗菌肽的抗菌机理
几乎所有抗菌肽都是阳离子型，大多具有两亲α-螺旋和（或）两亲β-折迭结构。目前认为大部分的动物抗菌肽的作用机理主要是作用于细菌的细胞膜，破坏细胞膜的完整性使其通透性增大，最终导致细胞内容物溢出胞外而死亡。具体为：抗菌肽分子两亲α-螺旋上的正电荷与细菌质膜磷脂分子上的负电荷通过静电相吸而靠近；接着借助于分子中N端与C端间的连续结构的柔性，抗菌肽分子中的疏水端插入质膜中；然后两亲性α-螺旋也插入质膜中，这样就破坏了脂质双层原有的有序结构。由于α-螺旋的两亲性使抗菌肽分子通过膜内分子间的位移而相互聚集在一起，从而在膜上形成离子通道，细菌最终不能保持正常渗透压而致死。哺乳动物防御素的二级结构是两亲β-折迭，其杀菌机理类似于cecropins在膜上形成离子通道[7]。随着研究的深入，人们发现动物抗菌肽还可以其他的方式产生抗菌效果，如某些动物抗菌肽可以通过抑制细胞的呼吸作用来杀菌，某些富含脯氨酸的抗菌肽和细菌的热休克蛋白结合而发挥抗菌活性。
3抗菌肽在畜牧业中的应用
3.1在畜牧生产中的应用
抗菌肽能够取代或部分取代目前喂养动物所用的抗生素，减少动物养殖中对药物的依赖。目前在畜牧业实际生产应用的报告中只有少数试验报道。刘温发等[8]报道，通过50L发酵罐培养中间试验，在优化发酵条件后，用甲醇诱导启动醇氧化酶启动子而成功表达抗菌肽基因并分泌抗菌肽到菌体外，培养液中抗菌肽的杀菌活力达5 000U/mL。进一步改进培养基配方，掌握较适宜的培养条件，包括pH值、温度、供气量及搅拌速度等，发酵生产周期可缩短到24h，杀菌活力达5 600U/mL。以这些工程酵母发酵液作试验，通过饮水摄入剂量为60U/只·d的粤黄鸡饲养试验，结果表明，抗菌肽可促进小鸡生长和减少排泄物氮含量，对粤黄鸡具有促生长、保健和治疗疾病的功能。陈晓生等[9]在肉鸭饲料中添加抗菌肽，试验结果表明，抗菌肽制剂与金霉素一样具有促进肉鸭生长、提高肉鸭产肉率、降低腹脂率的作用。
3.2抗菌肽在饲料工业中的应用
高等动物肠道内的抗菌肽能抑制外源性病原菌，而对动物肠道存在的正常菌群和动物细胞无杀伤作用。虽然肠源抗菌肽有选择性杀伤病原菌的优点，但其在动物体内的表达分泌量却十分有限。应用基因工程手段大量生产动物专一性抗菌肽，并将其用作饲料添加剂，可以使饲养动物对外源病原菌入侵具有更好的抵抗能力。抗菌肽能耐受饲料制粒时的高温，规模化发酵生产抗菌肽时经高温浓缩工序，可充分杀灭酵母菌体而不导致抗菌肽的失活，产品在应用后不会出现工程菌的扩散而导致污染环境问题。抗菌肽杀菌机理非常独特，病原菌不易对抗菌肽产生耐药性，以工程菌工业化发酵生产抗菌肽的优点是：可大规模生产，生产周期短，生产成本低，且不受季节和气候变化等外在环境的影响[8]。抗菌肽产品具广谱抗菌作用，对畜禽具有促生长、保健和治疗疾病的功能，属无毒副作用、无残留、无致细菌耐药性的一类环保型制剂。因而抗菌肽作为一种新型饲料添加剂，是目前饲料工业的一个新的研发方向。
3.3转基因研究及应用
仔猪腹泻、奶牛乳房炎及各种病毒性疾病，如猪瘟、鸡新城疫等一直是比较棘手的疾病，不利于畜牧业的发展。借鉴已成功的昆虫抗菌肽转基因工程，如转基因蚊子、转基因马铃薯、转基因水稻等，把特异的抗菌肽基因转入畜禽特定细胞让其表达，从而产生抗病新品种，不失为发展畜牧生产的新思路。运用基因工程方法把牛TAP基因导入小鼠乳腺，在小鼠乳中检测到了牛TAP的存在，说明乳腺能转录出相应的TAP抗菌肽类，且TAP重组体数量多，比基因工程法合成抗菌肽费用低。如果用相同方法，把抗菌肽基因转入猪体内，从而产出抗大肠杆菌感染的转基因仔猪[7]，其经济效益和现实意义不言而喻。
3.4在绿色畜牧业发展中发挥重要作用
由于抗生素在畜禽生产中的大量的使用，药物在畜禽体内严重残留及其耐药微生物的产生使动物性食品的安全性问题日益突出，这严重威胁着人民身体健康和整个养殖业的可持续发展，也给我国畜产品出口贸易带来了巨大的损失。抗菌肽具有广谱抗菌活性且快速杀菌，不受传统抗生素耐药突变株影响，不易产生耐药菌株，与传统抗生素协同作用，中和内毒素和在动物体内起有效作用等特性。所以在绿色、安全、环保的畜牧业发展中，抗菌肽会发挥重要的作用。
4结语
随着细胞生物学和基因工程技术的发展，对抗菌肽的研究也越来越深入，一方面，在分子水平上研究抗菌肽在动物免疫防御系统中精细的合成过程及其调控机制；另一方面，探讨抗菌肽的药用开发价值，努力使之成为继青霉素等传统抗生素之后的又一类重要的新型抗菌药物[10]。传统抗生素的广泛及长期的应用，许多病源菌对它们产生了耐药性，抗生素添加剂的使用，严重破坏了动物肠道的微生物平衡，并易在动物体内残留，严重影响了畜产品的品质和人类的健康，而抗菌肽对真核细胞几乎无作用，仅作用于原核细胞和发生病变的真核细胞，并且与抗生素通过阻断大分子生物合成的作用机制完全不同，病原菌不易对其产生耐药性，由此显示了它具有独特的研究和应用价值。但是，目前关于抗菌肽的研究大多数处于实验室阶段，适用于局部治疗，其真正用于临床所必须解决的还有毒性、稳定性、免疫原性、应用方法、药物制剂等问题。但随着抗菌肽基因工程技术研究的深入和分子生物学技术在抗菌肽上的成熟应用，将会有一批用现代生物技术方式大量生产且抗菌活性高的抗菌肽新产品出现，并在畜牧生产体系中发挥着重要作用。
5参考文献
[1] BOMAN H G，NISSON I，RASMUSON B.Inducible antibacterial defense system in Drasophial[J].Nature，1972（237）：232-235.
[2] MORIMOTO M，MORI H，OTAK T，et al.Inhibitory effect of tachyplesinI on the proliferation of human immunodeficiency virus in vitro[J].Chemotherapy，1991（37）：327-34.
[3] BAKER M A，MALOY W L，ZASLOFF M，et al.Anticancer efficacy of magainin 2 and analogue peptides[J].Cancer Res，1993（53）：3052-3057.
[4] 郭玉梅，戴祝英，胡云龙.家蚕抗菌肽的一些性质及抗肿瘤活性[J].南京师大学报（自然科学版），1995，18（1）：62-66.
[5] 郑秀芳，缪为.抗菌肽及在植物抗病基因工程中的应用[J].生物学通报，2002，37（10）：9.
[6] 连永权，李建平，李文君.抗菌肽及其在畜牧业中的应用[J].饲料研究，2005（2）：14-17.
[7] 汪以真，韩新燕，许梓荣.哺乳动物抗菌肽及其在畜牧生产上的应用前景[J].中国畜牧杂志，2002，38（4）：25-28.
[8] 刘温发，何丹林，张常明，等.抗菌肽酵母制剂作为饲料添加剂的应用前景.中国饲料，2001（23）：22-23.
[9] 陈晓生，张辉华，田允波，等.抗菌肽作饲料添加剂对肉鸭生长性能的影响[J].黑龙江畜牧兽医，2005（3）：64-65.
[10] 文加才，秦永忠，宋爱刚.阳离子抗菌肽的研究进展[J].国外医药（抗生素分册），2002，23（6）：269-270.
关键词 抗菌肽；作用机理；进展；应用
中图分类号 S859.79 7 文献标识码A文章编号1007-5739（2008）08-0167-02
抗菌肽（antibacterial peptides）又称抗微生物肽（peptide antibiotics），是生物体在抵抗病原微生物的防御反应过程中产生的一种具有抗微生物小分子多肽。1972年，瑞典科学家Boman等首先在果蝇中发现抗菌肽及其免疫功能[1]，随后首先从惜古比天蚕蛹诱导分离到具有抗菌活性的多肽，命名为Cecropins。迄今为止，已在许多生物中发现300多种这样的内源性抗菌肽，可大致分为4类：cecropins（杀菌肽）、富含Pro残基的magainins（蛙皮素）、富含Gly残基的melittins（蜂毒素）和富含Cys残基的defensins（防御素）。这些抗菌肽除了具有广谱的抗菌活性外，同时还有高效的抗真菌和（或）抗病毒和（或）原虫和（或）抗肿瘤活性[2-3]。因此，这些肽类抗菌物质显示了在医学和农业上潜在的研究和应用价值。
1抗菌肽的特点
1.1抗菌肽的理化特点
抗菌肽的理化性质现已基本清楚，其相对分子质量一般在4KD左右，它是生物先天免疫防卫系统的一个重要组成部分[1]。多数抗菌肽的相对分子质量低、水溶性好、等电点大于7，表现出较强的阳离子特征。在家蚕抗菌肽的稳定性试验中发现，家蚕抗菌肽在121℃、1.5×105Pa的高温高压处理30min，抗菌肽仍保持原有活性，说明抗菌肽具有对热稳定的特性[4]。同时还发现抗菌肽对弱酸弱碱的耐受性较强，但对胰蛋白酶和蛋白酶K非常敏感，易被水解。
1.2抗菌肽的结构特点
抗菌肽具有广谱抗菌和其他优良的特性，与它自身的结构特点密不可分。虽然抗菌肽种类繁多，来源也不同，但它们的一级结构（即氨基酸序列）具有较强的保守性，主要有以下几个特点：①N端富含极性氨基酸，如Lys、Arg等，呈强碱性，含过剩的正电荷，使抗菌肽呈阳离子特性；②C端通常酰胺化，呈中型疏水性，富含Ala、Val、Gly等非极性氨基酸，这可能与抗菌肽的广谱抗菌活性有关；③中间连接部分富含Pro，末端大多酰胺化，它也直接影响抗菌肽的杀菌活性；④大部分抗菌肽在第2位上的氨基酸为Trp，它对抗菌肽的杀菌活性的高低起重要作用[5]。
1.3抗菌肽的生物功能特点
抗菌肽在生理功能方面是有以下特点：①广谱高效的抗菌活性。抗菌肽对G 和G-菌均有高效广谱的杀伤作用，国内外已报道有113种以上的不同细菌均能被抗菌肽所杀灭。此外，对真菌、原虫也有广泛的杀菌活性，并且它的抗菌浓度小，浓度单位一般在μmol/L水平[2-3]；②抗病毒活性。抗菌肽对单疱疹病毒、流感病毒、爱滋病病毒等囊膜病毒有明显的杀伤力；③不易产生耐药性。抗菌肽相对传统的抗生素而言，细菌对抗菌肽更难产生耐药性；④抗肿瘤活性。抗菌肽使肿瘤细胞不能贴壁和正常生长；⑤安全无残留、无毒副作用；⑥作用机制独特，对真核细胞几乎没有作用，仅作用于原核细胞和发生病变的真核细胞[6]。
2抗菌肽的抗菌机理
几乎所有抗菌肽都是阳离子型，大多具有两亲α-螺旋和（或）两亲β-折迭结构。目前认为大部分的动物抗菌肽的作用机理主要是作用于细菌的细胞膜，破坏细胞膜的完整性使其通透性增大，最终导致细胞内容物溢出胞外而死亡。具体为：抗菌肽分子两亲α-螺旋上的正电荷与细菌质膜磷脂分子上的负电荷通过静电相吸而靠近；接着借助于分子中N端与C端间的连续结构的柔性，抗菌肽分子中的疏水端插入质膜中；然后两亲性α-螺旋也插入质膜中，这样就破坏了脂质双层原有的有序结构。由于α-螺旋的两亲性使抗菌肽分子通过膜内分子间的位移而相互聚集在一起，从而在膜上形成离子通道，细菌最终不能保持正常渗透压而致死。哺乳动物防御素的二级结构是两亲β-折迭，其杀菌机理类似于cecropins在膜上形成离子通道[7]。随着研究的深入，人们发现动物抗菌肽还可以其他的方式产生抗菌效果，如某些动物抗菌肽可以通过抑制细胞的呼吸作用来杀菌，某些富含脯氨酸的抗菌肽和细菌的热休克蛋白结合而发挥抗菌活性。
3抗菌肽在畜牧业中的应用
3.1在畜牧生产中的应用
抗菌肽能够取代或部分取代目前喂养动物所用的抗生素，减少动物养殖中对药物的依赖。目前在畜牧业实际生产应用的报告中只有少数试验报道。刘温发等[8]报道，通过50L发酵罐培养中间试验，在优化发酵条件后，用甲醇诱导启动醇氧化酶启动子而成功表达抗菌肽基因并分泌抗菌肽到菌体外，培养液中抗菌肽的杀菌活力达5 000U/mL。进一步改进培养基配方，掌握较适宜的培养条件，包括pH值、温度、供气量及搅拌速度等，发酵生产周期可缩短到24h，杀菌活力达5 600U/mL。以这些工程酵母发酵液作试验，通过饮水摄入剂量为60U/只·d的粤黄鸡饲养试验，结果表明，抗菌肽可促进小鸡生长和减少排泄物氮含量，对粤黄鸡具有促生长、保健和治疗疾病的功能。陈晓生等[9]在肉鸭饲料中添加抗菌肽，试验结果表明，抗菌肽制剂与金霉素一样具有促进肉鸭生长、提高肉鸭产肉率、降低腹脂率的作用。
3.2抗菌肽在饲料工业中的应用
高等动物肠道内的抗菌肽能抑制外源性病原菌，而对动物肠道存在的正常菌群和动物细胞无杀伤作用。虽然肠源抗菌肽有选择性杀伤病原菌的优点，但其在动物体内的表达分泌量却十分有限。应用基因工程手段大量生产动物专一性抗菌肽，并将其用作饲料添加剂，可以使饲养动物对外源病原菌入侵具有更好的抵抗能力。抗菌肽能耐受饲料制粒时的高温，规模化发酵生产抗菌肽时经高温浓缩工序，可充分杀灭酵母菌体而不导致抗菌肽的失活，产品在应用后不会出现工程菌的扩散而导致污染环境问题。抗菌肽杀菌机理非常独特，病原菌不易对抗菌肽产生耐药性，以工程菌工业化发酵生产抗菌肽的优点是：可大规模生产，生产周期短，生产成本低，且不受季节和气候变化等外在环境的影响[8]。抗菌肽产品具广谱抗菌作用，对畜禽具有促生长、保健和治疗疾病的功能，属无毒副作用、无残留、无致细菌耐药性的一类环保型制剂。因而抗菌肽作为一种新型饲料添加剂，是目前饲料工业的一个新的研发方向。
3.3转基因研究及应用
仔猪腹泻、奶牛乳房炎及各种病毒性疾病，如猪瘟、鸡新城疫等一直是比较棘手的疾病，不利于畜牧业的发展。借鉴已成功的昆虫抗菌肽转基因工程，如转基因蚊子、转基因马铃薯、转基因水稻等，把特异的抗菌肽基因转入畜禽特定细胞让其表达，从而产生抗病新品种，不失为发展畜牧生产的新思路。运用基因工程方法把牛TAP基因导入小鼠乳腺，在小鼠乳中检测到了牛TAP的存在，说明乳腺能转录出相应的TAP抗菌肽类，且TAP重组体数量多，比基因工程法合成抗菌肽费用低。如果用相同方法，把抗菌肽基因转入猪体内，从而产出抗大肠杆菌感染的转基因仔猪[7]，其经济效益和现实意义不言而喻。
3.4在绿色畜牧业发展中发挥重要作用
由于抗生素在畜禽生产中的大量的使用，药物在畜禽体内严重残留及其耐药微生物的产生使动物性食品的安全性问题日益突出，这严重威胁着人民身体健康和整个养殖业的可持续发展，也给我国畜产品出口贸易带来了巨大的损失。抗菌肽具有广谱抗菌活性且快速杀菌，不受传统抗生素耐药突变株影响，不易产生耐药菌株，与传统抗生素协同作用，中和内毒素和在动物体内起有效作用等特性。所以在绿色、安全、环保的畜牧业发展中，抗菌肽会发挥重要的作用。
4结语
随着细胞生物学和基因工程技术的发展，对抗菌肽的研究也越来越深入，一方面，在分子水平上研究抗菌肽在动物免疫防御系统中精细的合成过程及其调控机制；另一方面，探讨抗菌肽的药用开发价值，努力使之成为继青霉素等传统抗生素之后的又一类重要的新型抗菌药物[10]。传统抗生素的广泛及长期的应用，许多病源菌对它们产生了耐药性，抗生素添加剂的使用，严重破坏了动物肠道的微生物平衡，并易在动物体内残留，严重影响了畜产品的品质和人类的健康，而抗菌肽对真核细胞几乎无作用，仅作用于原核细胞和发生病变的真核细胞，并且与抗生素通过阻断大分子生物合成的作用机制完全不同，病原菌不易对其产生耐药性，由此显示了它具有独特的研究和应用价值。但是，目前关于抗菌肽的研究大多数处于实验室阶段，适用于局部治疗，其真正用于临床所必须解决的还有毒性、稳定性、免疫原性、应用方法、药物制剂等问题。但随着抗菌肽基因工程技术研究的深入和分子生物学技术在抗菌肽上的成熟应用，将会有一批用现代生物技术方式大量生产且抗菌活性高的抗菌肽新产品出现，并在畜牧生产体系中发挥着重要作用。
5参考文献
[1] BOMAN H G，NISSON I，RASMUSON B.Inducible antibacterial defense system in Drasophial[J].Nature，1972（237）：232-235.
[2] MORIMOTO M，MORI H，OTAK T，et al.Inhibitory effect of tachyplesinI on the proliferation of human immunodeficiency virus in vitro[J].Chemotherapy，1991（37）：327-34.
[3] BAKER M A，MALOY W L，ZASLOFF M，et al.Anticancer efficacy of magainin 2 and analogue peptides[J].Cancer Res，1993（53）：3052-3057.
[4] 郭玉梅，戴祝英，胡云龙.家蚕抗菌肽的一些性质及抗肿瘤活性[J].南京师大学报（自然科学版），1995，18（1）：62-66.
[5] 郑秀芳，缪为.抗菌肽及在植物抗病基因工程中的应用[J].生物学通报，2002，37（10）：9.
[6] 连永权，李建平，李文君.抗菌肽及其在畜牧业中的应用[J].饲料研究，2005（2）：14-17.
[7] 汪以真，韩新燕，许梓荣.哺乳动物抗菌肽及其在畜牧生产上的应用前景[J].中国畜牧杂志，2002，38（4）：25-28.
[8] 刘温发，何丹林，张常明，等.抗菌肽酵母制剂作为饲料添加剂的应用前景.中国饲料，2001（23）：22-23.
[9] 陈晓生，张辉华，田允波，等.抗菌肽作饲料添加剂对肉鸭生长性能的影响[J].黑龙江畜牧兽医，2005（3）：64-65.
[10] 文加才，秦永忠，宋爱刚.阳离子抗菌肽的研究进展[J].国外医药（抗生素分册），2002，23（6）：269-270.