抗菌肽在水产养殖中的应用

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摘要：抗菌肽一般是由7~100个氨基酸组成的小分子多肽，具有广谱抗菌、抗真菌、抗病毒、抗寄生虫、抗原虫、抑杀肿瘤细胞和调节免疫等多种生物学活性，在水产健康养殖中具有广阔的应用前景。文章综述了抗菌肽的生物学活性以及在水产养殖中的应用，阐述了国内外的研究进展。

关键词：抗菌肽；生物学活性；水产养殖

抗菌肽（AntibacterialPeptide，AMPs）又叫宿主防御肽（HostDefencePeptide，HDPs），通常是由7~100个氨基酸组成的小分子多肽[1]，是生物体天然免疫防御系统的一个重要组成部分[2]，也是各种生物抵御入侵病原体的第一道防线[3]。抗菌肽具有广谱抗细菌[4]、抗真菌[5]、抗病毒[6]、抗寄生虫[7]、抑杀肿瘤细胞[8]和免疫调节[9]等生物学活性。抗菌肽广泛存在于哺乳动物、两栖动物、鱼、植物、昆虫、棘皮动物、甲壳类动物、真菌和细菌中[10]。据APD抗菌肽数据库报道（截至2019年11月），已经有3056种天然抗菌肽被鉴定、分离出来，其中来自细菌344种、古细菌5种、原虫8种、真菌20种、植物352种、动物2327种[11]。抗菌肽与抗生素相比，具有不易产生耐药性、对宿主毒性最小、广谱活性、快速杀灭等优点[12-13]。这些特性使抗菌肽被认为是克服抗生素耐药性的最佳替代者[10]，是战胜细菌的新武器[1]。近年来，抗菌肽及其应用研究已成为医学、农业、食品领域的研究热点之一。在水产养殖中应用各种抗菌肽，可以提高水产动物的生产性能、消化酶活性、抗氧化和免疫功能。

1抗菌肽的生物学活性

研究表明，天然AMPs对革兰氏阴性和革兰氏阳性细菌、真菌、病毒和真核寄生虫具有广谱活性[14-16]。1.1抗细菌活性。目前，关于抗菌肽的抗菌活性研究最多[17]。多数抗菌肽通过攻击细胞膜而杀死细菌[18]，而一些抗菌肽则通过抑制细胞内途径如DNA复制和蛋白质合成等来杀死细[19]。例如Mutacin-1140为一种由变形链球菌（Streptococcusmutans）产生的22个氨基酸肽，他抑制肽聚糖（PGN）的合成。Mutacin-1140具有广谱抗菌活性，包括万古霉素耐药肠球菌（Enterococcus）和金黄色葡萄球菌（S.aureus）[20-21]。另外，乳酸乳球菌（Lactococcuslactis）产生的乳酸链球菌肽（Nisin），是由34个氨基酸和一些不常见的氨基酸组成，其与细菌膜相互作用并破坏其完整性[22]。李荣荣等[23]研究表明，鸡源Fowlicidin-3抗菌肽对致病性大肠杆菌K99、鸡白痢沙门氏菌和金黄色葡萄球菌均具有抑杀作用。王炜等[24]研究发现，天蚕素成熟肽可有效抑制大肠埃希菌株（Escherichiacoli）及多重耐药菌株的生长，其抑菌效果优于多种抗生素。Wang等[25]研究发现，从蛙类皮肤中提取的抗菌肽Limnochariin-1，对15个菌株，其中革兰阳性菌4株，革兰阴性菌11株细菌都具有很好的抗菌活性。1.2抗真菌活性料研究。抗菌肽不仅具有广谱抗细菌活性，同时具有较强的抗真菌活性。DeLucca等[26]最初提出了抗菌肽对真菌的作用机制，包括真菌细胞溶解和对真菌细胞壁合成的干扰。天冬氨酸肽（Cathelicidin）类，如SMAP-29、BMAP-27、BMAP-28等通过膜通透性和膜损伤迅速破坏白色念珠菌（Candidaalbicans）和新生隐球菌（Cryptococcusneoformans）细胞[27]。但也有证据表明，AMPs还通过其他的作用方式如干扰细胞内发挥其作用[28]。Vylkova等[29]研究发现，人β-防御素2和人β-防御素3对白色念珠菌的破坏，并不引起细胞膜紊乱或溶解，而具有能量依赖性和盐敏感性。几丁质是真菌细胞壁的主要组成部分，已被证明能选择性地结合抗菌肽[30]。Rautenbach等[31]报道，几种植物衍生AMPs包括Pp-AMP1/2、Tu-AMP1/2和Ac-AFP1/2具有凝集素样活性，与真菌几丁质结合强烈，导致细胞内肌动蛋白骨架发生改变。这种几丁质的分解已被证明危害真菌细胞形态和膜完整性。Wang等[25]研究发现，从蛙类皮肤中提取的抗菌肽Limnochariin-1，不仅对细菌，对3种真菌也具有抗菌活性。1.3抗寄生虫和原虫活性。抗寄生虫肽的分子量相对较小[28]。虽然寄生虫通常是多细胞的生物，但抗寄生虫肽的作用机制是通过破坏细胞膜的完整性来杀死细胞。Jenssen等[15]报道，抗寄生虫肽对抗各种寄生虫，包括利什曼原虫（Leishmania）和布氏锥虫（Trypanosomabrucei）都具有杀灭活性的作用。1.4抗病毒活性。抗病毒肽已被证明能抑制各种包膜RNA和DNA病毒的病毒感染[15]。抗菌肽的抗病毒活性是通过直接破坏病毒包膜或间接干扰病毒与目标宿主细胞的结合来介导[28]。硫酸乙酰肝素和在宿主细胞表面带负电荷的糖胺聚糖分子对单纯疱疹病毒（HSV）的黏附起着关键作用。如抗病毒的a-螺旋肽乳铁蛋白通过与肝素分子结合和阻止病毒-受体相互作用来干扰HSV的侵入[32]。哺乳动物α-和β-防御素，它们对包膜病毒和非包膜病毒都有抗病毒作用[33]。1.5抗癌活性。由于抗菌肽对细菌和癌细胞的作用机制相似，一些两亲性a螺旋AMPs具有抗癌特性。Lu等[34]研究发现，从果蝇中分离的抗菌肽SK84可以特异性地抑制人多种癌细胞系（白血病THP-1、肝癌HepG2和乳腺癌MCF-7细胞）的增殖，而无溶血活性。抗菌肽通过与特定细胞表面糖蛋白的亲和力而对癌细胞具有选择性的杀伤作用[35]。研究表明，Sapecin作为一种含有KLK基序的阳离子抗菌肽，与宿主细胞膜上带负电荷的唾液酸残基发生相互作用[36]。Deslouches等[37]研究发现，MAGIIN-2及其类似物对造血细胞和实体肿瘤细胞显示出快速和选择性的细胞毒性活性（12mg/mL）。相反，其对正常淋巴细胞的细胞毒性活性不明显，即使在高达200mg/mL。抗菌肽的抗菌、抗癌活性的相关因素及其分子机制之间的确切关系尚不清楚[38]。1.6免疫调节活性。越来越多的证据表明，抗菌肽通过与其抗菌活性无关的机制保护宿主免受细菌的侵害。抗菌肽是先天性和适应性免疫的效应分子，具有促炎和抗炎反应、趋化活性和对适应性免疫的直接作用[39-41]。Shan等[42]报道乳铁蛋白促进外周血和脾淋巴细胞增殖，有效提高断奶仔猪血清IgG、IgA、IgM和IL-2水平。Ren等[43]发现，断奶仔猪日粮中添加由猪防御素和苍蝇抗菌肽组成的复合抗菌肽，可显著增加T细胞数量、增强外周血T细胞增殖、降低脾细胞凋亡率，表明抗菌肽能明显改善断奶仔猪细胞免疫功能。在肉鸡中，兔圆小囊抗菌肽和猪源抗菌肽分别显著改善肠黏膜免疫[44-45]。此外，猪源抗菌肽还可显著增加特定无病原鸡肠道分泌性IgA的表达。这有力支持了猪抗菌肽可增强肠黏膜免疫的假设[46]。

2抗菌肽在水产养殖中的应用

2.1常规鱼。2.1.1罗非鱼。史庆超等[47]研究表明，饲料中添加抗菌脂肽显著提高吉富罗非鱼的生长性能和肠道消化酶活性。翟少伟等[48]研究发现，不同抗菌脂肽均可显著提高吉富罗非鱼特定增长率、血清白蛋白水平、溶菌酶活性、免疫球蛋白M和补体C3水平，显著降低血中尿素氮、总胆固醇、甘油三酯和低密度脂蛋白水平。陈奕彬[49]试验表明，抗菌肽C和抗菌肽P组合能显著提高吉富罗非鱼的抗氧化能力和非特异性免疫能力，增强免疫相关基因（TNF-α、IL-1β、IFN-γ和HSP70）的表达。2.1.2鲤鱼。贾滔等[50]报道，抗菌肽可显著提高鲤鱼的成活率、增重率，降低饵料系数(P<0.05)。林鑫等[51]研究发现，饲料中添加抗菌肽可以显著增强锦鲤的非特异性免疫力和抗病力。董晓庆等[52]试验表明，在建鲤鱼种饲料中添加抗菌肽显著提高生长性能，促进肌肉中蛋白质和钙磷的沉积。Dong等[53]报道，在鲤鱼饲料中添加抗菌肽可显著降低鲤鱼血清甘油三酯水平、增强抗氧化能力、提高免疫力。2.1.3其他。王自蕊等[54]研究发现，在湘云鲫饲料中添加天蚕素抗菌肽，显著提高湘云鲫的生长性能、非特异性免疫功能和抗病力。黄小红等[55]研究表明，抗菌肽显著提高草鱼的生长性能及成活率。丘继新等[56]报道，蝇蛆抗菌肽可显著提高鳙鱼的生长性能。2.2特种水产力。2.2.1鳗鲡。陈红等[57]研究表明，在日本鳗鲡饲料中添加蝇蛆抗菌肽，显著提高了成活率、生长速度、降低饵料系数（P<0.05）。王铜毅等[58]报道，花鳗鲡僵苗饲料中添加50mg/kg表面活性素即可提高肠道脂肪酶活性和抗氧化能力。王明浩[59]、赵盼月等[60]研究表明，在花鳗鲡僵苗饲料中添加25mg/kg表面活性素，可以促进鳗鲡僵苗生长、改善肠道健康和提高抗氧化的能力。2.2.2石斑鱼。孙秀文等[61-62]研究发现，在斜带石斑鱼饲料中添加表面活性素，可显著改善斜带石斑鱼改善生长性能、脂肪代谢和肝脏健康状况。蔡云川等[63]试验表明，在48%饲料蛋白水平下添加0.02%抗菌肽可显著提高赤点石斑鱼生长性能，增强消化酶活性和抗氧化能力，降低饲料系数。2.2.3鳖翟少伟等[64]研究发现，中华鳖稚鳖饲料中添加表面活性素显著提高中华鳖稚鳖的增重率，改善血液生化指标。翟少伟等[65]报道，中华鳖稚鳖饲料中添加添加抗菌脂肽Surfactin可显著提高中华鳖稚鳖的生长性能和肠道消化酶活性。2.2.4其他郑宗林等[66]研究表明，抗菌肽可显著促进红姑鱼的生长，提高饲料效率，增加含肉率。其机理是抗菌肽显著提高了血清IGF-I水平及IGF-ImRNA在肌肉和肝脏中的表达量。Kwon等[67]报道，在牙鲆和黑石鱼饲料中分别添加多毛类动物抗菌肽0、0.05%、0.1%、0.5%和1.0%，试验期56d，0.1%、0.5%组显著提高了牙鲆和黑石鱼血清溶菌酶活性，显著降低了血浆中皮质醇含量；显著提高了迟缓爱德华氏菌和伊氏链球菌攻毒后的存活率。2.3对虾。柴仙琦等[68]研究表明，饲料中添加300~400mg/kg抗菌肽，显著提高凡纳滨对虾成活率、增重率，降低饲料系数和提高血清非特异性免疫指标。李林等[69-70]、陈冰等[71]报道，饲料中添加家蝇抗菌肽显著提高凡纳滨对虾的生长性能和抗白斑综合征病毒的能力。覃志彪等[72]试验发现，在饵料中添加抗菌肽显著提高凡纳滨对虾虾苗的增重率和成活率（P<0.05），并适当改善凡纳滨对虾营养品质。

3结论

抗菌肽具有广谱抗菌、抗真菌、抗病毒、抗寄生虫和原虫、抑杀肿瘤细胞和调节免疫等多种生物学活性。抗菌肽在水产养殖中应用可以提高水产动物的生产性能、消化酶活性、抗氧化和免疫功能。随着抗菌肽研究的不断深入，抗菌肽作为一种新型的饲料添加剂将在水产健康养殖中发挥重要的作用，应用前景广阔。

作者:唐谢芳 黄炜乾 赵颖 超 金明 单位:广东容大生物股份有限公司