關(guān)鍵詞  抗生素肽  抗菌肽  抗生素

    飼用抗生素類生長(zhǎng)促進(jìn)劑早在20世紀(jì)50年代就開始使用，伴隨著抗生素類促生長(zhǎng)劑的廣泛使用，由此帶來(lái)的問(wèn)題或爭(zhēng)論也越來(lái)越受到人們的關(guān)注，主要就是藥物殘留和耐藥性問(wèn)題。也有人認(rèn)為動(dòng)物長(zhǎng)期使用低劑量的抗生素會(huì)對(duì)人類健康造成危害，但尚缺乏足夠的依據(jù)。歐盟仍迫于消費(fèi)者和醫(yī)學(xué)方面的壓力，最終采用了“預(yù)防原則”（precaution prin－cope），于1997年和1999年禁止在飼料中添加螺旋霉素、維吉尼亞霉素、桿菌肽鋅和泰樂菌素。只有動(dòng)物飼料專用的消化增強(qiáng)抗生素黃霉素、卑霉素、鹽霉素和莫能霉素被保留下來(lái)繼續(xù)作為飼料添加劑使用，同時(shí)還嚴(yán)格限制了不同動(dòng)物不同生理階段的使用劑量。
   
　　有人對(duì)多年來(lái)抗生素在豬飼料中的應(yīng)用效果分析表明：飼料中添加抗生素，豬的生長(zhǎng)速度平均提高4％，飼料消耗降低3．5％。如果從飼料中完全去除抗生素，可能會(huì)產(chǎn)生以下影響：動(dòng)物生產(chǎn)性能降低；飼料消耗增加；死亡率增加；防病、治病費(fèi)用增加；淘汰率增加；更多的質(zhì)量問(wèn)題等。
　　
　　要解決這個(gè)問(wèn)題，最有效的手段之一是研究抗生素新品種。20世紀(jì)90年代以來(lái)，已從植物、昆蟲。兩棲動(dòng)物和哺乳動(dòng)物中分離和提純出200多種抗生素肽。抗生素肽（antibiotics peptides）是宿主防御系統(tǒng)產(chǎn)生的一類對(duì)抗外界病原體感染的肽類活性物質(zhì)，是宿主免疫防御系統(tǒng)的重要組成部分。目前研究證實(shí)，抗生素肽通過(guò)一種特殊機(jī)制殺滅病原菌，具有廣譜、不產(chǎn)生耐藥性等優(yōu)點(diǎn)。對(duì)抗生素肽的研究開發(fā)已成為世界上研究抗生素新產(chǎn)品的前沿性課題，被認(rèn)為是新型抗生素研究的新資源和重要途徑。本文就抗生素肽作一簡(jiǎn)述。
　
　　自Boman等（1981年）首先從美國(guó)天蠶中成功地分離到兩種抗生素肽——蠶素（cecropin）A和B以來(lái)，國(guó)內(nèi)外許多科學(xué)家對(duì)這一類抗生素肽進(jìn)行了深入細(xì)致的研究。目前，在許多昆蟲、植物和哺乳動(dòng)物中均發(fā)現(xiàn)這類抗生素肽。抗生素肽是指相對(duì)分子質(zhì)量在 1X 104以下，具有抗菌活性的多肽類物質(zhì)。它們多為13－45個(gè)氨基酸組成的短肽，帶正電荷，與經(jīng)典特異性免疫系統(tǒng)的高特異性和記憶性相比，抗生素肽的最大優(yōu)勢(shì)就是其抗菌的廣譜性。最初，人們把這類具有抗菌活性的多肽稱為antlbacterial peptides，中文譯為‘抗菌肽”。隨著研究的深入，人們相繼發(fā)現(xiàn)這類多肽還具有抗寄生蟲、病毒、癌細(xì)胞等功能，尤其是隨著這類多肽物質(zhì)在醫(yī)藥學(xué)上的應(yīng)用，許多學(xué)者傾向于稱之為“antibioticspeptides”，即“抗生素肽”。抗生素肽常常與細(xì)菌和真菌產(chǎn)生的抗微生物肽和抗病毒肽聯(lián)系在一起，包括有環(huán)形肽（cycli peptides）糖肽（glycopeptides）和脂肽（PePtides），如短桿菌肽（gramicidin）、桿菌肽（bacitciJ、萬(wàn)古菌素（vancomycin、肽（lactociJ。枯草菌素（subtilin）和乳酸鏈球菌肽（nisi）等。如乳酸鏈球菌肽是由乳球菌（lactococcus lactis）產(chǎn)生的含34個(gè)氨基酸片段的多肽，它是一種酸性分子物質(zhì)，即使在胃這樣低pH條件下也表現(xiàn)出很高的穩(wěn)定性，有抑制革蘭氏陽(yáng)性菌的活性，而且具有抑制梭狀芽抱桿菌和桿菌類菌屬形成芽抱的能力。目前，抗生素肽的研究成果已為其在獸醫(yī)學(xué)和飼料科學(xué)中的應(yīng)用指明了方向。

1   特點(diǎn)
   
　　抗生素肽多由30多個(gè)氨基酸片段組成，不同來(lái)源多肽的氨基酸序列具有較強(qiáng)的保守性且具有以下共同特點(diǎn)：（l）N端由堿性氨基酸片段組成；（2）C端均酰胺化；（3）絕大多數(shù)多肽在第2位均為Trp，它對(duì)殺菌活性至關(guān)重要；（4）它們具有較廣的殺菌譜

2   作用機(jī)制
　　
　　抗生素肽的作用機(jī)制與傳統(tǒng)抗生素有很大的不同。目前，關(guān)于抗生素肽的作用機(jī)制主要包括以下幾種：（1）離子通道的形成；（2）抑制細(xì)胞呼吸；(3)抑制細(xì)胞外膜蛋白的合成；（4）抑制細(xì)胞壁的形成。其中大多數(shù)學(xué)者贊成第1種作用機(jī)制。

2.1   離子通道的形成
   
　　抗生素肽分子的構(gòu)成氨基酸中大多數(shù)為帶正電荷的氨基酸，分子通過(guò)正電荷與細(xì)菌胞漿磷脂分子上的負(fù)電荷形成靜電吸附而結(jié)合在脂質(zhì)膜上，繼之，抗生素肽分子中的疏水端借助分子鏈的柔性插入到質(zhì)膜中，進(jìn)而牽引整個(gè)分子進(jìn)人質(zhì)膜，擾亂質(zhì)膜上蛋白質(zhì)和脂質(zhì)原有排列秩序，再通過(guò)抗生素肽分子間的相互位移而聚合形成跨膜離子通道。關(guān)于離子通道形成的具體過(guò)程，不同研究者提出了幾種不同模式。Christensen等（1988年）認(rèn)為，當(dāng)抗生素肽作用于細(xì)胞膜時(shí)，疏水端插入細(xì)胞膜；而Fink等（1989年）認(rèn)為，N端的兩親螺旋結(jié)合在膜表面，只有C端疏水螺旋插入膜中； Clague等（1989年）則認(rèn)為，抗生素肽通過(guò)作用于膜蛋白，引起蛋白質(zhì)凝聚失活，胞膜變性而形成離子通道。一般地講，細(xì)菌的胞漿高滲性的，革蘭氏陽(yáng)性菌的胞內(nèi)滲透壓高達(dá)20－25個(gè)大氣壓，革蘭氏陰性菌亦達(dá)5－6個(gè)大氣壓。在質(zhì)膜上形成跨膜離子通道后，胞內(nèi)離子大量流失，細(xì)胞不能保持其正常滲透壓而死亡。電生理實(shí)驗(yàn)表明，抗生素肽使細(xì)菌質(zhì)膜上形成離子通道有時(shí)間和電壓依賴性，通道持續(xù)開放的時(shí)間為25 ns（納秒），通道直徑為4 nm。將抗生素肽cecropins、 magalnins和tachyplesin等分別作用于含熒光物的聰泡均可引起脂泡內(nèi)熒光物質(zhì)的釋放，盡管不同的抗生素肽的分子結(jié)構(gòu)不同，有的為。螺旋結(jié)構(gòu)，有的為β片層結(jié)構(gòu)，離子通道的形成在抗菌活性中具有重要作用。

2.2   其他作用機(jī)制
  
　　（l）抑制細(xì)胞呼吸。Fehlbaum等（1996年）研究發(fā)現(xiàn)，thanatin在 0． 3－ 0． 6µmol／L時(shí)，就對(duì)大腸桿菌表現(xiàn)出強(qiáng)烈的殺菌作用。但當(dāng)其濃度提高到70µmol／L時(shí)，仍然檢測(cè)不到細(xì)胞內(nèi)K十的泄漏，這表明thanatin不是通過(guò)改變細(xì)胞通透性來(lái)殺菌的。當(dāng)利用40 µmol／L的thanatin處理細(xì)菌時(shí)，lh后，可檢測(cè)到細(xì)胞的呼吸作用變?nèi)酰?h后呼吸作用完全停止。由此認(rèn)為，thanatin是通過(guò)抑制細(xì)胞的呼吸作用來(lái)殺菌。
  
　　（2）抑制細(xì)胞外膜蛋白的合成。Carsson等（1991年）研究發(fā)現(xiàn)，attacin能夠干擾大腸桿菌細(xì)胞外膜蛋白 Omp C、Omp F、Omp A和 Lain B基因的轉(zhuǎn)錄，使這些蛋白質(zhì)含量減少，從而導(dǎo)致細(xì)胞膜的通透性增加，細(xì)菌的生長(zhǎng)受到抑制。
   
　　（3）抑制細(xì)胞壁的形成。Ando等（1988年）研究認(rèn)為，sarcotoxins Ⅱ能夠抑制細(xì)菌細(xì)胞壁的形成，使細(xì)菌不能維持正常的細(xì)胞形態(tài)而生長(zhǎng)受阻，但對(duì)已經(jīng)形成的細(xì)胞壁元作用。

3   應(yīng)用研究
   
　　抗生素肽具有廣譜殺菌作用，相對(duì)分子量較小。熱穩(wěn)定、水溶性好等優(yōu)點(diǎn)，更為重要的是抗生素肽對(duì)真核細(xì)胞幾乎沒有作用，僅僅作用于原核細(xì)胞和發(fā)生病變的真核細(xì)胞。在目前不少病原菌對(duì)原有抗生素逐步產(chǎn)生耐藥性，尤其是肉用動(dòng)物長(zhǎng)期使用抗生素受到嚴(yán)格檢查和批評(píng)的今天，對(duì)畜禽體內(nèi)自然產(chǎn)生的抗生素肽功能的了解以及設(shè)計(jì)一種方法來(lái)調(diào)節(jié)動(dòng)物體內(nèi)自然抗生素肽的功能便顯得極為重要，其中通過(guò)抗生素肽基因的克隆與表達(dá)而大量生產(chǎn)抗生不少昆蟲和植物抗生素肽基因工程成功的報(bào)道，但有關(guān)畜禽抗生素肽基因工程的報(bào)道甚少。因此，運(yùn)用基因工程技術(shù)，通過(guò)對(duì)畜禽抗生素肽的研究，對(duì)提高畜禽的抗病能力、減少甚至替代抗生素的使用將起積極的促進(jìn)作用。
   
　　Boman等（1988年）從豬小腸分離純化出cecropin肽可殺滅大腸桿菌和革蘭氏陰性菌。Robert等（1988年）發(fā)現(xiàn)，兔、牛可產(chǎn)生類似defensin的抗生素肽。Zasloff發(fā)現(xiàn)，在牛的消化道內(nèi)，損傷或炎癥的信號(hào)（諸如白介素IB）能導(dǎo)致defensin水平陡升。如用基因工程方法，使小鼠小腸內(nèi)面基底細(xì)胞不能產(chǎn)生激活defensin所需的酶，這些基因工程鼠被大腸桿菌或沙門氏菌的致病株感染后就很容易得病，甚至死亡。Zasloff研究小組從致病菌（諸如葡萄球菌和假單抱菌屬）尋求潛在的激發(fā)物，結(jié)果發(fā)現(xiàn)這些致病菌不能提高產(chǎn)defensin基因的表達(dá)。但使Zasloff大為驚異的是，有益微生物（諸如乳酸菌和酵母菌）卻能。Lee等（1989年）從豬小腸中分離出一種相對(duì)分子質(zhì)量為4719的肽一一一抗生素肽（PR－39）。它屬于富含Pro－Arg的肽家族，不裂解野生型大腸桿菌，但對(duì)突變型K12有作用。PR－39在一個(gè)單層囊泡中可以誘導(dǎo)鈣的降低和電流的線性增加，此誘導(dǎo)與肽濃度和膜上甘油磷酸酯（帶負(fù)電荷）有關(guān)；另外，還發(fā)現(xiàn)一種抗生素肽cecropin PI，它是以裂解細(xì)菌來(lái)完成殺菌作用的。Andersson（1995年）運(yùn)用基因工程技術(shù)從豬骨髓RNA中克隆到一種新型的CDNA，其編碼一個(gè)78殘基的抗生素肽NK－lysin，有3個(gè)分子內(nèi)H硫鍵，這種肽對(duì)敏感型的腫瘤細(xì)胞株YAC－l有裂解活性，但木裂解紅血球細(xì)胞，能抑制大腸桿菌。另外，有人還從豬骨髓RNA中克隆到另一種新型的CDNA，其編碼一個(gè)167個(gè)殘基的多肽前體，這種多肽前體與牛、兔的在同類相應(yīng)區(qū)域上有高度相似性，具有高度親水脂α-螺旋結(jié)構(gòu)，此肽命名為PMAP－37。根據(jù)氨基酸順序化學(xué)合成此肽，發(fā)現(xiàn)為適應(yīng)三氟乙醇的環(huán)境（類似于細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)）而發(fā)生從一個(gè)自由螺旋結(jié)構(gòu)同其他幾種共有相似結(jié)構(gòu)的抗生素肽相同。離體試驗(yàn)顯示PMAP－37強(qiáng)烈抑制幾種革蘭氏陰性和革蘭氏陽(yáng)性細(xì)菌株，這種新型高效抗生素肽的活性是因?yàn)樗芷茐募?xì)菌細(xì)胞核，有結(jié)果表明其對(duì)大腸桿菌內(nèi)膜有快速滲透作用。Lucca（1998年）研究表明，惜古比天蠶的抗菌肽A具抗黃曲霉菌；惜古比天蠶的抗菌肽B具抗黃曲霉菌、尖鐮孢霉、藤倉(cāng)鐮孢霉Bland （1998年）；雜合肽抗尖鐮孢霉、藤倉(cāng)鐮孢霉、灰葡萄球孢霉、木霉、根串株霉和青霉。試驗(yàn)研究表明，蠶抗菌肽對(duì)畜禽病原菌有較強(qiáng)的殺菌作用，這些病原菌包括豬水腫病、豬腸炎沙門氏菌、雞大腸桿菌及鴨大腸桿菌等。有報(bào)道認(rèn)為，蠶抗菌肽應(yīng)用于預(yù)防及治療雞的白痢效果明顯。Kjuul等（1999年）研究表明，蠶抗生素肽對(duì)水產(chǎn)類的病菌，如耶爾森氏菌、殺鰻氣胞菌無(wú)色亞種、鰻弧菌、嗜水氣單胞菌、溫和氣單胞菌、愛德華氏菌、熒光假單胞菌（赤皮病菌）及熒光極毛桿菌等均具強(qiáng)殺菌作用。溫劉發(fā)等（2001年）應(yīng)用含抗菌肽的蠶免疫血淋巴粉添加于斷奶豬料，飼喂試驗(yàn)研究表明，蠶抗菌肽可減輕斷奶仔豬的腹瀉。
    除畜禽本身可產(chǎn)生內(nèi)源抗菌肽外，食物蛋白經(jīng)酶解也可得到有效的抗菌肽，其中最令人感興趣地是從乳蛋白中獲得的抗菌肽。現(xiàn)已從乳清蛋白中的乳鐵蛋白（lactoferricin）中得到幾種抗菌肽。乳鐵蛋白是一種結(jié)合鐵的糖蛋白，作為一種原型蛋白，被認(rèn)為是宿主抗細(xì)胞感染的一種很重要的防衛(wèi)機(jī)制。研究人員利用胃蛋白酶分裂乳鐵蛋白，提純出了三種抗菌肽，它們可作用于產(chǎn)腸毒素的大腸桿菌，均呈陽(yáng)離子形式。其中兩種肽可抑制致病菌和食物腐敗菌；第三種肽在濃度為2 µmol／L時(shí)，就可抑制單核細(xì)胞增生性李氏桿菌的生長(zhǎng)。研究發(fā)現(xiàn)，這些生物活性肽與堿基團(tuán)和微生物的細(xì)胞膜存在高度的親和性，通過(guò)增加細(xì)胞膜的通透性而殺死微生物，可在接觸病原菌后30 min見效（Doonysius等，1997年），良好的抗生素替代品。

4   飼料添加劑應(yīng)用的優(yōu)勢(shì)及前景
　　
　　抗生素肽是目前飼料添加劑中廣泛使用的抗生素種類之一，包括桿菌肽、粘菌素和持久霉素等，其分子結(jié)構(gòu)中基本組成單位是由多種氨基酸組成的肽鏈。大量研究資料表明，抗生素肽在沸水煮 30 min仍不變性失活，能耐受飼料制粒時(shí)的高溫作用；規(guī)模化發(fā)酵生產(chǎn)抗生素肽時(shí)經(jīng)高溫濃縮工序，可充分殺滅菌體而不導(dǎo)致抗生素肽失活，產(chǎn)品在應(yīng)用后不會(huì)出現(xiàn)工程菌的擴(kuò)散而導(dǎo)致環(huán)境生態(tài)問(wèn)題；肽類抗生素作為飼料添加劑對(duì)革蘭氏陽(yáng)性菌有強(qiáng)烈的抑制作用，對(duì)革蘭氏陰性菌的抑制作用較弱，能夠促進(jìn)畜禽生長(zhǎng)，提高飼料利用率，在腸道內(nèi)抗生素肽幾乎不被吸收，僅在消化道內(nèi)發(fā)揮作用，動(dòng)物采食后在體內(nèi)一般無(wú)殘留，在飼料中長(zhǎng)期添加肽類抗生素，細(xì)菌不易獲得耐藥性，使用效果穩(wěn)定，屬無(wú)毒副作用、無(wú)錢留、無(wú)致細(xì)菌耐藥性的一類環(huán)保型飼料添加劑。試驗(yàn)研究表明，抗生素肽用作畜禽及水產(chǎn)飼料添加劑，代替抗生素預(yù)防及治療仔豬白痢及雛雞白痢有明顯效果，對(duì)豬大腸桿菌、門氏菌、金黃葡萄球菌、綠膿桿菌及白色含珠菌均有明顯殺菌作用。因此，抗生素肽新產(chǎn)品具有良好的社會(huì)效益和環(huán)境效益，很可能成為新型抗生素的來(lái)源。
   
　　高等動(dòng)物腸道微生物菌群發(fā)達(dá)，木同動(dòng)物的腸道內(nèi)源性抗生素肽能抑制其相應(yīng)的外源性病原菌，面對(duì)動(dòng)物腸道中共生生態(tài)系統(tǒng)中的微生物和動(dòng)物細(xì)胞無(wú)殺傷作用，即高等動(dòng)物腸道抗生素肽具“種”特異性。盡管高等動(dòng)物腸道抗生素肽具此特點(diǎn)，但它們?cè)趧?dòng)物體內(nèi)表達(dá)分泌量有限，而現(xiàn)代畜禽飼養(yǎng)業(yè)日益呈集約化，畜禽腸道表達(dá)量有限的抗生素肽更難以起對(duì)動(dòng)物自身的保健作用。如能應(yīng)用各種動(dòng)物的專一性內(nèi)源抗生素肽作飼料添加劑，則可使飼養(yǎng)動(dòng)物受到外源病原菌入侵或應(yīng)激時(shí)能特異性地維持其健康和生長(zhǎng)。因此，尋找各種飼養(yǎng)動(dòng)物內(nèi)源性抗菌物質(zhì)，以現(xiàn)代生物技術(shù)方法工業(yè)化生產(chǎn)這些在抗病原菌上具有動(dòng)物“種”專一性或特異性的系列產(chǎn)品，無(wú)疑將是“后抗生素時(shí)代”的一條出路。