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抗菌肽在母猪生产中的应用及作用机制

问鑫 高凤仙

摘要:抗菌肽作为抗生素替代品的首选,得到了大量的研究。本文详细的综述了抗菌肽杀菌的作用机理,分别阐述了抗菌肽的作用机制及对母猪生产性能的影响。
关键字:抗菌肽;作用机理;膜损伤;母猪;生产性能
抗菌肽(antimicrobial peptides,AMPs)是指在外界条件作用的刺激下由特定的基因编码、由核糖体合成的一类可抵御外界微生物侵害、清除体内抗微生物的小分子阳离子多肽,是动物非特异性免疫系统的重要效应分子。本文综述了抗菌肽的结构特点、理化特性、作用机制及其在母猪生产中的应用。
1抗菌肽的结构特点与理化性质
目前,已分离或预测出的抗菌肽超过1200种,但大部分抗菌肽只包含50或更少的氨基酸残基,最短的抗菌肽仅有6个残基,分子量较小。其N端含有赖氨酸、精氨酸等亲水性氨基酸残基,C端则富含丙氨酸、甘氨酸、缬氨酸等疏水性氨基酸残基,这使得抗菌肽有水脂两亲性结构;同时,可赖氨酸、精氨酸等碱性氨基酸通常会使抗菌肽等电点大于7,表现出一定的阳离子特征,可与两性分子或电负性细胞膜结合,与细菌的细胞膜发生作用。抗菌肽的中间部分含有大量的脯氨酸和二硫键,由此易形成α-螺旋、β-折叠、伸展片层结构和环形等与其抗菌活性密切相关的结构。
作为抗生素替代物的首选。抗菌肽具有以下特点:(1)广谱抗菌活性:抗菌肽不仅能杀灭革兰氏阳性、阴性菌、真菌、病毒、原虫,并对肿瘤和癌细胞有一定的杀伤作用:(2)热稳定性:抗菌肽具有较强的耐热性,在沸水中30min仍可保持较高的抗菌活性,可耐受饲料制粒的高温过程:(3)高效性:抗菌肽对病原微生物的最小抑菌浓度(MIC)仅为0.1~10μg/ml,并且可在极短的时间内杀灭所有病原体:(4)特异性:尽管抗菌肽是动物先天性防御系统的产物,但是具有特异性,只对原核生物细胞和病变的真核细胞产生作用,对其他微生物和健康的真核细胞无杀伤作用;(5)抗水解:有些抗菌肽可抵抗胰蛋白酶或胃蛋白酶的水解,使其可在动物体内完整的发挥作用。此外,抗菌肽还有水溶性好、不残留、不易产生耐药性等特点。
2抗菌肽对母猪的影响及其作用机理
随着近年来养猪生产的集约化、规模化,养殖户将大量精力放在了提高生长和产肉性能等方面上,使母猪长期处于应激状态中,引起母猪的内分泌机能失调、食欲不振、体脂含量降低等应激反应,并加剧了母猪泌乳障碍,直接影响了仔猪的成活率和生长性能,造成了巨大的经济损失。作为抗生素替代品的首选,将抗菌肽加入母猪日粮中,可提高母猪的生产性能。
2.1抑杀影响母猪生产的病毒
猪呼吸与繁殖综合症(PRRSV)和猪圆环病毒病(PCV-2)是影响我国养猪业发展的两个巨大障碍,其可使猪群生产性能下降,母猪流产增多。万小平等(2011)采用融合抗菌肽MAPWA和PGBD-2加入后备母猪日粮中,研究发现,融合抗菌肽MAPWA和PGBD-2可有效减少体内PCV-2、PRRSV的带毒率;处理后备母猪血液PCV-2、PRRSV病毒含量也明显减少。显示饲喂融合抗菌肽MAPWA和PGBD-2产生了良好的抑制及清除病毒的作用,对降低后备母猪体内PCV-2、PRRSV带毒率有明显成效。说明抗菌肽具有防治常见疾病的前景。此外,有研究表明,抗菌肽对提高猪瘟抗体水平,改善抗体均匀度方面具有十分显著的效果,充分验证了抗菌肽对调节动物免疫机能、增强动物免疫力方面的作用。
其增强母猪免疫力的主要机理为:抗菌肽可抑制病毒DNA合成的过程,还可通过阻碍其复制、转录,影响蛋白质的翻译过程,间接的抑制病毒蛋白质合成。王军和庞广昌(2005)报道,抗菌肽Attacin可干扰大肠杆菌的膜蛋白转录,阻碍蛋白质合成,从而增加细胞膜的通透性。杀灭细菌。抗菌肽Indolicidin可通过与脂多糖的相互结合,达到抑制蛋白质合成的效果。ZHOU和CHEN(2011)研究了抗菌肽apidaecins的亚型apidaecin IB与大肠杆菌膜蛋白的作用。发现大肠杆菌细胞培养过程中加入apidaecin IB,可使维持膜脂平衡的ftsH过量分泌。阻碍了膜蛋白合成的第一个关键步骤,抑制其合成。Yenugu等(2004)报道,抗菌肽HE2的几个亚型(HE2al-pha、HE2betal和HE2beta2)不但可与大肠杆菌细胞膜作用使胞内物质泄露,还可抑制其DNA、RNA和蛋白质的合成。
刘立伟和邓磊(2012)报道,抗菌肽能刺激细胞,使细胞内的溶酶体和内质网中的物质如钙离子和蛋白酶排入细胞质中,进一步刺激线粒体释放细胞色素C,通过一系列酶促反应诱导细胞凋亡。有些抗菌素如thanatin、histatin还可抑制细胞呼吸作用。進而抑杀细菌。此外,LIU等(2013)采用包含诱导表达的抗菌肽LL-37的穿梭载体,研究大肠杆菌要有氧或无氧条件下的生长状况,研究发现。LL-37会使大肠杆菌生长受阻,使细胞形态变为丝状;同时,LL-37不仅可提高其在细胞内的活性氧含量,在有氧条件下引起致死膜去极化,增加胞膜的通透性,并且通过转录分析发现LL-37可通过阻碍氧化磷酸化相关基因的表达,影响细胞糖代谢和能量转化的过程以及细胞内离子的氧化还原状态。由此提出了一种新的靶向能量代谢的AMPs受体介导的杀菌机制。
2.2降低母猪死产率,提高仔猪成活率
皮灿辉等(2008a)用抗菌肽替代猪场使用的抗生素饲喂母猪和其所产仔猪,并对508头母猪和它们分娩产生的5245头猪仔进行追踪统计并记录其健康状况。结果表明,试验组木乃伊死胎率仅为0.31%,比对照组(7.15%)降低了22倍。在哺乳阶段,未使用抗菌肽饲料添加剂的对照组死亡率(2.36%)是试验组(0.35%)的7倍。在保育阶段,未使用抗菌肽饲料添加剂的对照组死亡率(3.76%)是试验组(1.32%)的3倍。潘行正等(2010)研究了抗菌肽对减少母猪死胎率的效果,结果表明,添加抗菌肽制剂的母猪试验组死产率为5.77%,按日常用药方案使用抗生素的对照组死产率为12.75%:其中试验组木乃伊胎的死产率仅为0.31%。对照组却达到7.16%。添加抗菌肽制剂的试验组仔猪在哺乳期和保育期的死亡率分别为0.34%、1.31%,同期对照组分别为2.35%、3.65%;对照组死亡率显著高于试验组。可见抗菌肽制剂能显著降低母猪的死产率与提高仔猪的成活率与猪只的生产性能和健康水平。
抗菌肽之所以能降低母猪死产率与提高仔猪成活率,与其广谱的抗菌作用有关:细菌细胞壁的主要成分是肽聚糖,是维持细胞强度和形状的外被,具有保护细胞形态的作用。当细胞壁被破坏,细菌的形态及对渗透压的敏感性都会产生变化,引起细胞死亡。抗菌肽可通过破坏细胞壁和抑制细胞壁合成两方面抑杀细菌。
Herusimenka等(2005)研究抗菌肽与细菌的相互作用时指出,二者之间的相互作用主要通过肽与多糖之间实现的。抗菌肽带正电荷,可取代细胞壁表面的镁离子,与细菌细胞壁上的负电荷物质通过静电引力结合,引起细胞壁结构发生变化,形成细胞壁紊乱区域,促使抗菌肽穿过细胞壁。接近细胞膜。在革兰氏阴性菌中,带负电荷的物质为脂多糖和荚膜多糖,而在革兰氏阳性菌的细胞壁表面有带负电荷的是磷壁酸。唐亚丽(2009)用抗菌肽MDpep5和MDpep9处理了大肠杆菌、金黄色葡萄球菌,结果表明,两种细菌的A630nm值均有不同程度的下降,说明家蝇抗菌肽对细菌细胞壁有一定的溶解作用,可使细菌细胞壁的通透性增加。乔媛媛等(2010)利用电子显微镜观察了抗菌肽的作用机理,研究表明。抗菌肽作用于大肠杆菌12h后,细菌的质壁发生分离。使细胞壁出现空泡。进一步证明了抗菌肽可破坏细胞壁。宫霞等(2011)指出,抗菌肽MDL-2可与细菌细胞壁,使其溶解,对革兰氏阳性细菌金黄色葡萄球菌的作用在较低浓度下即可发生,但对革兰氏阴性菌的作用则需达到一定的浓度才可破坏其细胞壁。这可能与两种菌表面的不同组分有关,在抗菌肽达到一定浓度时才能溶解革兰氏阴性菌表面的脂多糖。
抗菌肽不仅可破坏、溶解细胞壁,并通过抑制细胞壁的合成来表达其抗菌活性。蔡永峰和彭德轩(2000)报道,杆菌肽锌可抑制细菌细胞壁合成的脱磷酸化过程,阻碍磷脂载体的运转及向细胞壁支架输送粘肽,从而抑制细胞壁的合成。Haster等(2006)研究发现,Lipid Ⅱ是细胞壁的合成前体。而抗菌肽Nisin可移除Lipid Ⅱ在细胞壁上的合成位点。从而阻碍细胞壁的合成。Harder(2001)等指出。抗菌肽β-defensin3可抑制细菌细胞壁的形成,使细菌的细胞形态异常、阻碍细菌分裂,导致细胞壁穿孔。引起细菌死亡。说明抗菌肽可通过阻断细胞壁的合成过程或移除其合成所需的物质来达到抑制细菌细胞壁合成的作用。
2.3提高妊娠母猪与仔猪的免疫力,节约生产成本
王阿荣(2011)将天蚕素抗菌肽加入母猪日粮中,研究发现。添加天蚕素抗菌肽对母猪的繁殖力和仔猪的生长性能等均无显著影响(P>0.05),但是试验Ⅲ组在这两项指标上较对照组都有提高的趋势:各试验组母猪初乳中的水分含量均高于对照组,但差异不显著(P>0.05)。各试验组母猪初乳中乳糖含量均高于对照组,其中只有试验Ⅱ组与对照组差异显著(P
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