兩棲動物抗菌肽研究進展及其在畜牧業中的應用前景

李思琪，高學軍，張明輝

（長江大學動物科學學院，湖北 荊州 434023）

濫用抗生素導致大量耐藥菌株產生、抗生素療效下降、食品抗生素殘留超標等一系列問題，嚴重威脅著人類和動物的健康?？咕模ˋntimicrobial peptides，AMPs）作為抗生素的可能替代物，其開發和應用已成為熱點。兩棲動物抗菌肽是一類廣泛存在于兩棲動物皮膚表面和黏膜上的天然抗菌物質，本文對其研究進展以及在畜牧業中的應用前景進行了綜述，為相關開發應用提供數據參考。

1 兩棲動物抗菌肽概述

抗菌肽源于動物、植物、細菌、病毒和人體中，對各種病原體具有抗菌作用?？咕牡陌被釘的繛?0～100 個，通常含有大量的親水和疏水氨基酸，使其具有極性和非極性區域的兩親性特征。與抗生素相比，抗菌肽的抗菌優勢在于抗菌肽會破壞并滲透靶細胞膜，造成難以修復的損傷，其多作用機制和多作用靶點的抗菌特性使抗菌肽在應用過程中產生耐藥性的概率較低。除了抗菌作用外，抗菌肽還具有抵御病毒、寄生蟲、癌癥、糖尿病、炎癥、氧化脅迫、蛋白酶活性等作用。

兩棲動物皮膚結構特點是缺少鱗片或毛發的保護，且兩棲動物的皮膚內含有豐富的腺體，主要包括黏液腺與顆粒腺。兩棲動物抗菌肽主要在多核顆粒腺體（也稱為漿液腺或毒腺）中合成，生成的抗菌肽被顆粒包裹生成前原蛋白，經特定蛋白酶切割后獲得具有生物活性的成熟抗菌肽。1988年從非洲爪蛙皮膚中分離得到第一個來源于兩棲動物的抗菌肽Magainins[1]后，陸續在世界各地發現各種兩棲動物抗菌肽。隨著生物耐藥性逐漸提高，從兩棲動物皮膚分離出的抗菌肽作為新型多功能藥物受到關注。已發現的兩棲動物抗菌肽見表1。

表1 已發現的兩棲動物抗菌肽

2 兩棲動物抗菌肽的作用機制

兩棲動物抗菌肽的作用機制主要包括兩種模式：膜破壞性和非膜破壞性。

2.1 膜破壞性模式

膜破壞性模式是兩棲動物抗菌肽最主要的作用機制。例如來自奇異多指節蟾（Paradoxical frog）的兩棲動物抗菌肽Pseudin-2 與膜相互作用產生孔隙發揮作用[8]?？咕姆e聚在病原體的膜上，在桶壁模型中形成孔隙，或在環孔隙模型中形成肽和脂質襯里的孔隙，或在地毯模型中將膜溶解成被抗菌肽分散的顆粒[9]。在所有模型中，都包括抗菌肽在膜表面的積累，其正電荷區域與細胞膜上帶負電荷的磷脂發生靜電相互作用，使抗菌肽分子的疏水端插入細胞膜的脂質膜中，進而改變脂質膜結構，最終導致細胞膜破裂、細胞死亡。

2.2 非膜破壞性模式

非膜破壞性模式是指兩棲動物抗菌肽在進入細胞之后，與細胞內靶點的特異性結合，干擾細胞的正常代謝，達到抑制和殺滅細菌的目的。兩棲動物抗菌肽主要通過以下幾個方面在細胞內發揮作用：（1）干擾DNA 和RNA 正常代謝[10]，抑制RNA 聚合酶活性；（2）抑制細胞壁的合成，阻礙細胞進行增殖分裂；（3）影響細胞內蛋白質的合成；（4）抑制細胞內各種酶的活性，如兩棲動物抗菌肽P2-HP-1935 可以抑制乙酰膽堿酯酶（AchE）[11]。

3 兩棲動物抗菌肽的生物活性

3.1 抗菌活性

大腸桿菌可引起人畜腸道疾病，破壞腸道屏障，加劇全身炎癥反應，嚴重威脅人類健康和畜牧業發展。從兩棲動物牛蛙（Rana catesbeiana）皮膚中分離出的抗菌肽Ranatuerin-1 具有廣譜抗菌效果，其對大腸桿菌（Escherichia coli.）、鼠傷寒沙門氏菌（Salmonella typhimurium）、肺炎克雷伯菌（Klebsiella pneumonia）、金黃色葡萄球菌（Staphylococcus au－reus）和白色念珠菌（Candida albicans）具有抗菌作用[12]，可應用于治療畜牧養殖業中大腸桿菌引起的腹瀉。

由傳染性病原體引起的牛乳腺炎通過降低奶牛生產性能、增加淘汰率給奶業帶來巨大的經濟損失。牛乳腺炎是由細菌病原體引起的牛乳腺/乳房的炎癥。大腸菌群、化膿性鏈球菌、無乳鏈球菌、真菌（酵母樣）和原藻屬均會引起嚴重的乳腺炎。將具有抗菌作用的兩棲動物抗菌肽代替抗生素加入飼料中，可提高奶牛的免疫力，減少牛乳腺炎發生的概率[13]。

3.2 抗病毒活性

豬傳染性胃腸炎病毒（TGEV）是一種腸道冠狀病毒，已導致全世界仔豬的高發病率和死亡率[14]。以往研究表明，TGEV 可導致2 周齡仔豬和斷奶仔豬嚴重腹瀉、嘔吐和脫水，導致大量仔豬死亡。Jin等[15]研究發現，從中華蟾蜍（Bufo gargarizans）的皮膚分泌物中分離出來的蟾蜍靈、華蟾素和遠華蟾蜍精均對MERS-CoV、SARS-CoV 和SARS-CoV-2 冠狀病毒變種具有抗病毒活性，可為畜牧業治療TGEV 提供新策略。

3.3 抗寄生蟲活性

許多寄生蟲病屬于人畜共患病，因此在畜禽養殖過程中動物感染寄生，不僅對養殖業造成極大損失，也會危及人類生命安全。從海蟾蜍（R. marina）中分離出的抗菌肽蟾蜍靈、脫氫蟾蜍毒素、海蟾蜍毒素和海蟾蜍精具有在體外對惡性瘧原蟲生存能力產生影響的作用[16]。Rodriguez 等[17]從阿拉塔犀牛蟾蜍（Rhinella alata）中分離出的抗菌肽蟾蜍靈和華蟾素表現出抗錐蟲活性。這些結果表明，由于兩棲動物抗菌肽具有的抗寄生蟲活性，或可將其運用于畜禽養殖及水產養殖中，減少寄生蟲對養殖業造成的損失，降低對人類安全的威脅。

3.4 抗癌活性

由于癌細胞被轉化并暴露陰離子磷脂酰絲氨酸（PS），這種類似細菌的膜特性可能為陽離子抗菌肽的細胞選擇性提供分子基礎。Nooranian 等[18]研究發現來自湖蛙（Rana ridibunda）皮膚分泌物的抗菌肽Brevinin-2R 通過抑制人宮頸癌細胞（HeLa）細胞的增殖，發揮抗癌活性。

3.5 抗糖尿病活性

2 型糖尿?。═2D）是一種胰島素釋放不足以保持人體葡萄糖平衡的疾病，刺激胰島素的產生是主要的T2D 治療方式。Soltaninejad 等[19]研究發現分別分離自特立尼達猴樹蛙（Phyllomedusa trinitatis）和紅眼樹蛙（Agalychnis callidryas）的抗菌肽Dermaseptin B4 和Dermaseptin-LI1 在葡萄糖反應性大鼠胰腺β 細胞（BRIN-BD11）中刺激胰島素釋放，證明這兩種抗菌肽可通過誘導β 細胞釋放胰島素，治療糖尿病。

3.6 抗氧化活性

從澤陸蛙（Fejervarya limnocharis）皮膚中分離得到的Brevinin-1FL 可以濃度依賴性地清除NO和羥基自由基，并減輕鐵氧化[20]。Paraso 等[21]發現Brevinin-1FL 還可以在慢性熱應激條件下維持雞正常的腸道結構、腸道吸收和黏膜免疫功能，并可消除由慢性熱應激導致的生長抑制。這些研究表明，作為抗氧化劑的Brevinin-1FL 對氧化損傷引起的疾病具有強大的治療潛力，可應用于畜禽養殖的熱應激治療中。

4 兩棲動物抗菌肽在畜牧業中的應用展望

隨著抗生素在畜禽生產中的大量使用，動物體內抗生素殘留和細菌耐藥性問題日益嚴峻，這一問題對畜牧業的發展和人類的食品安全構成了巨大威脅。尋求綠色無污染且安全的抗生素替代品已成為畜牧業研究的重點，且多種抗菌肽在畜牧業的應用已獲得初步成效。Zhang 等[22]將一種人工合成的抗菌肽（WK3）加入仔豬飼料中，發現抗菌肽的加入可改善仔豬平均日增重和平均日采食量，并能提高免疫力有效減少腹瀉。Jin 等[23]在閹割的公牛的基礎日糧中添加抗菌肽（天蠶素cecropin 和蜜蜂抗菌肽apidaecin 各50%），使牛的平均日增重、胴體重量和凈肉重顯著增加。

目前，兩棲動物抗菌肽在畜牧業研究中應用較少，且至今未能批量運用于規?；酿B殖。限制兩棲動物抗菌肽規?；褂玫膯栴}主要有以下四點：（1）具有帶正電荷的特征，使其在NaCl 濃度升高時，與NaCl 相互作用降低其與細菌膜的靜電活性。（2）具有兩親性特征使其易與血清蛋白（如白蛋白和脂蛋白）結合，降低抗菌活性。（3）易被存在于腸黏膜、胃腸道和血液中的蛋白酶水解降解[24]，影響其穩定性。（4）人工合成抗菌肽的成本遠高于抗生素的合成成本，使其無法大規模運用。

如今，已制定一些策略解決這些問題。（1）運用不同的遞送系統來改善兩棲動物抗菌肽蛋白水解降解的情況，提高其穩定性和生物利用率[25]。（2）進行兩棲動物抗菌肽的化學修飾。Casciaro 等[26]研究發現兩棲動物抗菌肽經典的螺旋結構在局部或整體扭曲時，可提高蛋白酶的穩定性和降低肽毒性，而不會顯著減少抗菌活性。（3）將兩棲動物抗菌肽通過基因工程技術整合到益生菌（如枯草芽孢桿菌）基因組中，通過誘導使其大量表達。

目前，在畜牧生產中使用兩棲動物抗菌肽作為治療劑或飼料添加劑的安全性和有效性仍然存在很多問題需要解決，同時需要不斷開發多種抗菌化合物以及闡明其抗菌作用機制，進一步降低耐藥菌產生的風險?！?/p>