摘要: 由于药物残留和耐药性问题，许多传统抗生素被限制使用。抗生素肽作为一种新型肽类抗生素，具有广谱、无残留、不产生耐药性等优点，很可能成为新型抗生素的来源。文章简述了抗生素肽及其特点、作用机制以及作为饲料添加剂应用的优势和发展前景。
关键词抗生素肽 抗菌肽 抗生素
饲用抗生素类生长促进剂早在20世纪50年代就开始使用，伴随着抗生素类促生长剂的广泛使用，由此带来的问题或争论也越来越受到人们的关注，主要就是药物残留和耐药性问题。也有人认为动物长期使用低剂量的抗生素会对人类健康造成危害，但尚缺乏足够的依据。欧盟仍迫于消费者和医学方面的压力，最终采用了“预防原则”（precaution prin－cope），于1997年和1999年禁止在饲料中添加螺旋霉素、维吉尼亚霉素、杆菌肽锌和泰乐菌素。只有动物饲料专用的消化增强抗生素黄霉素、卑霉素、盐霉素和莫能霉素被保留下来继续作为饲料添加剂使用，同时还严格限制了不同动物不同生理阶段的使用剂量。
有人对多年来抗生素在猪饲料中的应用效果分析表明：饲料中添加抗生素，猪的生长速度平均提高4％，饲料消耗降低3．5％。如果从饲料中完全去除抗生素，可能会产生以下影响：动物生产性能降低；饲料消耗增加；死亡率增加；防病、治病费用增加；淘汰率增加；更多的质量问题等。
要解决这个问题，最有效的手段之一是研究抗生素新品种。20世纪90年代以来，已从植物、昆虫。两栖动物和哺乳动物中分离和提纯出200多种抗生素肽。抗生素肽（antibioticspeptides）是宿主防御系统产生的一类对抗外界病原体感染的肽类活性物质，是宿主免疫防御系统的重要组成部分。目前研究证实，抗生素肽通过一种特殊机制杀灭病原菌，具有广谱、不产生耐药性等优点。对抗生素肽的研究开发已成为世界上研究抗生素新产品的前沿性课题，被认为是新型抗生素研究的新资源和重要途径。本文就抗生素肽作一简述。
自Boman等（1981年）首先从美国天蚕中成功地分离到两种抗生素肽——蚕素（cecropin）A和B以来，国内外许多科学家对这一类抗生素肽进行了深入细致的研究。目前，在许多昆虫、植物和哺乳动物中均发现这类抗生素肽。抗生素肽是指相对分子质量在1X 104以下，具有抗菌活性的多肽类物质。它们多为13－45个氨基酸组成的短肽，带正电荷，与经典特异性免疫系统的高特异性和记忆性相比，抗生素肽的最大优势就是其抗菌的广谱性。最初，人们把这类具有抗菌活性的多肽称为antlbacterial peptides，中文译为‘抗菌肽”。随着研究的深入，人们相继发现这类多肽还具有抗寄生虫、病毒、癌细胞等功能，尤其是随着这类多肽物质在医药学上的应用，许多学者倾向于称之为“antibioticspeptides”，即“抗生素肽”。抗生素肽常常与细菌和真菌产生的抗微生物肽和抗病毒肽联系在一起，包括有环形肽（cycli peptides）糖肽（glycopeptides）和脂肽（PePtides），如短杆菌肽（gramicidin）、杆菌肽（bacitciJ、万古菌素（vancomycin、肽（lactociJ。枯草菌素（subtilin）和乳酸链球菌肽（nisi）等。如乳酸链球菌肽是由乳球菌（lactococcus lactis）产生的含34个氨基酸片段的多肽，它是一种酸性分子物质，即使在胃这样低pH条件下也表现出很高的稳定性，有抑制革兰氏阳性菌的活性，而且具有抑制梭状芽抱杆菌和杆菌类菌属形成芽抱的能力。目前，抗生素肽的研究成果已为其在兽医学和饲料科学中的应用指明了方向。
1特点
抗生素肽多由30多个氨基酸片段组成，不同来源多肽的氨基酸序列具有较强的保守性且具有以下共同特点：（l）N端由碱性氨基酸片段组成；（2）C端均酰胺化；（3）绝大多数多肽在第2位均为Trp，它对杀菌活性至关重要；（4）它们具有较广的杀菌谱
2作用机制
抗生素肽的作用机制与传统抗生素有很大的不同。目前，关于抗生素肽的作用机制主要包括以下几种：（1）离子通道的形成；（2）抑制细胞呼吸；(3)抑制细胞外膜蛋白的合成；（4）抑制细胞壁的形成。其中大多数学者赞成第1种作用机制。
2.1离子通道的形成
抗生素肽分子的构成氨基酸中大多数为带正电荷的氨基酸，分子通过正电荷与细菌胞浆磷脂分子上的负电荷形成静电吸附而结合在脂质膜上，继之，抗生素肽分子中的疏水端借助分子链的柔性插入到质膜中，进而牵引整个分子进人质膜，扰乱质膜上蛋白质和脂质原有排列秩序，再通过抗生素肽分子间的相互位移而聚合形成跨膜离子通道。关于离子通道形成的具体过程，不同研究者提出了几种不同模式。Christensen等（1988年）认为，当抗生素肽作用于细胞膜时，疏水端插入细胞膜；而Fink等（1989年）认为，N端的两亲螺旋结合在膜表面，只有C端疏水螺旋插入膜中；Clague等（1989年）则认为，抗生素肽通过作用于膜蛋白，引起蛋白质凝聚失活，胞膜变性而形成离子通道。一般地讲，细菌的胞浆高渗性的，革兰氏阳性菌的胞内渗透压高达20－25个大气压，革兰氏阴性菌亦达5－6个大气压。在质膜上形成跨膜离子通道后，胞内离子大量流失，细胞不能保持其正常渗透压而死亡。电生理实验表明，抗生素肽使细菌质膜上形成离子通道有时间和电压依赖性，通道持续开放的时间为25 ns（纳秒），通道直径为4 nm。将抗生素肽cecropins、 magalnins和tachyplesin等分别作用于含荧光物的聪泡均可引起脂泡内荧光物质的释放，尽管不同的抗生素肽的分子结构不同，有的为。螺旋结构，有的为β片层结构，离子通道的形成在抗菌活性中具有重要作用。
2.2其他作用机制
（l）抑制细胞呼吸。Fehlbaum等（1996年）研究发现，thanatin在0． 3－ 0． 6µmol／L时，就对大肠杆菌表现出强烈的杀菌作用。但当其浓度提高到70µmol／L时，仍然检测不到细胞内K十的泄漏，这表明thanatin不是通过改变细胞通透性来杀菌的。当利用40 µmol／L的thanatin处理细菌时，lh后，可检测到细胞的呼吸作用变弱，6h后呼吸作用完全停止。由此认为，thanatin是通过抑制细胞的呼吸作用来杀菌。
（2）抑制细胞外膜蛋白的合成。Carsson等（1991年）研究发现，attacin能够干扰大肠杆菌细胞外膜蛋白Omp C、Omp F、Omp A和 Lain B基因的转录，使这些蛋白质含量减少，从而导致细胞膜的通透性增加，细菌的生长受到抑制。
（3）抑制细胞壁的形成。Ando等（1988年）研究认为，sarcotoxinsⅡ能够抑制细菌细胞壁的形成，使细菌不能维持正常的细胞形态而生长受阻，但对已经形成的细胞壁元作用。
3应用研究
抗生素肽具有广谱杀菌作用，相对分子量较小。热稳定、水溶性好等优点，更为重要的是抗生素肽对真核细胞几乎没有作用，仅仅作用于原核细胞和发生病变的真核细胞。在目前不少病原菌对原有抗生素逐步产生耐药性，尤其是肉用动物长期使用抗生素受到严格检查和批评的今天，对畜禽体内自然产生的抗生素肽功能的了解以及设计一种方法来调节动物体内自然抗生素肽的功能便显得极为重要，其中通过抗生素肽基因的克隆与表达而大量生产抗生不少昆虫和植物抗生素肽基因工程成功的报道，但有关畜禽抗生素肽基因工程的报道甚少。因此，运用基因工程技术，通过对畜禽抗生素肽的研究，对提高畜禽的抗病能力、减少甚至替代抗生素的使用将起积极的促进作用。
Boman等（1988年）从猪小肠分离纯化出cecropin肽可杀灭大肠杆菌和革兰氏阴性菌。Robert等（1988年）发现，兔、牛可产生类似defensin的抗生素肽。Zasloff发现，在牛的消化道内，损伤或炎症的信号（诸如白介素IB）能导致defensin水平陡升。如用基因工程方法，使小鼠小肠内面基底细胞不能产生激活defensin所需的酶，这些基因工程鼠被大肠杆菌或沙门氏菌的致病株感染后就很容易得病，甚至死亡。Zasloff研究小组从致病菌（诸如葡萄球菌和假单抱菌属）寻求潜在的激发物，结果发现这些致病菌不能提高产defensin基因的表达。但使Zasloff大为惊异的是，有益微生物（诸如乳酸菌和酵母菌）却能。Lee等（1989年）从猪小肠中分离出一种相对分子质量为4719的肽一一一抗生素肽（PR－39）。它属于富含Pro－Arg的肽家族，不裂解野生型大肠杆菌，但对突变型K12有作用。PR－39在一个单层囊泡中可以诱导钙的降低和电流的线性增加，此诱导与肽浓度和膜上甘油磷酸酯（带负电荷）有关；另外，还发现一种抗生素肽cecropinPI，它是以裂解细菌来完成杀菌作用的。Andersson（1995年）运用基因工程技术从猪骨髓RNA中克隆到一种新型的CDNA，其编码一个78残基的抗生素肽NK－lysin，有3个分子内H硫键，这种肽对敏感型的肿瘤细胞株YAC－l有裂解活性，但木裂解红血球细胞，能抑制大肠杆菌。另外，有人还从猪骨髓RNA中克隆到另一种新型的CDNA，其编码一个167个残基的多肽前体，这种多肽前体与牛、兔的在同类相应区域上有高度相似性，具有高度亲水脂α-螺旋结构，此肽命名为PMAP－37。根据氨基酸顺序化学合成此肽，发现为适应三氟乙醇的环境（类似于细胞膜结构）而发生从一个自由螺旋结构同其他几种共有相似结构的抗生素肽相同。离体试验显示PMAP－37强烈抑制几种革兰氏阴性和革兰氏阳性细菌株，这种新型高效抗生素肽的活性是因为它能破坏细菌细胞核，有结果表明其对大肠杆菌内膜有快速渗透作用。Lucca（1998年）研究表明，惜古比天蚕的抗菌肽A具抗黄曲霉菌；惜古比天蚕的抗菌肽B具抗黄曲霉菌、尖镰孢霉、藤仓镰孢霉Bland （1998年）；杂合肽抗尖镰孢霉、藤仓镰孢霉、灰葡萄球孢霉、木霉、根串株霉和青霉。试验研究表明，蚕抗菌肽对畜禽病原菌有较强的杀菌作用，这些病原菌包括猪水肿病、猪肠炎沙门氏菌、鸡大肠杆菌及鸭大肠杆菌等。有报道认为，蚕抗菌肽应用于预防及治疗鸡的白痢效果明显。Kjuul等（1999年）研究表明，蚕抗生素肽对水产类的病菌，如耶尔森氏菌、杀鳗气胞菌无色亚种、鳗弧菌、嗜水气单胞菌、温和气单胞菌、爱德华氏菌、荧光假单胞菌（赤皮病菌）及荧光极毛杆菌等均具强杀菌作用。温刘发等（2001年）应用含抗菌肽的蚕免疫血淋巴粉添加于断奶猪料，饲喂试验研究表明，蚕抗菌肽可减轻断奶仔猪的腹泻。
除畜禽本身可产生内源抗菌肽外，食物蛋白经酶解也可得到有效的抗菌肽，其中最令人感兴趣地是从乳蛋白中获得的抗菌肽。现已从乳清蛋白中的乳铁蛋白（lactoferricin）中得到几种抗菌肽。乳铁蛋白是一种结合铁的糖蛋白，作为一种原型蛋白，被认为是宿主抗细胞感染的一种很重要的防卫机制。研究人员利用胃蛋白酶分裂乳铁蛋白，提纯出了三种抗菌肽，它们可作用于产肠毒素的大肠杆菌，均呈阳离子形式。其中两种肽可抑制致病菌和食物腐败菌；第三种肽在浓度为2 µmol／L时，就可抑制单核细胞增生性李氏杆菌的生长。研究发现，这些生物活性肽与碱基团和微生物的细胞膜存在高度的亲和性，通过增加细胞膜的通透性而杀死微生物，可在接触病原菌后30 min见效（Doonysius等，1997年），良好的抗生素替代品。
4饲料添加剂应用的优势及前景
抗生素肽是目前饲料添加剂中广泛使用的抗生素种类之一，包括杆菌肽、粘菌素和持久霉素等，其分子结构中基本组成单位是由多种氨基酸组成的肽链。大量研究资料表明，抗生素肽在沸水煮30 min仍不变性失活，能耐受饲料制粒时的高温作用；规模化发酵生产抗生素肽时经高温浓缩工序，可充分杀灭菌体而不导致抗生素肽失活，产品在应用后不会出现工程菌的扩散而导致环境生态问题；肽类抗生素作为饲料添加剂对革兰氏阳性菌有强烈的抑制作用，对革兰氏阴性菌的抑制作用较弱，能够促进畜禽生长，提高饲料利用率，在肠道内抗生素肽几乎不被吸收，仅在消化道内发挥作用，动物采食后在体内一般无残留，在饲料中长期添加肽类抗生素，细菌不易获得耐药性，使用效果稳定，属无毒副作用、无钱留、无致细菌耐药性的一类环保型饲料添加剂。试验研究表明，抗生素肽用作畜禽及水产饲料添加剂，代替抗生素预防及治疗仔猪白痢及雏鸡白痢有明显效果，对猪大肠杆菌、门氏菌、金黄葡萄球菌、绿脓杆菌及白色含珠菌均有明显杀菌作用。因此，抗生素肽新产品具有良好的社会效益和环境效益，很可能成为新型抗生素的来源。
高等动物肠道微生物菌群发达，木同动物的肠道内源性抗生素肽能抑制其相应的外源性病原菌，面对动物肠道中共生生态系统中的微生物和动物细胞无杀伤作用，即高等动物肠道抗生素肽具“种”特异性。尽管高等动物肠道抗生素肽具此特点，但它们在动物体内表达分泌量有限，而现代畜禽饲养业日益呈集约化，畜禽肠道表达量有限的抗生素肽更难以起对动物自身的保健作用。如能应用各种动物的专一性内源抗生素肽作饲料添加剂，则可使饲养动物受到外源病原菌入侵或应激时能特异性地维持其健康和生长。因此，寻找各种饲养动物内源性抗菌物质，以现代生物技术方法工业化生产这些在抗病原菌上具有动物“种”专一性或特异性的系列产品，无疑将是“后抗生素时代”的一条出路。
