摘要：
關(guān)鍵詞：腸桿菌肽；抗菌；抗炎；腸道健康
抗生素在養(yǎng)殖業(yè)中的使用非常普遍，但濫用抗生素造成的藥物殘留和細(xì)菌耐藥性問題已經(jīng)嚴(yán)重威脅到人體健康和環(huán)境的發(fā)展，美國每年有200萬人遭受抗生素耐藥性感染，且其中有2.3萬人由于抗生素耐藥性感染而死亡[1]。目前很多國家都出臺了禁用抗生素的政策，抗生素替代問題也引起了人們的重視。自1981年，瑞典科學(xué)家Boman 等從惜古比天蠶蛹中首次分離出天蠶素以來，人們在動植物及細(xì)菌、真菌體內(nèi)發(fā)現(xiàn)了超過3400種抗菌肽。抗菌肽不僅來源廣泛，而且熱穩(wěn)定性高、抑菌譜廣、耐酸堿和蛋白酶，能夠有選擇性地殺滅細(xì)菌或真菌。此外，還具有抗病毒、抗氧化、促生長、調(diào)節(jié)免疫等多種生物學(xué)功能。 腸桿菌肽（Lasso Peptides）由美國普林斯頓大學(xué)于1993年從腸道細(xì)菌中分離得到的一種新型抗菌肽，由21個氨基酸組成，具有套索狀結(jié)構(gòu)，無溶血性，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，對胃蛋白酶、胰蛋白酶以及高溫環(huán)境有著良好耐受性，能夠有效的殺滅大腸桿菌、沙門氏菌、志賀氏菌等革蘭氏陰性菌，且不易產(chǎn)生耐藥性[2,3]。目前，已經(jīng)有大量動物臨床試驗證明，腸桿菌肽在替代抗生素添加到畜禽飼料中具有較好的抗菌消炎、增強腸道屏障、改善腸道菌群的效果。相信腸桿菌肽未來在畜牧養(yǎng)殖領(lǐng)域會發(fā)揮越來越重要的作用，減少動物性食品的藥物殘留，為人類健康保駕護航。 腸桿菌肽國內(nèi)外研究進展 腸桿菌肽的理化性質(zhì) 圖1 腸桿菌肽三維立體結(jié)構(gòu) 抗菌肽的抑菌機制 腸桿菌肽的攝取機制：外膜蛋白FhuA的表達(dá)是成熟腸桿菌肽進入細(xì)胞的前提和所必需的蛋白。腸桿菌肽首先與FhuA受體的外環(huán)結(jié)合，然后內(nèi)膜TonB-ExbB-ExbD復(fù)合物和SbmA將其轉(zhuǎn)運到細(xì)菌細(xì)胞質(zhì)中[4-6]，進而發(fā)揮細(xì)胞內(nèi)抗菌機制。腸桿菌肽主要以Salmnella和E coli 為靶點，作用機制是：一，通過抑制RNA聚合酶活性來干擾細(xì)菌mRNA以及蛋白質(zhì)的合成。RNA 聚合酶的β亞基發(fā)生突變后，其對腸桿菌肽產(chǎn)生耐受性，從而確定其靶位點為RNA 聚合酶[7]；腸桿菌肽與RNA聚合酶次級通道的結(jié)合會阻礙核苷酸進入酶的活性位點，從而抑制 mRNA的形成和進一步蛋白質(zhì)的合成[8]。二，腸桿菌肽通過改變細(xì)胞膜的通透性，使細(xì)菌細(xì)胞膜破碎，內(nèi)容物外滲，導(dǎo)致病原菌死亡。如圖2所示。 圖2 腸桿菌肽的攝取及抑菌機制 腸桿菌肽具有廣譜的抗革蘭氏陰性菌活性，包括致病性大腸桿菌、沙門氏菌和志賀氏菌。據(jù)報道，腸桿菌肽對沙門氏菌的MIC為3.12 μg/mL，對大腸桿菌O157:H7的MIC為1 μg/mL，0.3%的腸桿菌肽對大腸桿菌 ATCC25922的MIC為300μg/mL，對大腸桿菌AZ1、大腸桿菌W1和W2的MIC均為200μg/mL，對沙門氏菌SK226和沙門氏菌1791的MIC均為100μg /mL[9-11]。而且腸桿菌肽對大腸桿菌和沙門氏菌野毒株也具有明顯的殺滅作用，隨著腸桿菌肽濃度的變大，其抑菌圈直徑不斷變大。Yu等[12-13]研究發(fā)現(xiàn)腸桿菌肽不僅對大腸桿菌和沙門氏菌具有顯著的抑殺效果，而且適量的腸桿菌肽還可以增加乳酸桿菌和雙歧桿菌等有益數(shù)量，并且還對腸桿菌肽對大腸桿菌和沙門氏菌的最小抑菌濃度做了詳細(xì)的比較，如表1、表2。 表1 腸桿菌肽對標(biāo)準(zhǔn)致病菌的最小抑菌濃度
注：aLKFZ菌株由北京生物飼料添加劑重點實驗室提供。臨床來源菌株SWI、BRO和CATT由中國農(nóng)業(yè)大學(xué)獸醫(yī)學(xué)院獸藥檢測中心提供。SWI、BRO和CATT臨床來源的菌株是耐抗生素（林可霉素和替米考星）的沙門氏菌和大腸桿菌。b所有MIC和MBC值代表3個獨立的試驗均值。
腸桿菌肽除了抗菌消炎的作用，還具有提高采食量、降低料肉比、提高生產(chǎn)性能和調(diào)節(jié)免疫的功能。有研究發(fā)現(xiàn)，在飼料中添加500g/t 腸桿菌肽可以提高斷奶仔豬的日采食量、日增重、降低料肉比、降低腹瀉率、使仔豬毛色變優(yōu)[17-19]。孫何軍等[20]研究報道，在基礎(chǔ)飼糧中添加100 g/t的腸桿菌肽可以使蛋雞產(chǎn)蛋率提高3.88%、臟蛋率降低12.68%、料蛋比下降0.07、死淘率降低40%、破蛋率降低14.63%，添加腸桿菌肽能顯著提高蛋雞的產(chǎn)蛋性能。關(guān)靜姝等[21]研究發(fā)現(xiàn)，在肉雞基礎(chǔ)日糧中添加300g/t 腸桿菌肽增加了肉雞的出欄體重和平均日增重，降低了料重比，提高了飼料的轉(zhuǎn)化率。卜艷玲等[22]通過在仔豬飼喂的基礎(chǔ)飼糧中分別添加30 g/t硫酸黏菌素、300 g/t天蠶素抗菌肽以及300、400和500 g/t腸桿菌肽對比發(fā)現(xiàn)，添加500 g/t 腸桿菌肽對提高斷奶仔豬生產(chǎn)性能、免疫性能和抗氧化能力均有顯著效果，且優(yōu)于硫酸黏菌素。程振峰[23]研究發(fā)現(xiàn)腸桿菌肽（500g/t）、微生態(tài)制劑（500g/t）+腸桿菌肽（500g/t）組合對提高生長育肥豬平均日增重、降低料重比、提高仔豬血液中白細(xì)胞總數(shù)和淋巴細(xì)胞比率方面也具有顯著效果。
腸桿菌肽的穩(wěn)定性與安全性
腸桿菌肽是利用蛋白工程技術(shù)在植物乳桿菌中高效生產(chǎn)的一種抗菌肽，腸桿菌肽的結(jié)構(gòu)包含一個由Gly1的ɑ氨基和Glu8的γ羧基之間形成的內(nèi)酰胺鍵連接的8個氨基酸殘基組成的（Gly1-Glu8）套索結(jié)構(gòu)環(huán)，該多肽的尾部（Tyr9-Gly21)從這個套索環(huán)中穿過，且Ple19和Tyr20分別卡于環(huán)的兩側(cè)，在空間上通過非共價作用將這個尾部固定在環(huán)內(nèi)，這種獨特的結(jié)構(gòu)使其性質(zhì)非常穩(wěn)定。劉揚科等[24]通過體外進行的腸桿菌肽對大腸桿菌和沙門氏菌的抑菌效果研究發(fā)現(xiàn)，在人工胃液、腸液和熱處理的環(huán)境下，0.3%腸桿菌肽對腸桿菌和沙門氏菌的MIC為128 μg/mL，表明腸桿菌肽具有很強的穩(wěn)定性。卜艷玲[22]也發(fā)現(xiàn)了類似的結(jié)果。表明腸桿菌肽對高溫、酸堿、蛋白酶等具有很好的耐受性。 目前，還未見有使用腸桿菌肽后出現(xiàn)不良反應(yīng)的報道。Lopez等[9]研究報道，腸桿菌肽體外經(jīng)過24 h在全血、血漿以及血清中仍保持完全活性，且不會出現(xiàn)溶血現(xiàn)象，能顯著抑制全血、同源的血漿和血清中沙門氏菌的數(shù)量。腸桿菌肽與傳統(tǒng)的抗生素抗菌作用機理具有很大的不同點，不易產(chǎn)生耐藥性，作為新藥開發(fā)來對抗細(xì)菌感染的潛力巨大[25,26]。
腸桿菌肽應(yīng)用研究前景分析
目前，腸桿菌肽的研發(fā)和應(yīng)用已經(jīng)日趨成熟，一些抗菌肽產(chǎn)品已經(jīng)規(guī)?；a(chǎn)并投入到了生產(chǎn)一線，且得到了較好的反饋效果。除了腸桿菌肽原有的一些生物功能以外，通過生物工程等先進技術(shù)，對腸桿菌肽進行改造，發(fā)揮腸桿菌肽更優(yōu)質(zhì)的療效和特異性功能以后可能會成為一個發(fā)展趨勢。提高腸桿菌肽的特異性可以通過減少或改變胃腸道細(xì)菌群落中的微生物群的組成，有效的預(yù)防原發(fā)性和機會性感染[27]。腸桿菌肽未來在畜牧業(yè)、化妝品和食品防腐等領(lǐng)域的應(yīng)用前景將會更加的廣泛。
[1] Martens E, Demain AL. 2017 The antibiotic resistance crisis, with a focus on the United States[J]. Antibiot，70:520-526. [2] Bayro, Marvin J, Mukhopadhyay J, Swapana G V, et al. Structure of antibacterial peptide microcin J25: A 21-Residue lariat protoknot[J]. J Am Chem Soc, 2003, 125(41): 12382-12383. [3] Maria R R, Beatriz F A, Raúl A S, et al. The antibacterial action of microcin J25: evidence for disruption of cytoplasmic membrane energization in Salmonella newport[J]. FEMS Microbiol Lett, 2001, 204(2): 265-270. [4] Rosengren K J, Clark R J, Daly N L, Go ansson U, Jones A, Craik DJ Microcin J25 has a threaded sidchain-no-backbone ring srcture and not a ha-o-tail cyclized backbon[J]. Jourmal oftheAmerican Chemical Society, 2003, 125(41):12464-12474. [5] Destoumieux-Garzon D, Duquesne S, Peduzzi J, Goulard C, Desmadril M, Letellier L,Rebufat S, Boulanger P. The iron-siderophore transporter FhuA is the receptor for the antimicrobialpeptide microcin J25: Role of the microcin Valn-Pro16 B-hairpin region in the recognition mechanism[J].The Biochemical Journal, 2005, 389(3):869-876. [6] Salomon R A, Farias R N. The pepide antibiotic microcin J25 is imported through the TonBpathway and the SbmA protein[J]. Jourmal of Bacteriology, 1995, 7711.3323-3325. [7] Yuzenkova J, Delgado M, Nechaev S, et al. Mutations of bacterial RNA polymerase leading to resistance to microcin j25[J]. J Biol Chem, 2002, 277(52): 50867-50875. [8] Mukhopadhyay J, Sineva E, Knight J , et al. Antibacterial peptide microcin J25 inhibits transcription by binding within and obstructing the RNA polymerase secondary channel[J]. Mol Cell, 2004, 14(6): 739-752. [9] Lopez F E, Vincent P A, Zenoff A M, et al. Efficacy of microcin J25 in biomatrices and in a mouse model of Salmonella infection[J]. J Antimicrob Chemother, 2007, 59(4): 676-680. [10]熊海濤，劉揚科，張志華，等.無抗日糧中添加腸桿菌肽對仔豬生長性能和糞便微生物的影響[J].中國畜牧雜志，2019，55（02）：118-121. [11] Sable S, Pons A M, Gendron-Gaillard S, et al. Antibacterial activity evaluation of microcin J25 against diarrheagenic Escherichia coli[J]. Appl Environ Microbiol, 2000, 66(10): 4595-4597. [12]H.T. Yu, X. L. Ding, N. Li,et al.Dietary supplemented antimicrobial peptide microcin J25 improves the growth performance, apparent total tract digestibility, fecal microbiota, and intestinal barrier function of weaned pigs[J]. J. Anim. Sci. 2017.95:5064–5076. [13]于海濤. 抗菌肽MicrocinJ25抗腸毒素大腸桿菌感染的作用及其機制研究[D]. 北京：中國農(nóng)業(yè)大學(xué)，2020. [14] Gang Wang, Qinglong Song, Shuo Huang, et al. Effect of Antimicrobial Peptide Microcin J25 on Growth Performance, Immune Regulation,and Intestinal Microbiota in Broiler Chickens Challenged with Escherichia coli and Salmonella[J].Animals,2020 Feb 21;10(2):345. [15] Zasloff M. Antimicrobial peptides of multicellular organisms[J]. Nature, 2013, 415(6870): 389-395. [16] V Portrait, S Gendron-Gaillard, G Cottenceau,et al.Inhibition of pathogenic Salmonella enteritidis growth mediated by Escherichia coli microcin J25 producing strains[J].Can J Microbiol. 1999 Dec;45(12):988-94. [17]趙青海, 胡毅. 腸桿菌肽替代土霉素鈣對斷奶仔豬生長性能的影響[J]. 湖南飼料，2019，06：30-32. [18]關(guān)靜姝，李成功，等. 日糧中添加腸桿菌肽對斷奶仔豬生產(chǎn)性能的影響[J]. 廣東飼料，2016，25（5）：21-23. [19]李希，何濤，等. 日糧中添加腸桿菌肽對保育豬生產(chǎn)性能的影響[J]. 飼料博覽, 2016(2):1-4. [20]孫何軍，劉成宏，關(guān)靜姝，等. 日糧中添加腸桿菌肽對蛋雞產(chǎn)蛋性能的影響[J]. 飼料工業(yè),2016,37(13):28-30. [21] 關(guān)靜姝，劉成宏，等. 日糧中添加腸桿菌肽對肉雞生長性能的影響[J]. 飼料與畜牧，2015,(12)：50-51. [22]卜艷玲，陳靜，李建濤，等.飼糧中添加腸桿菌肽對斷奶仔豬生產(chǎn)性能和血清生化指標(biāo)的影響[J].動物營養(yǎng)學(xué)報，2018，30(2):696-706. [23]程振峰.不同抗生素替代物對生長肥育豬生長、腸道形態(tài)與發(fā)育影響的研究[D].山東泰安：山東農(nóng)業(yè)大學(xué)，2018. [24]關(guān)靜姝，趙裕川，劉揚科，等. 腸桿菌肽對大腸桿菌和沙門氏菌的體外抑菌效果研究[J]. 中國畜牧雜志，2018，54（5）：122-125. [25] Rania S, Sahar A, Kamaljit K. NGR Peptide ligands for targeting CD13/APN identified through peptide array screening resemble fibronectin sequences[J]. ACS Comb Sci, 2012, 14(11): 590-599. [26] Mathavan I, Zirah S, Mehmood S, et al. Structural basis for hijacking siderophore receptors by antimicrobial lasso peptides[J]. Nat Chem Biol, 2014, 10(5): 340-342. [27] Guinane C M, Cotter P D. Role of the gut microbiota in health and chronic gastrointestinal disease: understanding a hidden metabolic organ[J]. Therap. Adv. Gastroenterol. 2013, 6:295–308. 撰稿人：宋志恒
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