抗菌肽也称为宿主防御肽，是一类自然界中广泛存在的碱性多肽物质，分子量2 000~7 000 Da，由20~60个氨基酸残基组成，带正电荷，含有相当比例的疏水残基。目前已经从动物、植物、细菌、真菌和人体中发现并分离出三千余种具有抗菌活性的多肽[1]。截至2022年7月，抗菌肽数据库Antimicrobial Peptide Database（http://aps.unmc.edu/AP/）中收录的已知的编码抗菌肽的基因序列达3 425个，其中动物源抗菌肽有2 489个，植物源抗菌肽有368个，来自细菌源抗菌肽有385个。抗菌肽在动物机体非特异性免疫过程中起到重要作用，可有效抑制或杀灭革兰氏阴性菌、革兰氏阳性菌、真菌、病毒和寄生虫等病原微生物[1-2]。部分抗菌肽还具有抗肿瘤、调节细胞增殖与凋亡、促进血管生成、调控炎症反应等生物活性功能[3-4]。利用天然抗菌肽或人工合成抗菌肽具有替代抗生素的可行性，在医药、养殖、饲料等领域具有广阔的开发和应用前景，现已成为国内外学者的研究热点[5-6]。但在水产养殖领域，抗菌肽还存在作用机制、用法用量尚未明确、使用成本较高等制约因素。本文综述抗菌肽在水产养殖中的应用，为抗菌肽在水产养殖领域更科学合理应用提供参考。1抗菌肽的分类1.1根据抗菌肽的来源分类1.1.1植物源性抗菌肽植物源性抗菌肽是植物内分泌系统为抵御外界微生物入侵而分泌的抗菌肽，根据不同的二硫键模式、半胱氨酸序列及序列相似性分为蜕皮素、防御素、硫素、脂转移蛋白、α-hairpinin家族、hevein-like peptides、knottin-type peptides和未分类的C反应蛋白抗菌肽等8类[7-8]。1.1.2昆虫源性抗菌肽昆虫源性抗菌肽是昆虫受意外伤害或被感染时其血淋巴或其他机体组织中产生的具有抗细菌和真菌作用的抗菌肽[9]，根据不同结构和氨基酸序列可分为天蚕素类、防御素类、富含脯氨酸或甘氨酸的抗菌肽等3类[10-11]。1.1.3动物源性抗菌肽根据不同的动物来源可分为哺乳动物类、两栖动物类、禽类、鱼类和其他类抗菌肽[12-13]。1.1.4微生物基因工程抗菌肽微生物物种丰富，生长繁殖迅速，利用基因工程重组技术异源表达系统生产抗菌肽可解决天然抗菌肽数量少、提取困难、成本较高等问题。细菌和酵母表达系统是抗菌肽生产的主要表达系统[14]。1.1.5人工合成抗菌肽使用设计或改造抗菌肽氨基酸序列等人工合成方式可快速大量获取所需的目的抗菌肽。人工合成的抗菌肽甚至比亲本抗菌肽的抗菌活性更强[15]。1.2根据抗菌肽的结构分类大部分抗菌肽一级结构中第2、5、11位氨基酸残基为色氨酸、赖氨酸、天冬氨酸，这些特定位置的保守的氨基酸残基可能与抗菌肽分子的抗菌活性有关[16-17]。根据二级结构不同，抗菌肽大致可分为4类：第一类为分布广泛、具有两亲性的α-螺旋型抗菌肽，如爪蟾抗菌肽；第二类为通过2个及以上二硫键稳定结构的β-折叠型抗菌肽，如植物防御素、昆虫防御素；第三类为在C端末尾有1个分子内二硫键成环的环链状结构抗菌肽；第四类为呈线性结构，富含若干氨基酸残基的伸展性结构抗菌肽[18-20]，见图1。10.13557/j.cnki.issn1002-2813.2023.21.030.F001图1抗菌肽的二级结构2抗菌肽的理化特性抗菌肽的功能与其高级结构密切相关，通过改造和设计二级结构可获得抗菌活性更强、抗菌谱更广的抗菌肽[21-22]，如增强螺旋度、氨基酸替换、构建杂合肽等方式，抗菌肽的3D结构见图2。α-螺旋形抗菌肽数量多、分布广、抗菌活性强，该类型抗菌肽长度短（小于40个氨基酸残基），线性结构简单，易于化学合成。β-折叠型抗菌肽包含的抗菌肽种类最多，具有反向平行的β折叠结构，β折叠的肽段间含有2~6个二硫键，可稳定抗菌肽结构，因此β-折叠肽在水溶液中更加有序[23]。环链结构型抗菌肽通常呈线型，富含脯氨酸、甘氨酸、色氨酸等，无典型的二级结构。抗菌肽的三、四级结构多种多样，受周围环境变化影响而有所不同。绝大部分抗菌肽均含有大量带正电荷的氨基酸，如赖氨酸、精氨酸和组氨酸等残基，因而表现较强的阳离子特性；多数抗菌肽不易被蛋白酶水解[24]，且热稳定性强，一些肽在高温条件下（100 ℃加热10~15 min）仍能保持生物活性。10.13557/j.cnki.issn1002-2813.2023.21.030.F002图2抗菌肽的3D结构3抗菌肽的主要功能3.1抗菌关于抗菌肽的抗菌机制尚存在争议，抗菌肽是通过破坏微生物膜的物理完整性，通过跨膜转移到细菌细胞质中，并作用于细胞内容物，从而达到抗菌效果。目前公认的假说主要有膜作用机制和细胞内杀菌机制。（1）作用于细胞膜。抗菌肽分子带正电，能够利用其两亲性，通过静电吸引与细菌外膜阴离子脂多糖相互作用，改变外膜通透性，导致膜穿孔，细胞内容物外泄，从而使病原菌死亡。（2）作用于细胞壁。抗菌肽可抑制葡聚糖和几丁质合成，对细胞壁生成产生负面影响，抑制微生物生长。（3）作用于细胞内。抗菌肽可穿透细胞膜，与细胞中的DNA或RNA结合，破坏遗传物质的合成和复制，从而杀死病原菌[25]。3.2抗氧化抗菌肽分解后释放出多种氨基酸，这些氨基酸能够直接或间接地起到抗氧化作用，抗菌肽的抗氧化活性与其氨基酸组成和序列有关，与抗氧化活性关系最为密切的是芳香环氨基酸和疏水性氨基酸[26]。抗菌肽可通过提供抗氧化相关的氨基酸或促进合成谷胱甘肽提高哺乳动物的抗氧化能力。研究表明，蛙皮来源的活性肽能够结合脂多糖，并与脂多糖相互作用，且活性肽浓度越高，对自由基的清除率也有所提高，即抗氧化活性越高[27]。3.3抗癌少数抗菌肽具有治疗癌症的潜力，其抗癌途径一般分为两种。第一，通过将治疗基因靶向性传递给癌细胞，在靶组织中表达；第二，单独作为抗癌剂杀死癌细胞，其杀癌机制主要为质膜破裂或非膜分解、外源性凋亡途径的激活和抑制血管生成抑制癌细胞，在癌症治疗方面具有广阔的应用前景[28]。研究发现，不同长度的脂肪族酸与N端抗菌肽组合后，抗菌肽的抗癌因子可传递给癌细胞，抑制癌细胞增殖或杀死癌细胞[29]。还有研究表明，从青蛙皮中分离出的抗菌肽可选择性地靶向肿瘤细胞，在肿瘤细胞上聚集以诱导其凋亡和坏死[30]。3.4免疫抗菌肽还具有免疫调节功能，包括刺激产生趋化因子，减轻炎症反应，诱导免疫细胞分化，启动适应性免疫，协助宿主清除细菌[31]。多数水产经济动物的上皮细胞均可分泌产生抗菌肽，非特异性免疫是水产动物抵御病害的重要屏障。研究表明，抗菌肽在动物黏膜和皮肤防御方面起到重要作用，可提高水产动物对病原微生物的非特异性免疫能力[32]。4抗菌肽在水产动物养殖中的应用水产动物的生存环境和生理特性与畜禽动物相比差异很大。抗菌肽在水产养殖中的应用研究到目前为止较为有限，试验结果也存在一定差异，但总体分析，抗菌肽可对水产动物的生长和免疫产生积极的效果。4.1抗菌肽在鱼类生产中的应用4.1.1抗菌肽对鱼类生长性能的影响抗菌肽可提高鱼类的生长性能和饲料利用率。对肉食性鱼类而言，在饲料中添加160 mg/kg抗菌肽可以使加州鲈鱼的增重率和特定生长率和存活率分别提高29.61%、1.79%、9.48%，饲料系数降低19.76%；添加200 mg/kg抗菌肽可使加州鲈鱼肝体比和脏体比分别提高38.33%和25.74%[33]。当饲料粗蛋白水平为48%时，添加0.02%抗菌肽使赤点石斑鱼增重率达到112.62%，胃蛋白酶和胰蛋白酶活性也有较大幅度的升高，饲料系数降低至1.29[34]。对杂食性鱼类而言，饲料中添加30 mg/kg抗菌肽可以使黄颡鱼的特定生长率显著提高6.92%[35]。添加5 mg/kg和10 mg/kg抗菌肽可以使罗非鱼的增重率分别显著提高31.99%和8.83%[36]。对植食性鱼类而言，在饲料中添加100 mg/kg的蝇蛆抗菌肽可将鳙鱼的生长速度提高26%以上[37]。添加400 mg/kg抗菌肽可使建鲤的增重率和特定生长率分别提高22.93%和22.61%[38]，但抗菌肽添加量为600 mg/kg时增重率反而下降。添加抗菌肽并不会影响鱼类血清生长激素水平[39]。因此推测适量的抗菌肽促进鱼类生长的原因，一方面可能是因为抗菌肽改变了肠道绒毛结构，调节了肠道菌群组成，促进肠道健康；另一方面可能是抗菌肽提高了肝脏及肠道的消化酶的活性，促进了鱼类对饲料养分的消化吸收及在体内的沉积。此外，抗菌肽本质上是一种小分子多肽，可被降解成氨基酸后供鱼类吸收利用。然而另有研究指出，当添加剂量过高时反而不利于鱼类生长，这可能是由于抗菌肽具有广谱杀菌性，会抑制有益肠道菌落生长繁殖，导致菌群失调，影响鱼类正常生长[38]。4.1.2抗菌肽对鱼类体组成的影响有研究表明，在饲料中添加160 mg/kg抗菌肽可使加州鲈鱼体粗蛋白含量提高19.2%，粗脂肪含量降低11.04%[33]。添加400 mg/kg抗菌肽可使建鲤肌肉粗蛋白显著提高6.47%[38]。这可能是因为抗菌肽的摄入会对鱼类代谢产生影响，一方面可能是减少了机体蛋白质的分解代谢，提高了蛋白质沉积量[40]；另一方面，抗菌肽优良的表面活性作用可提高水产动物肠道脂肪酶活性，促进脂肪消化吸收与分解代谢，减少肝脏等组织的脂肪沉积[41]。4.1.3抗菌肽对鱼类免疫和抗氧化性能的影响有研究表明，在饲料中添加0.02%的抗菌肽可以提高赤点石斑鱼的血清总蛋白、白蛋白的含量，增强肝脏过氧化物酶、过氧化氢酶的活性，降低肝脏丙二醛含量[34]。添加10 mg/kg抗菌肽组的黄颡鱼肝脏过氧化氢酶活性显著高于60 mg/kg抗菌肽组、90 mg/kg抗菌肽组以及对照组，而添加量为60 mg/kg时黄颡鱼的日增重率、特定生长率和肥满度比对照组分别升高9.84%、10.77%和6.40%，饲料系数降低9.77%[35]。抗菌肽提升鱼体免疫性能最佳添加量与促进生长性能的最佳添加量不同。关于抗菌肽提升鱼类免疫性能的分子机制研究较少，胡启宇[42]研究表明，饲料中添加0.6~1.8 mg/kg蝎源性抗菌肽能够提高草鱼肠道中超氧化物歧化酶、过氧化氢酶和谷胱甘肽过氧化物酶等抗氧化酶的活性，缓解肠道氧化损伤，上调草鱼肝表达抗菌肽LEAP-2A、LEAP-2B及铁调素hepcidin、黏膜蛋白mucin2和防御素β-defensin-1的基因表达，提高免疫球蛋白M（IgM）、补体C3和补体C4含量，增强肠道抗菌能力，上调抗炎细胞因子，如转化生长因子β1（TGF-β1）、转化生长因子β2（TGF-β2）、白细胞介素-4/13A（IL-4/13A）、白细胞介素-4/13B（IL-4/13B）、白细胞介素-10（IL-10）和白细胞介素-11（IL-11）的mRNA表达水平，下调鱼肠道主要的促炎细胞因子的mRNA表达水平，缓解炎症反应，如肿瘤坏死因子-α（TNF-α）、干扰素-γ2（IFN-γ2）、白细胞介素-1β（IL-1β）、白细胞介素-6（IL-6）、白细胞介素-8（IL-8）、白细胞介素-12p40（IL-12p40）、白细胞介素-15（IL-15）和白细胞介素-17D（IL-17D），表明蝎源性抗菌肽提高肠道免疫功能可通过提高肠道内源抗菌肽的表达及内源免疫分子的活性实现。当抗菌肽添加量较高时，可能会抑制鱼体免疫性能。如有研究表明，抗菌肽添加量为30 mg/kg时，黄颡鱼血清溶菌酶活性最强；但添加量为100 mg/kg时，血清溶菌酶活性显著下降40.07%[35]，推测可能是高剂量抗菌肽具有一定的毒性，破坏了动物肝脏组织结构或抑制了酶的活性[40]。有研究指出，在饲料中添加5 mg/kg抗菌肽可使罗非鱼的红细胞总数和过氧化氢酶活性显著提高29.72%和55.81%，嗜水气单胞菌攻毒后的死亡率显著降低43.49%；但当抗菌肽添加量为50 mg/kg时，罗非鱼肝脏中的超氧化物歧化酶与血清中溶菌酶的活性却会下降3.66%和40.98%。结合血清谷草转氨酶活性升高，推测原因可能是肝脏组织受到一定的损害[36]。4.1.4抗菌肽对鱼类肠道菌群的影响鱼类肠道菌群间相互制约、相互依存，由此构建了一个对鱼类生长和免疫都至关重要的微生物生态系统[43]。谭凤霞等[44]研究发现，饲料中添加抗菌肽对黄鳝肠道细菌总数无显著影响；添加600 mg/kg抗菌肽可改变黄鳝肠道菌群结构，提高肠道菌群多样性；添加量为800 mg/kg时反而会降低肠道菌群多样性。抗菌肽对鱼类肠道影响的原因可能是致病菌数量降低，增加了肠道正常菌群和益生菌的营养物质和生存繁殖空间，从而改善了鱼类肠道微环境。4.2抗菌肽在虾蟹生产中的应用抗菌肽可提高虾的生长性能。如在凡纳滨对虾饲料中添加2 000 mg/kg家蝇幼虫抗菌肽提取物，可使凡纳滨对虾存活率、增重率和特定生长率分别显著提高20.69%、17.43%和7.82%。添加2 000或3 000 mg/kg家蝇抗菌肽提取物可使凡纳滨对虾的粗蛋白含量分别显著提高5.56%、6.12%[40]。有研究发现，添加12 mL/kg抗菌肽可使凡纳滨对虾体粗蛋白含量显著提高26.73%，粗脂肪和磷含量分别显著降低38.95%、12.71%，但对虾体水分、粗灰分和钙含量无显著影响[45]。抗菌肽对虾蟹的免疫和抗氧化性能功能也具有积极影响。如在饲料中添加2 000~3 000 mg/kg家蝇幼虫抗菌肽提取物可使凡纳滨对虾血清中溶菌酶、酚氧化酶、过氧化物酶、碱性磷酸酶活性和总抗氧化能力均维持在一个较高的水平[40]。王一娟等[46]研究表明，在饲料中添加0.4%的抗菌肽后，虽然河蟹血清谷丙转氨酶活性显著降低了65.11%，肝脏和肌肉组织中丙二醛的含量也分别显著下降了12.46%、6.67%，但肝脏和肌肉组织中超氧化物歧化酶活性和总抗氧化能力均显著升高。4.3抗菌肽对贝类和鳖类的影响在螺旋藻基础饲料中添加2%柞蚕抗菌肽，可使虾夷扇贝的特定生长率显著提高1.83倍，还可显著提高虾夷扇贝血清溶菌酶、酸性磷酸酶和超氧化物歧化酶的活性，说明柞蚕抗菌肽可以被扇贝血淋巴吸收，从而诱导上述酶活性的增加[47]。在饲料中添加20 mg/kg抗菌脂肽可以使中华稚鳖的增重率提高了40.54%，饲料系数降低了27.78%，并使肠道蛋白酶和脂肪酶的活性显著提高了92.16%和38.18%[48]。4.4抗菌肽对水质的影响张苗[49]将基因工程重组抗菌肽Bomidin投放于养殖用人工水体中，结果表明，当抗菌肽浓度为0.004 g/L时，能够杀灭尚未用于养殖的人工海水中约50%的细菌，且对罗氏沼虾幼体存活率无显著影响；抗菌肽浓度为0.01 g/L时，对人工海水的溶解氧含量和酸碱度值无影响，但会使水体的亚硝酸盐和氨氮含量大幅升高，罗氏沼虾幼体的存活率也显著下降；Bomidin抗菌肽作用于罗氏沼虾成虾的安全浓度比幼体高，为0.02 g/L。还有研究指出，稀释度为2.5 mg/L的芽孢杆菌抗菌肽对对虾养殖环境中的镰孢菌具有显著抑菌效应。原因可能是抗菌肽是一种蛋白质，蛋白质氧化水解会增加水体氨氮含量，对罗氏沼虾和对虾的生长产生负面影响[50]。5展望抗菌肽对水产动物具有促生长、增强免疫的作用，这种作用根据养殖动物的种类、规格、养殖环境的不同而存在一定差异，抗菌肽种类或纯度的差异也导致了抗菌肽适宜添加剂量的不同。但抗菌肽作为一种生物活性制剂在水产养殖业中的应用还存在作用机制尚未明确、提取工艺较为复杂、使用成本较为昂贵、安全评价机制尚不完善等诸多制约因素。随着现代生物技术的进一步发展，将逐步实现基因工程抗菌肽规模化生产。天然抗菌肽和人工合成抗菌肽的种类也会越来越多，应用范围也将越来越广。