抗菌肽應用于水產(chǎn)的生物學(xué)功能
1.1 抗菌
抗菌肽具有廣譜的抗菌活性，大量研究證明，抗菌肽對多種革蘭氏陰性菌和革蘭氏陽(yáng)性菌均有明顯的抗菌效果。抗菌肽可以單獨發(fā)揮其抗菌活性，也可以由多種不同種類(lèi)抗菌肽結合加強抗菌作用。除此之外，還可以與抗生素發(fā)揮協(xié)同作用。傳統抗生素的作用機制是其具有特定的作用位點(diǎn)，或者通過(guò)改變細菌的生長(cháng)繁殖條件，從而達到殺菌目的。此類(lèi)作用機制的弊端是容易產(chǎn)生耐藥性，而抗菌肽是通過(guò)膜透化作用及胞質(zhì)內靶目標的作用殺滅細菌，因此，很難產(chǎn)生耐藥性。兩者結合使用，既可以增強藥物療效，又可以拓寬抗生素的抗菌譜，解決耐藥性的難題。除抗細菌外，近年來(lái)大量的研究表明，枯草三十七肽、果蠅抗菌肽和線(xiàn)肽素等抗菌肽對真菌也有一定的活性，且抗真菌的機理也是多種多樣。值得注意的是，抗菌肽的抗真菌活性往往與其相對豐富的極性氨基酸和中性氨基酸有關(guān)，由此推測抗菌肽抗真菌活性與其作用對象的結構密切相關(guān)。
1.2 抗病毒
目前，所有的抗菌肽均已被證明具有抗菌活性，也有少數抗菌肽被證明具有抗病毒活性。防御素的抗病毒活性最早被報道于1986年，近年來(lái)發(fā)現防御素對皰疹病毒、水泡性口炎病毒、人類(lèi)免疫缺陷病毒（HIV）、甲型流感病毒、乳頭瘤病毒等都有作用，防御素可以直接作用于病毒顆粒、或者通過(guò)間接干預病毒生命周期的各個(gè)階段去阻斷病毒的感染。防御素還可以通過(guò)改變病毒感染引起的先天免疫反應來(lái)發(fā)揮其抗病毒活性，其中包括調節并募集Ｔ細胞、巨噬細胞和樹(shù)突狀細胞到感染部位，促進(jìn)傷口的愈合、血管的生成以及樹(shù)突細胞的分化與成熟，此外，還可以誘導巨噬細胞、肥大細胞和角質(zhì)形成細胞產(chǎn)生促炎細胞因子，以及參與細胞死亡途徑的調節?？咕腖L-37可以通過(guò)與IAV、HIV-1、RSV、HRV、VACV等病毒的外膜直接作用發(fā)揮其抗病毒活性。乳鐵蛋白能夠阻擋病毒粒子進(jìn)入靶細胞，早期研究表明，乳鐵蛋白在體外具有直接抗呼吸道合胞體病毒的活性，在HEP-2細胞中，乳鐵蛋白與病毒粒子孵育后，減少了由于呼吸道合胞體病毒感染誘導的IL-8的產(chǎn)生。乳鐵蛋白抑制了呼吸道合胞體病毒進(jìn)入HEP-2細胞，通過(guò)使用乳鐵蛋白與呼吸道合胞體病毒的預孵育可以減少病毒的進(jìn)入，乳鐵蛋白可以直接結合呼吸道合胞體病毒蛋白的F1亞基，導致病毒粒子與細胞膜的融合，從而抑制呼吸道合胞體病毒的進(jìn)入。
1.3 抗寄生蟲(chóng)
抗菌肽對生物體內的寄生蟲(chóng)具有殺滅作用，并對寄生蟲(chóng)在宿主間的傳播有預防作用。蛙皮素2是第一個(gè)被證明具有抗原蟲(chóng)活性的抗菌肽，可致草履蟲(chóng)腫脹和破裂死亡?？咕牡目辜纳x(chóng)作用機制尚不明確，推測可能為膜攻擊性或胞內殺傷機制?？咕淖饔糜谫|(zhì)膜后，損壞質(zhì)膜形態(tài)，形成離子通道或出現暫時(shí)性的孔洞，導致膜的完整性破壞和功能喪失，造成細胞崩解或死亡?；蚴?span style="color: #ffc000;">通過(guò)影響胞內細胞器、核酸及物質(zhì)轉運等方式干擾細胞的正常代謝過(guò)程，從而殺傷寄生蟲(chóng)。
1.4 增強免疫
諸多研究表明，抗菌肽具有調節機體免疫活性的生物學(xué)功能?？咕哪軌蛞种七^(guò)度炎癥反應，主要是通過(guò)直接中和脂多糖（LPS）和抑制生物炎癥因子的產(chǎn)生。它還可誘導肥大細胞發(fā)生脫顆粒作用，釋放組胺和前列腺素D2，引起血管舒張而導致血液中免疫細胞的釋放?？咕耐ㄟ^(guò)調節某些生長(cháng)因子與其受體的表達，激活機體相關(guān)信號通路，充當單核細胞和中性粒細胞等免疫細胞的趨化因子，與動(dòng)物非特異性免疫協(xié)同作用來(lái)增強機體免疫力，從而對機體起到保護作用。還有研究表明，抗菌肽還能啟動(dòng)和調節特異性免疫，抗菌肽LL-37與自身DNA形成復合體，進(jìn)而通過(guò)Toll樣受體9（TLR9）信號通路激活漿細胞樣樹(shù)突狀細胞（DC細胞），引起干擾素-γ（IFN-γ）的產(chǎn)生與免疫型T細胞的激活，表明抗菌肽可以通過(guò)特異性受體激活免疫細胞功能。
1.5 屏障保護
對于水生動(dòng)物而言，非特異性免疫的重要性遠高于特異性免疫，因為水生動(dòng)物的屏障作用是保護水生動(dòng)物生命安全的第一道防線(xiàn)。近年來(lái)許多的研究表明，很多水生動(dòng)物的上皮細胞均可表達抗菌肽，抗菌肽可以通過(guò)多種信號途徑參與機體免疫調節，提高角質(zhì)層形成細胞功能，從而提高機體對病原微生物的防御能力，即抗菌肽在水生動(dòng)物黏膜的皮膚防御方面起重要作用。其作用機制就在于抗菌肽可以通過(guò)調節緊密連接蛋白Occludin和ZO的表達提高屏障功能。
2.1 全國飼料分類(lèi)占比
2022年全國工業(yè)飼料總產(chǎn)量30223.4萬(wàn)噸，比上年增長(cháng)3.0%。分品種看，豬飼料產(chǎn)量13597.5萬(wàn)噸，增長(cháng)4.0%；蛋禽飼料產(chǎn)量3210.9萬(wàn)噸，下降0.6%；肉禽飼料產(chǎn)量8925.4萬(wàn)噸，增長(cháng)0.2%；反芻動(dòng)物飼料產(chǎn)量1616.8萬(wàn)噸，增長(cháng)9.2%；水產(chǎn)飼料產(chǎn)量2525.7萬(wàn)噸，增長(cháng)10.2%；寵物飼料產(chǎn)量123.7萬(wàn)噸，增長(cháng)9.5%；其他飼料產(chǎn)量223.3萬(wàn)噸，下降7.2%。
圖1. 2022年全國工業(yè)飼料種類(lèi)占比（%）
2.2 全國水產(chǎn)飼料規模及發(fā)展趨勢
經(jīng)過(guò)了過(guò)去十多年的快速發(fā)展期，目前我國水產(chǎn)養殖及水產(chǎn)飼料行業(yè)已經(jīng)進(jìn)入穩定發(fā)展階段，隨著(zhù)居民消費水平的不斷提升，水產(chǎn)飼料消費量還有望繼續穩定增加。我國水產(chǎn)飼料在2016-2018年呈現較穩定的增長(cháng)趨勢，年復合增長(cháng)率超過(guò)5%，2018-2020年我國水產(chǎn)飼料產(chǎn)量有所下降，2020-2022年呈現穩定增長(cháng)趨勢，2022年產(chǎn)量為2525.7萬(wàn)噸，同比2021年增長(cháng)10.2%。
圖2. 2016-2022中國水產(chǎn)飼料產(chǎn)量（萬(wàn)噸）
圖3. 2016-2022年水產(chǎn)飼料在全國飼料總產(chǎn)量占比（單位：%）
2.3 水產(chǎn)飼料區域分布
從區域發(fā)展來(lái)看，我國水產(chǎn)飼料行業(yè)的產(chǎn)業(yè)區域主要集中在東部沿海和中西部長(cháng)江沿江地區。從各省份產(chǎn)量分布情況來(lái)看，2022年全國各區域水產(chǎn)飼料產(chǎn)量排名如下。
表1. 2022年全國各區域水產(chǎn)飼料產(chǎn)量分布（噸）
圖4. 2022年各區域水產(chǎn)飼料在全國水產(chǎn)飼料產(chǎn)量占比情況（單位：%）
2.4 特種水產(chǎn)料產(chǎn)量結構及占比情況
特種水產(chǎn)料包括海水魚(yú)料，如大黃魚(yú)、石斑魚(yú)、鰈鲆鰨類(lèi)魚(yú)、金鯧魚(yú)、海鱸魚(yú)等；以及特種淡水魚(yú)料，如鰻鱺、黃鱔、鱘魚(yú)、虹鱒、黑魚(yú)、中華鱉等。特種水產(chǎn)養殖業(yè)的興起帶動(dòng)了特種水產(chǎn)配合飼料市場(chǎng)蓬勃發(fā)展，根據飼料工業(yè)協(xié)會(huì )數據顯示，2021年國內特種水產(chǎn)配合飼料產(chǎn)量為220.8萬(wàn)噸，相較2020年的191.8萬(wàn)噸，同比增長(cháng)15.12%，增速高于同期水產(chǎn)配合飼料行業(yè)。
圖5. 2016-2021年全國特種水產(chǎn)料產(chǎn)量，萬(wàn)噸
圖6. 特種水產(chǎn)配合飼料產(chǎn)品結構占比情況（單位：%）
從產(chǎn)品結構來(lái)看，海水魚(yú)飼料、鱉飼料、鰻鱺飼料占主要組成部分，合計在全國特種水產(chǎn)飼料產(chǎn)量中占比近80%。
圖7.全國特種水產(chǎn)配合飼料普及率（單位：%）
國內海水魚(yú)養殖配合飼料普及率較低，多用鮮雜魚(yú)直接投喂，隨著(zhù)普及率的提高，會(huì )進(jìn)一步提升特種水產(chǎn)料的產(chǎn)量。目前養殖的主要特種水產(chǎn)動(dòng)物中，鰻鱺、鱉、鱘魚(yú)、鮭鱒等淡水品種飼料普及率較高，但海水魚(yú)配合飼料普及率仍較低，石斑魚(yú)、大黃魚(yú)等海水魚(yú)配合飼料普及率僅在20%左右。
2.5 水產(chǎn)飼料生產(chǎn)企業(yè)
從水產(chǎn)飼料市場(chǎng)競爭格局來(lái)看，行業(yè)呈現“2+N”競爭格局，2020年，海大集團水產(chǎn)料市占率18.20%、通威股份12.95%、新希望6.17%、粵海4.57%。在市場(chǎng)競爭不斷加劇以及下游水產(chǎn)養殖整合推動(dòng)下，水產(chǎn)料行業(yè)整合趨勢已經(jīng)顯現，大企業(yè)的發(fā)展不斷加速，部分規模小、技術(shù)管理落后的企業(yè)逐漸被淘汰，行業(yè)集中度逐步提升。
圖8. 2020年中國水產(chǎn)飼料行業(yè)競爭格局（按銷(xiāo)量）
特種水產(chǎn)飼料集中度高，由于下游特種水產(chǎn)養殖行業(yè)通常具有養殖技術(shù)要求高的特點(diǎn)，使得相比于普通淡水養殖，特種水產(chǎn)養殖戶(hù)在飼料使用過(guò)程中更注重飼料品質(zhì)及品牌，因此往往大公司大品牌有較高的市場(chǎng)占有率。品質(zhì)要求高，特種水產(chǎn)配合飼料蛋白需求量高，且動(dòng)物源性蛋白需求要遠高于普通水產(chǎn)配合飼料，對魚(yú)粉依賴(lài)性大，配方設計時(shí)魚(yú)粉的耗用量相對較高。多年來(lái)，不管是企業(yè)還是高校，都在做水產(chǎn)飼料中魚(yú)粉替代的工作，現階段，水產(chǎn)飼料中的魚(yú)粉用量已經(jīng)有了大幅度的降低。
海鱸料和金鯧魚(yú)料一年產(chǎn)量大概各有20多萬(wàn)噸、生魚(yú)60-70萬(wàn)噸、加州鱸魚(yú)料70萬(wàn)噸左右且增長(cháng)較快，未來(lái)可能會(huì )突破100萬(wàn)噸；相比于常規淡水魚(yú)四大集團不到20%的市場(chǎng)占有率，特種水產(chǎn)料行業(yè)龍頭的占有率普遍較高，市場(chǎng)集中度高。
對于水產(chǎn)飼料企業(yè)來(lái)說(shuō)，魚(yú)粉價(jià)格多年一直維持高位，并且有上升趨勢，另外，魚(yú)粉價(jià)格漲跌頻繁，且幅度較大，嚴重影響水產(chǎn)飼料，特別是特種水產(chǎn)飼料利潤率的穩定性，所以不管是從經(jīng)濟性上考慮，還是從降低風(fēng)險的角度，降魚(yú)粉都是必然選擇。
根據2022年數據，全國水產(chǎn)飼料總產(chǎn)量為2525.7萬(wàn)噸，特種水產(chǎn)料按年均8.5%的增長(cháng)率，2022年特種水產(chǎn)料的產(chǎn)量應該在224萬(wàn)噸左右，按照普水每噸飼料添加300g抗菌肽產(chǎn)品，特種水產(chǎn)每噸飼料添加500g抗菌肽產(chǎn)品，抗菌肽產(chǎn)品的市場(chǎng)用量空間大約為8025噸，而且隨著(zhù)水產(chǎn)養殖行業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展，特種水產(chǎn)養殖的增加，抗菌肽的用量空間會(huì )進(jìn)一步加大。
4.1 增強免疫
對于水產(chǎn)動(dòng)物來(lái)說(shuō)，非特異性免疫的重要性遠高于特異性免疫，抗菌肽可以提高水產(chǎn)動(dòng)物的免疫相關(guān)酶活性、細胞的吞噬能力以及抗氧化能力，進(jìn)而提高動(dòng)物的免疫性能，但是，其適宜劑量因養殖種類(lèi)和個(gè)體生長(cháng)階段的不同而不同。在體質(zhì)健康的動(dòng)物體內，抗菌肽不僅具有直接殺菌的作用，還可以與動(dòng)物的免疫系統協(xié)同作用，共同提高動(dòng)物的免疫性能。水產(chǎn)動(dòng)物的屏障作用是保護水產(chǎn)動(dòng)物生命安全的第一道防線(xiàn)。近年來(lái)研究表明，很多水產(chǎn)動(dòng)物的上皮細胞均可表達抗菌肽，它可以通過(guò)多種信號途徑參與機體免疫調節，提高角質(zhì)形成細胞的功能，從而提高機體對病原微生物等致病生物的抵抗能力，抗菌肽在動(dòng)物黏膜和皮膚防御方面起重要作用。其作用機制在于抗菌肽可以調控緊密連接蛋白質(zhì)，相鄰細胞間的這些蛋白質(zhì)的相互作用是緊密連接發(fā)揮防御功能的基礎，該過(guò)程涉及諸多信號通路及相關(guān)因子。
4.2 修復腸道
依據結構和功能的不同，魚(yú)類(lèi)腸壁從內到外可分為黏膜層、黏膜下層、肌層和漿膜層。腸道黏膜層直接與營(yíng)養物質(zhì)和腸道微生物接觸，作為黏膜屏障系統具有阻礙腸腔內毒素和細菌入侵的重要功能。對機體而言，正常的腸黏膜形態(tài)結構和功能十分重要，腸黏膜形態(tài)被破壞，腸道屏障功能發(fā)生紊亂，腸道免疫系統失調等，會(huì )造成機體眾多疾病的發(fā)生。腸黏膜所形成的特殊構造如皺襞高度、絨毛高度及隱窩深度等是腸道發(fā)育及其消化吸收功能的重要組織形態(tài)學(xué)指標。
魚(yú)類(lèi)飼料中添加抗菌肽在一定程度上能提高腸黏膜皺襞和絨毛高度，增加肌層厚度，促進(jìn)腸道的消化吸收功能。其影響機制表現在：第一，抗菌肽能提高皺襞高度，從而提高腸黏膜上皮中的吸收細胞和杯狀細胞的數量，吸收細胞的數量增加促進(jìn)腸道對營(yíng)養物質(zhì)的吸收作用，而分布在黏膜皺襞基部隱窩處的杯狀細胞能分泌大量黏液，提高潤滑和保護腸道的作用；平滑肌收縮是腸道蠕動(dòng)的主要動(dòng)力來(lái)源，抗菌肽促進(jìn)肌層厚度增加，增加腸道的收縮能力，同樣有助于提高腸道的消化吸收功能；隱窩是腸上皮在絨毛根部下陷至固有層而形成的開(kāi)口于相鄰絨毛之間的結構，其深度表明腸細胞分化絨毛的能力，而腸道絨毛高度越高、隱窩深度越淺表現為絨毛高度／隱窩深度值越高，其消化吸收功能越強。第二，適量添加抗菌肽可優(yōu)化腸道菌群結構，改善腸道微生態(tài)來(lái)維持腸道正常發(fā)育。
4.3 促進(jìn)生長(cháng)
諸多研究表明，抗菌肽可以提高水產(chǎn)動(dòng)物的生產(chǎn)性能，主要表現在養殖動(dòng)物的增重率、餌料系數以及生長(cháng)率等指標上。據相關(guān)研究報道，飼料中添加2000～3000mg/kg的抗菌肽提取物時(shí)，凡納濱對蝦的成活率、增重率、特定生長(cháng)率和飼料效率4個(gè)指標均顯著(zhù)高于未添加組；飼料中添加抗菌肽可以顯著(zhù)提高草魚(yú)的增質(zhì)量速度和相對增重率；添加150和200mg/kg的天蠶素抗菌肽對湘云鯽有促生長(cháng)效果；添加5～10mg/kg的抗菌肽可以顯著(zhù)提高吉富羅非魚(yú)的增重率，且當添加量為5mg/kg時(shí)，特定生長(cháng)率最高；添加抗菌肽對紅姑魚(yú)的增重率、飼料效率和蛋白效率有顯著(zhù)提高作用。以上研究結果均表明，適量抗菌肽確實(shí)可以提高水產(chǎn)動(dòng)物的增重率、特定生長(cháng)率并降低飼料系數等。
4.4 減少耐藥
與傳統抗生素相比，由于抗菌肽特殊的結構和作用機制的優(yōu)勢，在藥物中應用抗菌肽將有望解決當下由于抗生素濫用而產(chǎn)生的“耐藥菌危機”。在水產(chǎn)養殖業(yè)中，抗菌肽不僅不會(huì )產(chǎn)生耐藥性，而且不會(huì )污染水體，其分子量小，容易被降解，即使進(jìn)入人體，也很容易被消化系統分解，不會(huì )對人體健康和養殖環(huán)境造成危害，符合水產(chǎn)養殖綠色可持續發(fā)展的宗旨。另外，抗菌肽還可以作為藥物載體，將不易進(jìn)入細胞內的藥物載入細胞到達其作用位點(diǎn)，對許多疾病有著(zhù)良好的治療效果?？咕牡膽脽o(wú)論是對提高產(chǎn)量，還是對保護環(huán)境，都有著(zhù)重要的意義。
