抗菌肽應(yīng)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(duì)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(dú)發(fā)揮其抗菌活性，也可以由多種不同種類抗菌肽結(jié)合加強(qiáng)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(tǒng)抗生素的作用機(jī)制是其具有特定的作用位點(diǎn)，或者通過(guò)改變細(xì)菌的生長(zhǎng)繁殖條件，從而達(dá)到殺菌目的。此類作用機(jī)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(nèi)靶目標(biāo)的作用殺滅細(xì)菌，因此，很難產(chǎn)生耐藥性。兩者結(jié)合使用，既可以增強(qiáng)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(xì)菌外，近年來(lái)大量的研究表明，枯草三十七肽、果蠅抗菌肽和線肽素等抗菌肽對(duì)真菌也有一定的活性，且抗真菌的機(jī)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(duì)豐富的極性氨基酸和中性氨基酸有關(guān)，由此推測(cè)抗菌肽抗真菌活性與其作用對(duì)象的結(jié)構(gòu)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(shù)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(bào)道于1986年，近年來(lái)發(fā)現(xiàn)防御素對(duì)皰疹病毒、水泡性口炎病毒、人類免疫缺陷病毒（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(yù)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(yīng)來(lái)發(fā)揮其抗病毒活性，其中包括調(diào)節(jié)并募集Ｔ細(xì)胞、巨噬細(xì)胞和樹(shù)突狀細(xì)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(xì)胞的分化與成熟，此外，還可以誘導(dǎo)巨噬細(xì)胞、肥大細(xì)胞和角質(zhì)形成細(xì)胞產(chǎn)生促炎細(xì)胞因子，以及參與細(xì)胞死亡途徑的調(diào)節(jié)?？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(xì)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(xì)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(dǎo)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(xì)胞，通過(guò)使用乳鐵蛋白與呼吸道合胞體病毒的預(yù)孵育可以減少病毒的進(jìn)入，乳鐵蛋白可以直接結(jié)合呼吸道合胞體病毒蛋白的F1亞基，導(dǎo)致病毒粒子與細(xì)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(duì)生物體內(nèi)的寄生蟲(chóng)具有殺滅作用，并對(duì)寄生蟲(chóng)在宿主間的傳播有預(yù)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(jī)制尚不明確，推測(cè)可能為膜攻擊性或胞內(nèi)殺傷機(jī)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(xiàn)暫時(shí)性的孔洞，導(dǎo)致膜的完整性破壞和功能喪失，造成細(xì)胞崩解或死亡?；蚴?span style="color: #ffc000;">通過(guò)影響胞內(nèi)細(xì)胞器、核酸及物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)等方式干擾細(xì)胞的正常代謝過(guò)程，從而殺傷寄生蟲(chóng)。
1.4 增強(qiáng)免疫
諸多研究表明，抗菌肽具有調(diào)節(jié)機(jī)體免疫活性的生物學(xué)功能。抗菌肽能夠抑制過(guò)度炎癥反應(yīng)，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(dǎo)肥大細(xì)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(dǎo)致血液中免疫細(xì)胞的釋放?？咕耐ㄟ^(guò)調(diào)節(jié)某些生長(zhǎng)因子與其受體的表達(dá)，激活機(jī)體相關(guān)信號(hào)通路，充當(dāng)單核細(xì)胞和中性粒細(xì)胞等免疫細(xì)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(qiáng)機(jī)體免疫力，從而對(duì)機(jī)體起到保護(hù)作用。還有研究表明，抗菌肽還能啟動(dòng)和調(diào)節(jié)特異性免疫，抗菌肽LL-37與自身DNA形成復(fù)合體，進(jìn)而通過(guò)Toll樣受體9（TLR9）信號(hào)通路激活漿細(xì)胞樣樹(shù)突狀細(xì)胞（DC細(xì)胞），引起干擾素-γ（IFN-γ）的產(chǎn)生與免疫型T細(xì)胞的激活，表明抗菌肽可以通過(guò)特異性受體激活免疫細(xì)胞功能。
1.5 屏障保護(hù)
對(duì)于水生動(dòng)物而言，非特異性免疫的重要性遠(yuǎn)高于特異性免疫，因?yàn)樗鷦?dòng)物的屏障作用是保護(hù)水生動(dòng)物生命安全的第一道防線。近年來(lái)許多的研究表明，很多水生動(dòng)物的上皮細(xì)胞均可表達(dá)抗菌肽，抗菌肽可以通過(guò)多種信號(hào)途徑參與機(jī)體免疫調(diào)節(jié)，提高角質(zhì)層形成細(xì)胞功能，從而提高機(jī)體對(duì)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(jī)制就在于抗菌肽可以通過(guò)調(diào)節(jié)緊密連接蛋白Occludin和ZO的表達(dá)提高屏障功能。
全國(guó)水產(chǎn)飼料行業(yè)現(xiàn)狀分析
2.1 全國(guó)飼料分類占比
2022年全國(guó)工業(yè)飼料總產(chǎn)量30223.4萬(wàn)噸，比上年增長(zhǎng)3.0%。分品種看，豬飼料產(chǎn)量13597.5萬(wàn)噸，增長(zhǎng)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(zhǎng)0.2%；反芻動(dòng)物飼料產(chǎn)量1616.8萬(wàn)噸，增長(zhǎng)9.2%；水產(chǎn)飼料產(chǎn)量2525.7萬(wàn)噸，增長(zhǎng)10.2%；寵物飼料產(chǎn)量123.7萬(wàn)噸，增長(zhǎng)9.5%；其他飼料產(chǎn)量223.3萬(wàn)噸，下降7.2%。
圖1. 2022年全國(guó)工業(yè)飼料種類占比（%）
2.2 全國(guó)水產(chǎn)飼料規(guī)模及發(fā)展趨勢(shì)
經(jīng)過(guò)了過(guò)去十多年的快速發(fā)展期，目前我國(guó)水產(chǎn)養(yǎng)殖及水產(chǎn)飼料行業(yè)已經(jīng)進(jìn)入穩(wěn)定發(fā)展階段，隨著居民消費(fèi)水平的不斷提升，水產(chǎn)飼料消費(fèi)量還有望繼續(xù)穩(wěn)定增加。我國(guó)水產(chǎn)飼料在2016-2018年呈現(xiàn)較穩(wěn)定的增長(zhǎng)趨勢(shì)，年復(fù)合增長(zhǎng)率超過(guò)5%，2018-2020年我國(guó)水產(chǎn)飼料產(chǎn)量有所下降，2020-2022年呈現(xiàn)穩(wěn)定增長(zhǎng)趨勢(shì)，2022年產(chǎn)量為2525.7萬(wàn)噸，同比2021年增長(zhǎng)10.2%。
圖2. 2016-2022中國(guó)水產(chǎn)飼料產(chǎn)量（萬(wàn)噸）
圖3. 2016-2022年水產(chǎn)飼料在全國(guó)飼料總產(chǎn)量占比（單位：%）
2.3 水產(chǎn)飼料區(qū)域分布
從區(qū)域發(fā)展來(lái)看，我國(guó)水產(chǎn)飼料行業(yè)的產(chǎn)業(yè)區(qū)域主要集中在東部沿海和中西部長(zhǎng)江沿江地區(qū)。從各省份產(chǎn)量分布情況來(lái)看，2022年全國(guó)各區(qū)域水產(chǎn)飼料產(chǎn)量排名如下。
表1. 2022年全國(guó)各區(qū)域水產(chǎn)飼料產(chǎn)量分布（噸）
圖4. 2022年各區(qū)域水產(chǎn)飼料在全國(guó)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(jié)構(gòu)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(yǎng)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(jù)飼料工業(yè)協(xié)會(huì)數(shù)據(jù)顯示，2021年國(guó)內(nèi)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(zhǎng)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(guó)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(jié)構(gòu)占比情況（單位：%）
從產(chǎn)品結(jié)構(gòu)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(jì)在全國(guó)特種水產(chǎn)飼料產(chǎn)量中占比近80%。
圖7.全國(guó)特種水產(chǎn)配合飼料普及率（單位：%）
國(guó)內(nèi)海水魚(yú)養(yǎng)殖配合飼料普及率較低，多用鮮雜魚(yú)直接投喂，隨著普及率的提高，會(huì)進(jìn)一步提升特種水產(chǎn)料的產(chǎn)量。目前養(yǎng)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(jìng)爭(zhēng)格局來(lái)看，行業(yè)呈現(xiàn)“2+N”競(jìng)爭(zhēng)格局，2020年，海大集團(tuán)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(jìng)爭(zhēng)不斷加劇以及下游水產(chǎn)養(yǎng)殖整合推動(dòng)下，水產(chǎn)料行業(yè)整合趨勢(shì)已經(jīng)顯現(xiàn)，大企業(yè)的發(fā)展不斷加速，部分規(guī)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(guó)水產(chǎn)飼料行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)格局（按銷量）
特種水產(chǎn)飼料集中度高，由于下游特種水產(chǎn)養(yǎng)殖行業(yè)通常具有養(yǎng)殖技術(shù)要求高的特點(diǎn)，使得相比于普通淡水養(yǎng)殖，特種水產(chǎn)養(yǎng)殖戶在飼料使用過(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(yuǎn)高于普通水產(chǎn)配合飼料，對(duì)魚(yú)粉依賴性大，配方設(shè)計(jì)時(shí)魚(yú)粉的耗用量相對(duì)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(xiàn)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(zhǎng)較快，未來(lái)可能會(huì)突破100萬(wàn)噸；相比于常規(guī)淡水魚(yú)四大集團(tuán)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(duì)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(shì)，另外，魚(yú)粉價(jià)格漲跌頻繁，且幅度較大，嚴(yán)重影響水產(chǎn)飼料，特別是特種水產(chǎn)飼料利潤(rùn)率的穩(wěn)定性，所以不管是從經(jīng)濟(jì)性上考慮，還是從降低風(fēng)險(xiǎn)的角度，降魚(yú)粉都是必然選擇。
全國(guó)水產(chǎn)飼料添加抗菌肽用量空間根據(jù)2022年數(shù)據(jù)，全國(guó)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(zhǎng)率，2022年特種水產(chǎn)料的產(chǎn)量應(yīng)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，而且隨著水產(chǎn)養(yǎng)殖行業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展，特種水產(chǎn)養(yǎng)殖的增加，抗菌肽的用量空間會(huì)進(jìn)一步加大。
抗菌肽在水產(chǎn)養(yǎng)殖中的應(yīng)用方向
4.1 增強(qiáng)免疫
對(duì)于水產(chǎn)動(dòng)物來(lái)說(shuō)，非特異性免疫的重要性遠(yuǎn)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(xì)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(yǎng)殖種類和個(gè)體生長(zhǎng)階段的不同而不同。在體質(zhì)健康的動(dòng)物體內(nèi)，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(tǒng)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(hù)水產(chǎn)動(dòng)物生命安全的第一道防線。近年來(lái)研究表明，很多水產(chǎn)動(dòng)物的上皮細(xì)胞均可表達(dá)抗菌肽，它可以通過(guò)多種信號(hào)途徑參與機(jī)體免疫調(diào)節(jié)，提高角質(zhì)形成細(xì)胞的功能，從而提高機(jī)體對(duì)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(jī)制在于抗菌肽可以調(diào)控緊密連接蛋白質(zhì)，相鄰細(xì)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(chǔ)，該過(guò)程涉及諸多信號(hào)通路及相關(guān)因子。
4.2 修復(fù)腸道
依據(jù)結(jié)構(gòu)和功能的不同，魚(yú)類腸壁從內(nèi)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(yǎng)物質(zhì)和腸道微生物接觸，作為黏膜屏障系統(tǒng)具有阻礙腸腔內(nèi)毒素和細(xì)菌入侵的重要功能。對(duì)機(jī)體而言，正常的腸黏膜形態(tài)結(jié)構(gòu)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(tǒng)失調(diào)等，會(huì)造成機(jī)體眾多疾病的發(fā)生。腸黏膜所形成的特殊構(gòu)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(biāo)。
魚(yú)類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(jī)制表現(xiàn)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(xì)胞和杯狀細(xì)胞的數(shù)量，吸收細(xì)胞的數(shù)量增加促進(jìn)腸道對(duì)營(yíng)養(yǎng)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(xì)胞能分泌大量黏液，提高潤(rùn)滑和保護(hù)腸道的作用；平滑肌收縮是腸道蠕動(dòng)的主要?jiǎng)恿?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(jié)構(gòu)，其深度表明腸細(xì)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(xiàn)為絨毛高度／隱窩深度值越高，其消化吸收功能越強(qiáng)。第二，適量添加抗菌肽可優(yōu)化腸道菌群結(jié)構(gòu)，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(zhǎng)
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(xiàn)在養(yǎng)殖動(dòng)物的增重率、餌料系數(shù)以及生長(zhǎng)率等指標(biāo)上。據(jù)相關(guān)研究報(bào)道，飼料中添加2000～3000mg/kg的抗菌肽提取物時(shí)，凡納濱對(duì)蝦的成活率、增重率、特定生長(zhǎng)率和飼料效率4個(gè)指標(biāo)均顯著高于未添加組；飼料中添加抗菌肽可以顯著提高草魚(yú)的增質(zhì)量速度和相對(duì)增重率；添加150和200mg/kg的天蠶素抗菌肽對(duì)湘云鯽有促生長(zhǎng)效果；添加5～10mg/kg的抗菌肽可以顯著提高吉富羅非魚(yú)的增重率，且當(dāng)添加量為5mg/kg時(shí)，特定生長(zhǎng)率最高；添加抗菌肽對(duì)紅姑魚(yú)的增重率、飼料效率和蛋白效率有顯著提高作用。以上研究結(jié)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(zhǎng)率并降低飼料系數(shù)等。
4.4 減少耐藥
與傳統(tǒng)抗生素相比，由于抗菌肽特殊的結(jié)構(gòu)和作用機(jī)制的優(yōu)勢(shì)，在藥物中應(yīng)用抗菌肽將有望解決當(dāng)下由于抗生素濫用而產(chǎn)生的“耐藥菌危機(jī)”。在水產(chǎn)養(yǎng)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(tǒng)分解，不會(huì)對(duì)人體健康和養(yǎng)殖環(huán)境造成危害，符合水產(chǎn)養(yǎng)殖綠色可持續(xù)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(xì)胞內(nèi)的藥物載入細(xì)胞到達(dá)其作用位點(diǎn)，對(duì)許多疾病有著良好的治療效果。抗菌肽的應(yīng)用無(wú)論是對(duì)提高產(chǎn)量，還是對(duì)保護(hù)環(huán)境，都有著重要的意義。
