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)。抗菌肽LL-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
抗菌肽對(duì)生物體內(nèi)的寄生蟲具有殺滅作用，并對(duì)寄生蟲在宿主間的傳播有預(yù)防作用。蛙皮素2是第一個(gè)被證明具有抗原蟲活性的抗菌肽，可致草履蟲腫脹和破裂死亡。抗菌肽的抗寄生蟲作用機(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。抗菌肽作用于質(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。或是通過(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。
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。抗菌肽通過(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)料包括海水魚料，如大黃魚、石斑魚、鰈鲆鰨類魚、金鯧魚、海鱸魚等；以及特種淡水魚料，如鰻鱺、黃鱔、鱘魚、虹鱒、黑魚、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)海水魚養(yǎng)殖配合飼料普及率較低，多用鮮雜魚直接投喂，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、鮭鱒等淡水品種飼料普及率較高，但海水魚配合飼料普及率仍較低，石斑魚、大黃魚等海水魚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)魚粉依賴性大，配方設(shè)計(jì)時(shí)魚粉的耗用量相對(duì)較高。多年來(lái)，不管是企業(yè)還是高校，都在做水產(chǎn)飼料中魚粉替代的工作，現(xiàn)階段，水產(chǎn)飼料中的魚粉用量已經(jīng)有了大幅度的降低。
海鱸料和金鯧魚料一年產(chǎn)量大概各有20多萬(wàn)噸、生魚60-70萬(wàn)噸、加州鱸魚料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)，魚粉價(jià)格多年一直維持高位，并且有上升趨勢(shì)，另外，魚粉價(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。
