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，抗菌肽對多種革蘭氏陰性菌和革蘭氏陽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抗菌肽結(jié)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(tǒng)抗生素的作用機制是其具有特定的作用位點，或者通過改變細(xì)菌的生長繁殖條件，從而達(dá)到殺菌目的。此類作用機制的弊端是容易產(chǎn)生耐藥性，而抗菌肽是通過膜透化作用及胞質(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(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道于1986年，近年來發(fā)現(xiàn)防御素對皰疹病毒、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、或者通過間接干預(yù)病毒生命周期的各個階段去阻斷病毒的感染。防御素還可以通過改變病毒感染引起的先天免疫反應(yīng)來發(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
抗菌肽對生物體內(nèi)的寄生蟲具有殺滅作用，并對寄生蟲在宿主間的傳播有預(yù)防作用。蛙皮素2是第一個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制尚不明確，推測可能為膜攻擊性或胞內(nèi)殺傷機制。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。或是通過影響胞內(nèi)細(xì)胞器、核酸及物質(zhì)轉(zhuǎn)運等方式干擾細(xì)胞的正常代謝過程，從而殺傷寄生蟲。
1.4 增強免疫
諸多研究表明，抗菌肽具有調(diào)節(jié)機體免疫活性的生物學(xué)功能。抗菌肽能夠抑制過度炎癥反應(yīng)，主要是通過直接中和脂多糖（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。抗菌肽通過調(diào)節(jié)某些生長因子與其受體的表達(dá)，激活機體相關(guān)信號通路，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，與動物非特異性免疫協(xié)同作用來增強機體免疫力，從而對機體起到保護(hù)作用。還有研究表明，抗菌肽還能啟動和調(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Toll樣受體9（TLR9）信號通路激活漿細(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特異性受體激活免疫細(xì)胞功能。
1.5 屏障保護(hù)
對于水生動物而言，非特異性免疫的重要性遠(yuǎn)高于特異性免疫，因為水生動物的屏障作用是保護(hù)水生動物生命安全的第一道防線。近年來許多的研究表明，很多水生動物的上皮細(xì)胞均可表達(dá)抗菌肽，抗菌肽可以通過多種信號途徑參與機體免疫調(diào)節(jié)，提高角質(zhì)層形成細(xì)胞功能，從而提高機體對病原微生物的防御能力，即抗菌肽在水生動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。
全國水產(chǎn)飼料行業(yè)現(xiàn)狀分析
2.1 全國飼料分類占比
2022年全國工業(yè)飼料總產(chǎn)量30223.4萬噸，比上年增長3.0%。分品種看，豬飼料產(chǎn)量13597.5萬噸，增長4.0%；蛋禽飼料產(chǎn)量3210.9萬噸，下降0.6%；肉禽飼料產(chǎn)量8925.4萬噸，增長0.2%；反芻動物飼料產(chǎn)量1616.8萬噸，增長9.2%；水產(chǎn)飼料產(chǎn)量2525.7萬噸，增長10.2%；寵物飼料產(chǎn)量123.7萬噸，增長9.5%；其他飼料產(chǎn)量223.3萬噸，下降7.2%。
圖1. 2022年全國工業(yè)飼料種類占比（%）
2.2 全國水產(chǎn)飼料規(guī)模及發(fā)展趨勢
經(jīng)過了過去十多年的快速發(fā)展期，目前我國水產(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，隨著居民消費水平的不斷提升，水產(chǎn)飼料消費量還有望繼續(xù)穩(wěn)定增加。我國水產(chǎn)飼料在2016-2018年呈現(xiàn)較穩(wěn)定的增長趨勢，年復(fù)合增長率超過5%，2018-2020年我國水產(chǎn)飼料產(chǎn)量有所下降，2020-2022年呈現(xiàn)穩(wěn)定增長趨勢，2022年產(chǎn)量為2525.7萬噸，同比2021年增長10.2%。
圖2. 2016-2022中國水產(chǎn)飼料產(chǎn)量（萬噸）
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(qū)域分布
從區(qū)域發(fā)展來看，我國水產(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江沿江地區(qū)。從各省份產(chǎn)量分布情況來看，2022年全國各區(qū)域水產(chǎn)飼料產(chǎn)量排名如下。
表1. 2022年全國各區(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)的興起帶動了特種水產(chǎn)配合飼料市場蓬勃發(fā)展，根據(jù)飼料工業(yè)協(xié)會數(shù)據(jù)顯示，2021年國內(nèi)特種水產(chǎn)配合飼料產(chǎn)量為220.8萬噸，相較2020年的191.8萬噸，同比增長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)來看，海水魚飼料、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(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)飼料市場競爭格局來看，行業(yè)呈現(xiàn)“2+N”競爭格局，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%。在市場競爭不斷加劇以及下游水產(chǎn)養(yǎng)殖整合推動下，水產(chǎn)料行業(yè)整合趨勢已經(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年中國水產(chǎn)飼料行業(yè)競爭格局（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，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，且動物源性蛋白需求要遠(yuǎn)高于普通水產(chǎn)配合飼料，對魚粉依賴性大，配方設(shè)計時魚粉的耗用量相對較高。多年來，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多萬噸、生魚60-70萬噸、加州鱸魚料70萬噸左右且增長較快，未來可能會突破100萬噸；相比于常規(guī)淡水魚四大集團(tuán)不到20%的市場占有率，特種水產(chǎn)料行業(yè)龍頭的占有率普遍較高，市場集中度高。
對于水產(chǎn)飼料企業(yè)來說，魚粉價格多年一直維持高位，并且有上升趨勢，另外，魚粉價格漲跌頻繁，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)險的角度，降魚粉都是必然選擇。
根據(jù)2022年數(shù)據(jù)，全國水產(chǎn)飼料總產(chǎn)量為2525.7萬噸，特種水產(chǎn)料按年均8.5%的增長率，2022年特種水產(chǎn)料的產(chǎn)量應(yīng)該在224萬噸左右，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 增強免疫
對于水產(chǎn)動物來說，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)而提高動物的免疫性能，但是，其適宜劑量因養(yǎng)殖種類和個體生長階段的不同而不同。在體質(zhì)健康的動物體內(nèi)，抗菌肽不僅具有直接殺菌的作用，還可以與動物的免疫系統(tǒng)協(xié)同作用，共同提高動物的免疫性能。水產(chǎn)動物的屏障作用是保護(hù)水產(chǎn)動物生命安全的第一道防線。近年來研究表明，很多水產(chǎn)動物的上皮細(xì)胞均可表達(dá)抗菌肽，它可以通過多種信號途徑參與機體免疫調(diào)節(jié)，提高角質(zhì)形成細(xì)胞的功能，從而提高機體對病原微生物等致病生物的抵抗能力，抗菌肽在動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(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)，該過程涉及諸多信號通路及相關(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。對機體而言，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，會造成機體眾多疾病的發(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)腸道對營養(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，提高潤滑和保護(hù)腸道的作用；平滑肌收縮是腸道蠕動的主要動力來源，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。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)來維持腸道正常發(fā)育。
4.3 促進(jìn)生長
諸多研究表明，抗菌肽可以提高水產(chǎn)動物的生產(chǎn)性能，主要表現(xiàn)在養(yǎng)殖動物的增重率、餌料系數(shù)以及生長率等指標(biāo)上。據(jù)相關(guān)研究報道，飼料中添加2000～3000mg/kg的抗菌肽提取物時，凡納濱對蝦的成活率、增重率、特定生長率和飼料效率4個指標(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)量速度和相對增重率；添加150和200mg/kg的天蠶素抗菌肽對湘云鯽有促生長效果；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，特定生長率最高；添加抗菌肽對紅姑魚的增重率、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，適量抗菌肽確實可以提高水產(chǎn)動物的增重率、特定生長率并降低飼料系數(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)和作用機制的優(yōu)勢，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”。在水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)中，抗菌肽不僅不會產(chǎn)生耐藥性，而且不會污染水體，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，不會對人體健康和養(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，對許多疾病有著良好的治療效果。抗菌肽的應(yīng)用無論是對提高產(chǎn)量，還是對保護(hù)環(huán)境，都有著重要的意義。
