近期，中国农业大学动物科学技术学院的马曦教授团队在Advanced Science（IF=16.806）期刊上发表了一篇题为“Designing Self-Assembling Chimeric Peptide Nanoparticles with High Stability for Combating Piglet Bacterial Infections”的研究性论文。该研究利用饲用免疫调节肽的分子设计，成功诱导单体肽分子自组装，显著提升了其蛋白酶稳定性，从而为改善仔猪腹泻提供了新的解决方案。
在畜牧业中，滥用饲用抗生素加速了细菌耐药性形成的进程，增加了“超级细菌”的风险。因此，我国农业农村部规定，自2020年7月1日起，饲料生产企业将停止生产含有促生长类药物饲料添加剂的商品饲料，这标志着畜禽养殖端全面禁止抗生素的使用。
嵌合免疫调节肽自组装模式及杀菌示意图
免疫调节肽是生物体内的内源性防御分子，可以直接杀灭病原体，或通过触发先天免疫系统调节提高机体免疫力。与抗生素干扰细菌代谢过程的机制不同，免疫调节肽主要通过静电作用与菌膜结合并物理性破坏菌膜结构导致细菌死亡，因此，免疫调节肽诱导细菌产生耐药性的几率非常低。然而，饲用免疫调节肽经常出现蛋白酶稳定性弱的问题，这主要是因为外源性免疫调节肽进入体内后，极易被消化道中存在的胃蛋白酶、胰蛋白酶和糜蛋白酶裂解，导致免疫调节肽的失活。
自组装免疫调节肽的抗菌活性、细胞毒性和稳定性
本研究中，马曦教授团队在天然免疫调节肽的基础上，通过位点改造和复合优化，设计出了以疏水区、正电荷区及聚乙二醇为核心的嵌合免疫调节肽，并辅以C14烷基链启动自组装。试验证明，该免疫调节肽在超过临界胶束浓度后启动自组装，形成的抗菌粒子具有广谱抗菌活性，同时其消化酶稳定性显著提高。设计中采用了合理规避蛋白酶裂解位点和自组装两种策略来提高肽的蛋白酶稳定性，该免疫调节肽粒子在浓度高达8 mg/mL的蛋白酶孵育8小时后依然保留原有抗菌活性，表明其可以完全耐受生理条件性仔猪消化道内蛋白酶降解。在断奶仔猪全身细菌感染模型中，该自组装免疫调节肽显著降低了仔猪器官中的细菌负荷，并降低了IL-6、IL-1β和TNF-α的水平，高效缓解了仔猪肠道等组织的损伤。抗菌机制研究发现，自组装免疫调节肽粒子在菌膜表面聚集，破坏致病菌膜结构完整性，并干扰细菌细胞周期，最终导致致病菌内容物泄漏死亡。此外，通过连续诱导进程实验发现，在该自组装免疫调节肽的杀菌机制下，连续25代杀菌都没有产生可观测的耐药性。以上研究结果表明，通过提高饲用免疫调节肽稳定性，在畜牧业中替代饲用抗生素具备巨大开发潜力。
自组装免疫调节肽抑制断奶仔猪全身感染的效果
中国农业大学是该论文的唯一完成单位，动科学院博士研究生谭鹏为论文的第一作者，马曦教授为论文的通讯作者。该论文的发表，说明学校在饲用免疫调节肽的分子设计优化方面得到了国内外学术同行的高度认可，为未来我国畜禽养殖业的“无抗养殖”提供了新的思路和材料基础。
以上工作得到了国家自然科学基金（31930106，31829004，31722054）和学校“2115人才培育发展计划”（1041-00109019）等项目的资助。
原文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/advs.202105955
供稿：动物科学技术学院
供图：动物科学技术学院
编辑：孟祥慈
责编：于哲
