某些抗生素類生長促進劑和膽鹽水解酶抑製劑作用機制

AGP 是畜禽養殖中用於促進平均日增重和飼料轉化率而在飼料中添加的一類抗生素，這種養殖模式自從20 世紀50 年代就已經被廣為採用，直到現在人們仍在使用抗生素並從中獲得收益。但是用於促生長目的而使用的低劑量抗生素具有一定的風險。最近的流行病學研究表明，使用AGP 將導致耐葯細菌的出現，並很可能會傳播至人類，從而對食品安全和公眾健康造成嚴重威脅。因此丹麥在1998 年全面禁用所有的AGP，歐盟也於2006 年禁用所有的AGP。然而人們發現禁用AGP 對一些國家的畜禽動物健康和生產性能造成了不利影響。因此對於飼料企業和飼料添加劑企業而言禁用AGP 是一個不小的挑戰，人們急需一種有效的替代產品既能保證動物的生產性能不降低，又對公眾健康不造成影響。

了解抗生素對微生物區系的影響將有助於我們深入了解抗生素的作用機理，並有助於開發出更加有效的手段通過對微生物區系的調整以促進動物生長。最近有研究考察了某些AGP 與腸道微生物區系之間的關係，清楚的表明BSH 對微生物區系的作用可能會影響宿主脂肪的消化和能量吸收。

1 某些AGP 的作用機制

使用AGP 與改善動物生長性能、調整腸道微生物區系之間存在某種聯繫，但是產生聯繫的確切機制至今還未闡述清楚，不過有研究表明某些低劑量的抗生素所具有的促生長功能與腸道中BSH 活性降低有關。比如在畜禽中廣泛使用的四環素類抗生素和洛克沙砷。研究發現這類抗生素可以直接抑制腸道中的BSH 酶，促進脂質代謝並促進動物生長。Feighner 和Dashkevicz 提供的證據表明抗生素類飼料添加劑影響家禽腸道內容物中BSH 的水解和轉化能，Knarreborg 等的研究表明在肉仔雞飼料中添加低劑量的鹽黴素和阿維黴素可以提高α- 乙酸生育酚的生物活性，這可能與非結合態膽鹽濃度減少有關。並且Guban 等 發現日糧中添加AGP（桿菌肽和莫能菌素）可減少唾液乳酸桿菌數量並降低非結合態的膽鹽濃，從而使肉仔雞體增重和脂肪的消化率升高。這些研究結果表明，AGP的促生長效應可能是由於抗生素降低了BSH活性，並由此改善了宿主脂肪代謝能力。

2 某些AGP 對腸道微生物區系的影響

在飼料中添加低劑量的抗生素對試驗動物腸道微生物區系的多樣性和相對丰度產生了影響，有研究證明使用某些種類的AGP 能顯著減少乳酸桿菌的數量[5-10]，其中家禽腸道中主要的BSH 產生菌——唾液乳酸桿菌的數量會大幅降低。因此這些AGP 的促生長效應與BSH 活性降低高度相關。

3 BSH

3.1

BSH 的特點

BSH 酶屬於甘氨膽酸水解酶家族，同族酶中包括青黴素V 醯基轉移酶。該家族都為氨基末端親核水解酶（Ntn），N 末端是一個半胱氨酸殘基。通過蛋白自身酶解移除初始的甲硫氨酸後，形成一個Cys-1 催化中心，這是Ntn水解酶超家族的特徵。Cys-1 的巰基已經被證實為BSH 酶催化的必須結構。其他對BSH酶催化有用的氨基酸還有Asp-20、Tyr-82、Asn-175 和Arg-228， 這幾個位點在BSH 酶中是高度保守的。BSH 酶能夠同時識別氨基酸結合物和類固醇核，在發酵產生乳酸的益生素中乳酸桿菌和雙歧桿菌 產生的BSH是比較豐富的，乳酸菌生成的大多數BSH 對甘氨酸- 結合態膽鹽的水解能力要強於牛磺酸- 結合態膽鹽。現在有越來越多的人意識到腸道BSH 在宿主脂肪代謝和能量獲取方面發揮了重要作用，最近的益生素研究已經證明通過口服產生BSH 的乳酸桿菌可影響脂質代謝，從而降低人、鼠 和豬 體內的膽固醇水平。

3.2 BSH 為益生素應用帶來的不利影響

BSH 為益生素應用帶來的不利影響

在日糧中添加的益生素可以為畜禽養殖和動物健康帶來許多益處，有相當多的試驗報道了益生素的有益作用，尤其是在非理想的環境條件下對幼齡動物如小雞和仔豬有效。但也有很多沒有效果甚至是負面結果的報道。有許多原因會導致試驗結果缺乏一致性，一些與動物有關，另一些與益生素自身有關。對於前者，動物個體的差異除外，影響動物腸道微生物區系還有很多因素，如日糧、應激和/ 或疾病。對於後者，菌種和菌株的選擇，益生素的製備方法等因素都會影響益生素的使用效果。值得注意的是乳酸桿菌在家禽生產中是主要的益生素，這些微生物會產生BSH 降低脂肪的消化率，增加粘液的分泌，並增加腸道上皮細胞的周轉率。這些不利因素將導致家禽在益生素使用過程中生長性能表現並不一致，最近有2 個研究小組 報道在肉仔雞日糧中添加益生素（Protexin 和PoultryStar）可以顯著降低體增重、脂肪消化率和飼料轉化率。只有在了解了影響益生素髮揮作用的種種不利因素後我們才有可能找到「消除不利影響」的方法（比如BSH 抑製劑），發現最優的益生素產品既能夠提高動物的生產性能又能為飼料添加劑企業帶來利潤。

4 BSH 抑製劑及其作用機制

4.1 BSH 抑製劑

BSH 抑製劑

研究表明高劑量的銅和鋅（銅最高添加量250 mg/kg，而鋅最高添加量為3 000 mg/kg）有助於提高豬和雞的飼料轉化率並促進動物的生產性能。曾經有人認為高劑量銅和鋅的促生長作用可能與其抑菌活性有關，但沒有證據表明在畜禽日糧中添加高劑量的銅和鋅能夠像抗生素那樣發揮抑菌活性，因此銅和鋅可能通過其他機制提高動物的生產性能，Wang 等研究證明飼料中高濃度的銅和鋅對腸道中的BSH 具有抑制作用，並提高脂質代謝水平使宿主獲取更多的能量。然而動物飼料中長期使用高劑量的銅和鋅會對宿主產生毒性並對環境造成污染。碘製劑如過碘酸鈉、碘酸鈉和碘酸鉀對BSH 也具有很強的抑制效應，但是這些抑製劑能否作為飼料添加劑還需要進行謹慎的評估。由於含碘化合物參與形成甲狀腺激素，在日糧中添加高劑量的碘製劑會顯著提升基礎代謝水平，儘管碘製劑對BSH 具有抑制效應，但實際上在日糧中添加碘製劑會造成動物體重降低。因此人們期待發現安全經濟的BSH 抑製劑。這樣的抑製劑能夠有效抑制不同腸道內BSH 的活性，並且這種BSH 抑製劑能夠像臨床上使用的許多抗生素那樣可穿越細胞膜，有效抑制細胞內或與細胞膜相關聯的BSH。由於腸道內的環境遠比體外試驗複雜，要研發實際能夠使用的BSH 抑製劑還需要考慮它在體內的穩定性和生物利用率。

目前方便快速的高通量篩選系統（HTS）已經成功的用於BSH 抑製劑的篩選。HTS 工作原理是利用BSH 酶的性質，將可溶的結合態膽鹽變成不可溶的非結合態膽鹽，從而形成明顯的沉澱[3]。Smith 等[3] 在優化了各種篩選條件後，利用HTS 系統對一個含有2 240 種化合物的小型的樣本庫中進行了篩選，發現了幾種比較有前途的BSH 抑製劑，可以作為AGP 的替代物，比如維生素B2 和咖啡酸苯酯，但還需要動物試驗進一步考察這些BSH 抑製劑對畜禽動物生長性能的影響。

4.2 BSH 抑製劑作用機制

BSH 抑製劑作用機制

BSH 是由多種腸道共生微生物所產生的酶類，有研究表明使用AGP 顯著降低了乳酸桿菌的數量，乳酸桿菌是腸道中產生BSH 的主要微生物種類，特別是唾液乳酸桿菌，它在家禽的腸道中是主要的乳酸菌，乳酸菌產生的BSH 可將腸道中 結合態膽鹽水解成非結合態的膽鹽，結合態膽鹽由一個疏水的類固醇核結合於甘氨酸或牛磺酸形成的，因此結合態膽鹽具有兩親特性，與非結合態膽鹽相比結合態膽鹽是一個高效的「生物洗滌」能乳化並增加脂肪的溶解能力，有助於脂肪消化。而微生物產生的BSH 干擾了結合態膽鹽介導的脂肪代謝過程，對宿主能量利用產生了不利影響。通過在飼料中添加某些AGP 和BSH 抑製劑可使動物腸道內BSH 活性降低，這將導致結合態的膽鹽相對丰度升高，並促進脂質代謝，有利於畜禽動物獲取能量、提高飼料轉化率以及體增重。基於這些觀察結果，通過使用特別的抑製劑抑制BSH 的活性可能是改善畜禽動物生產性能的有效手段。

5 結論

使用某些AGP 如四環素和洛克沙砷能降低BSH 的活性，同時也降低了畜禽動物腸道中主要的BSH 產生菌- 乳酸桿菌的數量，了解抗生素的促生長機制將有助於新型抗生素替代產品的篩選。目前高通量篩選系統（HTS）已經成功用於BSH 抑製劑的篩選，這為尋找替代抗生素的BSH 抑製劑奠定了堅實基礎。由於腸道內的環境遠比體外試驗複雜，將來研發實際能夠使用的BSH 抑製劑還需要考慮其在體內的穩定性以及對動物宿主的影響。

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