近日，學(xué)校動物科學(xué)技術(shù)學(xué)院馬曦教授課題組在Advanced Science (IF=16.806) 發(fā)表了題為“Designing Self-Assembling Chimeric Peptide Nanoparticles with High Stability for Combating Piglet Bacterial Infections”的研究性論文。該研究通過飼用免疫調(diào)節(jié)肽的分子設(shè)計，誘導(dǎo)單體肽分子自組裝，顯著提升其蛋白酶穩(wěn)定性，從而可以用于改善仔豬腹瀉。

在畜牧業(yè)中，飼用抗生素濫用加速了細(xì)菌耐藥性形成的進(jìn)程，加劇“超級細(xì)菌”誕生的風(fēng)險。為此，我國農(nóng)業(yè)農(nóng)村部規(guī)定，自2020年7月1日起，飼料生產(chǎn)企業(yè)將停止生產(chǎn)含有促生長類藥物飼料添加劑的商品飼料，標(biāo)志著畜禽養(yǎng)殖端禁用抗生素的全面施行。

嵌合免疫調(diào)節(jié)肽自組裝模式及殺菌示意圖

免疫調(diào)節(jié)肽是生物體內(nèi)的內(nèi)源性防御分子，可直接殺滅病原體或通過觸發(fā)先天免疫系統(tǒng)調(diào)節(jié)提高機體免疫力。與抗生素干擾細(xì)菌代謝過程的機制不同，免疫調(diào)節(jié)肽主要通過靜電作用與菌膜結(jié)合并物理性破壞菌膜結(jié)構(gòu)導(dǎo)致細(xì)菌死亡，因此，免疫調(diào)節(jié)肽誘導(dǎo)細(xì)菌產(chǎn)生耐藥性的幾率非常低。然而，飼用免疫調(diào)節(jié)肽經(jīng)常出現(xiàn)蛋白酶穩(wěn)定性弱的重要缺點，這主要是因為外源性免疫調(diào)節(jié)肽進(jìn)入體內(nèi)后，極易被消化道中存在的胃蛋白酶、胰蛋白酶和糜蛋白酶裂解，導(dǎo)致免疫調(diào)節(jié)肽的失活。

自組裝免疫調(diào)節(jié)肽的抗菌活性、細(xì)胞毒性和穩(wěn)定性

本項研究中，在天然免疫調(diào)節(jié)肽基礎(chǔ)上，通過對酶穩(wěn)定性的位點改造和復(fù)合優(yōu)化，篩選設(shè)計出以疏水區(qū)、正電荷區(qū)及聚乙二醇為核心的嵌合免疫調(diào)節(jié)肽，輔以C14烷基鏈啟動自組裝。試驗證實，該免疫調(diào)節(jié)肽在超過臨界膠束濃度后啟動自組裝，形成的抗菌粒子在有廣譜抗菌活性，同時消化酶穩(wěn)定性顯著提高。設(shè)計中采用合理規(guī)避蛋白酶裂解位點和自組裝兩種策略來提高肽的蛋白酶穩(wěn)定性，該免疫調(diào)節(jié)肽粒子在濃度高達(dá)8 mg/mL的蛋白酶孵育8小時后依然保留原有抗菌活性，提示其可以完全耐受生理條件性仔豬消化道內(nèi)蛋白酶降解。在斷奶仔豬全身細(xì)菌感染模型中，該自助裝免疫調(diào)節(jié)肽顯著降低仔豬器官中細(xì)菌負(fù)荷，并降低IL-6，IL-1β和TNF-α的水平，高效緩解仔豬腸道等組織的損傷。抗菌機制研究發(fā)現(xiàn)，自組裝免疫調(diào)節(jié)肽粒子在菌膜表面聚集，破壞致病菌膜結(jié)構(gòu)完整性，并干擾細(xì)菌細(xì)胞周期，最終導(dǎo)致致病菌內(nèi)容物泄漏死亡。此外，通過連續(xù)誘導(dǎo)進(jìn)程實驗發(fā)現(xiàn)，在該自組裝免疫調(diào)節(jié)肽的殺菌機制下，連續(xù)25代殺菌都沒有產(chǎn)生可觀測的耐藥性。以上研究結(jié)果表明，通過提高飼用免疫調(diào)節(jié)肽穩(wěn)定性，在畜牧業(yè)中替代飼用抗生素具備巨大開發(fā)潛力。

自組裝免疫調(diào)節(jié)肽抑制斷奶仔豬全身感染的效果

中國農(nóng)業(yè)大學(xué)為該論文的唯一完成單位，動科學(xué)院博士研究生譚鵬為論文的第一作者，馬曦教授為論文的通訊作者。該論文的發(fā)表，說明學(xué)校在飼用免疫調(diào)節(jié)肽的分子設(shè)計優(yōu)化方面得到國內(nèi)外學(xué)術(shù)同行的高度認(rèn)可，為未來我國畜禽養(yǎng)殖業(yè)的“無抗養(yǎng)殖”提供了新的思路和材料基礎(chǔ)。

以上工作得到國家自然科學(xué)基金（31930106，31829004，31722054），學(xué)校“2115人才培育發(fā)展計劃”（1041-00109019）等項目的資助。