综述：探究外源性饲料溶菌酶作为水产养殖中生物活性添加剂的潜力：来自单胃家畜营养研究的启示

《Probiotics and Antimicrobial Proteins》：Exploring the Potential of Exogenous Dietary Lysozyme as a Bioactive Additive in Aquaculture: Lessons from Monogastric Livestock Nutrition

本文综述探讨了将外源性溶菌酶作为水产饲料添加剂的潜力，借鉴了其在单胃家畜（如家禽和猪）中改善生长性能、肠道健康和免疫应答的成功经验。文章系统分析了目前有限的在水产动物（如鱼类和虾类）中应用的证据，总结了其可能的益处（如增强免疫力、促进生长）与面临的挑战（如成本、稳定性），指出这是一条减少抗生素使用、促进水产养殖可持续发展的潜在途径。

　　

探究外源性饲料溶菌酶作为水产养殖中生物活性添加剂的潜力：来自单胃家畜营养研究的启示

摘要

全球对可持续水产养殖实践的需求日益增长，迫切需要既能改善动物健康和生产性能，又能增强其抗病能力的创新解决方案。溶菌酶是一种具有抗菌活性的酶，广泛存在于多种组织中。其免疫调节特性在陆生动物中已显示出良好效果，特别是在增强生长性能、肠道健康和免疫反应方面。然而，该酶在水产养殖领域的应用仍属探索不足。本综述旨在通过借鉴单胃家畜营养学的研究成果，汇集当前关于外源性溶菌酶在水生动物中膳食添加的证据，并重点讨论其作为水产饲料功能性添加剂的潜在限制。

引言

水产养殖为全球粮食系统转型提供了可持续的健康营养食品来源。然而，集约化养殖仍面临生长性能不佳和易受传染病侵袭等挑战。抗生素的不当使用对水产养殖业的可持续发展构成重大威胁，因此开发有效的非抗生素干预措施（如疫苗和免疫刺激剂）成为全球趋势。功能性饲料添加剂不仅能满足基本营养需求，还能增强生长、健康和生产效率。溶菌酶作为一种具有抗菌和免疫调节特性的天然肽，因其能水解细菌细胞壁中的β-1,4-糖苷键而显示出强大的抗菌活性。尽管其在陆生动物中的应用研究较多，但其在水产动物中的作用研究仍较少。本综述通过比较来自单胃家畜的营养研究，探讨外源性膳食溶菌酶在水产动物中的潜在作用。

水产养殖中的生物活性添加剂

根据欧洲食品安全局的定义，动物技术添加剂是用于正面影响健康动物生产性能或环境的添加剂。在水产养殖中，生物活性添加剂通过抗菌、抗氧化、免疫刺激、促生长和抗炎等多种机制支持动物健康。这些来源于藻类、植物或微生物生物质的化合物，可以改善水生动物的生长性能、免疫力和抗应激能力，同时减轻环境负担。

酶在水产养殖中的应用

外源酶的营养干预已成为提高水产动物性能的有效方式。酶添加剂通常用于改善饲料利用率、营养消化率、生长性能、优化机体组成，并促进免疫功能和病原体抵抗力。例如，蛋白酶已被证明能改善银鲫、里海鳟和罗非鱼等物种的蛋白质消化率。淀粉酶能增强代谢活性并调节血糖水平，而微生物几丁质酶则被视为改善欧洲海鲈等海洋物种营养吸收的有前景的解决方案。

溶菌酶

结构与作用机制

溶菌酶，又称胞壁质酶或N-乙酰胞壁质聚糖水解酶，是先天免疫系统中的一种酶，通过其抑菌和杀菌作用参与对细菌的防御。它由129个氨基酸组成，含有4个二硫键。其核心作用机制是通过关键残基谷氨酸35和天冬氨酸52的共同作用，水解细菌细胞壁肽聚糖层中的β-1,4-糖苷键，导致细胞裂解。它对革兰氏阳性菌有直接作用，而对革兰氏阴性菌的作用则需要其他酶的辅助以暴露其内部的肽聚糖层。在鱼类中，溶菌酶主要在肝脏和各种非肝组织中合成，广泛分布于粘液、淋巴组织、血浆和肾脏中，其活性可作为免疫状态的指标。

溶菌酶主要分为三类：c型、g型和i型。在鱼类中可发现c型和g型，例如在鲤鱼、虹鳟和 Atlantic 三文鱼中存在c型，而在海鲈中存在g型。这两种类型在遗传上存在较大差异。

溶菌酶的分类

溶菌酶在自然界中含量丰富，但并非所有来源都适合大规模工业生产。其中较便利的来源是禽蛋，以鸡蛋的浓度最高（2500–3500 μg/ml），因此是溶菌酶生物活性制剂的主要来源。基于结构、催化和免疫学特性，溶菌酶主要分为三个家族：鸡型、鹅型和无脊椎动物型。人溶菌酶是第一个被测序的哺乳动物溶菌酶，与鸡蛋清溶菌酶一起在过去30年的研究中被广泛使用。由于人溶菌酶来源有限，通常采用基因工程技术在植物、细菌和酵母等宿主生物中生产重组人溶菌酶。此外，酵母、真菌、细菌和噬菌体也可作为生产溶菌酶的来源。

来自非反刍家畜的范式

在家禽生产方面，多项研究表明，膳食中添加溶菌酶（通常在200-300 mg/kg水平）可以改善肉鸡的生长性能，增强肠道健康，调节肠道菌群，并提升免疫相关基因的表达。溶菌酶还能抑制产气荚膜梭菌等病原菌在肠道的扩散，降低坏死性肠炎导致的死亡率，并改善小肠形态。

在猪生产方面，研究表明，在断奶仔猪日粮中添加溶菌酶能够加速其生长，改善肠道健康和非特异性免疫力。例如，添加90 mg/kg溶菌酶在改善仔猪生长性能方面与抗生素效果相当。更高剂量的添加能显著提高血清总蛋白和白蛋白水平，改善肠道屏障功能，减轻炎症反应，并减少肠道中大肠杆菌的数量。

此外，在兔子中补充外源溶菌酶也被认为是一种改善生长性能和福利的有效方法。对鹌鹑的研究也显示，膳食溶菌酶补充剂可以上调与生长、采食和代谢相关的基因表达，从而提升生长性能，并增强免疫和抗氧化参数。

水产养殖中的现有证据

目前关于在水产饲料中添加外源性溶菌酶的研究相对有限。现有研究总结如下：

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  在凡纳滨对虾中，膳食补充重组人溶菌酶能显著增加血细胞数量、总抗氧化能力、吞噬活性以及整体溶菌酶水平。发酵微生物溶菌酶也增强了其免疫力并调节了消化酶活性。添加鸡蛋清溶菌酶能抑制弧菌的生长，并刺激免疫和抗氧化相关基因的表达。
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  在鲫鱼幼鱼中，添加1000 mg/kg鸡蛋清溶菌酶显著提高了特定生长率和饲料效率，而500 mg/kg的添加则在嗜水气单胞菌攻毒后提高了鱼的存活率。
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  在虹鳟鱼中，鸡蛋清溶菌酶的添加增强了血液中多种抗氧化酶的活性，450–600 mg/kg的溶菌酶可以改善其生长和非特异性免疫系统。微生物溶菌酶则显著改善了其体液免疫和黏膜防御机制。
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  在尼罗罗非鱼中，添加高达2 g/kg的蛋清溶菌酶似乎能增强生长性能和免疫反应。高达2000 mg/kg的鸡蛋清溶菌酶添加可在攻毒后长达15天内提高对嗜水气单胞菌的抵抗力。类似地，膳食鸡蛋清溶菌酶改善了杂交红罗非鱼的生长性能、肠道健康、消化酶活性和对无乳链球菌的抵抗力。
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  最新的研究表明，在大黄鱼日粮中添加重组人溶菌酶能改善其生长性能、免疫力、肠道微生物群和肌肉品质，根据增重的二次回归分析，最佳添加水平估计在67.14 mg/kg左右。

在水产养殖中的潜在应用

溶菌酶作为一种天然抗菌酶，已在家禽和猪的生产中通过改善生长性能、增强肠道健康和减少病原体负载等方面展现出良好效果。这些发现激发了人们评估其是否能在鱼类和虾类中带来类似益处的兴趣。尽管作用机制尚不完全明确，但现有研究表明，溶菌酶补充剂可能通过改善营养消化吸收、调节肠道菌群和增强免疫防御等多重途径，为水产动物带来好处。免疫增强是最常报告的结果，在虾、鳟鱼、鲫鱼和罗非鱼中均观察到体液免疫、吞噬活性、免疫相关基因表达和病原体抵抗力的改善。与生长相关的反应通常发生在中等添加水平，特别是在鲫鱼、鳟鱼和罗非鱼中。来自虾、鳟鱼和罗非鱼的证据也显示了消化方面的益处。

挑战与考量

尽管溶菌酶是一种前景广阔的水产饲料添加剂，但其应用也带来了一些需要仔细评估的挑战和考量。首先，将单胃动物的研究结果外推至水生物种存在固有的局限性，因为消化生理、酶稳定性、黏膜免疫以及接触水生病原体等方面的差异可能影响溶菌酶在鱼虾体内的功能表现。当前，鸡蛋清溶菌酶是最商业化的形式，其主要问题在于高回收成本和低活性。生产成本是另一个关键因素。此外，酶的来源、纯度和结构完整性会显著影响其稳定性、生物利用度和生物活性。技术环境因素，如pH值、温度、盐浓度和渗透压强度，也会影响酶的稳定性和抗菌活性，且这种影响因溶菌酶类型而异。酶活性的维持还取决于其在消化道中的停留时间，因为大多数外源酶仅在中性至微酸性pH范围内发挥最佳功能。因此，外源溶菌酶在水产饲料中的成功应用，很大程度上取决于如何保护其在消化过程中免于过早失活。监管方面和安全评估也是溶菌酶饲料添加剂商业化的关键步骤。虽然酶类通常毒性很低，但鸡蛋溶菌酶是一种已知的过敏原，可能对易感个体引起不良反应，这需要在饲料生产过程中实施职业安全规程以保护工人。

结论

对水产产品需求的增长，以及水产生态环境的迅速恶化导致疾病高发，突显了对既能满足动物营养需求又能维持其健康和福利的功能性添加剂的需求。溶菌酶作为一种具有抗菌特性的糖苷酶和生物活性蛋白，是水产养殖中颇具潜力的功能性添加剂候选者。来自陆生家畜的研究结果表明，外源性溶菌酶的施用可能对生长性能、免疫力和肠道健康及微生物群产生有益影响。这为其在水产系统中的潜在应用提供了有力的依据。尽管其在水产养殖中的应用研究相对较少，但有限的现有研究表明，溶菌酶补充剂可能为水生动物带来动物技术优势和免疫学益处。因此，仍有空间去探索外源性溶菌酶的潜在效益。然而，在将单胃动物的研究结果转化应用于水生物种时，必须考虑到基本的生理和环境差异，这些差异可能影响溶菌酶在鱼虾体内的稳定性、作用方式和总体功效。这凸显了在广泛实施前进行物种特异性验证的重要性。此外，在评估新型饲料添加剂时，必须仔细考虑其局限性。虽然溶菌酶很少具有毒性，但仍需采取适当的控制措施以确保其酶学特性（如稳定性）的一致，并实施用户保护的安全措施。