核苷酸在动物营养中的应用

和兴 · 发表于 2009-3-29 14:43:46

核苷酸在动物营养中的应用
　　
　　罗国富1，杨小萍2，宋焕2，陶正国2
　　
　　1福建华龙集团2广州立达尔生物科技有限公司
　　
　　说明：核苷酸作为一种无毒、无害的安全新型功能饲料添加剂，在家畜、禽及水产动物中广泛应用，在维持免疫系统的正常功能，改善胃肠道发育，提高肝功能和脂肪代谢等都有重要的作用，在畜牧生产中具有促进动物生长和改善肉质的明显作用，是一种半必需营养素，具有良好的发展前景。
　　
　　核苷酸是生物体内一类低分子化合物，它具有编码遗传信息、调节能量代谢和传递细胞信号、作为辅酶等重要的生理生化功能(Cosgrove，1998)。由于动物机体能合成各种核苷酸，而且又没有特异性的缺乏症，因而长期以来人们一直将其视为非必需的营养素。近年来，许多研究结果表明，体内从头合成的核苷酸不能满足各种代谢旺盛的组织和细胞的需要。有研究认为，日粮中核苷酸缺乏会削弱肝脏、心脏、肠道和免疫系统的功能(Grimble和Westwood，2000)。本文就核苷酸的吸收代谢、生理功能、作为新型饲料添加剂在生产中应用及其前景做一综述。
　　
　　1核苷酸的吸收和代谢
　　
　　1.1核苷酸的消化吸收
　　
　　食物中的核蛋白通过蛋白水解酶的作用在小肠中转化为核酸。胰核酸酶进一步将核酸水解成单、双、三及多聚核苷酸的混合物，其中核糖核酸酶和脱氧核糖核酸酶分别作用于RNA和DNA。小肠中的多核酸酶或磷酸酯酶可促进胰核酸酶将核酸降解为单核苷酸。然后核苷酸混合物在碱性磷酸酶和核苷酸酶的作用下水解为核苷，并有可能被核苷酶进一步分解生成嘌呤和嘧啶碱基。
　　
　　对动物的研究表明，核苷是核苷酸主要的吸收形式，小肠上部区域的吸收能力最大，90%以上的核苷和碱基被吸收进入小肠上皮细胞。核苷转运进入肠上皮细胞主要通过易化扩散和特异的钠离子依赖的转运调节机制。
　　
　　1.2核苷酸的代谢
　　
　　核苷酸的合成有从头合成和补救途径两种方式。核苷酸的从头合成是由多种小分子如CO2、氨、甲酸盐和核糖(嘧啶)或甘氨酸、天冬氨酸以及分别来自于叶酸、谷氨酰胺的甲酰基和胺基(嘌呤)逐步组装而成的；补救途径是由食物吸收和体内核酸分解所提供的现成碱基磷酸化而成的。脱氧核糖核酸的合成则由核糖核苷酸（主要是二磷酸核苷）还原而成。尽管直接从头合成是核苷酸合成的主要方式，但此过程消耗相当高的能量，外源核苷酸可直接增加补救途径核酸的生成量，并反馈抑制从头合成途径而起节能作用(Uauy，1994)。
　　
　　核苷酸的分解主要是嘌呤环或嘧啶环的分解，分解代谢主要在肝脏、小肠及肾脏中进行。不同种类的生物分解嘌呤碱的能力不一样，因而代谢产物也不同。在人和猿类及一些排尿酸的动物(如鸟类、某些爬虫类和昆虫等)，嘌呤分解的最终产物是尿酸，其它多种生物则还能进一步分解尿酸，形成不同的代谢产物，直至最后分解成二氧化碳和氨。例如，哺乳动物的分解最终产物是尿囊素；两栖类和大多数鱼类则进一步分解为尿素和乙醛酸。而胞嘧啶和尿嘧啶最终分解成β-丙氨酸，胸腺嘧啶则生成β-氨基异丁酸，随尿排出体外。
　　
　　2核苷酸生理功能
　　
　　2.1核苷酸与肠道功能
　　
　　2.1.1促进肠道的生长和发育
　　
　　小肠细胞增生迅速，对饲料中的限制核苷酸相当敏感。当饲喂动物无核苷酸的日粮时，即使饲料中蛋白质充足，其体内RNA的含量也有显著的降低。动物机体虽缺乏蛋白质，但只要饲料中有充足的核苷酸存在，都可维持小肠滤泡细胞的生长。Bueno等(1994)用小肠的局部缺血及灌注试验来研究核苷酸对小肠炎症的影响，结果表明核苷酸有保护小肠细胞免受自由基的攻击，降低小肠炎症发生的作用。Uauy等(1990)用纯化日粮与添加0.8%核苷酸的日粮分别喂养刚断奶的大鼠两周，结果发现添加组大鼠的肠绒毛高度、小肠近端粘膜蛋白、含量和肠粘膜中的麦芽糖酶活性均高于无核苷酸的纯化日粮组。在缺乏蛋白质的大鼠日粮中加入核苷酸混合物或核苷酸，结果表明蛋白质缺乏组小肠有明显损伤，而添加核苷酸组可显著提高绒毛高度、腺管深度和肠壁厚度(Adjei等，1996)。
　　
　　2.1.2有利于腹泻的恢复
　　
　　Nunez等(1990)研究表明，刚断奶的大鼠用乳糖致其腹泻，并用乳糖持续饲喂两周后随机分为两组，对照组喂给无核苷酸饲料，试验组饲喂补充0.5%核苷酸的同样饲料，4周后试验组大鼠血清的乳糖酶、蔗糖酶和麦芽糖酶活性都高于对照组，而且试验组的绒毛高度和腺窝深度均比对照组增高，线粒体基质密度和嵴也接近正常大鼠，说明外源核苷酸改善了大
　　
　　鼠腹泻病的状况。外源核苷酸也能尽快治愈由辐射引起大鼠肠道的损伤。
　　
　　2.1.3有利于肠道有益微生物的生长
　　
　　外源核苷酸促进肠道中双歧杆菌和乳酸杆菌的生长，这两种菌群可抑制厌酸型病原菌和大肠杆菌(可引起腹泻)的繁殖，有益于幼龄动物的健康。Uauy等(1994)发现，喂养补充核苷酸奶粉的婴儿，粪便中双歧杆菌，接近于人乳喂养的婴儿。
　　
　　2.2核苷酸与动物免疫
　　
　　尽管机体能利用小分子物质从头合成核苷酸，但免疫系统必须有外源核苷酸才能维持其正常功能。研究表明，外源核苷酸对提高动物对细菌、真菌感染的抵抗力，增加抗体产生，增强细胞免疫能力，刺激淋巴细胞增生等都有重要作用(Kulkami等，1994)。Jyonouchi等(1996)研究发现，核苷酸在体外能明显增加对细胞依赖抗原应答的抗体量，提高T细胞依赖性抗体水平、辅助性T细胞的数目；添加RNA有助于核苷酸缺乏引起的IgM、IgG分泌细胞数目的恢复。核苷酸的添加能够增强机体对乙型流感的抵抗力和提高白喉体液及其口服脊髓灰质炎病毒活疫苗OPV的抗体反应(Pickering等，1998)。Adjei等(1996)、Navarro等(1996)证明，外源核苷酸能促进T淋巴细胞的增殖反应以及IL-2或IFN的分泌，提高NK细胞和巨噬细胞活性，促进迟发性超敏反应。
　　
　　但必须注意的是，过度的添加外源核苷酸并不能强化已处于正常状态下的免疫系统。核苷酸的促进免疫功能可能与参与免疫的大部分细胞不能合成足够的核苷酸有关，它们必须依赖于外源提供。
　　
　　2.3核苷酸与抗氧化
　　
　　核苷酸碱基的氮氧原子能够捕获亚油酸氧化过程中形成的自由基，并能螯合加速氧化的铜、铁等离子，减少由脂质过氧化引起的细胞膜及各种DNA的损伤。Ames等(1981)研究证实，核酸及其相关物质均可作为内源性自由基清除剂和抗氧化剂。核苷酸的添加能提高血浆中多不饱和脂肪酸PUFA的含量，参与去饱和的调节。
　　
　　2.4核苷酸与脂类代谢
　　
　　核苷酸是多不饱和脂肪合成的重要调节物。日粮核苷酸对新生婴儿在必需脂肪酸的去饱和以及转变成长链PUFA过程中起着重要作用。Sanchez-pozo等(1986)证明，核苷酸能提高血浆脂蛋白浓度，血浆酯化作用率升高，但总的胆固醇浓度却没有发生变化。这是因为核苷酸参与了磷脂和蛋白质特别是载体脂蛋白的合成。Gil等(1989)报道，食用人乳或添加核苷酸乳品的婴儿血浆中系列多不饱和脂肪酸的水平高于喂商品奶的婴儿，
　　
　　而亚油酸的含量较低。
　　
　　2.5核苷酸与神经细胞
　　
　　已经证实细胞外嘌呤及嘧啶具有神经递质及调质的作用。鸟嘌呤核苷、腺嘌呤核苷及其相应的5'-磷酸衍生物均可刺激体外鸡脑星形胶质细胞的增生及DNA的合成。此外，ATP和腺苷可刺激人脑星形胶质细胞的合成增加3~10倍。Yamamoto等(1997)对小鼠的研究表明，核苷和核酸有益于大脑的功能。日粮中添加核苷和核酸对记忆衰退和衰老加速的鼠以及患痴呆症的鼠能提高记忆力。所以对神经系统形成、功能成熟以及损伤后的修复再生，补充外源核苷酸是很有必要的。
　　
　　2.6核苷酸与肝脏代谢
　　
　　核苷酸参与调节肝的蛋白质合成，与维持肝的正常功能有关。肝脏是从头合成核苷酸的最主要器官，Novak等(1994)在断奶仔鼠日粮中添加核苷酸，发现试验组肝中胆固醇和磷脂含量显著高于对照组，然而肝中的脂肪酸组成和磷脂分配并不受影响。Lopez-navarro等(1995)报道，核苷酸缺乏使大鼠肝内嘌呤和嘧啶核苷酸的含量显著降低，肝内DNA含量持续下降，肝脏功能紊乱，但老年大鼠不受影响。日粮核苷酸对肝脏RNA也有影响，还同时影响肝脏的能量代谢。
　　
　　3核苷酸的应用
　　
　　3.1在猪生产中的应用
　　
　　日粮中添加外源核苷酸能改善仔猪生产性能。冯尚连和李星(2000)研究表明，在断奶仔猪日粮中添加核苷酸平均日增重显著提高22.9%，料肉比显著降低11.54%。Spring和Peter(2001)在仔猪体重10～20kg阶段添加4%富含核苷酸酵母提取物，平均日增重和饲料转化率比对照组提高5.43%和5.89%(P<0.05)。张永青等(2007)在21日龄断奶仔猪日粮中添加0.2%外源核苷酸，显著提高饲料利用率16.90%(P<0.05)，平均日增重和日采食量分别提高32.83%和8.92%。Martinez-Puig等(2007)在日粮中添加1000mg/kg核苷酸，结果发现，21～35日龄，核苷酸组仔猪的平均日增重(76.7g/d)比对照组(53.5g/d)高，饲料转化效率无显著差异。35～56日龄，添加核苷酸组平均日增重和饲料利用效率分别提高20%(P=0.02)和23.7%(P=0.14)。
　　
　　Martinez-Puig等(2007)通过在仔猪日粮中添加750mg/kg和1000mg/kg核苷酸，发现添加核苷酸显著降低腹泻，和对照组相比，处理腹泻率分别为15.63%、3.13%和1.56%。
　　
　　此外，肥育猪皮下注射核苷酸，可促进生长，改善肉脂品质（田允波等，2003；杨在清等，1992）。
　　
　　3.2在鸡生产中的应用
　　
　　外源核苷酸在家禽体内能被利用，且在氨基酸比例趋于平衡时，RNA总量有所增加。邬小兵等（2001）研究了日粮核苷酸对肉仔鸡的营养作用，结果表明，纯合日粮能显著耗竭雏鸡肠黏膜中的RNA，纯合日粮中添加0.2%核苷酸使雏鸡肠道黏膜核酸、蛋白质含量及肝脏的核酸含量比对照组皆有显著的增加，并能促进肠绒毛的生长及提高肠壁厚度。
　　
　　施用晖等（2000）在雏鸡日粮中添加核苷酸，结果表明其可提高雏鸡肠粘膜蛋白酶活力，并改善了生长性能。
　　
　　此外，牛淑玲等(2001)研究发现核苷酸能显著提高产蛋鸡的产蛋率，降低破软蛋率，提高饲料利用率。核苷酸对提高蛋壳厚度和改善蛋壳品质等有一定促进作用。
　　
　　3.3在水产中的应用
　　
　　3.3.1核苷酸对水产动物摄食的影响
　　
　　核苷酸本身具有强烈的鲜味，它主要刺激鱼类的味觉，可作为鱼虾诱食剂中的成分。
　　
　　Mackie(1973)首先研究了低相对分子质量的乌贼提取物、合成腺苷酸(AMP)及肌苷作为龙虾诱食剂的效果。Kiyoohra等(1975)利用电化学手段，研究了河豚的唇上有AMP、次黄嘌呤核苷酸(IMP)、尿苷酸(UMP)和二磷酸腺苷(ADP)的化学感应器。这些早期的试验表明，日粮中核苷酸对鱼类有化学诱食效果。Mackie等(1978)利用饲养试验研究了47种核苷酸及衍生物对大菱鲆的诱食效果，结果表明，IMP是大菱鲆最有效的饲料诱食剂。另外，Rumsey(1992)的研究表明，虹鳟鱼日粮中添加2.5%和4.1%酵母RNA提取物或1.85%鸟嘌呤或2.17%黄嘌呤，饲喂12周，其采食量显著增加。张海明等(2003)研究了三磷酸腺苷(ATP)、AMP、IMP、UMP和胞苷酸(CMP)等5种单核苷酸配制的诱饵对鳖的诱食效果，以琼脂作对照，ATP和AMP在单独使用时对鳖有明显的诱食作用，且ATP较AMP诱食作用更为显著。苗玉涛等(2004)在核苷酸对苏氏芒鲶诱食效果试验中，分别对尿苷酸、腺苷酸和鸟苷酸的诱食效果进行研究，结果表明，10-4mol／L的尿苷酸和10-3mol／L的鸟苷酸对芒鲶均有显著的诱食作用，腺苷酸没有显著的诱食作用。
　　
　　不同种类的鱼对外源性核苷酸的能动性有较大不同。有研究指出，暗纹东方豚对任何核苷酸都没有反应，这与大多数海水硬骨鱼不同。不同研究者对各种鱼类次黄嘌呤核苷和IMP诱食作用的报道也不完全一致。PersonleRuyet等(1983)指出，日粮中的次黄嘌呤核苷可促进大菱鲆幼鱼的生长。进一步研究表明，与仅添加甜菜碱或次黄嘌呤核苷相比，日粮中添加甜菜碱和次黄嘌呤核苷更能提高大菱鲆幼鱼的生长性能，并且差异显著(Metailler等，1983)。常青等(2001)对不同核苷酸对红鳍东方纯诱食性的研究表明，ADP对红鳍东方纯非但没有诱食效果，反而对其采食有抑制作用，ADP与丙氨酸和甘氨酸的混合物及肌苷酸钠对红鳍东方纯的诱食效果不明显，但ADP与丙氨酸的混合物对红鳍东方纯却有极显著的诱食效果，这表明，某些氨基酸可增强核酸类物质的刺激效果。
　　
　　3.3.2核苷酸对水产动物生长和繁殖的影响
　　
　　一般认为在正常条件下，核苷酸的合成途径就足够满足动物生长(Cosgrove，1998)。Borda等(2003)对有关日粮核苷酸在海洋鲤科幼鱼应用的研究，结果表明，外源性核苷酸能在鱼和甲壳类等水产动物的早期阶段促进生长。Person-LeRuyet等(1983)认为，给大比目鱼幼鱼(大约100mg/尾)投喂含次黄嘌呤的日粮(1.3%持续6d，0.13%持续45d)，经过55d的饲喂试验，发现能显著促进生长和提高存活率。随后的研究表明，当投喂0.77%次黄嘌呤的日粮饲喂大比目鱼幼鱼(大约230mg/尾)10d或者20d也能显著增加体增重。Metail-ler等(1983)研究表明，次黄嘌呤促生长作用是由于在幼鱼阶段能改善饲料适口性，提高采食速度以减少营养物质过滤到水中或者在新陈代谢过程中起作用。除了次黄嘌呤，核苷酸代谢物对罗非鱼幼鱼(Ramadan和Atef，1991)和虹鳟鱼(Adamek等，1996)也表现出促生长作用。目前核苷酸对大多数青年鱼或者成年鱼的促生长作用研究还较欠缺(Li等，2004)。此外，核苷酸对鱼类的繁殖也起到一定作用。Gonzalez-Vecino等(2004)在处于产卵期鳕鱼饲料中添加核苷酸，结果表明，添加核苷酸组鳕鱼的鱼卵的存活率比未添加核苷酸组高30%，且幼鱼的内脏发育和个体大小也比没添加核苷酸组大。
　　
　　此外，核苷酸在牛、羊等动物生产中也有研究应用。
　　
　　4核苷酸饲料添加剂的应用前景分析
　　
　　1)核苷酸是天然物质，不受排斥或引起任何毒副作用，它作为新一代的饲料添加剂很有发展前途。目前，人们担心核苷酸的使用会改变动物的基因组成，但现在尚无核苷酸单体在肠道中直接转入微生物或动物的报道。
　　
　　2)核苷酸资源丰富，取材方便，提取生产技术成熟。可以预测核苷酸及其衍生物产品的开发将是最有前途的行业。
　　
　　3)较多的研究结果显示，核苷酸可促进动物的生长性能和胃肠道发育，提高抗病力和免疫能力。
　　
　　4)核苷酸的降解产物IMP、GMP等本身就是一种影响风味的物质，另外核苷酸等调节机体的代谢水平，促进肝脏、肌肉ATP生成，肉成熟过程中ATP降解为IMP是肉风味提高更主要的因素。王友明等(2001)首次发现，提高肝脏和肌肉的IMP含量和提高肌肉甘氨酸、酪氨酸、亮氨酸、苯丙氨酸、赖氨酸必需氨基酸总量和氨基酸总量，肌肉总蛋白质含量和肌红蛋白含量，这些指标提示核酸的使用可提高肌肉的营养价值、食用价值和商品价值。
-----《赛尔饲料工业》