核苷酸在動物營養中的應用

和興 · 發表于 2009-3-29 14:43:46

核苷酸在動物營養中的應用
　　
　　羅國富1，楊小萍2，宋煥2，陶正國2
　　
　　1福建華龍集團2廣州立達爾生物科技有限公司
　　
　　說明：核苷酸作為一種無毒、無害的安全新型功能飼料添加劑，在家畜、禽及水產動物中廣泛應用，在維持免疫系統的正常功能，改善胃腸道發育，提高肝功能和脂肪代謝等都有重要的作用，在畜牧生產中具有促進動物生長和改善肉質的明顯作用，是一種半必需營養素，具有良好的發展前景。
　　
　　核苷酸是生物體內一類低分子化合物，它具有編碼遺傳信息、調節能量代謝和傳遞細胞信號、作為輔酶等重要的生理生化功能(Cosgrove，1998)。由于動物機體能合成各種核苷酸，而且又沒有特異性的缺乏癥，因而長期以來人們一直將其視為非必需的營養素。近年來，許多研究結果表明，體內從頭合成的核苷酸不能滿足各種代謝旺盛的組織和細胞的需要。有研究認為，日糧中核苷酸缺乏會削弱肝臟、心臟、腸道和免疫系統的功能(Grimble和Westwood，2000)。本文就核苷酸的吸收代謝、生理功能、作為新型飼料添加劑在生產中應用及其前景做一綜述。
　　
　　1核苷酸的吸收和代謝
　　
　　1.1核苷酸的消化吸收
　　
　　食物中的核蛋白通過蛋白水解酶的作用在小腸中轉化為核酸。胰核酸酶進一步將核酸水解成單、雙、三及多聚核苷酸的混合物，其中核糖核酸酶和脫氧核糖核酸酶分別作用于RNA和DNA。小腸中的多核酸酶或磷酸酯酶可促進胰核酸酶將核酸降解為單核苷酸。然后核苷酸混合物在堿性磷酸酶和核苷酸酶的作用下水解為核苷，并有可能被核苷酶進一步分解生成嘌呤和嘧啶堿基。
　　
　　對動物的研究表明，核苷是核苷酸主要的吸收形式，小腸上部區域的吸收能力最大，90%以上的核苷和堿基被吸收進入小腸上皮細胞。核苷轉運進入腸上皮細胞主要通過易化擴散和特異的鈉離子依賴的轉運調節機制。
　　
　　1.2核苷酸的代謝
　　
　　核苷酸的合成有從頭合成和補救途徑兩種方式。核苷酸的從頭合成是由多種小分子如CO2、氨、甲酸鹽和核糖(嘧啶)或甘氨酸、天冬氨酸以及分別來自于葉酸、谷氨酰胺的甲酰基和胺基(嘌呤)逐步組裝而成的；補救途徑是由食物吸收和體內核酸分解所提供的現成堿基磷酸化而成的。脫氧核糖核酸的合成則由核糖核苷酸（主要是二磷酸核苷）還原而成。盡管直接從頭合成是核苷酸合成的主要方式，但此過程消耗相當高的能量，外源核苷酸可直接增加補救途徑核酸的生成量，并反饋抑制從頭合成途徑而起節能作用(Uauy，1994)。
　　
　　核苷酸的分解主要是嘌呤環或嘧啶環的分解，分解代謝主要在肝臟、小腸及腎臟中進行。不同種類的生物分解嘌呤堿的能力不一樣，因而代謝產物也不同。在人和猿類及一些排尿酸的動物(如鳥類、某些爬蟲類和昆蟲等)，嘌呤分解的最終產物是尿酸，其它多種生物則還能進一步分解尿酸，形成不同的代謝產物，直至最后分解成二氧化碳和氨。例如，哺乳動物的分解最終產物是尿囊素；兩棲類和大多數魚類則進一步分解為尿素和乙醛酸。而胞嘧啶和尿嘧啶最終分解成β-丙氨酸，胸腺嘧啶則生成β-氨基異丁酸，隨尿排出體外。
　　
　　2核苷酸生理功能
　　
　　2.1核苷酸與腸道功能
　　
　　2.1.1促進腸道的生長和發育
　　
　　小腸細胞增生迅速，對飼料中的限制核苷酸相當敏感。當飼喂動物無核苷酸的日糧時，即使飼料中蛋白質充足，其體內RNA的含量也有顯著的降低。動物機體雖缺乏蛋白質，但只要飼料中有充足的核苷酸存在，都可維持小腸濾泡細胞的生長。Bueno等(1994)用小腸的局部缺血及灌注試驗來研究核苷酸對小腸炎癥的影響，結果表明核苷酸有保護小腸細胞免受自由基的攻擊，降低小腸炎癥發生的作用。Uauy等(1990)用純化日糧與添加0.8%核苷酸的日糧分別喂養剛斷奶的大鼠兩周，結果發現添加組大鼠的腸絨毛高度、小腸近端粘膜蛋白、含量和腸粘膜中的麥芽糖酶活性均高于無核苷酸的純化日糧組。在缺乏蛋白質的大鼠日糧中加入核苷酸混合物或核苷酸，結果表明蛋白質缺乏組小腸有明顯損傷，而添加核苷酸組可顯著提高絨毛高度、腺管深度和腸壁厚度(Adjei等，1996)。
　　
　　2.1.2有利于腹瀉的恢復
　　
　　Nunez等(1990)研究表明，剛斷奶的大鼠用乳糖致其腹瀉，并用乳糖持續飼喂兩周后隨機分為兩組，對照組喂給無核苷酸飼料，試驗組飼喂補充0.5%核苷酸的同樣飼料，4周后試驗組大鼠血清的乳糖酶、蔗糖酶和麥芽糖酶活性都高于對照組，而且試驗組的絨毛高度和腺窩深度均比對照組增高，線粒體基質密度和嵴也接近正常大鼠，說明外源核苷酸改善了大
　　
　　鼠腹瀉病的狀況。外源核苷酸也能盡快治愈由輻射引起大鼠腸道的損傷。
　　
　　2.1.3有利于腸道有益微生物的生長
　　
　　外源核苷酸促進腸道中雙歧桿菌和乳酸桿菌的生長，這兩種菌群可抑制厭酸型病原菌和大腸桿菌(可引起腹瀉)的繁殖，有益于幼齡動物的健康。Uauy等(1994)發現，喂養補充核苷酸奶粉的嬰兒，糞便中雙歧桿菌，接近于人乳喂養的嬰兒。
　　
　　2.2核苷酸與動物免疫
　　
　　盡管機體能利用小分子物質從頭合成核苷酸，但免疫系統必須有外源核苷酸才能維持其正常功能。研究表明，外源核苷酸對提高動物對細菌、真菌感染的抵抗力，增加抗體產生，增強細胞免疫能力，刺激淋巴細胞增生等都有重要作用(Kulkami等，1994)。Jyonouchi等(1996)研究發現，核苷酸在體外能明顯增加對細胞依賴抗原應答的抗體量，提高T細胞依賴性抗體水平、輔助性T細胞的數目；添加RNA有助于核苷酸缺乏引起的IgM、IgG分泌細胞數目的恢復。核苷酸的添加能夠增強機體對乙型流感的抵抗力和提高白喉體液及其口服脊髓灰質炎病毒活疫苗OPV的抗體反應(Pickering等，1998)。Adjei等(1996)、Navarro等(1996)證明，外源核苷酸能促進T淋巴細胞的增殖反應以及IL-2或IFN的分泌，提高NK細胞和巨噬細胞活性，促進遲發性超敏反應。
　　
　　但必須注意的是，過度的添加外源核苷酸并不能強化已處于正常狀態下的免疫系統。核苷酸的促進免疫功能可能與參與免疫的大部分細胞不能合成足夠的核苷酸有關，它們必須依賴于外源提供。
　　
　　2.3核苷酸與抗氧化
　　
　　核苷酸堿基的氮氧原子能夠捕獲亞油酸氧化過程中形成的自由基，并能螯合加速氧化的銅、鐵等離子，減少由脂質過氧化引起的細胞膜及各種DNA的損傷。Ames等(1981)研究證實，核酸及其相關物質均可作為內源性自由基清除劑和抗氧化劑。核苷酸的添加能提高血漿中多不飽和脂肪酸PUFA的含量，參與去飽和的調節。
　　
　　2.4核苷酸與脂類代謝
　　
　　核苷酸是多不飽和脂肪合成的重要調節物。日糧核苷酸對新生嬰兒在必需脂肪酸的去飽和以及轉變成長鏈PUFA過程中起著重要作用。Sanchez-pozo等(1986)證明，核苷酸能提高血漿脂蛋白濃度，血漿酯化作用率升高，但總的膽固醇濃度卻沒有發生變化。這是因為核苷酸參與了磷脂和蛋白質特別是載體脂蛋白的合成。Gil等(1989)報道，食用人乳或添加核苷酸乳品的嬰兒血漿中系列多不飽和脂肪酸的水平高于喂商品奶的嬰兒，
　　
　　而亞油酸的含量較低。
　　
　　2.5核苷酸與神經細胞
　　
　　已經證實細胞外嘌呤及嘧啶具有神經遞質及調質的作用。鳥嘌呤核苷、腺嘌呤核苷及其相應的5'-磷酸衍生物均可刺激體外雞腦星形膠質細胞的增生及DNA的合成。此外，ATP和腺苷可刺激人腦星形膠質細胞的合成增加3~10倍。Yamamoto等(1997)對小鼠的研究表明，核苷和核酸有益于大腦的功能。日糧中添加核苷和核酸對記憶衰退和衰老加速的鼠以及患癡呆癥的鼠能提高記憶力。所以對神經系統形成、功能成熟以及損傷后的修復再生，補充外源核苷酸是很有必要的。
　　
　　2.6核苷酸與肝臟代謝
　　
　　核苷酸參與調節肝的蛋白質合成，與維持肝的正常功能有關。肝臟是從頭合成核苷酸的最主要器官，Novak等(1994)在斷奶仔鼠日糧中添加核苷酸，發現試驗組肝中膽固醇和磷脂含量顯著高于對照組，然而肝中的脂肪酸組成和磷脂分配并不受影響。Lopez-navarro等(1995)報道，核苷酸缺乏使大鼠肝內嘌呤和嘧啶核苷酸的含量顯著降低，肝內DNA含量持續下降，肝臟功能紊亂，但老年大鼠不受影響。日糧核苷酸對肝臟RNA也有影響，還同時影響肝臟的能量代謝。
　　
　　3核苷酸的應用
　　
　　3.1在豬生產中的應用
　　
　　日糧中添加外源核苷酸能改善仔豬生產性能。馮尚連和李星(2000)研究表明，在斷奶仔豬日糧中添加核苷酸平均日增重顯著提高22.9%，料肉比顯著降低11.54%。Spring和Peter(2001)在仔豬體重10～20kg階段添加4%富含核苷酸酵母提取物，平均日增重和飼料轉化率比對照組提高5.43%和5.89%(P<0.05)。張永青等(2007)在21日齡斷奶仔豬日糧中添加0.2%外源核苷酸，顯著提高飼料利用率16.90%(P<0.05)，平均日增重和日采食量分別提高32.83%和8.92%。Martinez-Puig等(2007)在日糧中添加1000mg/kg核苷酸，結果發現，21～35日齡，核苷酸組仔豬的平均日增重(76.7g/d)比對照組(53.5g/d)高，飼料轉化效率無顯著差異。35～56日齡，添加核苷酸組平均日增重和飼料利用效率分別提高20%(P=0.02)和23.7%(P=0.14)。
　　
　　Martinez-Puig等(2007)通過在仔豬日糧中添加750mg/kg和1000mg/kg核苷酸，發現添加核苷酸顯著降低腹瀉，和對照組相比，處理腹瀉率分別為15.63%、3.13%和1.56%。
　　
　　此外，肥育豬皮下注射核苷酸，可促進生長，改善肉脂品質（田允波等，2003；楊在清等，1992）。
　　
　　3.2在雞生產中的應用
　　
　　外源核苷酸在家禽體內能被利用，且在氨基酸比例趨于平衡時，RNA總量有所增加。鄔小兵等（2001）研究了日糧核苷酸對肉仔雞的營養作用，結果表明，純合日糧能顯著耗竭雛雞腸黏膜中的RNA，純合日糧中添加0.2%核苷酸使雛雞腸道黏膜核酸、蛋白質含量及肝臟的核酸含量比對照組皆有顯著的增加，并能促進腸絨毛的生長及提高腸壁厚度。
　　
　　施用暉等（2000）在雛雞日糧中添加核苷酸，結果表明其可提高雛雞腸粘膜蛋白酶活力，并改善了生長性能。
　　
　　此外，牛淑玲等(2001)研究發現核苷酸能顯著提高產蛋雞的產蛋率，降低破軟蛋率，提高飼料利用率。核苷酸對提高蛋殼厚度和改善蛋殼品質等有一定促進作用。
　　
　　3.3在水產中的應用
　　
　　3.3.1核苷酸對水產動物攝食的影響
　　
　　核苷酸本身具有強烈的鮮味，它主要刺激魚類的味覺，可作為魚蝦誘食劑中的成分。
　　
　　Mackie(1973)首先研究了低相對分子質量的烏賊提取物、合成腺苷酸(AMP)及肌苷作為龍蝦誘食劑的效果。Kiyoohra等(1975)利用電化學手段，研究了河豚的唇上有AMP、次黃嘌呤核苷酸(IMP)、尿苷酸(UMP)和二磷酸腺苷(ADP)的化學感應器。這些早期的試驗表明，日糧中核苷酸對魚類有化學誘食效果。Mackie等(1978)利用飼養試驗研究了47種核苷酸及衍生物對大菱鲆的誘食效果，結果表明，IMP是大菱鲆最有效的飼料誘食劑。另外，Rumsey(1992)的研究表明，虹鱒魚日糧中添加2.5%和4.1%酵母RNA提取物或1.85%鳥嘌呤或2.17%黃嘌呤，飼喂12周，其采食量顯著增加。張海明等(2003)研究了三磷酸腺苷(ATP)、AMP、IMP、UMP和胞苷酸(CMP)等5種單核苷酸配制的誘餌對鱉的誘食效果，以瓊脂作對照，ATP和AMP在單獨使用時對鱉有明顯的誘食作用，且ATP較AMP誘食作用更為顯著。苗玉濤等(2004)在核苷酸對蘇氏芒鯰誘食效果試驗中，分別對尿苷酸、腺苷酸和鳥苷酸的誘食效果進行研究，結果表明，10-4mol／L的尿苷酸和10-3mol／L的鳥苷酸對芒鯰均有顯著的誘食作用，腺苷酸沒有顯著的誘食作用。
　　
　　不同種類的魚對外源性核苷酸的能動性有較大不同。有研究指出，暗紋東方豚對任何核苷酸都沒有反應，這與大多數海水硬骨魚不同。不同研究者對各種魚類次黃嘌呤核苷和IMP誘食作用的報道也不完全一致。PersonleRuyet等(1983)指出，日糧中的次黃嘌呤核苷可促進大菱鲆幼魚的生長。進一步研究表明，與僅添加甜菜堿或次黃嘌呤核苷相比，日糧中添加甜菜堿和次黃嘌呤核苷更能提高大菱鲆幼魚的生長性能，并且差異顯著(Metailler等，1983)。常青等(2001)對不同核苷酸對紅鰭東方純誘食性的研究表明，ADP對紅鰭東方純非但沒有誘食效果，反而對其采食有抑制作用，ADP與丙氨酸和甘氨酸的混合物及肌苷酸鈉對紅鰭東方純的誘食效果不明顯，但ADP與丙氨酸的混合物對紅鰭東方純卻有極顯著的誘食效果，這表明，某些氨基酸可增強核酸類物質的刺激效果。
　　
　　3.3.2核苷酸對水產動物生長和繁殖的影響
　　
　　一般認為在正常條件下，核苷酸的合成途徑就足夠滿足動物生長(Cosgrove，1998)。Borda等(2003)對有關日糧核苷酸在海洋鯉科幼魚應用的研究，結果表明，外源性核苷酸能在魚和甲殼類等水產動物的早期階段促進生長。Person-LeRuyet等(1983)認為，給大比目魚幼魚(大約100mg/尾)投喂含次黃嘌呤的日糧(1.3%持續6d，0.13%持續45d)，經過55d的飼喂試驗，發現能顯著促進生長和提高存活率。隨后的研究表明，當投喂0.77%次黃嘌呤的日糧飼喂大比目魚幼魚(大約230mg/尾)10d或者20d也能顯著增加體增重。Metail-ler等(1983)研究表明，次黃嘌呤促生長作用是由于在幼魚階段能改善飼料適口性，提高采食速度以減少營養物質過濾到水中或者在新陳代謝過程中起作用。除了次黃嘌呤，核苷酸代謝物對羅非魚幼魚(Ramadan和Atef，1991)和虹鱒魚(Adamek等，1996)也表現出促生長作用。目前核苷酸對大多數青年魚或者成年魚的促生長作用研究還較欠缺(Li等，2004)。此外，核苷酸對魚類的繁殖也起到一定作用。Gonzalez-Vecino等(2004)在處于產卵期鱈魚飼料中添加核苷酸，結果表明，添加核苷酸組鱈魚的魚卵的存活率比未添加核苷酸組高30%，且幼魚的內臟發育和個體大小也比沒添加核苷酸組大。
　　
　　此外，核苷酸在牛、羊等動物生產中也有研究應用。
　　
　　4核苷酸飼料添加劑的應用前景分析
　　
　　1)核苷酸是天然物質，不受排斥或引起任何毒副作用，它作為新一代的飼料添加劑很有發展前途。目前，人們擔心核苷酸的使用會改變動物的基因組成，但現在尚無核苷酸單體在腸道中直接轉入微生物或動物的報道。
　　
　　2)核苷酸資源豐富，取材方便，提取生產技術成熟。可以預測核苷酸及其衍生物產品的開發將是最有前途的行業。
　　
　　3)較多的研究結果顯示，核苷酸可促進動物的生長性能和胃腸道發育，提高抗病力和免疫能力。
　　
　　4)核苷酸的降解產物IMP、GMP等本身就是一種影響風味的物質，另外核苷酸等調節機體的代謝水平，促進肝臟、肌肉ATP生成，肉成熟過程中ATP降解為IMP是肉風味提高更主要的因素。王友明等(2001)首次發現，提高肝臟和肌肉的IMP含量和提高肌肉甘氨酸、酪氨酸、亮氨酸、苯丙氨酸、賴氨酸必需氨基酸總量和氨基酸總量，肌肉總蛋白質含量和肌紅蛋白含量，這些指標提示核酸的使用可提高肌肉的營養價值、食用價值和商品價值。
-----《賽爾飼料工業》