核苷酸在仔猪营养中的研究

动物在快速生长期、应激期和免疫妥协期时对核苷酸的需要量增加。而刚断奶的仔猪都要经历这三个时期；因此，我们预计对于刚刚断奶的仔猪而言，它们对核苷酸的需要量较高。　　人类营养学的研究表明经肠胃外补充核苷酸和在婴儿奶粉配方中添加核苷酸会提高婴儿的肠道健康水平，促进免疫系统的发育。相比较而言，对幼年动物核苷酸的需要量以及其在促进免疫系统和肠道发育方面的研究非常少。　　这篇文章旨在综述现有的核苷酸在幼畜饲养中的功能和作用的一些研究成果。　　1、核苷酸生物化学　　核苷酸是普遍存在的分子，结构多样。戊糖与至少一个磷酸基团相连，然后再与氮基连接，从而形成核苷酸。这个戊糖可以是核糖，构成核糖核酸(RNA)，也可以是2’―脱氧核糖，构成脱氧核糖核酸(DNA)。氮基可以是嘌呤或者是嘧啶。　　嘧啶是一个六环结构，包括尿嘧啶、胞嘧啶和胸腺嘧啶(表1)。嘌呤除有一个六环结构外，还含有一个五环结构，包括腺嘌吟、鸟嘌吟和次黄嘌吟。磷酸基以单键、双键或者三键形式存在，并且通常会与戊糖的C-5’，羟基发生酯化反应(Rudolph，1994)。　　没有磷酸基时的化合物称为核苷。多个核苷酸聚在一起，通过相邻核糖的3’和5’位点形成磷酸酯键而组成的链状物称为多聚核苷酸或者核酸。核酸再与蛋白质联接在一起称为核蛋白。　　2、饲料来源　　核苷酸，尤其是次黄苷5’-―磷酸(1MP)，在富含蛋白质的饲料中含量丰富(Carver和Walker，1995)。一般来说，含有细胞成分的饲料原料都是核苷酸的潜在来源，这里核苷酸会以核蛋白的形式存在。脏器、禽类和海产品都含有大量的核蛋白(Kojima，1974；Clifford和Story，1976；Barness，1994)。单细胞蛋白、面包酵母和啤酒酵母以及酵母提取物的核苷酸含量相当高(Maloney，1998；Ingledew，1999；Tibbets，2000)。　　饲料中的核苷酸浓度一般不在常规分析之列，但我们已经知道有些饲料原料的数据(表2)。一些最常用的饲料原料中核苷酸含量相当低。　　泌乳期哺乳动物的乳汁中核苷酸含量因动物品种而异，并且在泌乳期不同阶段大部分核苷酸的浓度也有所变化(JOjke，1963；Gil和Sanchez-Mdina，1981；Gil和Sanchez-Mdina，1982；Mateo等，2004b)。不同动物乳汁中核苷酸浓度存在差异表明，核苷酸的需要量可能随物种不同而有所变化，然而在这点上，尚无资料可循。　　在应激期或快速生长期核苷酸的需要量会增加，因此，在家畜刚刚断奶后的一段时期内对核苷酸的需求可能增加。目前，我们实验室正就这一假说开展研究。　　饲料中的核蛋白、核酸和核苷酸要经过酶的催化水解成核苷、碱基和小量核苷酸才能被吸收。这一过程在动物的小肠中进行。核酸内切酶，磷酸二酯酶和核苷磷酸化酶是这一过程中的几个主要酶(图2)。这些酶来源于刷状缘上皮细胞(Makiewicz，1983；Morley等，1987)、胰腺分泌物(Weickman等，1981)和胆汁(Holdsworth和Coleman，1975)。　　3代谢　　十二指肠具有最大的吸收能力(Bronk和Hastewell，1987)。在正常生理条件下，核苷酸通过内消化细胞膜指状突的能力有限(Sanderson和Youping，1994)。这可能是由于缺少核苷酸的转运系统。　　核苷酸磷酸基团所带的高负电荷阻碍了其吸收，因此，核苷是嘌吟和嘧啶进入肠细胞的主要载体。　　核苷进入肠细胞主要依赖于协助扩散和专门的钠离子依赖性载体介导机制(Bronk和Hastewell，1987)。这是一个相当有效的过程，一般认为，饲料超过90％的核苷和碱基可被肠细胞吸收(Salati等1984；Uauy，1989)。　　从肠细胞出来，部分饲料代谢产物以及内源核苷酸进入肝脏的门静脉，然后进入肝实质细胞进行进一步代谢。经过肝脏，部分饲料代谢产物以及内源核苷酸和核苷又释放入循环系统然后进入肌肉组织。如果这些产物没有被重新用于核苷酸的生产或被特异组织吸收，嘌吟和嘧啶碱将被分解为尿酸、9一丙氨酸和臼一氨基异丁酸盐(Rudolph，l…994；Carver和Walker，1995；Thorell等，1996)。　　在鸟类和灵长类动物中，尿酸以尿的形式排出。而在非灵长类的哺乳动物中，尿酸经尿酸酶作用进一步分解为尿囊素，然后以尿的形式排出。嘧啶的分解产物是β―丙氨酸和β―氨基异丁酸盐，它们将进一步代谢形成氨、二氧化碳和乙酰辅酶A。　　4核苷酸合成　　如果有合适的前体物，人类以及动物能够重新合成核苷酸。这个过程在肝细胞中进行，那里含有所有合成嘌吟和嘧啶的酶。以α-D-核糖-5-磷酸为底物经过11个步骤可以合成IMP。谷氨酰胺是其中的氮源供体。甘氨酸、天冬氨酸和四氢叶酸衍生物是这个合成过程中的其他前体物质。腺苷5’-―磷酸(AMP)和鸟苷5’-―磷酸(GMP)都是由IMP通过腺苷酸琥珀酸化和黄苷单磷酸化途径分别合成(Rodwell，2000)。合成嘧啶的前体物是氨甲酰磷酸和天冬氨酸。　　合成尿苷5’-―磷酸(UMP)需要6个步骤。UMP经过脱磷酸化反应后生成尿苷5’―二磷酸(UDP)，UDP再转化为胞苷5’-―磷酸(CMP)或者胸苷5’-―磷酸(TMP)。在合成CMP和TMP的过程中需要谷氨酰胺和N5N10―亚甲-叶酸这两种物质(Rodwell，2000)。　　从头合成嘌吟和嘧啶核苷酸是一个代谢消耗的过程，需要大量的腺苷5’-三磷酸(ATP)来提供能量。另外，反应中都需要谷氨酰胺。　　由核苷和无机磷酸基团合成核苷酸这一过程是通过补救途径完成的。这里的核苷可能来源于日粮、这是因为大部分的日粮核苷酸在吸收前已经变成了核苷。通过这个补救途径，核苷酸分解形成的嘌吟和嘧啶经磷酸核糖化过程还可以重新合成核苷酸。这种途径可以节省能量，并且能让那些不能从头合成核苷酸的细胞(比如白细胞、红细胞、骨髓细胞、肠道浆细胞和淋巴细胞)保持它们自身的核苷酸池(Sanderson和YoupinS，1994)。生理作用　　核糖核酸的浓度在所有细胞中都相对稳定，而脱氧核糖核酸浓度则随着细胞发育的阶段而有所变化(Barness，1994)。核苷酸是构成核酸(DNA和RNA)的基石，而且在机体内还有其它生理作用，比如提供能量(即ATP和鸟苷5’-三磷酸[GTP])，充当氧化还原反应中的辅助因子(即FAD，NAD和NADP+)，参与生理调节(即cAMP和cGMP)，运载中间活性物质(即UDP―葡萄糖、CMP-唾液酸和CDP―胆碱)和酰基基团(即CoA)。　　另外，核苷酸对免疫系统的发育、肠道微生物区系和小肠完整性都有影响。　　5.1核苷酸对免疫系统的影响在日粮中添加核苷酸对体液免疫和细胞免疫都有影响，但是目前还不能准确阐述它的机制。日粮核苷酸促进体内核苷酸池的循环，它可以刺激白细胞的生成(Kulkarni等，1994；Carver和Walker，1995)。因此，在免疫系统面临挑战期间对核苷酸的需要量增加。　　喂养核苷酸强化奶粉的婴儿免疫反应得到加强，表现为体液抗体水平升高(Fanslow等，1988；Pickering等，1995)，细胞因子生成增加(Carver等，1991)。　　在老鼠日粮中添加核苷酸也取得了类似的体内研究结果(Jyonouchi等，1993；Jyonouchi，1994)。对新出生的犊牛进行脂多糖攻击试验，在代乳日粮中添加纯核苷酸与不加的相比，免疫球蛋白G(1gG)的平均值较高(Oliver等。2002)。　　对断奶仔猪进行植物凝集素和伴刀豆球蛋白A攻击试验。结果发现，添加核苷酸分别可以提高淋巴细胞反应的50％和30％(Zomborsky-Kovacs等，1998)。这些研究都说明日粮中的核苷酸对免疫系统的发育、维持和提高都有一定作用。　　5.2核苷酸对肠道微生物区系的影响日粮中的核苷酸能促进肠道对铁的吸收，影响脂蛋白和长链多不饱和脂肪酸的代谢，并且营养肠粘膜和肝脏，降低腹泻发生率(Cosgrove、1998；Schlimme等，2000)。　　食用添加核苷酸商业配方奶的婴儿的排泄物微生群落中优势菌群为双歧杆菌(Tanaka和Mutai，1980)。而在食用未添加核苷酸商业配方奶的婴儿的排泄物微生物区系中优势菌群为肠细菌(Uauy，199)。　　这些研究说明，添加核苷酸可能会对胃肠道的微生物区系产生正面影响，可降低胃PH值，阻止病原性微生物的繁殖，从而降低腹泻发生率(Yu，1998)。　　我们近来的研究结果认为，对断奶仔猪缺乏核苷酸的饲料中添加核苷，相对于饲喂未添加核苷饲料的对照组仔猪，有益菌的数量增加，而产气荚膜芽孢梭菌的浓度降低(Mateo等，2004a)。　　5.3核苷酸对肠发育的影响日粮中的核苷可能会促进肠上皮细胞的生长和成熟，表现为粘膜蛋白和DNA的生成量增加，小肠绒毛增长以及麦芽糖酶与乳糖酶的比值提高(Uauy等1990；Carver，1994)。　　日粮核苷酸还可以刺激肠细胞的分化(Sanderson和Youping，1994)。肠外添加核酸可以促进粘膜细胞的增殖和效能，表现为粘膜湿重增加，蛋白质和DNA含量提高，肠绒毛伸长，隐窝深度不变，空肠粘膜汇合处更加紧密(Kishibuchi等，1997；TsujIaka等，1999)。　　6是否需要?　　动物在快速生长期、应激期和免疫应答期对核苷酸的需要增加。刚断奶的仔猪都要经历这三个时期。因此，预计刚刚断奶后的仔猪有着较高的核苷酸需要量。　　核苷酸的合成中需要能量和谷氨酰胺，而刚断奶的仔猪又经常缺乏这两种物质，因此在这期间，仔猪有可能不能合成足够的核苷酸。如果是这样的话，刚断奶仔猪日粮中的核苷酸可能会加快生长和／或促进健康。　　在典型的断奶仔猪日粮中，胞苷5’-―磷酸(CMP)的含量与泌乳后半期猪奶千物质中的含量接近，但是5’AMP、5’GMP、5’IMP和5’UMP的含量却远远低于猪奶(表3)。　　假设猪奶中的核苷酸浓度代表仔猪的需要量，那么就容易总结出仔猪日粮中极有可能缺乏5种核苷酸中的4种。因此，在仔猪日粮中添加这4种核苷酸会产生有益的效果。　　我们进行的体内和体外试验结果表明，在刚断奶仔猪日粮中添加核苷可使产气荚膜芽抱梭菌降低，而提高了嗜酸性乳酸杆菌和双歧杆菌数量，对胃肠道微生物区系的建立有积极作用。　　这项研究结果说明在仔猪日粮中添加核苷可能有益肠道健康，提高生长性能。　　7结论　　核苷酸是一纽结构多样的分子。它们是由戊糖与至少一个磷酸基团相连后再与氮基连接而形成的。包含细胞成分的饲升或食物都是核苷酸的潜在来源。　　核苷酸有许多生理功能，同时对胃肠道和免疫系统也有重要影响。幼畜吸收核酸后的确切代谢机制仍不清楚。与补救途径相比，体内从头合成核苷酸是一个消耗性的代谢过程，且需要谷氨酰胺。　　在快速生长发育期、患病期、受伤期或应激期，日粮中添加核苷酸会有益于动物，这是因为核苷酸可以提高免疫系统功能，保持肠道健康，并且节约能量。　　刚断奶仔猪的日粮中缺乏核苷酸，其他幼畜的日粮可能也是如此。同时，谷氨酰胺和能量的摄入，对于机体从头合成核苷酸来说也很不足。对于刚断奶的幼畜而言，一方面它们对核苷酸的需要量增加，而另一方面核苷酸以及合成核苷酸的前体物质摄入量较低，从而出现核苷酸双重不足的状况。　　需要继续进行更多的试验，以研究日粮中添加核苷酸或者核苷是否能够帮助幼畜克服这种窘境。