核苷酸对幼猪的营养作用

核苷酸对幼猪的营养作用吴文中　译自《Feedstuff s》2004年11月22日11～14页 李　莉　校 动物在快速生长期间、应激期间以及免疫抑制期间对核苷酸的需要量会升高。

刚断奶的仔猪会遭遇到所有这些因素,因而会对核苷酸有很高的需要量。

对人类营养的研究已经表明,通过非经肠途径以及通过婴儿配方奶给予核苷酸,可改善婴儿的肠道健康和免疫系统的发育。

与此形成对照的是,有关核苷酸需要量以及核苷酸在幼猪免疫系统和肠道组织发育中作用的资料却非常有限。

本文的目的是回顾当前有关核苷酸在幼畜的作用和功能方面的知识。

核苷酸的生物化学核苷酸是一类普遍存在的分子,有着多种多样的结构。

核苷酸由一个含氮的碱基链接一个戊糖构成,其上至少还附着一个磷酸基(见图1)。

戊糖可以是核糖核酸(RNA)的核糖,也可以是脱氧核糖核酸(D NA)的2’-脱氧核糖(见图1)。

含氮碱基可以是嘌啉或者嘧啶。

嘧啶碱基由六元环构成,分为尿嘧啶核苷、胞嘧啶和胸腺嘧啶(表1)。

嘌啉碱基还有一个五元环,其由腺嘌啉、鸟嘌啉和次黄嘌啉构成。

磷酸基团可以是一磷酸、二磷酸或三磷酸,并且与戊糖的C-5’羟基发生酯化(Rudolph,1994)。

核苷酸失去磷酸基团时就称为核苷。

许多核苷酸分子在相邻核糖单元的3’位和5’位通过磷酸二酯键结合在一起,就成为多聚核苷酸,也就是核酸。

核酸与蛋白质相结合就成为核蛋白。

饲料中的核苷酸核苷酸,尤其是次黄嘌啉核苷5’-一磷酸(即“肌苷”),主要存在于富含蛋白质的饲料中(C arver和W alker,1995)。

一般来说,含细胞成分的饲料原料就可能是日粮核苷酸源,其存在形式是核蛋白。

器官的肉质、禽肉和海产动物都是核蛋白的优良来源(K ojima ,1974;Clifford 和Story ,1976;B ar 2ness ,1994)。

单细胞蛋白质、面包酵母、啤酒酵母以及酵母提取物,都有较高的核苷酸含量(Maloney ,1998;Ingledew,1999;Tibbets ,2002)。

饲料的常规分析项目并不包括核苷酸分析,但有些原料的成分数据中包含了核苷酸(表2)。

大多数常用饲料原料的核苷酸含量都比较低。

哺乳动物乳汁中的核苷酸含量有种特异性,大多数核苷酸的含量在泌乳期不同阶段都有变化(Johke ,1963;Gil 和Sanchez -Medina ,1981;Gil 和Sanchez ,1982;Mateo 等,2004b)。

由于乳汁中核苷酸含量存在种间差异,所以异种动物的核苷酸需要量就可能不同,但当前还没有关于动物对核苷酸需要量的数据。

在应激和快速生长期间,核苷酸的需要量会增加。

因此,各种动物在刚断奶后的一段时间内会有较高的核苷酸需要量。

笔者所在实验室当前的研究即在于证实这一假设。

代 谢日粮中的核蛋白、核苷酸和核酸需要在酶的作用下水解后才能被机体吸收,因为只有核苷、碱基和很少量的核苷酸能被吸收。

这一过程发生在小肠内。

核酸内切酶、磷酸二酯酶以及核苷磷酸化酶是参与这一过程的主要的酶(图2)。

这些酶来自小肠的刷状缘上皮(M arkiew icz ,1983;Moley 等,1987)、胰液(Weickman等,1981)和胆汁(H oldsw orth 和Coleman,1975)。

十二指肠具有最大的吸收能力(B ronk和H astew ell,1987)。

在生理条件下,核苷酸穿过肠细胞微绒毛膜的能力有限(Sanderson和Youping, 1994),。

核苷酸还含带有高负电荷的磷酸基团,这会阻碍核苷酸的吸收。

因此,核苷是嘌啉和嘧啶进入肠细胞的主要载体。

核苷输送入肠细胞的过程是通过扩散作用以及通过特异性钠离子依赖性载体介导的机制完成的。

(B ronl和H astew ell,1987)。

这个过程相当有效,据认为90%以上的日粮核苷和碱基可被吸收入肠细胞(Salati等,1984;U auy,1989)。

日粮核苷酸和核苷以及内源核苷酸和核苷的部分产物,会从肠细胞进入肝门静脉。

这些分子被送到肝细胞内供进一步代谢。

日粮的和内源的核苷酸和核苷会从肝脏被释放入血液并进入肌肉组织。

如果这些产物不被利用来生产核苷酸或不被吸收入特定的组织,那么嘌啉碱基和嘧啶碱基就会被分解为尿酸和β-丙氨酸或者β-氨基异丁酸(Rudolph, 1994;C arver和W alker,1995;Thorell等, 1996)。

在禽类和灵长类动物,尿酸通过尿液排泄,但在非灵长类哺乳动物则尿酸会在尿酸酶的作用下进一步代谢为尿囊素。

尿囊素则通过尿液排泄出体外。

嘧啶的分解产物是β-丙氨酸和β-氨基异丁酸,这二种产物会再进一步代谢为氨、二氧化碳和乙酰辅酶A。

核苷酸的合成只要有了所需的前体,人类和动物都能通过从头合成的途径而从头合成核苷酸。

这一过程发生在肝细胞中,其中存在所有参与嘌啉和嘧啶合成的酶。

次黄嘌啉核苷5’-一磷酸(IMP)是从α-D-核糖-5-磷酸通过11个反应步骤合成的。

谷氨酸在这一过程中是氮供体。

甘氨酸、天冬氨酸和四氢叶酸衍生物是IMP合成所需的其它前体。

腺嘌啉核苷5’-一磷酸(AMP)和鸟嘌啉核苷5’-一磷酸(G MP)随后分别从腺苷酸基琥珀酸和黄嘌啉核苷一磷酸形成(R odw ell,2000)。

嘧啶合成的前体是氨甲酰磷酸和天冬氨酸。

尿嘧啶核苷5’-一磷酸(UMP)是通过有6个反应的过程形成的。

UMP的脱磷酸化产生尿嘧啶核苷5’-二磷酸(UMP),U DP又会转变为胞嘧啶核苷5’-一磷酸(CMP)或者胸腺嘧啶核苷5’-一磷酸(TMP)。

CMP和TMP的合成分别需要谷氨酸和N5N10-亚甲-叶酸(R odw ell, 2000)。

嘌啉核苷酸和嘧啶核苷酸的从头合成在代谢上的代价很高,需要腺嘌啉核苷5’-三磷酸(ATP)提供相当大量的能量。

此外,这二个合成反应都需要谷氨酸。

从核苷和无机磷酸基团合成核苷酸是通过补救途径完成的。

补救途径中所用的核苷可来自日粮,因为大多数日粮核苷酸都分解成核苷才被吸收。

从核苷酸分解过程中形成的嘌啉和嘧啶也可通过补救途径重新合成核苷酸。

这一途径可节约能量,并可允许不能从头合成的细胞(比如白细胞、红细胞、骨髓细胞、肠道粘膜细胞和淋巴细胞)保持其核苷酸含量(Sanderson和Youping,1994)。

生理作用所有细胞中的核糖核苷酸含量都比较稳定,但脱氧核糖核苷酸的含量则随细胞周期阶段的不同而不同(B arness,1994)。

核苷酸是核酸(D NA和RNA)的建筑材料。

然而,核苷酸在体内还有生理作用,比如可用作能量源(ATP和鸟嘌啉核苷5’-三磷酸)、氧化和还原反应中的辅助因子(FAD、NAD+和NADP+)、生理调节因子(cAMP 和c G MP)以及携带活化的中间代谢产物(U DP-葡萄糖、CMP-唾液酸和CDP-胆碱)以及酰基团(辅酶A)。

此外,还已证明,核苷酸可影响免疫系统的发育,可影响肠道菌群,还可影响小肠的完整性。

核苷酸对免疫系统的作用日粮核苷酸与体液免疫力和细胞免疫力都有关,但确切的机理还不清楚。

日粮核苷酸能向血液提供核苷以刺激白细胞的生产(K urkarni等, 1994;C arver和W alker,1995)。

因此,机体在遭到免疫攻击期间会有较高的核苷酸需要量。

婴儿喂以添加了核苷酸的配方奶会有较好的免疫应答,表现在体液抗体应答增强(F anshow等, 1988;Pickering等,1998)和细胞因子产量增加(C arver等,1991)。

Jyonouchi等(1993)和Jyonouchi(1994)报告了小鼠活体试验也对日粮添加核苷酸有类似反应。

对新生公牛犊用脂多糖进行攻击,而在其吃的代乳品中添加纯制核苷酸,结果这些牛犊的免疫球蛋白平均水平通常都高于未添加核苷酸的对照牛犊(Oliver等,2002)。

对受到植物血凝素和伴刀豆球蛋白-A攻击的断奶仔猪日粮中添加核苷酸,分别使淋巴细胞刺激增强了50%和30%(Zombrosky-K ovacs等, 1998)。

这些研究的结果表明,日粮核苷酸源在免疫系统的发育、维持和增强中起着一定的作用。

核苷酸对肠道菌群的作用日粮核苷酸可增强肠道对铁的吸收,可影响脂蛋白和长链不饱和脂肪酸的代谢,对肠道粘膜有亲和效应,并可降低腹泻的发生率(Cosgrov,1998; Schlimme等,2000)。

婴儿喂以添加了核苷酸的商品配方奶,其粪菌群中以双歧杆菌占优势(T anaka和Mutai,1980);在商品奶中未添加核苷酸的婴儿,粪菌群中则以肠杆菌占优势(U auy,1994)。

这些研究的结果表明,添加核苷酸可对胃肠道菌群产生有利影响,这可导致胃中pH值降低因而抑制病原菌的增殖,这可从腹泻发生率降低中得到印证(Yu,1998)。

笔者所在实验室最近的结果表明,刚断奶的仔猪喂以缺乏核苷酸但添加了核苷的日粮,肠道中有益菌类的数量增加而产气荚膜梭状芽孢杆菌的数量减少(与日粮中未添加核苷的断奶仔猪相比) (Mateo等,2004a)。

核苷酸对肠道发育的作用日粮核苷可促进肠道上皮细胞的生长和成熟,表现为粘膜蛋白质形成增加、D NA增加、小肠绒毛增高以及麦芽糖酶对乳糖酶的比率增高(U auy 等,1990;C arver,1994)。

日粮核苷酸还可刺激肠细胞的分化(S anderson 和Youping,1994)。

以非经肠途径给予核酸有利于粘膜细胞的增殖和功能,表现为粘膜的重量和粘膜中蛋白质和DN A的含量增加,绒毛高度增加,但隐窝深度并未增加,空肠粘膜紧密连接部的宽度变窄(K ishibu chi等,1997;T sujinak a等,1999)。

究竟是否需要外源核苷酸动物在快速生长期、在遭受应激的期间以及在免疫抑制期间,对核苷酸的需要量会增加。

刚断奶的仔猪会遭遇到所有这些因素,因而可以预期仔猪在刚断奶后的一段时间内会有较高的核苷酸需要量。

由于核苷酸的合成需要能量和谷氨酸,而新断奶的仔猪又缺乏能量和谷氨酸,所以仔猪在这段时间内也许不能合成足量的核苷酸。

如果情况确实如此,那就可以预期日粮核苷酸对于新断奶仔猪具有促进生长和增进健康的作用。

在典型的断奶仔猪保育期日粮中,胞嘧啶核苷5’-一磷酸(5’CMP)的浓度接近于母猪泌乳期后半期奶中干物质内所见的浓度,但5’AMP 、5’G MP 、5’IMP 和5’UMP 的浓度比母猪奶中的浓度低得多(表3)。

假定母猪奶中的核苷酸浓度可代表仔猪的需要量,就可很方便地算出:幼猪保育期日粮可能缺乏五种核苷酸中的四种。

因此,在这样的日粮中添加一些核苷酸可能是有益的。

笔者所在实验室的体内和体外实验都表明,在刚断奶后的一段时间内向日粮中添加核苷酸可对胃肠道菌群产生有利影响:减少产气荚膜梭状芽孢杆菌而增加嗜酸乳杆菌和双歧杆菌。