日糧核苷酸對動物腸道健康和免疫功能的影響及其在養(yǎng)豬生產(chǎn)中的應(yīng)用

紀(jì)勇成， 李佳穎， 譚成全， 印遇龍，2， 鄧近平*

（1.華南農(nóng)業(yè)大學(xué)動物科學(xué)學(xué)院，廣東廣州 510642；2.中國科學(xué)院亞熱帶農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所，湖南長沙 410125）

核苷酸是生物體內(nèi)一種重要的小分子化合物，在許多生理過程中發(fā)揮著關(guān)鍵作用（Rudolph，1994）。由于動物機(jī)體能夠通過內(nèi)源途徑從頭合成各種核苷酸以滿足機(jī)體需要，因此核苷酸一度被認(rèn)為是非必需營養(yǎng)素。然而，后續(xù)深入的研究表明，在哺乳動物中，與營養(yǎng)代謝吸收相關(guān)的腸道細(xì)胞，參與免疫反應(yīng)的淋巴細(xì)胞、紅細(xì)胞、白細(xì)胞、骨髓細(xì)胞從頭合成核苷酸的能力有限，需要依靠核苷酸前體物質(zhì)合成或現(xiàn)有的核苷酸以滿足需要（Kulkarni等，1994）。并且當(dāng)動物處于快速生長時期，或受到免疫失衡、氧化應(yīng)激及腸道損傷情況下，體內(nèi)從頭合成的核苷酸也不能滿足機(jī)體需要，此時更依賴于外源核苷酸，因此，核苷酸又被稱作“半必需營養(yǎng)素”或 “條件性必需營養(yǎng)素”（Sánchez-Pozo 和 Gil，2002）。

1 核苷酸的來源

核苷酸由磷酸基團(tuán)、戊糖及雜環(huán)堿基構(gòu)成。含有細(xì)胞成分的食品和飼料原料中都含有核苷酸，其中富含蛋白質(zhì)的食物（例如動物內(nèi)臟、海鮮和豆類）中，核苷酸的含量較高 （Hess和Greenberg，2012），主要以核蛋白的結(jié)合形式存在，利用率較低（Schloerb，2001）。而酵母蛋白源，如啤酒酵母、面包酵母中含有較多易吸收的核苷酸（Tibbetts，2002）。常用飼料原料中核苷酸的含量見表 1（Mateo 等，2004）。

表1 常用飼料原料中核苷酸含量mg/g

不同種類哺乳動物乳中的核苷酸含量存在差異，這表明不同動物對核苷酸的需要量也可能有所不同。Mateo等（2004）試驗發(fā)現(xiàn)，哺乳期母豬乳汁中的 5 種核苷酸（5'AMP、5'CMP、5'GMP、5'IMP和5'UMP）含量隨時間的推移而改變，這也表明母豬和仔豬對于核苷酸的需求存在著動態(tài)變化。而且通過對仔豬教槽料和母豬乳中核苷酸含量進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)二者核苷酸含量（表2）存在巨大差異，這提示斷奶仔豬日糧更應(yīng)注意外源核苷酸的補充，以緩解仔豬斷奶后的應(yīng)激并促進(jìn)其快速生長。

表2 仔豬日糧和母豬乳中核苷酸含量mg/kg

2 核苷酸的消化、吸收及代謝

日糧中的核苷酸主要以核蛋白的形式存在，其消化吸收過程如圖1所示。進(jìn)入體內(nèi)的核蛋白，在腸道蛋白水解酶的作用下轉(zhuǎn)化為核酸（DNA和RNA）和小肽（Carver和 Walker，1995），核酸又被胰核酸酶進(jìn)一步降解為單核苷酸、雙核苷酸及三核苷酸的混合物，這些核苷酸混合物在各種酶的共同作用下，最終生成單核苷酸。單核苷酸被腸道內(nèi)腔中的堿性磷酸酶和核苷酸酶水解為核苷和磷酸，部分核苷可在核苷酶的作用下被進(jìn)一步降解為游離的嘌呤或嘧啶堿基 （Sanderson和 He，1994），供機(jī)體利用。

核苷酸的主要吸收部位在小腸上段，十二指腸對核苷酸及其消化產(chǎn)物具有較強的吸收能力（Bronk 和 Hastewell，1987）。 由于核苷酸通過細(xì)胞膜的能力有限，所以日糧核苷酸主要以核苷的形式被機(jī)體吸收（Sanderson 和 He，1994），90%以上的核苷和堿基被吸收進(jìn)入小腸上皮細(xì)胞（Sauer等，2011），小腸上皮細(xì)胞吸收核苷通過兩種轉(zhuǎn)運方式：協(xié)助擴(kuò)散和依賴Na+的主動轉(zhuǎn)運（Sanderson和 He，1994）。

圖1 核苷酸的消化吸收

日糧核苷酸和核苷降解之后形成的嘌呤和嘧啶堿基（腺嘌呤、胞嘧啶、鳥嘌呤、次黃嘌呤、尿嘧啶或胸腺嘧啶）可進(jìn)入肝門靜脈，這些分子被攜帶到肝臟進(jìn)一步代謝。嘌呤堿基被分解代謝為尿酸，嘧啶堿基最終降解代謝為NH3、CO2、β-丙氨酸及β-氨基異丁酸，這些產(chǎn)物均隨尿液排出體外（Thorell等，1996；Carver和 Walker，1995）。

內(nèi)源合成核苷酸可以分為從頭合成和補救合成兩個途徑。在從頭合成途徑中，機(jī)體利用天冬氨酸、甘氨酸、谷氨酰胺、四氫葉酸衍生物和CO2這些簡單的原料從頭逐步連接形成核苷酸。從頭合成途徑主要發(fā)生在肝臟中，這一合成過程比較復(fù)雜，而且需要大量的能量（Carver和Walker，1995）。 補救合成途徑是機(jī)體內(nèi)的磷酸戊糖和外源核酸、核苷酸水解產(chǎn)生的自由堿基發(fā)生磷酸戊糖化從而形成核苷酸，補救合成比從頭合成簡單，消耗的能量少（Gil和Uauy，1995）。對于一些不能從頭合成或從頭合成能力有限的細(xì)胞（如：腸道細(xì)胞、白細(xì)胞、淋巴細(xì)胞等），利用外源提供的核苷酸進(jìn)行補救合成是重要的合成途徑（Carver和 Walker，1995）。

核苷酸的合成和分解代謝存在著動態(tài)平衡，對動物的示蹤研究表明，有2%～5%的核苷酸進(jìn)入小腸、肝臟和骨骼肌的核苷酸代謝池中（Savaiano和Clifford，1978）。有研究報道，日糧核苷酸可以影響腸道細(xì)胞內(nèi)核苷酸池的代謝調(diào)控（Quan和Barness，1990）。當(dāng)提供了日糧核苷后，補救合成途徑就會被加強（圖2A），而當(dāng)無日糧核苷酸提供的條件下，從頭合成途徑被加強（圖2B）。因腸道細(xì)胞從頭合成核苷酸的能力有限，且耗能大。因此外源添加核苷酸以促進(jìn)補救合成途徑來滿足腸道對核苷酸的需求就顯得十分必要。

圖2 有無日糧核苷酸情況下，核苷酸池的代謝調(diào)節(jié)

3 日糧核苷酸對腸道健康的影響

3.1 日糧核苷酸對腸道發(fā)育的影響 腸道細(xì)胞更新速率快，且從頭合成核苷酸的能力弱，對外源核苷酸的需求較大。研究指出外源添加核苷酸對動物腸道的生長發(fā)育和成熟具有積極的影響（Carver，1994）。

有研究報道，在斷奶仔豬日糧中添加富含核苷酸的酵母蛋白濃縮物后，仔豬十二指腸的絨毛高度得到顯著提高 （Moore等，2011）。Jung等（2012）在幼齡肉雞日糧中分別添加0.2%和0.6%的核苷酸產(chǎn)品后，14日齡時發(fā)現(xiàn)，添加組肉雞的腸道絨毛高度均顯著高于未添加組，并且添加0.2%組的肉雞絨隱比較對照組顯著提高。同時也有研究報道，日糧核苷酸對斷奶仔豬腸道絨毛萎縮具有預(yù)防和恢復(fù)作用。Martinez-Puig等（2007）給斷奶仔豬飼喂添加核苷酸（1000 mg/kg和2000 mg/kg）的日糧，7 d后發(fā)現(xiàn)，未飼喂核苷酸的仔豬空腸的絨毛高度與未斷奶組相比下降了39%，而飼喂核苷酸的仔豬空腸絨毛高度下降的幅度明顯變小（22%和16%），并顯著地高于未添加組。Che等（2016）研究指出，宮內(nèi)發(fā)育遲緩的仔豬與正常出生仔豬相比，十二指腸的絨毛高度及絨隱比顯著降低，而飼喂含有核苷酸的日糧后，其十二指腸絨毛高度顯著提高，預(yù)防了腸道絨毛萎縮。Domeneghini等（2004）給斷奶仔豬飲食中添加核苷酸，增加了回腸絨毛高度和隱窩深度，降低了二者比率。Peng等（2013）在水產(chǎn)動物的研究中指出，比目魚飼料中添加核苷酸，使其遠(yuǎn)端腸道中腸細(xì)胞高度增加，有助于腸道結(jié)構(gòu)的改善。

然而，也有研究顯示，日糧中添加核苷酸對腸道形態(tài)沒有影響。Sauer等（2012）每天在斷奶仔豬日糧中添加1.34 g核苷酸發(fā)現(xiàn)，與未添加組相比，添加組仔豬的腸道絨毛高度和隱窩深度都沒有發(fā)生明顯改變。值得注意的是，在該試驗中并沒有發(fā)現(xiàn)仔豬腹瀉的情況。如前所述，當(dāng)動物處于特定的情況時（如：應(yīng)激、疾?。?，日糧核苷酸才可能成為必需營養(yǎng)素 （Sánchez-Pozo和 Gil，2002），這說明對外源核苷酸是否需求，可能與動物體的健康狀況有關(guān)。

核苷酸還可以通過影響腸細(xì)胞增殖、提高腸酶活性等方式促進(jìn)腸道細(xì)胞生長發(fā)育，從而改善腸道健康。He等（1993）用小腸上皮細(xì)胞IEC-6進(jìn)行體外試驗，研究外源核苷酸對腸細(xì)胞分裂及分化的影響，結(jié)果表明，在體外正常培養(yǎng)條件下添加核苷酸，可以促進(jìn)IEC-6腸上皮細(xì)胞的增殖、分化，且在谷氨酸或谷氨酰胺和必需氨基酸缺乏時，添加核苷酸能促進(jìn)小腸上皮細(xì)胞的增殖。Holen等（2004）研究表明，核苷酸能夠促進(jìn)腸細(xì)胞增殖，并且可以彌補因谷氨酰氨不足和腸局部缺血帶來的影響。Sato等（1999）也得到了相同的結(jié)果，并觀察到IEC-6細(xì)胞系中麥芽糖酶活性升高，且在早期斷奶大鼠的體內(nèi)試驗中發(fā)現(xiàn)了較高的小腸蔗糖酶活性。Lee等（2007）在斷奶豬的飲食中補充0.1%的核苷酸產(chǎn)品后發(fā)現(xiàn)，胃蛋白酶和空腸堿性磷酸酶活性增加。Che等（2016）研究指出，在斷奶仔豬日糧中添加核苷酸后，其腸道中乳糖酶、麥芽糖酶的活性顯著提高，且蔗糖酶活性也有升高的趨勢。以上這些酶都是腸細(xì)胞成熟的標(biāo)志物，這意味著日糧核苷酸促進(jìn)了腸道細(xì)胞生長發(fā)育及成熟。

日糧核苷酸可通過改善腸道形態(tài)發(fā)育，促進(jìn)腸細(xì)胞增殖，提高腸酶活性，進(jìn)而提高營養(yǎng)物質(zhì)消化率。Shen等（2009）報道，與對照組相比，飼喂添加5 g/kg富含核苷酸的酵母培養(yǎng)物的仔豬對干物質(zhì)（DM）、粗蛋白質(zhì)（CP）的表觀消化率顯著提高。也有研究報道，斷奶仔豬飼喂添加核苷酸的日糧后，料肉比顯著降低，表明營養(yǎng)物質(zhì)利用率得到了明顯提高。并且該研究發(fā)現(xiàn)，飼喂核苷酸日糧可顯著提高仔豬血漿中D-木糖的濃度以及小腸PEPT 1基因的表達(dá)，進(jìn)一步揭示飼喂核苷酸可提高營養(yǎng)物質(zhì)的消化吸收（Che等，2016）。此外，分別向幼年紅海鯛日糧中加入不同水平的GMP和AMP后，發(fā)現(xiàn)兩種單核苷酸均能提高紅海鯛對營養(yǎng)物質(zhì)（干物質(zhì)、蛋白質(zhì)、脂肪）的表觀消化率，且AMP添加量為0.2%，GMP添加量為0.2%、0.4%、0.8%時，有顯著差異（Hossain 等，2016）。

3.2 日糧核苷酸對腸道微生物的影響 腸道微生物群對機(jī)體有著十分重要的作用，能夠調(diào)節(jié)腸道的代謝、營養(yǎng)、免疫和屏障功能，并可以預(yù)防消化道疾病（Compare等，2012）。腸毒性大腸桿菌可以黏附于腸道黏膜表面，并產(chǎn)生腸毒素，從而導(dǎo)致腹瀉（Thiagarajah等，2015）。雙歧桿菌等有益菌可以降低腸道pH，抑制大腸桿菌等酸敏感性致病菌的增殖，減少腹瀉的發(fā)生 （Bach Knudsen等，2012）。研究指出，日糧核苷酸可以抑制腸道有害菌（大腸桿菌、魏氏梭菌）增殖并促進(jìn)有益菌（乳酸桿菌、雙歧桿菌）生長，從而維持腸道菌群平衡（潘樹德等，2008）。Andre's-Elias等（2007）發(fā)現(xiàn)，當(dāng)測試核苷酸產(chǎn)品作為抗生素的可能替代物時，核苷酸似乎通過穩(wěn)定回腸中的微生物群來調(diào)節(jié)斷奶仔豬的腸道微生態(tài)。Cai等（2016）在預(yù)防大鼠酒精性肝損傷的研究中發(fā)現(xiàn)，核苷酸處理的大鼠比酒精處理的大鼠具有更高的厚壁菌門豐度和更低的擬桿菌門豐度，提高了腸道微生物的多樣性，并推測核苷酸通過影響腸道微生物區(qū)系來促進(jìn)酒精肝損傷的修復(fù)。在體外試驗中，核苷酸對腸道細(xì)菌的影響也得到了驗證。Tanaka等（1980）體外研究發(fā)現(xiàn)，向培養(yǎng)基中加入核苷酸，促進(jìn)了雙歧桿菌的生長。Sauer等（2010）在將核苷酸添加到培養(yǎng)基后發(fā)現(xiàn)，致病性大腸桿菌PS37的生長受到抑制。

綜上，日糧核苷酸主要是通過以下兩方面改善動物腸道健康：一方面，日糧核苷酸可以通過改善腸道形態(tài)，促進(jìn)腸細(xì)胞增殖，提高腸酶活性從而促進(jìn)腸道發(fā)育，提高動物對營養(yǎng)物質(zhì)的消化吸收；另一方面，日糧核苷酸還可以影響腸道微生物區(qū)系，抑制有害細(xì)菌增殖并促進(jìn)有益菌的生長，調(diào)節(jié)腸道微生物菌群，最終達(dá)到改善腸道健康的目的。

4 日糧核苷酸對免疫功能的影響

核苷酸對免疫功能影響的研究較為廣泛。在小鼠的免疫研究中，Xu等（2013）報道，無核苷酸飲食使BALB/c小鼠的細(xì)胞免疫減弱，而在其日糧中添加核苷酸后，小鼠的淋巴細(xì)胞增殖能力提高，并達(dá)到正常組水平，這說明通過外源補充核苷酸可以恢復(fù)小鼠的細(xì)胞免疫。Mashiko等（2009）對新生犢牛免疫的研究顯示，日糧中添加UMP后，小?；啬c黏膜IgA的濃度顯著高于對照組，提高了外周血單核細(xì)胞（PBMC）的增殖力并提高了干擾素-γ（IFN-γ）的濃度。Superchi等（2012）研究發(fā)現(xiàn)，與對照組相比，仔豬日糧中添加0.1%的核苷酸可以增加淋巴細(xì)胞亞群細(xì)胞數(shù)量，提高仔豬的免疫功能。Weaver等（2014）報道，在斷奶仔豬日糧中添加0.2 g/kg和0.5 g/kg的IMP，21 d后發(fā)現(xiàn)，添加組仔豬血漿中IgA的濃度明顯高于未添加組。有研究發(fā)現(xiàn)，日糧中添加核苷酸可以提高仔豬血漿中IgA濃度（Sauer等，2012；Lee等，2007）。 升高的 IgA 可能是由于添加日糧核苷酸增強派爾集合淋巴細(xì)胞產(chǎn)生1型和2型細(xì)胞因子，從而加強腸道B細(xì)胞分化為漿細(xì)胞并合成和分泌IgA。Domeneghini等（2004）研究發(fā)現(xiàn)，與對照組相比，添加日糧核苷酸顯著增加了豬回腸的黏膜厚度并減少了腸道相關(guān)淋巴組織（GALT）淋巴細(xì)胞和腸道細(xì)胞的凋亡，表明回腸的吸收和防御功能在添加核苷酸后得到改善。有研究報道，與正常仔豬相比，宮內(nèi)發(fā)育遲緩的仔豬血清中免疫球蛋白含量明顯偏低，機(jī)體的先天性免疫功能發(fā)育不成熟，而通過飼喂添加核苷酸日糧可顯著提高其外周血單核細(xì)胞數(shù)量及血清IgA的含量，并上調(diào)先天性免疫相關(guān)的基因 （TLR-9、TLR-4、TOLLIP）以及緊密連接蛋白（Claudin-1、ZO-1）在回腸中的表達(dá)（Che等，2016）。表明日糧核苷酸能夠增強腸道機(jī)械屏障功能，對于腸道的先天免疫功能具有積極作用。

日糧核苷酸對動物的免疫功能具有積極影響，其通過促進(jìn)淋巴細(xì)胞增殖、IFN-γ的分泌來增強細(xì)胞免疫；通過增加血液及腸道黏膜中的免疫球蛋白含量來增強體液免疫；通過增強巨噬細(xì)胞吞噬能力，提高NK細(xì)胞活性來增強機(jī)體的非特異性免疫，最終使機(jī)體的免疫功能得到增強。

日糧核苷酸對于動物的炎癥反應(yīng)也有影響。在斷奶仔豬日糧中添加核苷酸后發(fā)現(xiàn)，隨著添加量的增加，仔豬血漿中腫瘤壞死因子-α（TNF-α）的含量呈線性降低趨勢 （Weaver和Kim，2014）。TNF-α是由巨噬細(xì)胞產(chǎn)生的促炎細(xì)胞因子，參與局部和全身的炎癥反應(yīng)。由此可知，日糧中添加核苷酸使仔豬的炎癥反應(yīng)降低。研究報道，日糧核苷酸可以影響外周血單核細(xì)胞因子的表達(dá)，該研究在哺乳期仔豬日糧中添加核苷酸，斷奶時發(fā)現(xiàn)添加組仔豬的白細(xì)胞介素（IL）-6的表達(dá)降低，而IFN-γ和IL-10的表達(dá)升高。結(jié)果表明，在斷奶前開始補充核苷酸可以改善斷奶仔豬對應(yīng)激的適應(yīng)能力，增強生長性能（Superchi等，2012）。 Cai等（2016）研究發(fā)現(xiàn)，酒精處理后的小鼠血漿脂多糖（LPS）及炎癥細(xì)胞因子 TNF-α、IL-6和 IL-12的水平顯著升高，機(jī)體炎癥反應(yīng)加強。而在小鼠日糧中添加0.16%的核苷酸后，血漿LPS、TNF-α、IL-6、IL-12的水平較酒精處理組均顯著降低。并且在核苷酸添加組小鼠中觀察到與炎癥反應(yīng)相關(guān)的toll樣受體 4（TLR4）、核因子-κB（NF-κB）在肝臟組織中的表達(dá)量下降。揭示了核苷酸可能通過抑制LPS-TLR4-NF-κB信號通路從而抑制炎癥反應(yīng)。以上研究表明，日糧核苷酸可以提高抗炎因子水平，降低促炎因子水平，從而降低機(jī)體的炎癥反應(yīng)。

5 日糧核苷酸在養(yǎng)豬生產(chǎn)上的應(yīng)用

日糧核苷酸添加量的不同，會導(dǎo)致其在養(yǎng)豬生產(chǎn)中產(chǎn)生不同的作用效果（表3）。Van等（2003）研究表明，仔豬日糧中添加1.6×107cfu/g含核苷酸的酵母培養(yǎng)物時，對仔豬的生長性能沒有顯著影響，但當(dāng)添加量為2.4×107cfu/g時，仔豬的平均日增重和平均日采食量均顯著提高。Shen等（2009）在仔豬日糧中分別添加2.5、5.0、10、20 g/kg的酵母核苷酸，結(jié)果顯示，過多或過少的添加量均不能提高仔豬的生長性能，當(dāng)添加量為5.0 g/kg時，仔豬的平均日增重顯著提高。Weaver等（2014）研究結(jié)果顯示，仔豬日糧中添加200、500、1000 mg/kg的IMP均可以提高仔豬的平均日采食量、平均日增重。而當(dāng)添加量為1000 mg/kg時，效果最顯著。

表3 日糧中添加核苷酸對豬生產(chǎn)性能的影響

日糧核苷酸添加階段的不同，也會對其在養(yǎng)豬生產(chǎn)中的作用效果產(chǎn)生影響。仔豬斷奶～斷奶后28 d階段向日糧中添加500 mg/kg核苷酸，對仔豬的體重和采食量均沒有顯著影響（Domeneghini等，2004）。在斷奶前7 d～斷奶后14 d向仔豬日糧中添加500 mg/kg的核苷酸，顯著提高了豬只的體重和采食量 （Zomborszkykovács 等，2000）。Martinez-Puig等（2007）在仔豬斷奶至斷奶后14 d向其日糧中添加1000 mg/kg的核苷酸發(fā)現(xiàn)，平均日增重、平均日采食量均沒有明顯變化。而Weaver等（2014）從仔豬斷奶當(dāng)天至斷奶后28 d向其日糧中添加了同樣劑量的核苷酸，結(jié)果顯示，仔豬的平均日增重、平均日采食量均得到顯著提高。

綜上，當(dāng)日糧核苷酸作為飼料添加劑添加至母豬或仔豬日糧中時，要選擇合適的添加量和添加階段，使其在養(yǎng)豬生產(chǎn)中發(fā)揮最優(yōu)的作用效果，進(jìn)而提高母豬和仔豬的生產(chǎn)性能。

6 小結(jié)

大多數(shù)研究表明，日糧核苷酸對腸道發(fā)育和免疫功能具有有益的影響。日糧核苷酸對處于快速生長以及受到免疫應(yīng)激的母豬和仔豬尤為重要，可預(yù)防仔豬腹瀉、促進(jìn)仔豬生長、提高母豬的繁殖性能。日糧核苷酸作為添加劑在仔豬日糧中，已經(jīng)得到較廣泛應(yīng)用，但在母豬中的應(yīng)用較少，需要進(jìn)一步研究。并且對于核苷酸的添加時間、不同生理階段核苷酸的添加量、各種單核苷酸的添加比例以及核苷酸對母豬和仔豬性能影響的作用機(jī)理還需要進(jìn)一步深入研究。