日糧核苷酸對動物腸道健康和免疫功能的影響及其在養豬生產中的應用

紀勇成， 李佳穎， 譚成全， 印遇龍，2， 鄧近平*

（1.華南農業大學動物科學學院，廣東廣州 510642；2.中國科學院亞熱帶農業生態研究所，湖南長沙 410125）

核苷酸是生物體內一種重要的小分子化合物，在許多生理過程中發揮著關鍵作用（Rudolph，1994）。由于動物機體能夠通過內源途徑從頭合成各種核苷酸以滿足機體需要，因此核苷酸一度被認為是非必需營養素。然而，后續深入的研究表明，在哺乳動物中，與營養代謝吸收相關的腸道細胞，參與免疫反應的淋巴細胞、紅細胞、白細胞、骨髓細胞從頭合成核苷酸的能力有限，需要依靠核苷酸前體物質合成或現有的核苷酸以滿足需要（Kulkarni等，1994）。并且當動物處于快速生長時期，或受到免疫失衡、氧化應激及腸道損傷情況下，體內從頭合成的核苷酸也不能滿足機體需要，此時更依賴于外源核苷酸，因此，核苷酸又被稱作“半必需營養素”或 “條件性必需營養素”（Sánchez-Pozo 和 Gil，2002）。

1 核苷酸的來源

核苷酸由磷酸基團、戊糖及雜環堿基構成。含有細胞成分的食品和飼料原料中都含有核苷酸，其中富含蛋白質的食物（例如動物內臟、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）試驗發現，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變化。而且通過對仔豬教槽料和母豬乳中核苷酸含量進行比較，發現二者核苷酸含量（表2）存在巨大差異，這提示斷奶仔豬日糧更應注意外源核苷酸的補充，以緩解仔豬斷奶后的應激并促進其快速生長。

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。進入體內的核蛋白，在腸道蛋白水解酶的作用下轉化為核酸（DNA和RNA）和小肽（Carver和 Walker，1995），核酸又被胰核酸酶進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一步降解為游離的嘌呤或嘧啶堿基 （Sanderson和 He，1994），供機體利用。

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物具有較強的吸收能力（Bronk 和 Hastewell，1987）。 由于核苷酸通過細胞膜的能力有限，所以日糧核苷酸主要以核苷的形式被機體吸收（Sanderson 和 He，1994），90%以上的核苷和堿基被吸收進入小腸上皮細胞（Sauer等，2011），小腸上皮細胞吸收核苷通過兩種轉運方式：協助擴散和依賴Na+的主動轉運（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）可進入肝門靜脈，這些分子被攜帶到肝臟進一步代謝。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，這些產物均隨尿液排出體外（Thorell等，1996；Carver和 Walker，1995）。

內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生在肝臟中，這一合成過程比較復雜，而且需要大量的能量（Carver和Walker，1995）。 補救合成途徑是機體內的磷酸戊糖和外源核酸、核苷酸水解產生的自由堿基發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胞（如：腸道細胞、白細胞、淋巴細胞等），利用外源提供的核苷酸進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平衡，對動物的示蹤研究表明，有2%～5%的核苷酸進入小腸、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胞內核苷酸池的代謝調控（Quan和Barness，1990）。當提供了日糧核苷后，補救合成途徑就會被加強（圖2A），而當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，核苷酸池的代謝調節

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育的影響 腸道細胞更新速率快，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%的核苷酸產品后，14日齡時發現，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防和恢復作用。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后發現，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?。?2%和16%），并顯著地高于未添加組。Che等（2016）研究指出，宮內發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）在水產動物的研究中指出，比目魚飼料中添加核苷酸，使其遠端腸道中腸細胞高度增加，有助于腸道結構的改善。

然而，也有研究顯示，日糧中添加核苷酸對腸道形態沒有影響。Sauer等（2012）每天在斷奶仔豬日糧中添加1.34 g核苷酸發現，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生明顯改變。值得注意的是，在該試驗中并沒有發現仔豬腹瀉的情況。如前所述，當動物處于特定的情況時（如：應激、疾?。?，日糧核苷酸才可能成為必需營養素 （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。

核苷酸還可以通過影響腸細胞增殖、提高腸酶活性等方式促進腸道細胞生長發育，從而改善腸道健康。He等（1993）用小腸上皮細胞IEC-6進行體外試驗，研究外源核苷酸對腸細胞分裂及分化的影響，結果表明，在體外正常培養條件下添加核苷酸，可以促進IEC-6腸上皮細胞的增殖、分化，且在谷氨酸或谷氨酰胺和必需氨基酸缺乏時，添加核苷酸能促進小腸上皮細胞的增殖。Holen等（2004）研究表明，核苷酸能夠促進腸細胞增殖，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）也得到了相同的結果，并觀察到IEC-6細胞系中麥芽糖酶活性升高，且在早期斷奶大鼠的體內試驗中發現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%的核苷酸產品后發現，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胞成熟的標志物，這意味著日糧核苷酸促進了腸道細胞生長發育及成熟。

日糧核苷酸可通過改善腸道形態發育，促進腸細胞增殖，提高腸酶活性，進而提高營養物質消化率。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物的仔豬對干物質（DM）、粗蛋白質（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，表明營養物質利用率得到了明顯提高。并且該研究發現，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，進一步揭示飼喂核苷酸可提高營養物質的消化吸收（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，發現兩種單核苷酸均能提高紅海鯛對營養物質（干物質、蛋白質、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 腸道微生物群對機體有著十分重要的作用，能夠調節腸道的代謝、營養、免疫和屏障功能，并可以預防消化道疾?。–ompare等，2012）。腸毒性大腸桿菌可以黏附于腸道黏膜表面，并產生腸毒素，從而導致腹瀉（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）發現，當測試核苷酸產品作為抗生素的可能替代物時，核苷酸似乎通過穩定回腸中的微生物群來調節斷奶仔豬的腸道微生態。Cai等（2016）在預防大鼠酒精性肝損傷的研究中發現，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系來促進酒精肝損傷的修復。在體外試驗中，核苷酸對腸道細菌的影響也得到了驗證。Tanaka等（1980）體外研究發現，向培養基中加入核苷酸，促進了雙歧桿菌的生長。Sauer等（2010）在將核苷酸添加到培養基后發現，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，促進腸細胞增殖，提高腸酶活性從而促進腸道發育，提高動物對營養物質的消化吸收；另一方面，日糧核苷酸還可以影響腸道微生物區系，抑制有害細菌增殖并促進有益菌的生長，調節腸道微生物菌群，最終達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小鼠的細胞免疫減弱，而在其日糧中添加核苷酸后，小鼠的淋巴細胞增殖能力提高，并達到正常組水平，這說明通過外源補充核苷酸可以恢復小鼠的細胞免疫。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）研究發現，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胞亞群細胞數量，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后發現，添加組仔豬血漿中IgA的濃度明顯高于未添加組。有研究發現，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胞產生1型和2型細胞因子，從而加強腸道B細胞分化為漿細胞并合成和分泌IgA。Domeneghini等（2004）研究發現，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淋巴組織（GALT）淋巴細胞和腸道細胞的凋亡，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，宮內發育遲緩的仔豬血清中免疫球蛋白含量明顯偏低，機體的先天性免疫功能發育不成熟，而通過飼喂添加核苷酸日糧可顯著提高其外周血單核細胞數量及血清IgA的含量，并上調先天性免疫相關的基因 （TLR-9、TLR-4、TOLLIP）以及緊密連接蛋白（Claudin-1、ZO-1）在回腸中的表達（Che等，2016）。表明日糧核苷酸能夠增強腸道機械屏障功能，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，其通過促進淋巴細胞增殖、IFN-γ的分泌來增強細胞免疫；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；通過增強巨噬細胞吞噬能力，提高NK細胞活性來增強機體的非特異性免疫，最終使機體的免疫功能得到增強。

日糧核苷酸對于動物的炎癥反應也有影響。在斷奶仔豬日糧中添加核苷酸后發現，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是由巨噬細胞產生的促炎細胞因子，參與局部和全身的炎癥反應。由此可知，日糧中添加核苷酸使仔豬的炎癥反應降低。研究報道，日糧核苷酸可以影響外周血單核細胞因子的表達，該研究在哺乳期仔豬日糧中添加核苷酸，斷奶時發現添加組仔豬的白細胞介素（IL）-6的表達降低，而IFN-γ和IL-10的表達升高。結果表明，在斷奶前開始補充核苷酸可以改善斷奶仔豬對應激的適應能力，增強生長性能（Superchi等，2012）。 Cai等（2016）研究發現，酒精處理后的小鼠血漿脂多糖（LPS）及炎癥細胞因子 TNF-α、IL-6和 IL-12的水平顯著升高，機體炎癥反應加強。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相關的toll樣受體 4（TLR4）、核因子-κB（NF-κB）在肝臟組織中的表達量下降。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。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，從而降低機體的炎癥反應。

5 日糧核苷酸在養豬生產上的應用

日糧核苷酸添加量的不同，會導致其在養豬生產中產生不同的作用效果（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物時，對仔豬的生長性能沒有顯著影響，但當添加量為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性能的影響

日糧核苷酸添加階段的不同，也會對其在養豬生產中的作用效果產生影響。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的核苷酸發現，平均日增重、平均日采食量均沒有明顯變化。而Weaver等（2014）從仔豬斷奶當天至斷奶后28 d向其日糧中添加了同樣劑量的核苷酸，結果顯示，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，使其在養豬生產中發揮最優的作用效果，進而提高母豬和仔豬的生產性能。

6 小結

大多數研究表明，日糧核苷酸對腸道發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激的母豬和仔豬尤為重要，可預防仔豬腹瀉、促進仔豬生長、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，已經得到較廣泛應用，但在母豬中的應用較少，需要進一步研究。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理還需要進一步深入研究。