日粮核苷酸对动物肠道健康和免疫功能的影响及其在养猪生产中的应用

纪勇成， 李佳颖， 谭成全， 印遇龙，2， 邓近平*

（1.华南农业大学动物科学学院，广东广州 510642；2.中国科学院亚热带农业生态研究所，湖南长沙 410125）

核苷酸是生物体内一种重要的小分子化合物，在许多生理过程中发挥着关键作用（Rudolph，1994）。由于动物机体能够通过内源途径从头合成各种核苷酸以满足机体需要，因此核苷酸一度被认为是非必需营养素。然而，后续深入的研究表明，在哺乳动物中，与营养代谢吸收相关的肠道细胞，参与免疫反应的淋巴细胞、红细胞、白细胞、骨髓细胞从头合成核苷酸的能力有限，需要依靠核苷酸前体物质合成或现有的核苷酸以满足需要（Kulkarni等，1994）。并且当动物处于快速生长时期，或受到免疫失衡、氧化应激及肠道损伤情况下，体内从头合成的核苷酸也不能满足机体需要，此时更依赖于外源核苷酸，因此，核苷酸又被称作“半必需营养素”或 “条件性必需营养素”（Sánchez-Pozo 和 Gil，2002）。

1 核苷酸的来源

核苷酸由磷酸基团、戊糖及杂环碱基构成。含有细胞成分的食品和饲料原料中都含有核苷酸，其中富含蛋白质的食物（例如动物内脏、海鲜和豆类）中，核苷酸的含量较高 （Hess和Greenberg，2012），主要以核蛋白的结合形式存在，利用率较低（Schloerb，2001）。而酵母蛋白源，如啤酒酵母、面包酵母中含有较多易吸收的核苷酸（Tibbetts，2002）。常用饲料原料中核苷酸的含量见表 1（Mateo 等，2004）。

表1 常用饲料原料中核苷酸含量mg/g

不同种类哺乳动物乳中的核苷酸含量存在差异，这表明不同动物对核苷酸的需要量也可能有所不同。Mateo等（2004）试验发现，哺乳期母猪乳汁中的 5 种核苷酸（5'AMP、5'CMP、5'GMP、5'IMP和5'UMP）含量随时间的推移而改变，这也表明母猪和仔猪对于核苷酸的需求存在着动态变化。而且通过对仔猪教槽料和母猪乳中核苷酸含量进行比较，发现二者核苷酸含量（表2）存在巨大差异，这提示断奶仔猪日粮更应注意外源核苷酸的补充，以缓解仔猪断奶后的应激并促进其快速生长。

表2 仔猪日粮和母猪乳中核苷酸含量mg/kg

2 核苷酸的消化、吸收及代谢

日粮中的核苷酸主要以核蛋白的形式存在，其消化吸收过程如图1所示。进入体内的核蛋白，在肠道蛋白水解酶的作用下转化为核酸（DNA和RNA）和小肽（Carver和 Walker，1995），核酸又被胰核酸酶进一步降解为单核苷酸、双核苷酸及三核苷酸的混合物，这些核苷酸混合物在各种酶的共同作用下，最终生成单核苷酸。单核苷酸被肠道内腔中的碱性磷酸酶和核苷酸酶水解为核苷和磷酸，部分核苷可在核苷酶的作用下被进一步降解为游离的嘌呤或嘧啶碱基 （Sanderson和 He，1994），供机体利用。

核苷酸的主要吸收部位在小肠上段，十二指肠对核苷酸及其消化产物具有较强的吸收能力（Bronk 和 Hastewell，1987）。 由于核苷酸通过细胞膜的能力有限，所以日粮核苷酸主要以核苷的形式被机体吸收（Sanderson 和 He，1994），90%以上的核苷和碱基被吸收进入小肠上皮细胞（Sauer等，2011），小肠上皮细胞吸收核苷通过两种转运方式：协助扩散和依赖Na+的主动转运（Sanderson和 He，1994）。

图1 核苷酸的消化吸收

日粮核苷酸和核苷降解之后形成的嘌呤和嘧啶碱基（腺嘌呤、胞嘧啶、鸟嘌呤、次黄嘌呤、尿嘧啶或胸腺嘧啶）可进入肝门静脉，这些分子被携带到肝脏进一步代谢。嘌呤碱基被分解代谢为尿酸，嘧啶碱基最终降解代谢为NH3、CO2、β-丙氨酸及β-氨基异丁酸，这些产物均随尿液排出体外（Thorell等，1996；Carver和 Walker，1995）。

内源合成核苷酸可以分为从头合成和补救合成两个途径。在从头合成途径中，机体利用天冬氨酸、甘氨酸、谷氨酰胺、四氢叶酸衍生物和CO2这些简单的原料从头逐步连接形成核苷酸。从头合成途径主要发生在肝脏中，这一合成过程比较复杂，而且需要大量的能量（Carver和Walker，1995）。 补救合成途径是机体内的磷酸戊糖和外源核酸、核苷酸水解产生的自由碱基发生磷酸戊糖化从而形成核苷酸，补救合成比从头合成简单，消耗的能量少（Gil和Uauy，1995）。对于一些不能从头合成或从头合成能力有限的细胞（如：肠道细胞、白细胞、淋巴细胞等），利用外源提供的核苷酸进行补救合成是重要的合成途径（Carver和 Walker，1995）。

核苷酸的合成和分解代谢存在着动态平衡，对动物的示踪研究表明，有2%～5%的核苷酸进入小肠、肝脏和骨骼肌的核苷酸代谢池中（Savaiano和Clifford，1978）。有研究报道，日粮核苷酸可以影响肠道细胞内核苷酸池的代谢调控（Quan和Barness，1990）。当提供了日粮核苷后，补救合成途径就会被加强（图2A），而当无日粮核苷酸提供的条件下，从头合成途径被加强（图2B）。因肠道细胞从头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进补救合成途径来满足肠道对核苷酸的需求就显得十分必要。

图2 有无日粮核苷酸情况下，核苷酸池的代谢调节

3 日粮核苷酸对肠道健康的影响

3.1 日粮核苷酸对肠道发育的影响 肠道细胞更新速率快，且从头合成核苷酸的能力弱，对外源核苷酸的需求较大。研究指出外源添加核苷酸对动物肠道的生长发育和成熟具有积极的影响（Carver，1994）。

有研究报道，在断奶仔猪日粮中添加富含核苷酸的酵母蛋白浓缩物后，仔猪十二指肠的绒毛高度得到显著提高 （Moore等，2011）。Jung等（2012）在幼龄肉鸡日粮中分别添加0.2%和0.6%的核苷酸产品后，14日龄时发现，添加组肉鸡的肠道绒毛高度均显著高于未添加组，并且添加0.2%组的肉鸡绒隐比较对照组显著提高。同时也有研究报道，日粮核苷酸对断奶仔猪肠道绒毛萎缩具有预防和恢复作用。Martinez-Puig等（2007）给断奶仔猪饲喂添加核苷酸（1000 mg/kg和2000 mg/kg）的日粮，7 d后发现，未饲喂核苷酸的仔猪空肠的绒毛高度与未断奶组相比下降了39%，而饲喂核苷酸的仔猪空肠绒毛高度下降的幅度明显变小（22%和16%），并显著地高于未添加组。Che等（2016）研究指出，宫内发育迟缓的仔猪与正常出生仔猪相比，十二指肠的绒毛高度及绒隐比显著降低，而饲喂含有核苷酸的日粮后，其十二指肠绒毛高度显著提高，预防了肠道绒毛萎缩。Domeneghini等（2004）给断奶仔猪饮食中添加核苷酸，增加了回肠绒毛高度和隐窝深度，降低了二者比率。Peng等（2013）在水产动物的研究中指出，比目鱼饲料中添加核苷酸，使其远端肠道中肠细胞高度增加，有助于肠道结构的改善。

然而，也有研究显示，日粮中添加核苷酸对肠道形态没有影响。Sauer等（2012）每天在断奶仔猪日粮中添加1.34 g核苷酸发现，与未添加组相比，添加组仔猪的肠道绒毛高度和隐窝深度都没有发生明显改变。值得注意的是，在该试验中并没有发现仔猪腹泻的情况。如前所述，当动物处于特定的情况时（如：应激、疾病），日粮核苷酸才可能成为必需营养素 （Sánchez-Pozo和 Gil，2002），这说明对外源核苷酸是否需求，可能与动物体的健康状况有关。

核苷酸还可以通过影响肠细胞增殖、提高肠酶活性等方式促进肠道细胞生长发育，从而改善肠道健康。He等（1993）用小肠上皮细胞IEC-6进行体外试验，研究外源核苷酸对肠细胞分裂及分化的影响，结果表明，在体外正常培养条件下添加核苷酸，可以促进IEC-6肠上皮细胞的增殖、分化，且在谷氨酸或谷氨酰胺和必需氨基酸缺乏时，添加核苷酸能促进小肠上皮细胞的增殖。Holen等（2004）研究表明，核苷酸能够促进肠细胞增殖，并且可以弥补因谷氨酰氨不足和肠局部缺血带来的影响。Sato等（1999）也得到了相同的结果，并观察到IEC-6细胞系中麦芽糖酶活性升高，且在早期断奶大鼠的体内试验中发现了较高的小肠蔗糖酶活性。Lee等（2007）在断奶猪的饮食中补充0.1%的核苷酸产品后发现，胃蛋白酶和空肠碱性磷酸酶活性增加。Che等（2016）研究指出，在断奶仔猪日粮中添加核苷酸后，其肠道中乳糖酶、麦芽糖酶的活性显著提高，且蔗糖酶活性也有升高的趋势。以上这些酶都是肠细胞成熟的标志物，这意味着日粮核苷酸促进了肠道细胞生长发育及成熟。

日粮核苷酸可通过改善肠道形态发育，促进肠细胞增殖，提高肠酶活性，进而提高营养物质消化率。Shen等（2009）报道，与对照组相比，饲喂添加5 g/kg富含核苷酸的酵母培养物的仔猪对干物质（DM）、粗蛋白质（CP）的表观消化率显著提高。也有研究报道，断奶仔猪饲喂添加核苷酸的日粮后，料肉比显著降低，表明营养物质利用率得到了明显提高。并且该研究发现，饲喂核苷酸日粮可显著提高仔猪血浆中D-木糖的浓度以及小肠PEPT 1基因的表达，进一步揭示饲喂核苷酸可提高营养物质的消化吸收（Che等，2016）。此外，分别向幼年红海鲷日粮中加入不同水平的GMP和AMP后，发现两种单核苷酸均能提高红海鲷对营养物质（干物质、蛋白质、脂肪）的表观消化率，且AMP添加量为0.2%，GMP添加量为0.2%、0.4%、0.8%时，有显著差异（Hossain 等，2016）。

3.2 日粮核苷酸对肠道微生物的影响 肠道微生物群对机体有着十分重要的作用，能够调节肠道的代谢、营养、免疫和屏障功能，并可以预防消化道疾病（Compare等，2012）。肠毒性大肠杆菌可以黏附于肠道黏膜表面，并产生肠毒素，从而导致腹泻（Thiagarajah等，2015）。双歧杆菌等有益菌可以降低肠道pH，抑制大肠杆菌等酸敏感性致病菌的增殖，减少腹泻的发生 （Bach Knudsen等，2012）。研究指出，日粮核苷酸可以抑制肠道有害菌（大肠杆菌、魏氏梭菌）增殖并促进有益菌（乳酸杆菌、双歧杆菌）生长，从而维持肠道菌群平衡（潘树德等，2008）。Andre's-Elias等（2007）发现，当测试核苷酸产品作为抗生素的可能替代物时，核苷酸似乎通过稳定回肠中的微生物群来调节断奶仔猪的肠道微生态。Cai等（2016）在预防大鼠酒精性肝损伤的研究中发现，核苷酸处理的大鼠比酒精处理的大鼠具有更高的厚壁菌门丰度和更低的拟杆菌门丰度，提高了肠道微生物的多样性，并推测核苷酸通过影响肠道微生物区系来促进酒精肝损伤的修复。在体外试验中，核苷酸对肠道细菌的影响也得到了验证。Tanaka等（1980）体外研究发现，向培养基中加入核苷酸，促进了双歧杆菌的生长。Sauer等（2010）在将核苷酸添加到培养基后发现，致病性大肠杆菌PS37的生长受到抑制。

综上，日粮核苷酸主要是通过以下两方面改善动物肠道健康：一方面，日粮核苷酸可以通过改善肠道形态，促进肠细胞增殖，提高肠酶活性从而促进肠道发育，提高动物对营养物质的消化吸收；另一方面，日粮核苷酸还可以影响肠道微生物区系，抑制有害细菌增殖并促进有益菌的生长，调节肠道微生物菌群，最终达到改善肠道健康的目的。

4 日粮核苷酸对免疫功能的影响

核苷酸对免疫功能影响的研究较为广泛。在小鼠的免疫研究中，Xu等（2013）报道，无核苷酸饮食使BALB/c小鼠的细胞免疫减弱，而在其日粮中添加核苷酸后，小鼠的淋巴细胞增殖能力提高，并达到正常组水平，这说明通过外源补充核苷酸可以恢复小鼠的细胞免疫。Mashiko等（2009）对新生犊牛免疫的研究显示，日粮中添加UMP后，小牛回肠黏膜IgA的浓度显著高于对照组，提高了外周血单核细胞（PBMC）的增殖力并提高了干扰素-γ（IFN-γ）的浓度。Superchi等（2012）研究发现，与对照组相比，仔猪日粮中添加0.1%的核苷酸可以增加淋巴细胞亚群细胞数量，提高仔猪的免疫功能。Weaver等（2014）报道，在断奶仔猪日粮中添加0.2 g/kg和0.5 g/kg的IMP，21 d后发现，添加组仔猪血浆中IgA的浓度明显高于未添加组。有研究发现，日粮中添加核苷酸可以提高仔猪血浆中IgA浓度（Sauer等，2012；Lee等，2007）。 升高的 IgA 可能是由于添加日粮核苷酸增强派尔集合淋巴细胞产生1型和2型细胞因子，从而加强肠道B细胞分化为浆细胞并合成和分泌IgA。Domeneghini等（2004）研究发现，与对照组相比，添加日粮核苷酸显著增加了猪回肠的黏膜厚度并减少了肠道相关淋巴组织（GALT）淋巴细胞和肠道细胞的凋亡，表明回肠的吸收和防御功能在添加核苷酸后得到改善。有研究报道，与正常仔猪相比，宫内发育迟缓的仔猪血清中免疫球蛋白含量明显偏低，机体的先天性免疫功能发育不成熟，而通过饲喂添加核苷酸日粮可显著提高其外周血单核细胞数量及血清IgA的含量，并上调先天性免疫相关的基因 （TLR-9、TLR-4、TOLLIP）以及紧密连接蛋白（Claudin-1、ZO-1）在回肠中的表达（Che等，2016）。表明日粮核苷酸能够增强肠道机械屏障功能，对于肠道的先天免疫功能具有积极作用。

日粮核苷酸对动物的免疫功能具有积极影响，其通过促进淋巴细胞增殖、IFN-γ的分泌来增强细胞免疫；通过增加血液及肠道黏膜中的免疫球蛋白含量来增强体液免疫；通过增强巨噬细胞吞噬能力，提高NK细胞活性来增强机体的非特异性免疫，最终使机体的免疫功能得到增强。

日粮核苷酸对于动物的炎症反应也有影响。在断奶仔猪日粮中添加核苷酸后发现，随着添加量的增加，仔猪血浆中肿瘤坏死因子-α（TNF-α）的含量呈线性降低趋势 （Weaver和Kim，2014）。TNF-α是由巨噬细胞产生的促炎细胞因子，参与局部和全身的炎症反应。由此可知，日粮中添加核苷酸使仔猪的炎症反应降低。研究报道，日粮核苷酸可以影响外周血单核细胞因子的表达，该研究在哺乳期仔猪日粮中添加核苷酸，断奶时发现添加组仔猪的白细胞介素（IL）-6的表达降低，而IFN-γ和IL-10的表达升高。结果表明，在断奶前开始补充核苷酸可以改善断奶仔猪对应激的适应能力，增强生长性能（Superchi等，2012）。 Cai等（2016）研究发现，酒精处理后的小鼠血浆脂多糖（LPS）及炎症细胞因子 TNF-α、IL-6和 IL-12的水平显著升高，机体炎症反应加强。而在小鼠日粮中添加0.16%的核苷酸后，血浆LPS、TNF-α、IL-6、IL-12的水平较酒精处理组均显著降低。并且在核苷酸添加组小鼠中观察到与炎症反应相关的toll样受体 4（TLR4）、核因子-κB（NF-κB）在肝脏组织中的表达量下降。揭示了核苷酸可能通过抑制LPS-TLR4-NF-κB信号通路从而抑制炎症反应。以上研究表明，日粮核苷酸可以提高抗炎因子水平，降低促炎因子水平，从而降低机体的炎症反应。

5 日粮核苷酸在养猪生产上的应用

日粮核苷酸添加量的不同，会导致其在养猪生产中产生不同的作用效果（表3）。Van等（2003）研究表明，仔猪日粮中添加1.6×107cfu/g含核苷酸的酵母培养物时，对仔猪的生长性能没有显著影响，但当添加量为2.4×107cfu/g时，仔猪的平均日增重和平均日采食量均显著提高。Shen等（2009）在仔猪日粮中分别添加2.5、5.0、10、20 g/kg的酵母核苷酸，结果显示，过多或过少的添加量均不能提高仔猪的生长性能，当添加量为5.0 g/kg时，仔猪的平均日增重显著提高。Weaver等（2014）研究结果显示，仔猪日粮中添加200、500、1000 mg/kg的IMP均可以提高仔猪的平均日采食量、平均日增重。而当添加量为1000 mg/kg时，效果最显著。

表3 日粮中添加核苷酸对猪生产性能的影响

日粮核苷酸添加阶段的不同，也会对其在养猪生产中的作用效果产生影响。仔猪断奶～断奶后28 d阶段向日粮中添加500 mg/kg核苷酸，对仔猪的体重和采食量均没有显著影响（Domeneghini等，2004）。在断奶前7 d～断奶后14 d向仔猪日粮中添加500 mg/kg的核苷酸，显著提高了猪只的体重和采食量 （Zomborszkykovács 等，2000）。Martinez-Puig等（2007）在仔猪断奶至断奶后14 d向其日粮中添加1000 mg/kg的核苷酸发现，平均日增重、平均日采食量均没有明显变化。而Weaver等（2014）从仔猪断奶当天至断奶后28 d向其日粮中添加了同样剂量的核苷酸，结果显示，仔猪的平均日增重、平均日采食量均得到显著提高。

综上，当日粮核苷酸作为饲料添加剂添加至母猪或仔猪日粮中时，要选择合适的添加量和添加阶段，使其在养猪生产中发挥最优的作用效果，进而提高母猪和仔猪的生产性能。

6 小结

大多数研究表明，日粮核苷酸对肠道发育和免疫功能具有有益的影响。日粮核苷酸对处于快速生长以及受到免疫应激的母猪和仔猪尤为重要，可预防仔猪腹泻、促进仔猪生长、提高母猪的繁殖性能。日粮核苷酸作为添加剂在仔猪日粮中，已经得到较广泛应用，但在母猪中的应用较少，需要进一步研究。并且对于核苷酸的添加时间、不同生理阶段核苷酸的添加量、各种单核苷酸的添加比例以及核苷酸对母猪和仔猪性能影响的作用机理还需要进一步深入研究。