核苷酸的功能与用途

llppaa · 发表于 2010-9-3 10:06:29

　　核苷酸的功能与用途

　　药学委杜平中

　　核苷酸具有许多重要生理功能，从编码基因信息到信号传导都扮演重要的角色。近年来动物实验与临床研究证实，核苷酸是“半必需”或“有条件的必需”营养物质，补充核苷酸对机体产生有益的功效。本文主要对核苷酸的功能及其在食品、医药、动物饲养、水产养殖业上的应用作一概述。

　　一、核苷酸组成与生物合成

　　核苷酸(NT)是广泛存在于自然界的小分子化合物，它由嘌呤或嘧啶类碱基与脱氧核糖或核糖及1个或多个磷酸基团组成。常见的核苷酸含有单、二或三磷酸基团，如腺苷一磷酸(AMP)、腺苷二磷酸(ADP)和腺苷三磷酸(ATP)、脱氧腺苷一磷酸(dAMP)、脱氧腺苷二磷酸(dADP)和脱氧腺苷三磷酸(dATP)等。

　　核苷酸在体内有两种合成途径，它可在细胞内由氨基酸前体如谷氨酸、天冬氨酸、甘氨酸、甲酸盐及二氧化碳进行从头合成，也可由核苷酸和核酸水解的游离碱基与磷酸核糖基的补救途径来合成。补救途径比较简单、耗能少且受碱基量调节。有些组织从头合成核苷酸能力有限，需利用补救途径获得碱基如肠粘膜细胞和骨髓造血细胞。对这些快速增长组织，如内源供应不足时，NT可看成半必需营养物质，从外部食物补充，可节约细胞能量、优化功能。

　　二、核苷酸的生物代谢功能

　　核苷酸存在于微生物、动物和植物的各种细胞中，参与细胞代谢的许多生化反应，其主要功能为：

　　1、核酸前体。它是构成脱氧核糖核酸(DNA)和核糖核酸(RNA)的结构单元，DNA和RNA都含共价键结合的NT，在基因信号储存、转录和表达上起关键作用。

　　2、能量代谢。作为高能前体，腺苷三磷酸(ATP)失去磷酸基团放出能量，参与重要的耗能酶反应，并为其他NT提供磷酸基供体。

　　3、活性中间体。在生物合成途径中，核苷酸及其衍生物作为载体参与其中，如尿苷二磷酸(UDP)是合成多糖的糖基载体，UDP-葡萄糖则是糖元合成中葡萄糖供体。

　　4、辅酶的组成部分。腺苷酸是三种重要辅酶的组分：烟酰胺腺嘌呤二核苷酸(NAD)、黄素腺嘌呤二核苷酸(FAD)和辅酶A(CoA)。

　　5、生物调节剂。环腺苷酸(cAMP)是第二信使，调节重要的生物过程，ADP是正常血小板聚集的关键物质。

　　三、食源核苷酸的消化吸收和代谢

　　食物中核苷酸作为非蛋白氮化合物存在，大部分以核蛋白形式存在，在肠道内被消化酶解成核酸混合物，在胰核酸酶和磷酸二酯酶作用下，其降解成单一NT，碱式磷酸酶或肠核苷酸酶，再将磷酸基团从核苷酸水解下来生成核苷，核苷酶继续将核苷水解成游离的嘌呤和嘧啶碱基。

　　动物实验表明，只有小部分NT以游离形式被吸收。食源核酸中90%以上是以核苷和碱基形式被吸收进入肠细胞，但大部分在肝和肠细胞中被降解成尿酸，只有2-5%核苷酸及其衍生物用于组织合成核酸和NT库。

　　人母乳所含总氮量中约25-30%为非蛋白氮，其中2-5%由NT组成。母乳中NT含量随着哺乳其延长而下降，婴儿出生三个月时母乳中核苷酸含量为初乳的75%。除了NT外，人母乳中还含有核苷、核酸及核苷加合物，表达为潜在可利用核苷总量(TPAN)，世界上母乳TPAN平均水平大致相近，如美国(72 mg/L)、欧洲(68 mg/L)和亚洲(69mg/L)。不同哺乳期的TPAN值也几乎无差别。因此，TPAN值作为奶粉中添加核苷酸的参照值。

　　四、食源核苷酸的生物学功能

　　NT为“半必需”或“有条件的必需”营养物质，在食物中缺乏并不导致典型的临床缺失症状，但在机体快速生长期，营养不良、某些感染疾病状态或一些调节因素限制体内合成时，也会变成“必需”营养物质，此时摄入NT可节省机体从头合成的消耗，补充补救途径的不足，优化组织功能。

　　1、提高免疫功能。动物喂给含NT饲料，比无添加者有更大的免疫应答，增强细胞免疫和体液免疫：移植物抗宿主反应，同种移植物排斥反应，迟发皮肤超敏反应，同种抗原和有丝分裂诱导的淋巴增殖作用，自然杀伤细胞活性，巨噬细胞活性和吞噬能力，对微生物攻击的抵抗，脾脏和淋巴结产生细胞因子。

　　动物和人体试验都支持这一理论：摄入NT受限的小鼠抵御金黄色葡萄球菌和白色念珠菌的能力下降，其部分原因至少与细胞调节的免疫受损有关。与食用标准含量NT小鼠相比，没有食用NT小鼠在同种异体移植时存活时间明显延长，这表明T淋巴细胞要依靠体外NT来完善其功能。

　　有对照的双盲实验表明，喂食添加NT的婴儿配方奶的2个月大的婴儿，其NK活力与母乳喂养的婴儿相似，比不加NT组的NK活力高得多。与不添加NT组相比，添加NT组婴儿体内，经刺激后单核细胞产生的白介素-2比较高。

　　2、促进胃肠道和肝脏生长与发育。对断乳小鼠喂给核苷(NS)两周，肠道组织将产生更多粘膜蛋白质和DNA，纤毛高度和双糖酶活性增加。而且肠道受损后比不喂给NT饲料的动物更容易恢复。这表明NS通过双糖酶活性来调节的。

　　当大鼠口服NT混合物可明显减少吲哚美辛(消炎痛)诱发胃损伤60%(P<0.05)。这表明NT在各种损伤和修复模型上具有生物活性，可防止和治疗非类固醇抗炎症药物引起的损伤作用。

　　对实验诱导慢性腹泻的小鼠，添加NT可使小肠内壁增加DNA浓度、乳糖酶、麦芽糖酶和蔗糖酶活力，显示了NT的功效。辐射致使肠道受伤和肠外营养实验也说明NT有很好功效。

　　断乳小鼠食用不加NT的奶粉，其肝脏大小、功能及蛋白质合成均受影响。注射NT、NS混合物可改善肝损伤，并促进肝部切除后功能恢复。

　　3、改变肠道菌群。在母乳喂养的肠道内，双歧杆菌占主导地位，而食用配方奶粉的婴儿肠道内占主导进位的是革兰氏阴性菌。食用添加NT的配方奶粉的婴儿双歧杆菌明显增多，革兰氏阴性菌减少，其结果接近于食用母乳的婴儿。

　　6 对早产新生儿以母乳和配方奶粉不同喂养方式研究对新生儿肠道菌群的影响。结果表明，喂养前肠道菌群类似，以梭状芽孢杆菌、链球菌、克雷伯氏菌为主，开奶后母乳喂养儿以双歧杆菌为主，奶粉喂养儿显示肠道菌群类似于母乳喂养儿，但表现出明显的多态性，有双歧杆菌、梭状芽孢杆菌、链球菌、克雷伯氏菌、韦荣氏菌、沙雷氏菌等，双歧杆菌不占优势。

　　将五种NT分别加入基本培养基中，可缓慢而明显促进双歧杆菌生长，如同时加入五种NT则更大程度促进生长。

　　4、脂肪的代谢。出生四周的婴儿分成三组，一组母乳喂养，一组食用添加NT奶粉，另一组食用标准的不加NT奶粉，一个月后，与食用传统配方奶组相比，在母乳喂养组和食用添加NT组，其高密度脂蛋白含量几乎一样高，极低密度脂蛋白几乎同样低，这表明食源NT在肝或肠细胞脂蛋白的合成方面起重要作用，并可预防早期动脉硬化症的发生。与食用常规不添加NT奶粉相比，母乳喂养组和食用添加NT奶粉组，其血浆中长链多不饱和脂肪酸(PUFA)含量明显提高。这可能与NT改变肠道菌群和影响肠和肝细胞功能有关。

　　5、铁的吸收。对鼠翻转回肠的研究发现，肌苷、次黄嘌呤和尿酸可大大提高铁的吸收，在母乳中含相对较多的NT成分，可解释为什么母乳喂养婴儿吸收铁是食用配方奶的两倍多，尽管母乳中铁含量比配方奶中铁含量低。

　　五、核苷酸的的用途

　　1、奶粉添加剂。人乳被认为是喂养婴儿的黄金标准。为新生儿和婴儿提供超常的自然营养，人乳含有众多的对抗感染疾病的保护因子，并影响免疫系统的发育。人乳中潜在可利用核苷总量(TPAN)表示这些核苷酸和核酸等物质经婴儿消化后变成核苷被吸收。通常添加核苷酸来强化婴儿配方奶粉，使之接近人母乳的TPAN含量。

　　NT对早产婴儿免疫系统有作用。Navarro检测了早产婴儿前3个月内NT对Ig合成的影响。16个婴儿随机分成对照组和加少量核苷酸(20mg/L)奶粉组，结果喂养20-30天和3个月时含用NT奶粉婴儿的IgM量要比对照组高(P<0.05和P<0.01)。IgA量也比对照组高。

　　NT对顺产儿免疫系统发育也产生有益影响。健康顺产儿随机分成食用不加NT奶粉(含有10mg/L固有NT)和加72mg/L(TPAN水平)NT两组(121个与124个)，另一组用母乳喂养作为参照。婴儿在2、4、6个月时用白喉类毒素、b型流感嗜血杆菌变种和口服脊髓灰质炎病毒疫苗进行免疫，在6、7和12个月时检测免疫反应，发现在7个月时喂食NT奶粉组比对照组对抗体反应强的多(P<0.05)而对口服脊髓灰质炎病毒疫苗无影响，另外，总IgE或牛奶蛋白特异性IgE也无差异，说明NT不引起过敏反应。

　　同样另一健康婴儿随机对照临床试验。分成配方奶粉NT添加组(n=98,NT33.5mg/L)和配方奶粉对照组(n=102, 固有NT10mg/L)，在7个月时，NT添加组对破伤风类毒素的抗体反应比对照组高(P<0.03)，对白喉类毒素的抗体两组仍有差异，但乙型肝炎免疫后消失，对b型流感嗜血杆菌无差异。这表明在NT此剂量下的配方奶粉只能适度改善抗体反应。

　　同样另一健康婴儿随机对照临床试验。分成配方奶粉NT添加组(n=98,NT33.5mg/L)和配方奶粉对照组(n=102, 固有NT10mg/L)，在7个月时，NT添加组对破伤风类毒素的抗体反应比对照组高(P<0.03)，对白喉类毒素的抗体两组仍有差异，但乙型肝炎免疫后消失，对b型流感嗜血杆菌无差异。这表明在NT此剂量下的配方奶粉只能适度改善抗体反应。

　　核苷酸加强型配方奶在抵御婴儿感染痢疾方面也有作用。380名12个月大的婴儿进行多中心随机对照实验，婴儿分成食用不加NT奶粉组(含10mg/L固有NT)和加NT组(TPAN量72mg/L)，结果336名婴儿参与评价，NT组在8-28周的婴儿感染痢疾风险明显降低(25.4%, P<0.05)，在28-48周的婴儿感染痢疾风险更低(14.2%, P<0.06)，并且IgA水平明显升高(P<0.05)。

　　由于NT促进婴儿免疫系统的发育成熟，降低细菌感染风险，无论对早产婴儿还是顺产婴儿都非常有益，目前30多个国家的婴儿奶粉已加入TPAN水平的核苷酸。日本1965年允许婴儿奶粉中添加NT。随后西班牙1983年，美国1988年先后允许添加。欧共体和美国对TPAN的添加水平进行建议，一般为33.5-72mg/L，最高为107mg/L。

　　2、鱼虾类饲料的添加剂

　　核苷酸作为一种新型饲料添加剂，在水产养殖业中的研究不超过25年，近年研究表明外源性NT在鱼类和甲壳类发育的早期阶段可促进生长，通过孵育良种，强化幼鱼品质，改变肠结构，增加应激耐受以及调节先天性和获得性免疫反应。鱼类喂给添加NT的饲料普遍增强对病毒、细菌和寄生虫感染的抵抗力，一般对各种不同鱼种都产生相当一致的有益作用。

　　对产卵期鳕鱼，饲料中添加NT后，添加NT组的鳕鱼卵的存活率比未添加组高30%，且幼鱼内脏发育好、个体也更大。对饲料中添加NT和不添加NT的两组石斑鱼，分别注入经福尔马林灭活的病原体海豚链球菌(S.iniae)，发现添加NT组的石斑鱼产生抗体是未添加组的3倍。

　　水产养殖中添加NT的最大优点是增强鱼类对养殖环境的适应性，如水体质量、养殖密度与方式等耐受性，这可能与NT抑制鱼类体内皮质醇激素释放有关。对虹鳟鱼投喂日粮NT90-120天，能降低虹鳟鱼血浆皮质醇水平和鱼胰腺坏死病毒的感染性，NT使鱼应激减少，增强鱼类疾病抵抗力。

　　对饲料添加NT和不添加NT的两组鲑鱼，注入传染性鲑鱼贫血症病毒(ISA)，结果添加NT组鲑鱼死亡率35.7%，未添加NT组为48%，两者差异显着。对虹鳟鱼以胰腺坏死病毒感染，分别投喂添加NT和未添加NT的日粮60天，结果添加NT组仍然存活，未添加NT组全部死亡。

　　对鱼类养殖中NT最佳添加剂量仍在研究探索之中，添加过量会导致体内尿酸偏高，影响其他营养摄入，并产生毒性。如在虹鳟鱼饲料中添加0.6、2.5、5.0g/kg 外源NT，饲用37天后，0.6g/kg和2.5g/kg组鱼体生长速度快，饲料利用率高，而5.0g/kg组生长受阻。

　　以0.2%NT添加入对虾饲料中，投喂斑节对虾6周，结果发现无论大虾还是小虾，添加NT组的血球总数增加，与对照组相比，年幼小虾组超过100%，大虾组大于30%，促进对虾生长发育。

　　3、在动物饲养中的营养作用。NT作为半必需营养物质，当机体在快速生长期或者一些器官与组织内源性NT不能满足需要时，适当添加NT，对于维持动物免疫系统正常功能，促进胃肠道发育，改善肝功能与脂类代谢等有重要影响。在猪或禽类的饲料中添加核苷酸可达到促进生长，提高饲料利用率，增强抗病能力和改善肉质的目的。

　　在无核苷酸饲料中添中单一NT(如AMP，GMP或UMP)可增加免疫球蛋白水平。添加NT饲料代替牛奶喂养新生牛犊，用脂多糖(LPS)攻击，结果与未添加者相比，有更高的水平。对断奶的小猪，添加NT可分别增加淋巴细胞对植物血凝素和刀豆蛋白A攻击的刺激作用达50%和30%。对于用致病性大肠杆菌感染的猪，喂养添加NuPro(一种富含约5%核苷酸的酵母抽提物)，作为NT来源，与对照组相比，减少腹泻，增加体重，提高饲料转化率。这些结果表明，核苷酸在免疫系统的发育、维持和增强方面起作用。

　　在牛犊牛奶替代物中添加来自酵母抽提物NT，与未添加对照组相比，改善肠道卫生，提高粪便记分。在小猪，对缺血-再灌注引发的炎症反应，与人奶中相类似量的NT喂给后，对肠腔有保护作用。

　　对于新生断奶小猪，处于快速生长期，面临刺激和免疫损伤时，NT需求上升。刚断奶小猪因NT合成耗能和谷氨酰胺不足，不可能合成足够的NT，因此，在断奶小猪的标准饲料中，必须补充NT，因为标准饲料中，除胞苷酸水平接近猪母奶外，其他核苷酸(AMP,GMP,IMP和UMP)含量要低得多。

　　4、新型苦味封阻剂。在罐头食品加工过程中会产生苦味，一般添加甜味剂如阿斯巴甜并不能压倒苦味的感觉，腺苷酸(AMP)是通过封阻苦味感觉受体本身而不是用其他物质掩盖苦味的一种苦味阻封剂。AMP能封阻味觉蛋白(gustducin)，一种口腔中味觉受体释放的蛋白质，为354个氨基酸蛋白，在苦、甜、鲜味信号传导中发挥作用，通过味觉蛋白将舌上味蕾受体与效应子连接起来。当小鼠敲掉味觉蛋白基因，就对甜味剂的敏感性下降。美国FDA批准AMP作为苦味封阻剂，预计在食品饮料和医药方面有广泛的应用前景，如咖啡饮料中添加后减少苦味，对特别苦的药物如用于治疗艾滋病或儿童的液体药物，加入AMP将生产出更适口的剂型。

　　5、强力增鲜剂。肌苷酸钠(IMP)和鸟苷酸钠(GMP)混合物作为增鲜剂用于食品加工和家庭烹调食品。当2--5%的IMP和GMP与不同比例谷氨酸钠混合制成高级调味品，称为强力味精。其鲜味比一般味精高出40-100倍，且风味更好，它可直接加入鱼、肉、海产品和方便面等到食品中，也可作为特鲜酱油、鸡精调味品的主要成分。市场销售量很大。

　　6、医药应用。核苷酸具有许多生理功能，它可直接作为治疗药如腺苷三磷酸(ATP)和胞苷三磷酸(CTP)用于治疗心脏功能不全，脑动脉化及肌肉萎缩等症，或作为能量合剂补充机体的不足。NT也可作为药物中间体制造治疗脑外伤的胞二磷胆碱，抗癌药物阿糖胞苷等。

　　人体感染疱疹病毒，腺苷酸(AMP)血象水平持续低下，给予AMP可减少复发率。人体感染疱疹病人，每隔日肌注AMP，共9-12次。治疗前唇疱疹平均每年复发率为6.3，其中20例经历5年以上的复发。治疗后损害迅速治愈，在随访的1-2年中，23例仍无复发(63.9%)，其余13例只有1次轻度发作，损害部位局限且持续时间只有2-3天。对10例单纯疱疹病人肌肉注射AMP，连续10次，大多数病人复发频度减少，其作用机制还不清楚。