核苷酸的功能與用途

llppaa · 發(fā)表于 2010-9-3 10:06:29

　　核苷酸的功能與用途

　　藥學(xué)委杜平中

　　核苷酸具有許多重要生理功能，從編碼基因信息到信號傳導(dǎo)都扮演重要的角色。近年來動物實(shí)驗(yàn)與臨床研究證實(shí)，核苷酸是“半必需”或“有條件的必需”營養(yǎng)物質(zhì)，補(bǔ)充核苷酸對機(jī)體產(chǎn)生有益的功效。本文主要對核苷酸的功能及其在食品、醫(yī)藥、動物飼養(yǎng)、水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)上的應(yīng)用作一概述。

　　一、核苷酸組成與生物合成

　　核苷酸(NT)是廣泛存在于自然界的小分子化合物，它由嘌呤或嘧啶類堿基與脫氧核糖或核糖及1個(gè)或多個(gè)磷酸基團(tuán)組成。常見的核苷酸含有單、二或三磷酸基團(tuán)，如腺苷一磷酸(AMP)、腺苷二磷酸(ADP)和腺苷三磷酸(ATP)、脫氧腺苷一磷酸(dAMP)、脫氧腺苷二磷酸(dADP)和脫氧腺苷三磷酸(dATP)等。

　　核苷酸在體內(nèi)有兩種合成途徑，它可在細(xì)胞內(nèi)由氨基酸前體如谷氨酸、天冬氨酸、甘氨酸、甲酸鹽及二氧化碳進(jìn)行從頭合成，也可由核苷酸和核酸水解的游離堿基與磷酸核糖基的補(bǔ)救途徑來合成。補(bǔ)救途徑比較簡單、耗能少且受堿基量調(diào)節(jié)。有些組織從頭合成核苷酸能力有限，需利用補(bǔ)救途徑獲得堿基如腸粘膜細(xì)胞和骨髓造血細(xì)胞。對這些快速增長組織，如內(nèi)源供應(yīng)不足時(shí)，NT可看成半必需營養(yǎng)物質(zhì)，從外部食物補(bǔ)充，可節(jié)約細(xì)胞能量、優(yōu)化功能。

　　二、核苷酸的生物代謝功能

　　核苷酸存在于微生物、動物和植物的各種細(xì)胞中，參與細(xì)胞代謝的許多生化反應(yīng)，其主要功能為：

　　1、核酸前體。它是構(gòu)成脫氧核糖核酸(DNA)和核糖核酸(RNA)的結(jié)構(gòu)單元，DNA和RNA都含共價(jià)鍵結(jié)合的NT，在基因信號儲存、轉(zhuǎn)錄和表達(dá)上起關(guān)鍵作用。

　　2、能量代謝。作為高能前體，腺苷三磷酸(ATP)失去磷酸基團(tuán)放出能量，參與重要的耗能酶反應(yīng)，并為其他NT提供磷酸基供體。

　　3、活性中間體。在生物合成途徑中，核苷酸及其衍生物作為載體參與其中，如尿苷二磷酸(UDP)是合成多糖的糖基載體，UDP-葡萄糖則是糖元合成中葡萄糖供體。

　　4、輔酶的組成部分。腺苷酸是三種重要輔酶的組分：煙酰胺腺嘌呤二核苷酸(NAD)、黃素腺嘌呤二核苷酸(FAD)和輔酶A(CoA)。

　　5、生物調(diào)節(jié)劑。環(huán)腺苷酸(cAMP)是第二信使，調(diào)節(jié)重要的生物過程，ADP是正常血小板聚集的關(guān)鍵物質(zhì)。

　　三、食源核苷酸的消化吸收和代謝

　　食物中核苷酸作為非蛋白氮化合物存在，大部分以核蛋白形式存在，在腸道內(nèi)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，其降解成單一NT，堿式磷酸酶或腸核苷酸酶，再將磷酸基團(tuán)從核苷酸水解下來生成核苷，核苷酶繼續(xù)將核苷水解成游離的嘌呤和嘧啶堿基。

　　動物實(shí)驗(yàn)表明，只有小部分NT以游離形式被吸收。食源核酸中90%以上是以核苷和堿基形式被吸收進(jìn)入腸細(xì)胞，但大部分在肝和腸細(xì)胞中被降解成尿酸，只有2-5%核苷酸及其衍生物用于組織合成核酸和NT庫。

　　人母乳所含總氮量中約25-30%為非蛋白氮，其中2-5%由NT組成。母乳中NT含量隨著哺乳其延長而下降，嬰兒出生三個(gè)月時(shí)母乳中核苷酸含量為初乳的75%。除了NT外，人母乳中還含有核苷、核酸及核苷加合物，表達(dá)為潛在可利用核苷總量(TPAN)，世界上母乳TPAN平均水平大致相近，如美國(72 mg/L)、歐洲(68 mg/L)和亞洲(69mg/L)。不同哺乳期的TPAN值也幾乎無差別。因此，TPAN值作為奶粉中添加核苷酸的參照值。

　　四、食源核苷酸的生物學(xué)功能

　　NT為“半必需”或“有條件的必需”營養(yǎng)物質(zhì)，在食物中缺乏并不導(dǎo)致典型的臨床缺失癥狀，但在機(jī)體快速生長期，營養(yǎng)不良、某些感染疾病狀態(tài)或一些調(diào)節(jié)因素限制體內(nèi)合成時(shí)，也會變成“必需”營養(yǎng)物質(zhì)，此時(shí)攝入NT可節(jié)省機(jī)體從頭合成的消耗，補(bǔ)充補(bǔ)救途徑的不足，優(yōu)化組織功能。

　　1、提高免疫功能。動物喂給含NT飼料，比無添加者有更大的免疫應(yīng)答，增強(qiáng)細(xì)胞免疫和體液免疫：移植物抗宿主反應(yīng)，同種移植物排斥反應(yīng)，遲發(fā)皮膚超敏反應(yīng)，同種抗原和有絲分裂誘導(dǎo)的淋巴增殖作用，自然殺傷細(xì)胞活性，巨噬細(xì)胞活性和吞噬能力，對微生物攻擊的抵抗，脾臟和淋巴結(jié)產(chǎn)生細(xì)胞因子。

　　動物和人體試驗(yàn)都支持這一理論：攝入NT受限的小鼠抵御金黃色葡萄球菌和白色念珠菌的能力下降，其部分原因至少與細(xì)胞調(diào)節(jié)的免疫受損有關(guān)。與食用標(biāo)準(zhǔn)含量NT小鼠相比，沒有食用NT小鼠在同種異體移植時(shí)存活時(shí)間明顯延長，這表明T淋巴細(xì)胞要依靠體外NT來完善其功能。

　　有對照的雙盲實(shí)驗(yàn)表明，喂食添加NT的嬰兒配方奶的2個(gè)月大的嬰兒，其NK活力與母乳喂養(yǎng)的嬰兒相似，比不加NT組的NK活力高得多。與不添加NT組相比，添加NT組嬰兒體內(nèi)，經(jīng)刺激后單核細(xì)胞產(chǎn)生的白介素-2比較高。

　　2、促進(jìn)胃腸道和肝臟生長與發(fā)育。對斷乳小鼠喂給核苷(NS)兩周，腸道組織將產(chǎn)生更多粘膜蛋白質(zhì)和DNA，纖毛高度和雙糖酶活性增加。而且腸道受損后比不喂給NT飼料的動物更容易恢復(fù)。這表明NS通過雙糖酶活性來調(diào)節(jié)的。

　　當(dāng)大鼠口服NT混合物可明顯減少吲哚美辛(消炎痛)誘發(fā)胃損傷60%(P<0.05)。這表明NT在各種損傷和修復(fù)模型上具有生物活性，可防止和治療非類固醇抗炎癥藥物引起的損傷作用。

　　對實(shí)驗(yàn)誘導(dǎo)慢性腹瀉的小鼠，添加NT可使小腸內(nèi)壁增加DNA濃度、乳糖酶、麥芽糖酶和蔗糖酶活力，顯示了NT的功效。輻射致使腸道受傷和腸外營養(yǎng)實(shí)驗(yàn)也說明NT有很好功效。

　　斷乳小鼠食用不加NT的奶粉，其肝臟大小、功能及蛋白質(zhì)合成均受影響。注射NT、NS混合物可改善肝損傷，并促進(jìn)肝部切除后功能恢復(fù)。

　　3、改變腸道菌群。在母乳喂養(yǎng)的腸道內(nèi)，雙歧桿菌占主導(dǎo)地位，而食用配方奶粉的嬰兒腸道內(nèi)占主導(dǎo)進(jìn)位的是革蘭氏陰性菌。食用添加NT的配方奶粉的嬰兒雙歧桿菌明顯增多，革蘭氏陰性菌減少，其結(jié)果接近于食用母乳的嬰兒。

　　6 對早產(chǎn)新生兒以母乳和配方奶粉不同喂養(yǎng)方式研究對新生兒腸道菌群的影響。結(jié)果表明，喂養(yǎng)前腸道菌群類似，以梭狀芽孢桿菌、鏈球菌、克雷伯氏菌為主，開奶后母乳喂養(yǎng)兒以雙歧桿菌為主，奶粉喂養(yǎng)兒顯示腸道菌群類似于母乳喂養(yǎng)兒，但表現(xiàn)出明顯的多態(tài)性，有雙歧桿菌、梭狀芽孢桿菌、鏈球菌、克雷伯氏菌、韋榮氏菌、沙雷氏菌等，雙歧桿菌不占優(yōu)勢。

　　將五種NT分別加入基本培養(yǎng)基中，可緩慢而明顯促進(jìn)雙歧桿菌生長，如同時(shí)加入五種NT則更大程度促進(jìn)生長。

　　4、脂肪的代謝。出生四周的嬰兒分成三組，一組母乳喂養(yǎng)，一組食用添加NT奶粉，另一組食用標(biāo)準(zhǔn)的不加NT奶粉，一個(gè)月后，與食用傳統(tǒng)配方奶組相比，在母乳喂養(yǎng)組和食用添加NT組，其高密度脂蛋白含量幾乎一樣高，極低密度脂蛋白幾乎同樣低，這表明食源NT在肝或腸細(xì)胞脂蛋白的合成方面起重要作用，并可預(yù)防早期動脈硬化癥的發(fā)生。與食用常規(guī)不添加NT奶粉相比，母乳喂養(yǎng)組和食用添加NT奶粉組，其血漿中長鏈多不飽和脂肪酸(PUFA)含量明顯提高。這可能與NT改變腸道菌群和影響腸和肝細(xì)胞功能有關(guān)。

　　5、鐵的吸收。對鼠翻轉(zhuǎn)回腸的研究發(fā)現(xiàn)，肌苷、次黃嘌呤和尿酸可大大提高鐵的吸收，在母乳中含相對較多的NT成分，可解釋為什么母乳喂養(yǎng)嬰兒吸收鐵是食用配方奶的兩倍多，盡管母乳中鐵含量比配方奶中鐵含量低。

　　五、核苷酸的的用途

　　1、奶粉添加劑。人乳被認(rèn)為是喂養(yǎng)嬰兒的黃金標(biāo)準(zhǔn)。為新生兒和嬰兒提供超常的自然營養(yǎng)，人乳含有眾多的對抗感染疾病的保護(hù)因子，并影響免疫系統(tǒng)的發(fā)育。人乳中潛在可利用核苷總量(TPAN)表示這些核苷酸和核酸等物質(zhì)經(jīng)嬰兒消化后變成核苷被吸收。通常添加核苷酸來強(qiáng)化嬰兒配方奶粉，使之接近人母乳的TPAN含量。

　　NT對早產(chǎn)嬰兒免疫系統(tǒng)有作用。Navarro檢測了早產(chǎn)嬰兒前3個(gè)月內(nèi)NT對Ig合成的影響。16個(gè)嬰兒隨機(jī)分成對照組和加少量核苷酸(20mg/L)奶粉組，結(jié)果喂養(yǎng)20-30天和3個(gè)月時(shí)含用NT奶粉嬰兒的IgM量要比對照組高(P<0.05和P<0.01)。IgA量也比對照組高。

　　NT對順產(chǎn)兒免疫系統(tǒng)發(fā)育也產(chǎn)生有益影響。健康順產(chǎn)兒隨機(jī)分成食用不加NT奶粉(含有10mg/L固有NT)和加72mg/L(TPAN水平)NT兩組(121個(gè)與124個(gè))，另一組用母乳喂養(yǎng)作為參照。嬰兒在2、4、6個(gè)月時(shí)用白喉類毒素、b型流感嗜血桿菌變種和口服脊髓灰質(zhì)炎病毒疫苗進(jìn)行免疫，在6、7和12個(gè)月時(shí)檢測免疫反應(yīng)，發(fā)現(xiàn)在7個(gè)月時(shí)喂食NT奶粉組比對照組對抗體反應(yīng)強(qiáng)的多(P<0.05)而對口服脊髓灰質(zhì)炎病毒疫苗無影響，另外，總IgE或牛奶蛋白特異性IgE也無差異，說明NT不引起過敏反應(yīng)。

　　同樣另一健康嬰兒隨機(jī)對照臨床試驗(yàn)。分成配方奶粉NT添加組(n=98,NT33.5mg/L)和配方奶粉對照組(n=102, 固有NT10mg/L)，在7個(gè)月時(shí)，NT添加組對破傷風(fēng)類毒素的抗體反應(yīng)比對照組高(P<0.03)，對白喉類毒素的抗體兩組仍有差異，但乙型肝炎免疫后消失，對b型流感嗜血桿菌無差異。這表明在NT此劑量下的配方奶粉只能適度改善抗體反應(yīng)。

　　同樣另一健康嬰兒隨機(jī)對照臨床試驗(yàn)。分成配方奶粉NT添加組(n=98,NT33.5mg/L)和配方奶粉對照組(n=102, 固有NT10mg/L)，在7個(gè)月時(shí)，NT添加組對破傷風(fēng)類毒素的抗體反應(yīng)比對照組高(P<0.03)，對白喉類毒素的抗體兩組仍有差異，但乙型肝炎免疫后消失，對b型流感嗜血桿菌無差異。這表明在NT此劑量下的配方奶粉只能適度改善抗體反應(yīng)。

　　核苷酸加強(qiáng)型配方奶在抵御嬰兒感染痢疾方面也有作用。380名12個(gè)月大的嬰兒進(jìn)行多中心隨機(jī)對照實(shí)驗(yàn)，嬰兒分成食用不加NT奶粉組(含10mg/L固有NT)和加NT組(TPAN量72mg/L)，結(jié)果336名嬰兒參與評價(jià)，NT組在8-28周的嬰兒感染痢疾風(fēng)險(xiǎn)明顯降低(25.4%, P<0.05)，在28-48周的嬰兒感染痢疾風(fēng)險(xiǎn)更低(14.2%, P<0.06)，并且IgA水平明顯升高(P<0.05)。

　　由于NT促進(jìn)嬰兒免疫系統(tǒng)的發(fā)育成熟，降低細(xì)菌感染風(fēng)險(xiǎn)，無論對早產(chǎn)嬰兒還是順產(chǎn)嬰兒都非常有益，目前30多個(gè)國家的嬰兒奶粉已加入TPAN水平的核苷酸。日本1965年允許嬰兒奶粉中添加NT。隨后西班牙1983年，美國1988年先后允許添加。歐共體和美國對TPAN的添加水平進(jìn)行建議，一般為33.5-72mg/L，最高為107mg/L。

　　2、魚蝦類飼料的添加劑

　　核苷酸作為一種新型飼料添加劑，在水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)中的研究不超過25年，近年研究表明外源性NT在魚類和甲殼類發(fā)育的早期階段可促進(jìn)生長，通過孵育良種，強(qiáng)化幼魚品質(zhì)，改變腸結(jié)構(gòu)，增加應(yīng)激耐受以及調(diào)節(jié)先天性和獲得性免疫反應(yīng)。魚類喂給添加NT的飼料普遍增強(qiáng)對病毒、細(xì)菌和寄生蟲感染的抵抗力，一般對各種不同魚種都產(chǎn)生相當(dāng)一致的有益作用。

　　對產(chǎn)卵期鱈魚，飼料中添加NT后，添加NT組的鱈魚卵的存活率比未添加組高30%，且幼魚內(nèi)臟發(fā)育好、個(gè)體也更大。對飼料中添加NT和不添加NT的兩組石斑魚，分別注入經(jīng)福爾馬林滅活的病原體海豚鏈球菌(S.iniae)，發(fā)現(xiàn)添加NT組的石斑魚產(chǎn)生抗體是未添加組的3倍。

　　水產(chǎn)養(yǎng)殖中添加NT的最大優(yōu)點(diǎn)是增強(qiáng)魚類對養(yǎng)殖環(huán)境的適應(yīng)性，如水體質(zhì)量、養(yǎng)殖密度與方式等耐受性，這可能與NT抑制魚類體內(nèi)皮質(zhì)醇激素釋放有關(guān)。對虹鱒魚投喂日糧NT90-120天，能降低虹鱒魚血漿皮質(zhì)醇水平和魚胰腺壞死病毒的感染性，NT使魚應(yīng)激減少，增強(qiáng)魚類疾病抵抗力。

　　對飼料添加NT和不添加NT的兩組鮭魚，注入傳染性鮭魚貧血癥病毒(ISA)，結(jié)果添加NT組鮭魚死亡率35.7%，未添加NT組為48%，兩者差異顯著。對虹鱒魚以胰腺壞死病毒感染，分別投喂添加NT和未添加NT的日糧60天，結(jié)果添加NT組仍然存活，未添加NT組全部死亡。

　　對魚類養(yǎng)殖中NT最佳添加劑量仍在研究探索之中，添加過量會導(dǎo)致體內(nèi)尿酸偏高，影響其他營養(yǎng)攝入，并產(chǎn)生毒性。如在虹鱒魚飼料中添加0.6、2.5、5.0g/kg 外源NT，飼用37天后，0.6g/kg和2.5g/kg組魚體生長速度快，飼料利用率高，而5.0g/kg組生長受阻。

　　以0.2%NT添加入對蝦飼料中，投喂斑節(jié)對蝦6周，結(jié)果發(fā)現(xiàn)無論大蝦還是小蝦，添加NT組的血球總數(shù)增加，與對照組相比，年幼小蝦組超過100%，大蝦組大于30%，促進(jìn)對蝦生長發(fā)育。

　　3、在動物飼養(yǎng)中的營養(yǎng)作用。NT作為半必需營養(yǎng)物質(zhì)，當(dāng)機(jī)體在快速生長期或者一些器官與組織內(nèi)源性NT不能滿足需要時(shí)，適當(dāng)添加NT，對于維持動物免疫系統(tǒng)正常功能，促進(jìn)胃腸道發(fā)育，改善肝功能與脂類代謝等有重要影響。在豬或禽類的飼料中添加核苷酸可達(dá)到促進(jìn)生長，提高飼料利用率，增強(qiáng)抗病能力和改善肉質(zhì)的目的。

　　在無核苷酸飼料中添中單一NT(如AMP，GMP或UMP)可增加免疫球蛋白水平。添加NT飼料代替牛奶喂養(yǎng)新生牛犢，用脂多糖(LPS)攻擊，結(jié)果與未添加者相比，有更高的水平。對斷奶的小豬，添加NT可分別增加淋巴細(xì)胞對植物血凝素和刀豆蛋白A攻擊的刺激作用達(dá)50%和30%。對于用致病性大腸桿菌感染的豬，喂養(yǎng)添加NuPro(一種富含約5%核苷酸的酵母抽提物)，作為NT來源，與對照組相比，減少腹瀉，增加體重，提高飼料轉(zhuǎn)化率。這些結(jié)果表明，核苷酸在免疫系統(tǒng)的發(fā)育、維持和增強(qiáng)方面起作用。

　　在牛犢牛奶替代物中添加來自酵母抽提物NT，與未添加對照組相比，改善腸道衛(wèi)生，提高糞便記分。在小豬，對缺血-再灌注引發(fā)的炎癥反應(yīng)，與人奶中相類似量的NT喂給后，對腸腔有保護(hù)作用。

　　對于新生斷奶小豬，處于快速生長期，面臨刺激和免疫損傷時(shí)，NT需求上升。剛斷奶小豬因NT合成耗能和谷氨酰胺不足，不可能合成足夠的NT，因此，在斷奶小豬的標(biāo)準(zhǔn)飼料中，必須補(bǔ)充NT，因?yàn)闃?biāo)準(zhǔn)飼料中，除胞苷酸水平接近豬母奶外，其他核苷酸(AMP,GMP,IMP和UMP)含量要低得多。

　　4、新型苦味封阻劑。在罐頭食品加工過程中會產(chǎn)生苦味，一般添加甜味劑如阿斯巴甜并不能壓倒苦味的感覺，腺苷酸(AMP)是通過封阻苦味感覺受體本身而不是用其他物質(zhì)掩蓋苦味的一種苦味阻封劑。AMP能封阻味覺蛋白(gustducin)，一種口腔中味覺受體釋放的蛋白質(zhì)，為354個(gè)氨基酸蛋白，在苦、甜、鮮味信號傳導(dǎo)中發(fā)揮作用，通過味覺蛋白將舌上味蕾受體與效應(yīng)子連接起來。當(dāng)小鼠敲掉味覺蛋白基因，就對甜味劑的敏感性下降。美國FDA批準(zhǔn)AMP作為苦味封阻劑，預(yù)計(jì)在食品飲料和醫(yī)藥方面有廣泛的應(yīng)用前景，如咖啡飲料中添加后減少苦味，對特別苦的藥物如用于治療艾滋病或兒童的液體藥物，加入AMP將生產(chǎn)出更適口的劑型。

　　5、強(qiáng)力增鮮劑。肌苷酸鈉(IMP)和鳥苷酸鈉(GMP)混合物作為增鮮劑用于食品加工和家庭烹調(diào)食品。當(dāng)2--5%的IMP和GMP與不同比例谷氨酸鈉混合制成高級調(diào)味品，稱為強(qiáng)力味精。其鮮味比一般味精高出40-100倍，且風(fēng)味更好，它可直接加入魚、肉、海產(chǎn)品和方便面等到食品中，也可作為特鮮醬油、雞精調(diào)味品的主要成分。市場銷售量很大。

　　6、醫(yī)藥應(yīng)用。核苷酸具有許多生理功能，它可直接作為治療藥如腺苷三磷酸(ATP)和胞苷三磷酸(CTP)用于治療心臟功能不全，腦動脈化及肌肉萎縮等癥，或作為能量合劑補(bǔ)充機(jī)體的不足。NT也可作為藥物中間體制造治療腦外傷的胞二磷膽堿，抗癌藥物阿糖胞苷等。

　　人體感染皰疹病毒，腺苷酸(AMP)血象水平持續(xù)低下，給予AMP可減少復(fù)發(fā)率。人體感染皰疹病人，每隔日肌注AMP，共9-12次。治療前唇皰疹平均每年復(fù)發(fā)率為6.3，其中20例經(jīng)歷5年以上的復(fù)發(fā)。治療后損害迅速治愈，在隨訪的1-2年中，23例仍無復(fù)發(fā)(63.9%)，其余13例只有1次輕度發(fā)作，損害部位局限且持續(xù)時(shí)間只有2-3天。對10例單純皰疹病人肌肉注射AMP，連續(xù)10次，大多數(shù)病人復(fù)發(fā)頻度減少，其作用機(jī)制還不清楚。