核苷酸的生理作用和广泛应用领域

背景及概述^[1]

核苷酸由嘌呤碱或嘧啶碱、戊糖和磷酸构成的小分子有机物，是核酸的结构单元。也可以游离方式存在，其衍生物有多种生物功能。戊糖的第1个碳原子与嘌呤或嘧啶碱相连构成核苷(或脱氧核苷)，其磷酸酯即是核苷酸。生物体内存在的核苷酸多为5-磷酸酯，即磷酸基连在糖的第5个碳原子上。由于在核酸中发现的戊糖有核糖和脱氧核糖两种，故核苷酸又可分为(核糖)核苷酸和脱氧核苷酸两类。RNA含核苷酸，主要有腺苷酸(AMP)、胞苷酸(CMP)、鸟苷酸(GMP)和尿苷酸(UMP)4种，DNA含脱氧核苷酸，主要有脱氧腺苷酸(dAMP)、脱氧胞苷酸(dCMP)、脱氧鸟苷酸(dGMP)和脱氧胸苷酸(dTMP)4种。核苷酸(NMP)的5′-磷酸基还可连结1个磷酸基构成核苷二磷酸(NDP)，或者再连接1个磷酸基构成核苷三磷酸(NTP)。这些多磷酸衍生物，特别是腺苷三磷酸在生物体中有着极其重要的作用，它们都是高能化合物。ATP、CTP、GTP和UTP是合成RNA的前体物质；dATP、dCTP、dGTP和dTTP是合成DNA的前体物质。另外，ATP是生物体能量代谢的中心，UTP参与糖的互相转化与合成，CTP参加磷脂的合成，GTP参加蛋白质的合成等。许多重要的辅酶和酶的辅基也是核苷酸衍生物，如NAD+、NADP+、FAD等。由ATP转化的环腺苷酸(cAMP)是重要的调节物质。类似的化合物还有环鸟苷酸和环胞苷酸。

生理作用^[2]

核苷酸（nucleotides，NTs）是一类具有重要生物学功能的小分子，是生物大分子核酸（nucleicacid，NA），即DNA和RNA的前体物，参与了机体内几乎所有的生物化学反应。生物体既可以进行从头合成也可以利用细胞内代谢产物进行补救合成。同时NTs还是人类饮食中的常见组成成分，它们可以被吸收并结合为机体组织的一部分。由于膳食NTs及核酸在被消化、吸收以及体内代谢是有基本相同的代谢途径，生物学作用也十分相似，所以有理由推测，不论是口服NTs还是核酸，它们在体内发挥的营养作用是相似的。

应用^[3]

1. 在医药上的应用

1）腺苷酸及其衍生物

腺苷酸是体内能量传递物质，比腺三磷稳定，具有显著的扩张血管和降压作用，适用于肝病、瘙痒、静脉曲张性溃疡并发症。5’-腺苷酸在医药工业上是用于生产ATP、CoA、CoI、3’，5’-环腺苷酸和阿糖腺苷等的重要原料。ＡＴＰ是要的能量补充药物，治疗心肌梗塞、肌肉萎缩、心脏病、偏头痛、肌营养不良及肺炎等疾病，其作为一种细胞代谢过程中主要的化学能源物质，几乎参与了所有细胞的生命活动；CoA是体内乙酰化反应的辅酶，是调节糖、脂肪及蛋白质代

谢的重要因子，特别是对促进乙酰胆碱的合成、降低血中的胆固醇、增加肝糖元的积存有重要作用，用于治疗降胆固醇、白血球减少、肝炎、脂肪肝、动脉硬化等，与腺三磷、CoI、CoII、细胞色素C合用，临床效果更好；CoI在生物氧化过程中作为氢的受体或供体，起传递氢的作用，可加强体内物质的氧化并供给能量，临床上用于精神分裂症、冠心病、心肌炎、白细胞减少症、急慢性肝炎、迁移性肝炎及血小板减少症，也是多种酶活性诊断试剂的重要组成；3’，5’-环腺苷酸与人体免疫机能、血小板功能异常及高血压有关，也可抑制肿瘤生长；阿糖腺苷是近年来引人注目的广谱DNA病毒抑制剂，对单纯疱疹I、II型、带状疱疹、巨细、牛痘等DNA病毒在体内外都有明显抑制作用，临床上已用于治疗疱疹性角膜炎，静脉注射可降低由于单纯疱疹病毒感染所致的脑炎的死亡率，从70％降到28％。70年代开始用来治疗乙型肝炎，使病毒DNA、DNA聚合酶明显下降，并可使带病毒患者失去传染能力。目前认为，阿糖腺苷是治疗单纯疱疹脑炎的抗病毒药物。

2）尿苷酸及其衍生物

尿苷酸参与肝解毒物质葡萄糖醛酸酐的生物合成，用于治疗肝炎、改善冠心病、风湿性关节炎、白细胞减少症的自觉症状。尿嘧啶及其衍生物是至今人类所使用的最重要的抗病毒、抗肿瘤药物，5’-氟尿嘧啶为尿嘧啶抗代谢物，在体内转变成5’-氟-2’-脱氧尿嘧啶核苷酸，抑止胸腺嘧啶脱氧核苷酸合成酶，阻断脱氧尿嘧啶核苷酸转变成为胸腺嘧啶脱氧核苷酸，从而影响DNA的生物合成，抑制肿瘤细胞的生长增殖；阿糖尿苷用于各种急性白血病、脑膜炎、乙型肝炎等的治疗；氟碘阿糖尿苷（FIAu）是一种新合成的核苷酸类抗病毒药物，主要对人类免疫缺陷病毒（HIV）、疱疹病毒、巨细胞病毒（CMV）和HBV等DNA病毒有作用，可能在体内首先通过病毒或细胞的酶进行磷酸化，变成三磷酸形式，这种三磷酸氟碘阿糖尿苷可能抑制病毒的DNA多聚酶或者渗入到病毒的核苷酸链中，从而起到抑制病毒的作用；5’-氟-5’-脱氧尿苷是一种抗癌新药，作用大，毒性更小；5-碘-2’-脱氧尿苷是一种新抗癌药；由尿苷得到的胸苷是治疗艾滋病的原料药，如叠氮胸苷是1987年美国FDA批准的治疗艾滋病的新药，它的药理作用是在体内经磷酸化后生成了3’-叠氮－2’－脱氧胸腺嘧啶核苷酸，后者取代了正常的胸腺嘧啶核苷酸参与病毒DNA的合成，含有叠氮胸苷成分的DNA不能继续复制从而达到阻止病毒增殖的目的；胸腺嘧啶对促进脑磷脂代谢、治疗脑外伤、脑血栓有一定的作用。

3）鸟苷酸及其衍生物

鸟嘌呤具有促进视紫质代谢、明目的功能[8]；无环鸟苷（ACV）为高效光谱抗病毒药，对单纯疱疹性角膜炎、面神经炎、慢性乙型肝炎、病毒性脑炎、水痘]等疗效显著，它的药理作用是通过HSV感染细胞内病毒的胸腺激酶使ACV酸化，选择性抑制病毒DNA聚合酶；三氮唑核苷除了主要应用于小儿呼吸系统的疾病治疗外，已试用于猩红热、流感以及艾滋病的治疗，特别在临床上经艾滋病患者试用，能明显改善患者症状，而且毒副作用小，作用机理主要是抑制病毒合成酶，它进入人体细胞后磷酸化为三氮唑核苷单磷酸，竞争性抑制次黄嘌呤核苷酸脱氢酶，阻断鸟苷酸的生物合成，从而抑制病毒DNA的合成，是治疗肿瘤、流感、甲肝、乙型脑炎、病毒性肺炎、疱疹病毒、儿童艾滋病、等广谱抗病毒药物；鸟嘌呤核苷三磷酸可以治疗迁移性胃炎、慢性肝炎、进行性肌肉萎缩、各种眼疾、脑震荡等。

4）胞苷酸及其衍生物

阿糖胞苷在体内转变为阿糖胞苷酸，抑制DNA聚合酶，阻止胞二磷(CDP)转变为脱氧胞二磷，从而抑制DNA合成，干扰DNA病毒繁殖和肿瘤细胞增殖，是目前治疗威胁人类生命的病毒病的首创药物，能降低疱疹脑炎患者的死亡率和神经损伤，也用于治疗急性白血病等；盐酸环胞苷是抗病毒治疗白血病的首选药物；

胞二磷胆碱是卵磷脂生物合成前体，当脑功能下降时，脑组织内卵磷脂含量显著减少，胞二磷胆碱能促进卵磷脂的生物合成，兴奋脑干网状结构，提高觉醒反应，降低“肌放电”阈值，恢复神经组织机能，增加脑血流量和脑耗氧量，改善脑代谢和脑循环，提高患者的意识水平，临床用于脑外伤、脑手术伴随的意识障碍，治疗帕金森氏疹，抑郁症等精神疾患；聚肌胞苷酸为双链多聚肌苷酸、多聚胞苷酸的简称，是一种迄今最有效的、人工合成的高效干扰素诱导剂、广谱抗病毒生化

药物，可调整机体的免疫力，具有抗病毒、抗肿瘤、增强淋巴细胞免疫功能抑制核酸代谢等作用，注入人体后产生干扰素，使正常细胞产生抗病毒蛋白，干扰病毒繁殖，保护未受感染细胞免受感染。临床试用于肿瘤、病毒性肝炎、急性呼吸道病毒感染、血液病等多种病毒感染性疾病。

2. 食品保健方面的应用

1）调味品

5’-GMP及5’-AMP的脱氨产物5’-肌苷酸（5’-IMP）因具有特殊的化学结构－磷酸与戊糖的5’位炭原子形成酯键；碱基为6位炭原子上具有羟基的嘌呤碱－而呈鲜味，其鲜味分别相当于味精的160倍和40倍，5’-GMP和5’-IMP与味精调合使用具有显著的鲜味相乘效应，且风味更佳，还可与经过特殊工艺加工的动物蛋白和植物蛋白及多种氢基酸混合，调配各种风味的特鲜味精、特鲜酱油和方便汤料，生产出具备特色的鸡精、牛肉精等复合鲜味剂，以适应当前市场对食品调味剂越来越高的要求。在食品中添加呈味核苷酸还能消除或抑制异味。应用于某些风

味食品中，如牛肉干、肉松、鱼干片中，能减少苦涩味；应用于酱类中，能改善生酱味；应用于制作肉类罐头中，能抑制淀粉味和铁锈味。我国在80年代中期以后先后推出了添加呈味核苷酸的固态汤料、鱼干、调味料等，为呈味核苷酸的应用开辟了更广阔的前景。有关专家顶计，未来十年将是这种新一代凋味剂发展的黄全时期。

2）奶粉

欧洲已发表有关添加NT奶粉指导方针，欧洲、美国、日本、韩国等市场已销售添加核酸和NT奶粉。母乳内含较多核酸（包括NT，NS），而原先普通奶粉

大多数不含核酸。婴儿饮用奶粉常会有先无过敏症和过敏反应。而且对抗感染能力也较弱.主要原因是奶粉缺少核酸之故。一些研究表明，，新生儿出生时免疫系统相对不成熟，在婴儿早期，淋巴器官迅速成熟增大，特别是胃肠道的淋巴器官，但淋巴细胞本身核苷酸相对不足，淋巴细胞在活化时比在静止阶段需要更多的外源性核苷酸。体内合成的核苷酸可能不能满足这些重要组织生长的需要，而可被利用的核苷酸及其衍生物在人乳中含量很丰富。Uauy表明，人奶喂养的婴儿，所需的核苷酸约有1/3来自人奶，而代乳品喂养的婴儿所需核苷酸的95%来自从头合成。将核苷酸添加到以牛奶为基础的代乳品中，对婴幼儿的胃肠道发育、胃肠道健康的维持以及血浆脂蛋白的组成都有有利的影响。欧共体对婴幼儿食品中核苷酸的添加水平规定了上限：每420KJ食品中CMP2.5mg，UMP1.75mg，AMP1.5mg，GMP0.5mg，IMP1.0mg。据报道，核酸在促进胃、肠道发育同时，也能激活肠道免疫，细菌性免疫功能。婴儿饮用添加NT奶粉能提高其天然杀伤细胞活性，从而增强对细菌感染抵抗力。而且喂外加核苷酸的婴儿比喂不外加核苷酸的婴儿较少患腹泻，对嗜血性b型流感病毒有较高的抗体滴度和较高的NK细胞活性少。

3. 营养保健上的应用

70年代后的研究已证明，核苷酸营养的作用机制不是针对某一症状、某一疾病，而是通过改善每一细胞的活力而提高机体各系统的自身功能和自我调节能力，来达到综合状态和生理平衡，因此具有广泛而稳定的营养保健作用。核苷酸添加于保健品中，对促进儿童的生长发育，增强智力，提高成年人的抗病抗衰老能力及手术病人的身体康复均有显著作用，特别对老年人效果更佳。科学研究证明人体的衰老与体内合成核苷酸能力的高低密切相关。随着年龄的增加，合成核苷酸的能力会逐渐减弱，造成体内核苷酸及组成成分的不足，产生人体各种衰老现象，如皮肤衰老、机体疲劳、记忆力下降等。假如这时人体核苷酸摄入量不足，就会导致核苷酸缺乏症，引起人体免疫功能的退化和老化，损害人体的免疫功能，造成严重的后果。把核苷酸类物质相配合制成保健品，或添加到食品中去制成功能性食品，有利于人体补充核苷酸，使核苷酸代谢处于旺盛状态，可以达到抵抗衰老、延长人体寿命、提高人体免疫功能及治疗疾病的目的。如现有的核苷酸口服液，药理学实验证明具有调节机体免疫功能的作用，而且无明显毒副作用，使用安全；采用新的核苷酸膳食治疗高血脂症，对降低高血压、高血脂，改善动脉粥样硬化病效果十分明显，而且该疗法从生成蛋白质的核酸入手，加上以合理营养平衡膳食的方法，从根本上解决问题。在日本，80年代初就把核苷酸广泛地应用于保健品，饮食服务，食品加工及家庭烹调上，核苷酸类物质的广泛使用使日本人的体质大大的增强，平均寿命也大幅度提高。90年代初，我国的一些大城市如北京、上海也开始研制核苷酸类保健品及调料。是以北京南方生物资源研究所开发的4种来福核酸调味品、食品添加剂-美味素、美味增强剂、超级调料及生命素为标志的核酸饮食疗法，掀起了新的营养方法。这些核酸类食品既是划时代创新的美味调料，也是新一代的保健食品。它的研制成功同时标志着我国营养保健品从传统的补品和目前的氨基酸型、微量元素型、多糖类型及维生素型等单一型发展成为以核酸类物质为主体的全营养剂型，标志着调味品从单一谷氨酸钠型转变成核酸-核苷酸-氨基酸型的全方位全剂型。这类保健品的开发与推广，大大推动了我国保健事业的飞速发展。

3. 农业方面的应用

核苷酸作为植物生长刺激剂利用潜力很大，实验证明，核苷酸能提高种子内含物的转化能力、出苗率和苗的质量，促进植物根系的生产，并能加深叶色，提高叶绿素含量。是制造天然细胞分裂素、激动素、玉米素等腺嘌呤衍生物的原料，通过对水稻、苹果、玉米、大豆、油菜、柑橘等多种作物进行对比实验，已取得不同的增产和早熟效果，尤其在豆科作物如紫云英、大豆等最高增产幅度可达25.5%。日本还报道在水稻增殖期喷施尿苷酸衍生物尿嘧啶后，水稻每穗粒数增

加了30％。英国《自然》杂质报道核苷酸促进了绿色苜蓿类植物根瘤菌的固氮活力，从而苜蓿重量增加了1倍。目前还报道了核苷酸类物质对灵芝的增产可达26.6%，对猴头菌的质量和数量都有一定的提高。核糖核酸及其降解物的衍生物作为抗菌素，可用于防治植物病菌的农药，这类农药对人体无毒害，对环境无污染，有望发展成为新一代无毒高效农药。在环境污染日趋严重的当今，对这类农药的开发与大规模的推广利用十分具有社会价值。然而，国内在这些方面的应用研究则显得相当落后。

4. 化妆品方面的应用

由于核苷酸具有促进蛋白质合成的作用，核苷酸制品在化妆行业的应用也很广泛，可添加于洗涤剂、乳化剂、雪花膏、乳液、戏剧化妆品中，能够促进皮肤的新陈代谢、具有防皱、生肌保湿、控制皮脂分泌、阻止紫外线吸收、使皮肤柔软的作用，对雀斑、荞麦皮肤、青春痘、香港脚等各种皮肤病都能发挥极强的渗透力，治疗效果显著。

主要参考资料

[1]中国中学教学百科全书·生物卷

[2] 外源核苷酸与免疫功能研究进展

[3] 核苷酸类物质的应用研究进展