尿苷酸在动物生产中的应用

背景及概述^[1][2]

核苷酸是细胞内重要的组分，不仅参与机体遗传物质的合成，而且还对机体的能量代谢、功能调节以及机体免疫起着重要作用。近几年的研究发现，当动物(乳猪、仔猪、雏鸡等)处于快速生长阶段或受到免疫挑战以及肝损伤时，外源核苷酸成为不可缺少的营养成分。目前，核苷酸作为一种新型的饲料添加剂受到了广泛关注。相关研究表明，哺乳动物乳汁中含有丰富的核苷酸，而且核苷酸在乳汁中的比例受到泌乳期和动物种类的影响。尿苷酸是合尿苷的磷酸酯。视连接部位不同，有尿苷2′-磷酸(2′-尿苷酸)、尿苷3′-磷酸(3′-尿苷酸)和尿苷5′-磷酸(5′-尿苷酸)三种。在体内通常是尿苷5′-磷酸酯。数据表明，母猪乳汁中，无论是泌乳前期、中期还是后期，尿苷酸在乳汁中占总核苷酸的比例都占据绝对优势，其数值甚至能达到总核苷酸量的90%以上。

另外，将仔猪教槽料和母猪泌乳后期乳中的核苷酸含量进行比较后发现，在5种核苷酸中，仔猪教槽料中最缺乏尿苷酸，而其他核苷酸缺乏较少或不缺乏。因此，如果猪乳中的核苷酸含量代表仔猪对核苷酸的需要量的话，那么可以断定在5种核苷酸中，仔猪最缺乏尿苷酸。尿苷酸作为猪乳中核苷酸的重要组成部分，是泌乳后期猪乳中含量最高的核苷酸，其含量是胞苷酸、腺苷酸和鸟苷酸含量的20～40倍，也是仔猪断奶后最缺乏的核苷酸。据报道，尿苷酸与其他单核苷酸联合添加不仅可以激活婴儿的肠道免疫、细菌性免疫功能，减少腹泻，还增强对细菌感染抵抗力。除此之外，核苷酸对幼龄动物维持机体免疫系统功能、肠道成熟、肝脏的生长发育和代谢以及脂质代谢等方面都表现出重要的促进作用。

结构^[2]

5'－尿嘧啶核苷酸(uridine5'-monophosphate，5'UMP)是由尿嘧啶、核糖和磷酸组成的单核苷酸，分子式为C9H13N2O9P，相对分子质量为324.18，白色结晶，pH7.0时的摩尔消光系数为10.0×103。由于尿嘧啶碱基具有共轭双键，在紫外光区具有强烈的吸收特性，其吸收在260nm处左右。5'UMP多以5'－尿苷酸二钠(5'-uridylicaciddisodiumsalt，UMPNa2)的形式存在，分子式为C9H11N2Na2O9P·7H2O。UMPNa2固体为白色晶体或白色结晶粉末，多有鲜味，晶体一般含7个结晶水，相对分子质量为368.16(以无水计)，易溶于水(41g/dL)，微溶于甲醇，难溶于乙醇、丙酮等有机溶剂，其水溶液无色澄清，pH为7.0～8.5(5%水溶液)。

合成途径^[2]

总体来说，生物体内核苷酸的来源有2条途径，即从头合成以及补救合成，具体合成途径。从头合成途径中，以天冬氨酸、谷氨酰胺和CO2为原料，在CAD［氨甲酰磷酸合成酶Ⅱ(carbamylphosphatesynthetaseⅡ，CPSⅡase)、天冬氨酸转氨甲酰酶(aspartatetranscarbamoylase，ATCase)和二氢乳清酸脱氢酶(dihydroorotatehydrogenase，DHOase)的合称］的催化下合成乳清酸(6－羧基尿嘧啶)，形成嘧啶环，之后在乳清酸磷酸核糖转移酶(orotatephosphoribosyltransferase，OPＲTase)的催化下与5－磷酸核糖－1－焦磷酸(PＲPP)作用生成乳清核苷酸，经乳清酸核苷酸羧酶(orotidylatedecarboxylase，ODC)的作用，生成尿嘧啶核苷酸(UMP，也称一磷酸尿苷酸)。在此过程中，CAD催化底物合成嘧啶环的过程是嘧啶核苷酸重头合成的限速步骤，该过程需要大量的ATP来供给能量。另外一个维持细胞内核苷酸代谢池稳态的途径是补救合成途径。在补救合成途径中，90%以上的碱基参与再循环过程。也就是说，补救合成途径主要依赖于可利用的嘌呤碱和嘧啶碱的含量，而这些碱基既可来源于机体自身核苷酸以及生物大分子的代谢，又可通过食物核酸物质分解来进行补充，主要以连接核苷和碱基(核酸或核苷酸的水解产物)为特征，耗能很低。

此外，生物体内利用乳清酸(维生素B13)转化生成UMP也是一种重要的代谢途径，转化过程中添加的底物乳清酸可以通过2步反应转化生成UMP：1)乳清酸与PＲPP在乳清酸磷酸核糖转移酶的催化下，形成乳清酸核苷酸(orotidinemomophosephate，OMP)；2)OMP在乳清酸核苷酸脱羧酶的催化下，脱去OMP上的羧基，就形成了UMP。此过程中，重要前体物质PＲPP的合成也很关键，其主要由5'－磷酸核糖和ATP在焦磷酸激酶的催化下合成。研究证明，一些组织从头合成核苷酸的能力有限，需要额外补充能为补救途径利用的原料。例如，肠黏膜、骨髓造血细胞、白细胞、红细胞和淋巴细胞等不具备从头合成核苷酸的能力，只能利用补救途径合成核苷酸。这表明，外源性补充核苷酸对于这些细胞来说是很重要的。

吸收与转运^[2]

外源核苷酸与核苷的吸收、转运和利用是一系列复杂的过程。在生理状态下，核苷酸仅有一部分可以透过细胞膜，这可能是由于核苷酸转运系统比较缺乏导致的。同时核苷酸携带有带负电荷的磷酸基团，这也阻碍了肠道对它的吸收。大部分核苷酸需酶解之后代谢为核苷或碱基才可被小肠吸收。内切酶、磷酸二酯酶和核苷磷酸化酶是转运过程的主要酶(这些酶来自肠上皮刷状缘细胞、胰腺和胆汁)。饲粮中的以及内源性的核苷和碱基有90%被转运到肠细胞。其中，核苷通过易化扩散和特异性Na+载体转运机制被转运到肠上皮细胞；而外源性和内源性的核苷酸和核苷降解产物－－主要是含氮碱基(如腺嘌呤、胞嘧啶、鸟嘌呤、次黄嘌呤、尿嘧啶或胸腺嘧啶)则进入肝门静脉，这些分子被运送到肝细胞进一步代谢，随后，它们从肝脏释放出去进入体循环并进入肌肉组织，其中一部分嘌呤碱代谢为尿酸，而嘧啶碱被分解为β－丙氨酸和β－氨基异丁酸。

尿苷酸在小肠腔中主要被分解为尿苷而不是尿嘧啶碱基，因此避免了转运体被其他相关嘧啶类物质抑制的过程。研究发现，尿苷载体不识别核糖，推测尿苷载体可能与之前研究报道的尿嘧啶载体不同，此外，尿苷载体似乎也不识别尿苷酸，但可以识别其他的核苷，如起到抑制作用的腺苷、鸟苷和胞苷等。由于尿苷载体识别的物质种类不同，导致不同物质对小肠吸收尿苷的影响程度也就不同。核糖不影响小肠对尿苷的吸收，且尿嘧啶仅轻微抑制小肠吸收尿苷。UMP、二磷酸尿苷(UDP)和三磷酸尿苷(UTP)在初始阶段只有轻微的抑制作用，但是随着离体肠道体外孵育时间的延长，它们的抑制作用增强。核苷(如胞苷、鸟苷和腺苷)对尿苷的吸收具有很强的抑制作用。试验证明，尿苷在小肠内吸收主要依赖于Na+介导的主动转运机制，这与葡萄糖转运方式有很大的相似性。

生物学功能^[2]

1. 尿苷酸与免疫。免疫系统，作为机体抵御外来病原体的武器，对于幼龄动物的生长发育起着至关重要的作用。研究表明，核苷酸的添加不仅能影响肠道类淋巴细胞的成熟，增强机体自然杀伤细胞的活性，影响免疫亚群在体内的分布，还能刺激动物机体的特异性和非特异性免疫，影响与免疫有关细胞的繁殖与分化。补充核苷酸还可以降低辐射诱导的肠损伤后的大鼠肠道炎症反应，提高双糖酶活性，降低死亡率。若核苷酸缺乏，则会降低动物机体脾脏细胞分泌白细胞介素－2的能力，降低自然杀伤细胞的活性，甚至影响T细胞依赖型抗原的体液免疫应答。饲粮中添加构成尿苷酸的碱基尿嘧啶，可以显著降低小鼠对病原菌的易感性，提高机体在病原菌感染后的死亡率。这表明尿苷酸作为一种核苷酸，对动物机体的免疫是起着重要作用的。

2. 尿苷酸与氧化应激。正常情况下，机体的氧自由基的产生与清除处于动态平衡内，但当机体处于环境应激、断奶应激时，机体内产生的大量氧自由基就会对机体造成损害。国内外的一些研究表明，添加核苷酸混合物、核酸或脱氧核糖核酸可提高动物机体的抗氧化能力。膳食核酸能够增强机体抗氧化能力，提高细胞免疫功能，促进机体的新陈代谢，提高DNA修复能力。从国内外的研究结果来看，核苷酸或核酸有提高机体抗氧化能力的作用，此外添加核苷酸单体对仔猪的抗氧化能力的提高也有一定的作用。研究表明，饲粮添加0.25%尿苷酸可提高断奶仔猪抗氧化能力，但添加0.15%尿苷酸抗氧化作用不明显。杨研究结果表明，饲粮添加0.25%的尿苷酸可以提高断奶仔猪机体的抗氧化能力，增加机体超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)活性以及总抗氧化能力(T-AOC)，降低丙二醛(MDA)含量，综上，尿苷酸能够提高幼龄动物机体的抗氧化能力，但抗氧化作用的发挥与其添加量存在直接的关系。

3. 尿苷酸与细胞周期。动物的生长发育与细胞的快速增殖分裂息息相关，更与生物大分子的转录、复制紧密联系。细胞分裂周期的长短主要取决于细胞分裂间期。有研究表明，在该分裂期时，嘧啶核苷酸合成酶活性显著增加，这说明尿苷酸与胞苷酸在细胞分裂期需求量增加。动物试验表明，尿苷和肌苷等合用能促进心肌细胞代谢，加速蛋白质、核酸生物合成和能量产生，可促进和改善脑细胞代谢。将仔猪教槽料和母猪泌乳后期乳中的核苷酸含量进行比较，仔猪教槽料中最缺乏尿苷酸，而其他核苷酸缺乏较少或不缺乏。因此，补充尿苷酸，恰恰能修补几种核苷酸参与遗传物质合成的原料“短板”；而且相比较嘧啶核苷酸的从头合成，及时补充外源性尿苷酸，加快了遗传物质合成原料的供给，极有可能会降低细胞间期S期的时间间隔，缩短细胞的分裂周期，进而促进机体的生长。

在动物生产中的应用^[2]

1. 提高动物采食量

尿苷酸作为呈味核苷酸，其本身具备诱食的功效。在畜禽应用领域，饲粮中添加0.07%尿苷酸能显著提高仔猪采食量。研究结果表明，饲粮中添加0.25%尿苷酸能提高断奶仔猪平均日采食量，但差异不显著。在水产应用领域，尿苷酸对一些水产动物具有较好的诱食效果，而对另一些水产动物却没有诱食作用。尿苷酸对鳗鲡具有非常强诱食作用，但对鳖却没有诱食作用。由于畜禽和水产动物在消化生理等方面存在诸多差异，尿苷酸在不同动物生产中的诱食效果还需要开展更多的应用研究去证实。

2. 促进肠道发育，维护肠道健康

复合核苷酸对肠道发育、自我修复以及成熟方面的研究相对已经比较全面。按照体重的0.8%添加核苷酸能够显著提高小鼠肠道黏膜蛋白质以及DNA的含量，提高麦芽糖酶/乳糖酶值以及肠道的绒毛高度，另外核苷酸影响肠道酶活性、肠道发育与成熟。尿苷酸单独使用也能促进动物肠道的发育，维持肠道健康。在仔猪饲粮中添加0.07%尿苷酸，与未添加尿苷酸的对照组相比，仔猪空肠和回肠的绒毛高度都显著提高。将尿苷酸的核苷形式尿苷联合鱼油一起添加，能够抑制鱼藤酮对肠道功能的损伤以及对肠道紧密连接蛋白的破坏，提高小鼠回肠及结肠紧密连接蛋白闭锁小带蛋白－1(zonulaoccludens1，ZO-1)的表达以及减少鱼藤酮对肠道的损伤。

3. 降低腹泻率，提高生长性能

饲粮中添加尿苷酸能够提高仔猪的生长性能。饲粮中添加0.25%的尿苷酸有提高断奶仔猪平均日增重和平均日采食量、降低料重比和腹泻频率的趋势；添加0.15%的尿苷酸对仔猪的生长性能影响较小，但仔猪腹泻频率有所下降，这一结果也被进一步证实。0.07%尿苷酸添加在仔猪饲粮中，与对照组相比，仔猪腹泻率显著降低(23.26%vs9.17%)，同时，仔猪平均日增重极显著提高，料重比极显著性降低。在凡纳滨对虾饲料中添加200mg/kg的尿苷酸处理8周，对其生长性能没有显著影响。这提示尿苷酸对动物生长性能的影响或许存在物种特异性。

主要参考资料

[1] 营养科学词典

[2] 尿苷酸的营养代谢与生理功能研究进展