四、作为饲料添加剂的核苷酸在各个领域的应用
同样,从1970年代前后开始,人们开始研究添加核苷酸对于其他生物的生长及健康的影响,进而用于水产、猪、禽等动物的养殖中。其中研究最多的是水产动物的营养。
1、添加核苷酸促进水产动物的健康生长
1973年有研究表明核苷酸对于水产动物具有诱食性,可以增进其食欲。研究还发现不同的鱼类对于核苷酸的诱食性差异比较大;后来发现在饲料中添加NMP可促进鱼类的生长发育及抗病能力等。这同以小鼠和大鼠为模型或l临床研究所得的结果类似,即对于处于免疫低下、应激、快速生长、肠道和肝损伤的动物,摄入的核苷酸可使免疫系统恢复正常功能,促进肠道生长发育和肝功能等方面发挥着重要作用。相关研究可参照相关的综述,这里只做简单介绍。
在1991-2000年间,水产动物核苷酸营养研究重点偏向于对生长性能的影响。如Ramadan和Atef在1991年发现商业核苷酸产品对于罗非鱼仔稚鱼的促生长作用;Adamek等在1996年发现商业核苷酸产品对于虹鳟幼鱼的促生长作用;Kubitza等1997年证实了IMP对于大口黑鲈的诱食作用及在低鱼粉配方下的促生长作用等;在2001-2005年,核苷酸营养的研究重点偏向于对免疫及抗病力的影响。20l0年Burrellsetal等首次证明饲料中添加核苷酸产品全面提高了鲑鱼对于病毒、细菌及寄生虫的抵抗能力,以及特异性免疫力;证明饲料中添加商业核苷酸产品改善肠道结构。李鹏和Gatlin证明了饲料中添加核苷酸产品提高了杂交条纹鲈对于海豚链球菌的抵抗能力,以及非特异性免疫力等;20072010年,水产动物核苷酸营养的研究转向对于核苷酸产品新配方的开发。胡俊茹等用核苷酸混合物饲喂凡纳滨对虾幼体,发现核苷酸具有促进摄食、促进生长、增加肝胰腺及肠道中RNA含量、提高溶菌酶和酚氧化酶含量以及提高血细胞总数等效果。2011年以来,水产动物核苷酸营养的研究也同人体研究类似,偏重于肠道健康,如改善鱼类胃肠道结构,增加褶皱和微绒毛高度等。同时,水产动物核苷酸营养的研究开始走向多样化。市场上出现了超过二十种的核苷酸产品,特别是有很多关于核苷酸添加对各种水产动物生长及健康指标影响的研究。
2、添加核苷酸对其它(非水产)动物健康生长的影响添加核酸或核苷酸对于猪、鸡、牛等的营养和抗病能力等也有益。2007年Gil等在哺乳仔猪的空肠外植体培养液中加入核苷酸混合物,研究了猪肠上皮对核苷酸的摄取情况。结果显示外源RNA和核苷酸能够被有效地水解成核苷并被吸收。意味深长的是,作者认为肠外植体能够在没有腔酶的情况下将RNA水解为核苷酸,然后水解为核苷。
2012年Sauer等通过研究膳食核苷酸对断奶仔猪生长性能、体液免疫、肠道结构及肠道细菌数量的影响发现,膳食核苷酸能够增加仔猪日摄食量及血浆IgA水平,因此得出结论,膳食核苷酸有助于增加仔猪体液免疫。但同时作者认为,膳食核苷酸对仔猪生长性能影响不大。2012年Sauer等还研究了日粮酵母核苷酸对仔猪肠道及肠道微生物的影响。研究发现,饲料中添加1g/kg含有游离核苷酸的酵母提取物,对仔猪小肠酶活性、回肠内肠道菌群及其代谢产物、回肠营养消化率均无影响。可能由于摄入营养不同等,核苷酸对仔猪生长的影响也不同,因此得出了不同的结论。
2014年Weaver等通过在喂食断奶猪仔的饲料中添加肌苷酸含量高的核苷酸混合物,研究了核苷酸对于促进仔猪生长和改善健康状况的作用。研究发现,添加1.0g/k的核苷酸对仔猪的生长性能最有利;而添加0.5g/kg核苷酸添加剂即能降低免疫应答和氧化应激。得出核苷酸可以提高仔猪生长性能,并能减轻断奶后的不适症状。
2005年Deng等通过评估补充酵母RNA对鸡生长、淋巴器官重量和免疫反应的遗留效应表明,酵母RNA作为核苷酸来源可选择性地刺激幼鸡脾脏的发育,但这种效果并没有持续到其成年阶段。2012年Jung等通过在玉米-大豆膳食饲料中添加酵母RNA,探究了核苷酸对肉鸡生长性能和胃肠道形态发育的影响。研究发现,当雏鸡处于压力环境(如高密度饲养或卫生条件较差)时,日粮中添加0.25%或2%酵母RNA能够增加雏鸡肠道绒毛高度,并提高雏鸡生长性能。
也有研究发现添加核苷酸可能对鸡的生长作用较小,但可以提高免疫或肌肉风味。2018年Seifi等研究了饲喂酵母提取物对肉鸡肠道微生物菌群、内脏及生长特性的影响。研究发现,酵母提取物对肉鸡肠道菌群影响不显著,但能够降低营养不足导致的肉鸡体重降低及肝脏损伤。这可能是提取物中的核酸类物质起到主要作用。2018年Yan等研究了日粮中添加IMP对鸡肉生长的影响,发现日粮中添加0.2%~0.3%的外源性IMP对鸡肉的生长性能没有影响,但可以促进乳腺肌碱性磷酸酶(ALP)、大腿肌中的三磷酸腺苷(ATP)酶和环水解酶等的活性或表达,因此可以提高鸡肉风味品质。牛主要食物以草为主,牛是否能利用核苷酸作为营养也引起了大家的兴趣。一般认为奶牛中约20%的瘤胃微生物氮来源于嘌呤和嘧啶,为深入研究核苷酸类物质对牛核酸代谢的作用,2015年Stentoft等研究了饲料中添加核苷、碱基及其分解产物后奶牛体内含量的变化。数据显示嘌呤核苷、嘧啶核苷、嘌呤碱基、嘧啶碱基和嘧啶碱基分解产物(β丙氨酸和β-氨基异丁酸)都能进入牛的体内循环氮池而被重复利用;有意思的是嘌呤碱基分解产物之一的尿酸在静脉含量很高,认为尿酸不能进入体内循环氮池。2008年Liao等研究发现,增加核苷酸或葡萄糖的肠内供应可以增加小肠上皮中的核苷转运mRNA的丰度,进一步证明牛可以通过小肠吸收核苷。
也有少量研究核苷酸对于其他动物的作用,如2008年Mydland等研究了膳食核苷酸对水貂的作用,研究表明,核苷碱基的平均消化率为95%,其中尿嘧啶最高(平均96.8%),胸腺嘧啶最低(平均93.6%)。
五、添加核苷酸对植物生长的影响
核苷酸(主要作为植物生长调节剂)在农业上应用的研究始于1970年代。例如早在1973年,Moustafa等在Nature发表论文,报道了在培养液中添加二丁基环腺苷酸能抑制三种豆类、三叶草(白三叶)、苜蓿和荷花梗等通过根瘤固定大气中氮,但cAMP和AMP能增强这些结节的固氮作用,表明植物也能利用核苷酸。之后对粮食作物、果蔬、茶叶等多种作物进行研究表明,核苷酸具有给植物补充营养的作用,如明显改善作物的品质、提高产量及抗病能力等。相关作物包括水稻、小麦、棉花、油菜、番茄、白菜、橙子、冬瓜、小青菜、菠菜、花椰菜、卷心菜、茭白、乳黄瓜、龙眼、西瓜等,增产10%~28%不等。除生长调节剂外,核苷酸等还可以作为肥料增效剂、抗菌防病剂、新型肥料环保剂等使用。杨扬等发表综述指出,在1970年代核酸在作物方面的应用面积已达700多万亩。
1990年代末,市场上出现了一种“双酸肥”,它富含核苷酸和氨基酸,喷洒在水稻叶片表面,可对水稻叶片叶绿素的形成和光合作用、呼吸酶活性和ATP形成、氮素的吸收与同化、DNA和RNA的合成、根系吸收能力、孕穗期茎鞘贮存性碳水化合物的积累及抽穗后向穗部的转移均有明显的促进作用,最终导致水稻产量的增加和谷粒蛋白质含量的提高。邵吉安等用核苷酸复配剂处理番茄种子后发现,发芽后根系生长更迅速,侧根比未处理的高出23.8%。2013年Salmi等在一篇综述指出,在植物细胞生长过程中,核苷酸被释放到细胞外基质中,这些细胞外核苷酸会诱导信号变化,从而以剂量依赖性的方式增加或减少细胞生长。而这与引起细胞溶质Ca2+浓度和一氧化氮(NO)水平的增加等有关。
六、总结及展望
综上所述,有关核酸类物质的代谢与营养,一方面我们已经有了广泛而又具有一定深度的认识,另一方面相关研究还不足以产生足够系统和全面的知识;一方面可以积极进行临床实验等检验其功效,另一方面需要加大基础研究的力度,提供理论支撑;一方面不能盲目进行商业炒作,另一方面要看到在人类健康领域的广阔前景,进行深入的探索。对于核酸营养作用,我们也需要从平衡的角度去分析,包括浓度、磷酸化程度、各类核苷酸之问的转化、合成方式(补救和从头合成)、甚至其他营养的摄入等。
根据目前的研究状况,我们可明确以下事实:(1)我们每个人每天都在摄入核酸,核酸在体内被消化分解后吸收并被利用;(2)体内必须维持足够高的核苷酸水平,并有足够的NAS储备以对损伤等快速应激;(3)饮食外是否需要补充NAs,以何种方式何种用量补充等因人而异,不能一概而论;(4)摄入NAS既可以作为原料合成体内大分子核酸,又可以调节体内的各种生物化学反应;(5)NAS的摄入会引起血液中尿酸水平的变化,但不是痛风的病因。
我们需要深入回答如下问题:(1)摄入核酸所携带的基因信息虽不会轻易进入我们人类的基因并传递给下一代,但其概率和对进化的影响如何?(2)凋亡细胞中核酸等组分被回收利用的细节和机制如何?(3)核酸营养研究主要以RNA和核糖核苷酸为主,DNA和脱氧核糖核苷酸如何?(4)是否可以给病人以输液的方式补充合理复配的核苷酸(包括DNA和RNA的比例等)?(5)寡核苷酸进入体内循环系统的作用及危害?(6)体内回收核酸中内切酶与外切酶的分工等。随着生物科学与科技的发展,将会在多个学科的交叉领域开展深入研究,我们相信众多的谜团会被相继解开,我们拭目以待。
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