梁興國(guó)， 李 僉， 黃麗麗， 劉藝璇， 董 平, 2

(1. 中國(guó)海洋大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院，山東 青島 266003; 2. 青島海洋科學(xué)與技術(shù)國(guó)家實(shí)驗(yàn)室海洋藥物與生物制品功能實(shí)驗(yàn)室, 山東 青島 266235)

核酸一般指生物大分子的DNA(Deoxyribonucleic acid)和RNA(Ribonucleic acid)，而核酸類(lèi)物質(zhì)(NAS，Nucleic Acid Substance)還包括核苷酸(NT，Nucleotide)及其衍生物等小分子物質(zhì)。構(gòu)成DNA的單體是脫氧核糖核苷酸(dNMP)，有dAMP，dGMP，dCMP和dTMP四種；而構(gòu)成RNA的單體是核糖核苷酸(NMP)，除AMP、GMP、CMP和UMP四種外，生物體中還有次黃嘌呤核苷酸(肌苷酸，IMP)和黃嘌呤核苷酸(XMP)等諸多衍生物。核苷酸可以分子內(nèi)環(huán)合生成環(huán)化核苷酸(如cAMP)，或附加磷酸基團(tuán)生成核苷二磷酸、核苷三磷酸等。核苷酸通過(guò)相互之間形成磷酸二酯鍵而生成DNA和RNA(見(jiàn)圖1)。核苷酸脫去磷酸后生成核苷(NS，Nucleoside)。核苷酸衍生物在生物體內(nèi)發(fā)揮著重要的功能，部分結(jié)構(gòu)如圖2所示。以NT或NS為主要結(jié)構(gòu)單元的生物大分子和小分子都屬于NAS，特別是RNA種類(lèi)繁多，功能多樣，既可以攜帶和轉(zhuǎn)移遺傳信息，又可催化蛋白質(zhì)合成和RNA加工等生物反應(yīng)，還可以參與基因表達(dá)的調(diào)控。可見(jiàn)，NAS是一類(lèi)非常重要的生物分子，它們參與遺傳、基因表達(dá)與調(diào)控、生化反應(yīng)等多種生物活動(dòng)。NAS既是細(xì)胞構(gòu)建的主要材料，又是調(diào)節(jié)細(xì)胞功能和傳遞信息、能量和反應(yīng)基團(tuán)的重要“載體”。

在多糖、蛋白質(zhì)、脂質(zhì)和核酸四種生物大分子物質(zhì)中，核酸是組成單元相對(duì)簡(jiǎn)單(A、G、C、T、U五種主要堿基)，而又功能多樣的分子。但人類(lèi)對(duì)于核酸的認(rèn)識(shí)卻晚于其他生物大分子，直到1953年Watson和Crick發(fā)現(xiàn)DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)以后，核酸的相關(guān)研究才快速發(fā)展。另外，對(duì)于核酸仍然有許多難解之謎，如對(duì)于近幾年發(fā)現(xiàn)的人體內(nèi)數(shù)以萬(wàn)計(jì)的環(huán)狀單鏈RNA(circRNA)的功能，我們?nèi)匀恢跎賉1-3]。最為神奇的是，早在1970年代初期，美國(guó)植物病理學(xué)家Diener等發(fā)現(xiàn)了類(lèi)病毒(Viroids)，它只由數(shù)百堿基長(zhǎng)的環(huán)狀單鏈RNA構(gòu)成[4]。類(lèi)病毒不含蛋白質(zhì)外殼等其他分子，但能感染高等植物致病或致死[5-6]。

核酸營(yíng)養(yǎng)是指外源核酸類(lèi)物質(zhì)(NAS)被分解、吸收和利用，具有為生物體提供材料、能量和調(diào)控因子的功能。雖然早在1960年代，生物學(xué)家就開(kāi)始對(duì)核酸營(yíng)養(yǎng)開(kāi)展研究[7]，但科學(xué)家們的興趣還主要在于研究NAS在細(xì)胞內(nèi)的功能，發(fā)展《分子生物學(xué)》和《生物信息學(xué)》等新興學(xué)科。核酸營(yíng)養(yǎng)研究沒(méi)有引起科學(xué)家足夠興趣的另一個(gè)原因是，即使食物中短期缺乏核酸也不會(huì)造成生物體的死亡或嚴(yán)重病癥，而且核酸攝入被認(rèn)為可能會(huì)誘發(fā)痛風(fēng)[8]。長(zhǎng)期以來(lái)，由于在營(yíng)養(yǎng)功能和作用機(jī)理未被闡明之前，市場(chǎng)上就出現(xiàn)了核酸類(lèi)功能性食品、添加核苷酸的嬰兒奶粉、飼料添加劑、肥料添加劑等各種人為添加核苷酸的產(chǎn)品，人們?cè)趯?duì)核酸營(yíng)養(yǎng)功能的認(rèn)識(shí)上產(chǎn)生了不少爭(zhēng)議。目前，學(xué)術(shù)界和社會(huì)上都存在認(rèn)識(shí)上的相互矛盾。例如，我們的食物原料都來(lái)源于由細(xì)胞組成的生物，而細(xì)胞中都會(huì)有NAS(如活細(xì)菌中含量約為7%，酵母中約為10%，富含精子的魚(yú)白中含量高達(dá)15%以上)，科學(xué)家們也大都認(rèn)為人體會(huì)對(duì)其進(jìn)行吸收和利用，但在營(yíng)養(yǎng)學(xué)領(lǐng)域?qū)ζ溲芯可跎?；雖然研究表明添加核苷酸具有改善生物或細(xì)胞活力的功效，但也有人認(rèn)為食品中的核酸已經(jīng)足夠，無(wú)需額外補(bǔ)充；由于攝入核酸過(guò)多會(huì)加重痛風(fēng)患者的癥狀，也有人認(rèn)為核酸不但營(yíng)養(yǎng)價(jià)值低，還是有害物質(zhì)?？傊环矫媸呛塑账岬纳a(chǎn)和應(yīng)用越來(lái)越多，另一方面，多數(shù)人仍對(duì)其營(yíng)養(yǎng)價(jià)值半信半疑，甚至是避而遠(yuǎn)之。

圖1 DNA(A)、RNA(B)及核苷酸(C)的分子結(jié)構(gòu)Fig.1 Molecular structure of DNA (A), RNA (B) and nucleotide (C)

隨著分子生物學(xué)和營(yíng)養(yǎng)學(xué)(特別是分子營(yíng)養(yǎng)學(xué))等學(xué)科的發(fā)展，再加上人們對(duì)健康的要求逐步提高，近年來(lái)對(duì)核酸營(yíng)養(yǎng)作用的研究熱度增加，并產(chǎn)生了一些新的認(rèn)識(shí)。另一方面，由于仍然缺乏基礎(chǔ)研究，相關(guān)知識(shí)比較零散，特別是對(duì)于食物中核酸被生物體利用的程度和機(jī)制幾乎仍然是空白。在現(xiàn)有的營(yíng)養(yǎng)學(xué)教科書(shū)中，也很少涉及核酸或核苷酸相關(guān)的內(nèi)容。

雖然有關(guān)核苷酸營(yíng)養(yǎng)的綜述較多，也有相關(guān)的專(zhuān)著出版，但涉及大分子核酸的綜述較少。有關(guān)核苷酸對(duì)人的營(yíng)養(yǎng)作用的代表性綜述出現(xiàn)在1995年[9]，1995年之后的綜述主要是針對(duì)免疫、腸道或嬰兒奶粉中添加核苷酸等某一個(gè)主題[9-16]，或有關(guān)核苷酸對(duì)于動(dòng)物養(yǎng)殖的營(yíng)養(yǎng)作用的綜述[17-21]。本文在對(duì)核酸營(yíng)養(yǎng)的理論基礎(chǔ)及發(fā)展歷程進(jìn)行說(shuō)明的基礎(chǔ)上，就核酸營(yíng)養(yǎng)功能的最新研究成果進(jìn)行介紹，并對(duì)一些矛盾和爭(zhēng)議進(jìn)行討論，希望能引起更多的生物、水產(chǎn)養(yǎng)殖、藥物、食品、海洋生態(tài)等交叉學(xué)科的學(xué)者的關(guān)注，并促進(jìn)核酸在生物工程、土壤與海洋環(huán)境、水產(chǎn)養(yǎng)殖、禽畜養(yǎng)殖、食品添加劑等領(lǐng)域的應(yīng)用發(fā)展。

圖2 主要核苷酸衍生物的分子結(jié)構(gòu)Fig. 2 Molecular structure of principle derivatives of nucleotide

1 核酸代謝與營(yíng)養(yǎng)的理論基礎(chǔ)

作為異養(yǎng)生物，動(dòng)物從食物中汲取營(yíng)養(yǎng)，一方面作為生長(zhǎng)和新陳代謝的原料，一方面用于補(bǔ)充維持正常生命活動(dòng)所需能量。雖然一些異養(yǎng)微生物(如大腸桿菌)可以在只含有葡萄糖等有機(jī)碳源和必需的無(wú)機(jī)鹽(含N、P、S等必需元素)的環(huán)境中繁殖，但高等動(dòng)物需要更為均衡和全面的營(yíng)養(yǎng)才能保持健康，同時(shí)需要攝入維生素等輔助或調(diào)控生化反應(yīng)。人類(lèi)也一直在尋找和利用營(yíng)養(yǎng)豐富的食物，以高效吸收食物中的重要營(yíng)養(yǎng)成分，減少自身合成的負(fù)擔(dān)。例如，雖然人體可以合成精氨酸和組氨酸等非必需氨基酸，但這些氨基酸的攝入無(wú)疑對(duì)人體是有益的，也屬于營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。從進(jìn)化的角度說(shuō)，這些非必需氨基酸可能對(duì)于人體至關(guān)重要，所以人體即使在缺乏時(shí)也能自己合成；而對(duì)于苯丙氨酸和色氨酸等必需氨基酸，一般的食物中可能不易缺乏(否則很容易造成相應(yīng)物種的滅絕)。那核酸類(lèi)物質(zhì)的情況如何呢？

因核酸是細(xì)胞最為重要的組成成分之一，NAS(特別是RNA)幾乎存在于所有的食物中，似乎不容易造成缺乏。另一方面，幾乎所有的生物都會(huì)自身合成核酸類(lèi)物質(zhì)，這也是一些科學(xué)家認(rèn)為人體無(wú)需補(bǔ)充核酸的依據(jù)。但正是因?yàn)镹AS極其重要，生物體才建立起了能夠自身合成的機(jī)制。事實(shí)表明，NAS的缺乏雖不足以致命，但會(huì)對(duì)生物體的健康產(chǎn)生較大影響。例如，食物中缺乏核苷酸可損害肝臟[22-24]、心臟[25]、腸道[26-29]和免疫系統(tǒng)[10, 30-33]；而外源添加核苷酸能夠促進(jìn)淋巴細(xì)胞的成熟、激活和增殖，改善巨噬細(xì)胞的吞噬作用[12, 34-36]等。

核苷酸是核酸分解代謝的產(chǎn)物，也是合成核酸的單體。而脫氧核糖核苷酸(dNMP)可以在體內(nèi)由核糖核苷酸(NMP)轉(zhuǎn)化而得，且其在體內(nèi)的含量一般也大大低于NMP，因此NMP是核酸營(yíng)養(yǎng)研究的主要研究對(duì)象。NMP的合成代謝一般分為從頭合成和補(bǔ)救合成兩種途徑。從頭合成是指利用氨基酸、5’-磷酸核糖焦磷酸(5’-PRPP)和一碳單位(如甲酸和CO2)等合成NMP。從頭合成主要在肝臟中進(jìn)行，而腸粘膜、骨髓造血細(xì)胞和大腦的從頭合成能力較低。補(bǔ)救合成是指以堿基或核苷等核酸分解產(chǎn)物為原料合成NMP，如堿基與5’-磷酸核糖焦磷酸反應(yīng)生成相應(yīng)的NMP；嘧啶堿基或腺嘌呤與1-磷酸核糖反應(yīng)生成核糖核苷；核糖核苷在相應(yīng)的核苷酸激酶作用下與ATP反應(yīng)生成NMP等。補(bǔ)救合成既包括體內(nèi)RNA分解產(chǎn)物的循環(huán)使用，也包括以攝入核酸的分解產(chǎn)物為原料進(jìn)行合成。值得注意的是，從頭合成NMP的原料甘氨酸、天冬氨酸和谷氨酰胺等都是非必需氨基酸。

其實(shí)，在細(xì)胞中每時(shí)每刻都發(fā)生著RNA的降解，降解的主要產(chǎn)物是NMP。這些NMP會(huì)被磷酸化成相應(yīng)的NTP，重新用于合成RNA?？梢?jiàn)，只要不發(fā)生致命性的結(jié)構(gòu)破壞，NMP在細(xì)胞內(nèi)一直被循環(huán)利用?？梢哉J(rèn)為，如果不需要細(xì)胞分化，一個(gè)正常的健康細(xì)胞對(duì)于核苷酸營(yíng)養(yǎng)的需求是有限的。而那些新陳代謝快的細(xì)胞在增殖過(guò)程中需要大量的NMP，甚至dNMP，以滿足生成新細(xì)胞的需求。

在體內(nèi)，核苷酸在不同的結(jié)構(gòu)形式之間轉(zhuǎn)換，以維持相應(yīng)的平衡。因此，核苷酸可作為核酸的合成材料、外界刺激的信使、能量轉(zhuǎn)換(如ATP和GTP)的中介、輔酶以及生化反應(yīng)的調(diào)節(jié)者等發(fā)揮多種功能。核苷酸包括核苷單磷酸(NMP和dNMP)、核苷二磷酸(NDP和dNDP)和核苷三磷酸(NTP和dNTP)，和環(huán)狀分子cAMP和cGMP等結(jié)構(gòu)形式。這些分子及其合成前體必須在體內(nèi)保持一定的濃度范圍，并根據(jù)需要及時(shí)發(fā)生變化。如細(xì)胞繁殖時(shí)，對(duì)NTP和dNTP的需求會(huì)增加，特別是要大大提高dNTP的濃度。核苷酸濃度的高低直接影響其從頭合成的速度，濃度達(dá)到一定高度時(shí)會(huì)抑制其合成。特別是ATP與其他NTP不同，一般濃度偏高。因此，各種核苷酸從頭合成和補(bǔ)救合成也存在平衡。從頭合成步驟繁多并需要十幾種酶的參與，且需大量ATP提供能量；補(bǔ)救途徑可以節(jié)省能量和減輕代謝壓力，并為缺少?gòu)念^合成途徑的細(xì)胞提供核苷酸原料。一旦平衡遭到破壞就容易產(chǎn)生相應(yīng)的疾病，例如，當(dāng)鳥(niǎo)嘌呤和次黃嘌呤補(bǔ)救途徑產(chǎn)生障礙時(shí)，相應(yīng)的堿基不能被重新合成NMP，而不得不被分解成尿酸。如腎臟排泄尿酸能力不足，尿酸逐漸積累，導(dǎo)致腎結(jié)石或痛風(fēng)[37]。值得注意的是，血液中維持足夠高的尿酸濃度對(duì)人體有益，尿酸濃度過(guò)低也會(huì)引起一些疾病。

普通食物中的NAS一般以RNA為主，DNA一般只在魚(yú)精或花粉等富含精子的物質(zhì)中含量豐富。在鮭魚(yú)的魚(yú)白中，DNA含量高時(shí)可占干重的40%以上?；罴?xì)菌中的RNA含量約占總重的6%(干重的20%)，DNA占0.5%，核苷酸占0.5%[38]。動(dòng)物和植物細(xì)胞中的NAS含量差異很大，如肉類(lèi)，海鮮和豆類(lèi)食品中含量較豐富，有些情況下NAS能占到細(xì)胞干重的10%以上。人乳中含有游離的核苷酸，核苷和堿基，也含有大分子核酸。如人乳中DNA含量為1～12 mg/dL，RNA為10～60 mg/dL，而牛奶中兩者分別為1～4 mg/dL和5～19 mg/dL[39]。NAS被分解后主要以核苷的形式被人體吸收，少量以寡核苷酸、核苷酸和堿基的形式吸收。人體內(nèi)核苷酸的分解產(chǎn)物為核糖(或脫氧核糖)、磷酸以及源于嘧啶的β-丙氨酸和β-氨基異丁酸等。生物種類(lèi)不同分解產(chǎn)物也不近相同，例如只有靈長(zhǎng)類(lèi)，鳥(niǎo)類(lèi)和一些爬行動(dòng)物的嘌呤代謝終產(chǎn)物為尿酸，而其他生物為尿素或CO2等。

可見(jiàn)，核酸營(yíng)養(yǎng)是一個(gè)復(fù)雜的問(wèn)題，需要考慮多種因素，進(jìn)行全面分析，并在不同層面進(jìn)行回答。特別是不同的個(gè)體，甚至同一個(gè)體在不同生長(zhǎng)階段都對(duì)核酸營(yíng)養(yǎng)有不同的需求。例如，體內(nèi)合成能力降低時(shí)(如老年人和某些病人)，需要多攝入外源核酸；體內(nèi)NMP轉(zhuǎn)化為dNMP的能力強(qiáng)時(shí)可能無(wú)需攝入DNA或dNMP，而轉(zhuǎn)化能力低時(shí)需要攝入；身體對(duì)核酸的消化吸收能力降低時(shí)可能需要補(bǔ)充核苷酸或其它容易消化的核酸分解產(chǎn)物。

2 核苷酸代謝與營(yíng)養(yǎng)的研究發(fā)展歷程

1940—1970年代，為了研究痛風(fēng)(血液中尿酸過(guò)高)的機(jī)制以治療痛風(fēng)，Buchanan[40]等科學(xué)家們對(duì)于嘌呤的代謝進(jìn)行了大量研究。例如，1948年采用同位素示蹤技術(shù)證實(shí)鴿子體內(nèi)合成嘌呤的原料為甘氨酸、天冬氨酸、谷氨酰胺、CO2和甲酸等。隨后，嘌呤的合成過(guò)程得到闡明，并發(fā)現(xiàn)了轉(zhuǎn)甲?；浮⒑铣擅?、羧化酶等相關(guān)的酶。而嘧啶核苷酸的體內(nèi)合成相對(duì)簡(jiǎn)單，研究較少。值得注意的是，由于尿酸是嘌呤堿基的代謝產(chǎn)物，人們往往會(huì)過(guò)分強(qiáng)調(diào)攝入核酸對(duì)人體的危害。

1970年代前后開(kāi)始，人們開(kāi)始從營(yíng)養(yǎng)學(xué)的角度，通過(guò)在食物中添加核苷酸或采用缺乏核苷酸的飲食配方等研究核苷酸的代謝及功能。對(duì)于大分子核酸的營(yíng)養(yǎng)作用研究相對(duì)較少。到1990年代末，雖然也存在一些爭(zhēng)議和片面的理解，但基本上形成了對(duì)核酸營(yíng)養(yǎng)作用比較系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)[16, 41-44]。一般認(rèn)為核苷酸是半必需或條件必需營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，當(dāng)內(nèi)源性的供應(yīng)不足時(shí)，人體需要攝入膳食核苷酸。內(nèi)源性核苷酸不足的原因可能是某些疾病，營(yíng)養(yǎng)不良或快速生長(zhǎng)需要等。

1990年代末部分科學(xué)家已經(jīng)對(duì)外源核苷酸的功能形成了以下認(rèn)識(shí)：

(1)膳食核酸被分解為核苷等后經(jīng)腸吸收，參與補(bǔ)救合成，可以部分代替能耗高和步驟繁多的從頭合成，用于維持體內(nèi)核苷酸池的水平。

(2)對(duì)于處于快速生長(zhǎng)期的嬰兒，配方奶粉中需要補(bǔ)充核苷酸，以促進(jìn)腸道發(fā)育和提高腸道免疫力。

(3)對(duì)淋巴(免疫系統(tǒng))、小腸和肝組織及脂質(zhì)代謝有益。飲食提供的外源核苷酸有助于刺激白細(xì)胞(包括淋巴細(xì)胞)的更新，也有助于促進(jìn)細(xì)胞免疫，如促進(jìn)正常腸細(xì)胞的生長(zhǎng)和成熟，且對(duì)于腸損傷的恢復(fù)有益。肝損傷后膳食核苷酸有助于肝細(xì)胞快速合成DNA和RNA來(lái)完成組織再生。飲食中缺乏核酸或核苷酸時(shí)，會(huì)造成肝臟重量降低。膳食核苷酸還有助于長(zhǎng)鏈多不飽和脂肪酸和血清脂蛋白的合成。

(4)促進(jìn)腸道菌群的平衡，有益于健康。如能提高雙歧桿菌的比例，降低致病菌的比例等。

(5)一些臨床實(shí)驗(yàn)表明，飲食中核苷酸源的充足有利于某些病人的健康恢復(fù)。靜脈注射腺苷對(duì)血管，心臟和神經(jīng)組織具有顯著的改善作用，已經(jīng)被批準(zhǔn)用于治療陣發(fā)性室上性心動(dòng)過(guò)速。動(dòng)脈內(nèi)輸注腺苷到小腸可增加到腸壁和粘膜層的血流量[45]。

在實(shí)際應(yīng)用方面，美國(guó)醫(yī)生班杰明·富蘭克等于1970年代開(kāi)發(fā)和推銷(xiāo)過(guò)核酸營(yíng)養(yǎng)品，并引起了爭(zhēng)議。1980年代初日本科學(xué)家森重福美(1983年成立了“日本分子協(xié)調(diào)醫(yī)學(xué)營(yíng)養(yǎng)學(xué)研究所”)著作了《核酸的營(yíng)養(yǎng)學(xué)》一書(shū)，使日本大眾開(kāi)始了解核酸的營(yíng)養(yǎng)作用。1983年，小越章平先生(后來(lái)的日本功能性食品醫(yī)用學(xué)會(huì)創(chuàng)立者)在世界上第一次明確提出核苷酸和脫氧核苷酸是重要的營(yíng)養(yǎng)素。并研究發(fā)現(xiàn)在器官切除或器官功能下降的情況下，核酸會(huì)被更為積極地利用，因此手術(shù)后輸液時(shí)添加核苷酸有益。

1991年，歐盟提出在奶粉中添加核酸的建議。日本從1995年開(kāi)始，也在奶粉中添加了核苷酸。目前，大多數(shù)國(guó)家的嬰兒奶粉中都要添加核苷酸。1992年開(kāi)始，《從細(xì)胞層次變年輕-基因DNA核酸營(yíng)養(yǎng)學(xué)：你也年輕10歲！》[46]和《培育聰明健康的寶寶核酸(核苷酸)是必要的！》[47]、《核酸與健康壽命》[48]等一些科普類(lèi)的書(shū)籍在日本相繼出版。同時(shí)，在詳細(xì)機(jī)理還沒(méi)有明確的情況下，市場(chǎng)上也出現(xiàn)了一些核酸營(yíng)養(yǎng)類(lèi)功能性食品(以片劑為主，也有一些營(yíng)養(yǎng)液)，而且也開(kāi)發(fā)了一些化妝品和增發(fā)劑等產(chǎn)品。但由于相關(guān)的機(jī)理仍然不清楚，核酸的提取也主要限于酵母和魚(yú)白，相關(guān)的研究和產(chǎn)品開(kāi)發(fā)還是受到了很大限制。

2016年北京大學(xué)李勇教授出版的專(zhuān)著《核苷酸營(yíng)養(yǎng)學(xué)》中指出[49]，外源性核苷酸對(duì)于孕產(chǎn)婦、嬰幼兒、老年人等特殊人群具有重要的營(yíng)養(yǎng)作用。大量研究資料表明，外源核酸在特定生理?xiàng)l件下(某些疾病狀態(tài)，營(yíng)養(yǎng)攝入不足、快速生長(zhǎng)時(shí)期及存在內(nèi)源合成障礙)是不可缺少的營(yíng)養(yǎng)成分，并視個(gè)體的生長(zhǎng)發(fā)育階段和特定的生理?xiàng)l件不同而有差異。補(bǔ)充外源核酸具有增強(qiáng)免疫、促進(jìn)生長(zhǎng)發(fā)育、調(diào)節(jié)腸道菌群、輔助降血脂、抗疲勞、改善記憶等多種功能；補(bǔ)充外源核酸對(duì)于一些患病或亞健康人群有益，如能夠降低酒精對(duì)大鼠肝臟、腎臟造成的損傷，或減輕多種營(yíng)養(yǎng)相關(guān)疾病的發(fā)生和發(fā)展。而且，以大鼠為實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ偷难芯勘砻?，添?5.0 g/kg bw的外源核苷酸未觀察到有害作用，認(rèn)為劑量為1.28 g/kg bw屬于無(wú)毒級(jí)[49]。目前，科學(xué)家們正在分子水平開(kāi)展核酸攝入對(duì)于一些組織器官產(chǎn)生作用的機(jī)理研究，特別是通過(guò)研究核酸代謝相關(guān)酶的表達(dá)來(lái)探究其發(fā)生作用的路徑。同時(shí)，也有一些臨床研究通過(guò)實(shí)驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證其功能。另外，在禽畜飼養(yǎng)等農(nóng)業(yè)領(lǐng)域也在分子水平展開(kāi)了相關(guān)研究，核酸類(lèi)物質(zhì)(NAS)的研究正在快速發(fā)展。

3 1996年以后的核苷酸代謝與營(yíng)養(yǎng)的研究成果

毋庸置疑，當(dāng)?shù)鞍踪|(zhì)攝入量減少或核苷酸合成需求量高的情況下(腸道損傷后、手術(shù)創(chuàng)傷后、膿毒癥、快速生長(zhǎng)的胎兒或新生兒等)，一些快速周轉(zhuǎn)的組織(腸道和免疫系統(tǒng))可能會(huì)增加對(duì)飲食中外源核苷酸的利用。近20多年來(lái)，隨著一些核酸營(yíng)養(yǎng)類(lèi)功能食品和飼料添加劑的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用，以及生命科學(xué)的迅速發(fā)展，人們對(duì)核酸類(lèi)物質(zhì)的營(yíng)養(yǎng)功能的興趣逐漸增加。已經(jīng)相繼有數(shù)十篇綜述發(fā)表，如2012年Hess等在題為《核苷酸在免疫和胃腸系統(tǒng)中的作用：潛在的臨床應(yīng)用》[50]的綜述中指出，危重病患者、受傷患者、免疫抑制患者或慢性胃腸道疾病患者的臨床結(jié)果有所改善；嬰兒配方食品中添加核苷酸有助于促進(jìn)腸道的成熟和發(fā)育，并增強(qiáng)免疫功能。以下分別就核酸對(duì)于一些組織器官或細(xì)胞的功能作用等進(jìn)行簡(jiǎn)單介紹。

3.1 攝入核苷酸有益于肝臟健康

一般認(rèn)為只有在肝損傷等肝功能不足的情況下攝食核酸的作用才更明顯[51]。但1997年Lopez-Navarro[22]等證明，飲食核苷酸有助于補(bǔ)充肝臟RNA池，核苷酸缺乏對(duì)肝臟RNA池的影響與饑餓的影響相似，并表明這種影響與年齡有關(guān)。2013年Le等[52]研究了小鼠模型中尿苷穩(wěn)態(tài)的破壞與肝嘧啶代謝與脂質(zhì)積累的關(guān)系。尿苷磷酸化酶的過(guò)表達(dá)和二氫乳清酸脫氫酶的表達(dá)抑制都可以導(dǎo)致肝微泡脂肪變性；尿苷的補(bǔ)充完全抑制了以上兩個(gè)原因引起的微泡脂肪變性，并改變了肝臟的NAD(+)/NADH和NADP(+)/NADPH的比值，以及代謝、氧化還原和抗氧化酶的乙?；闆r。作者認(rèn)為尿苷通過(guò)調(diào)節(jié)肝蛋白乙酰化來(lái)抑制脂肪肝；尿苷穩(wěn)態(tài)的破壞可能是肝嘧啶代謝造成脂質(zhì)積累的原因?？梢?jiàn)，攝入核酸的補(bǔ)救合成同從頭合成對(duì)于維護(hù)肝臟健康都很重要。

3.2 攝入核苷酸有益于腸道發(fā)育、成熟與修復(fù)

腸道作為吸收營(yíng)養(yǎng)分子和更新較快的器官，可以直接利用腸道內(nèi)分解的核苷和核苷酸。這比利用肝臟等器官合成的核苷酸效率更高，也更為合理。1998年McCauley[53]在一篇有關(guān)腸細(xì)胞核苷酸合成的綜述中提到，核苷酸在腸道發(fā)育、成熟和修復(fù)過(guò)程中對(duì)腸細(xì)胞尤為重要。從頭合成和補(bǔ)救合成途徑的相對(duì)貢獻(xiàn)似乎受到隱絨毛軸內(nèi)腸細(xì)胞的位置以及飲食攝入的核酸和谷氨酰胺的相對(duì)量的影響。研究表明[54]，核苷酸補(bǔ)充并不能增強(qiáng)Caco-2細(xì)胞的增殖，但能顯著增強(qiáng)大鼠正常小腸隱窩細(xì)胞系(IEC-6)的增殖。特別是CMP豐富的核苷酸混合物能最有效地促進(jìn)細(xì)胞的增殖和成熟。2000年Sato[55]等以Caco-2細(xì)胞為模型，發(fā)現(xiàn)是核苷而不是核苷酸有助于腸微絨毛的產(chǎn)生。而當(dāng)添加三碘甲狀腺原氨酸以提高刷狀緣膜堿性磷酸酶活性時(shí)，核苷酸也有類(lèi)似效果。他們得出結(jié)論，核苷酸和核苷的補(bǔ)充可以促進(jìn)Caco-2的形態(tài)分化。2005年Kimura[56]等研究發(fā)現(xiàn)，腸道內(nèi)的腺苷和AMP能迅速增加小腸對(duì)葡萄糖的轉(zhuǎn)運(yùn)。

1999年Sukumar等[57]報(bào)道，雖然在腸內(nèi)和腸外補(bǔ)充核苷酸可加速吲哚美辛誘導(dǎo)的腸炎大鼠小腸潰瘍的愈合，但補(bǔ)充核苷酸會(huì)加重右旋糖酐硫酸鈉(DSS)誘導(dǎo)的大鼠結(jié)腸炎。2006年Dancey等[58]以成人為研究對(duì)象，表明補(bǔ)充膳食核苷酸可改善腸易激綜合征的部分癥狀。2008年Vieites等[59]研究發(fā)現(xiàn)外源性核苷可被小腸細(xì)胞(iEC-6細(xì)胞)選擇性地吸收，以增加細(xì)胞內(nèi)核苷酸池和GTP等的濃度，有利于腸細(xì)胞分化和功能變化，并得出外源性核苷促進(jìn)大鼠腸上皮細(xì)胞分化的結(jié)論。

3.3 核苷酸的攝入有助于保持腎、脾臟、腦等其他組織器官的健康

近年也出現(xiàn)了一些對(duì)于攝入核苷酸影響其他臟器的研究。如2006年Elwi等[60]綜述了腎核苷轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白的研究，論述了其生理和臨床意義。已發(fā)現(xiàn)的7種人類(lèi)轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白(膜蛋白)之間會(huì)協(xié)同作用，主要功能是保持胞內(nèi)和胞外的核苷酸平衡。并指出腎臟對(duì)核苷的再吸收或分泌是有選擇性的。

2018年Cheng等[61]通過(guò)研究喂食5’-AMP對(duì)經(jīng)γ射線照射造成損傷的小鼠脾臟組織的作用發(fā)現(xiàn)，添加5’-AMP可調(diào)節(jié)細(xì)胞周期和凋亡，修復(fù)經(jīng)γ射線照射造成的脾臟受損，提高多項(xiàng)脾臟指標(biāo)。并指出5’-AMP可以動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)小鼠脾臟組織氧化還原平衡，增加細(xì)胞因子，因此可對(duì)小鼠的免疫系統(tǒng)受損起到改善作用。

1996年Chen等[62]通過(guò)小鼠模型試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，內(nèi)源性核苷酸供應(yīng)不足可能是衰老導(dǎo)致記憶不足或遺傳性記憶不足的原因之一，通過(guò)飲食添加核苷和核苷酸可以改善以上原因引起的記憶力下降。大腦依賴(lài)于體液中的循環(huán)核苷。2003年Kunii等[63]研究發(fā)現(xiàn)，飲食補(bǔ)充核苷和核酸混合物能夠降低老年小鼠脂褐素特異性腦細(xì)胞百分比，減少腦區(qū)空泡數(shù)量，并增加老年小鼠的記憶力。2011年Ipata等[64]對(duì)腦核苷代謝進(jìn)行了綜述，認(rèn)為缺氧/缺血條件下的精神錯(cuò)亂可能與腦核苷酸代謝有關(guān)。

3.4 核苷酸有助于促進(jìn)腸道菌群的平衡

微生物一般被認(rèn)為完全依靠從頭合成途徑滿足菌體對(duì)NAS的需求，但越來(lái)越多的研究發(fā)現(xiàn)，微生物也能吸收利用NAS。1997年Sgarrella等[65]發(fā)現(xiàn)，細(xì)菌培養(yǎng)液中加入核苷酸可增加細(xì)菌的脫氧核糖醛縮酶活性，使核糖成為細(xì)菌的碳源。在反芻動(dòng)物中，微生物源性核酸是氮的主要來(lái)源之一，主要以核苷的形式被小腸吸收。

2010年Sauer等[66]研究了膳食核苷酸(從酵母中提取)對(duì)仔豬小腸內(nèi)微生物生長(zhǎng)的影響，發(fā)現(xiàn)3種大腸桿菌菌株(DSM 2840、PS 37和PS 79)、羅伊氏乳桿菌、淀粉樣乳桿菌和糞腸球菌等都可以利用核苷酸，表明了核苷酸在影響腸道細(xì)菌生長(zhǎng)方面的潛在作用。2017年Doo等[67]研究了在嬰兒配方食品中添加核苷酸和核苷對(duì)腸道微生物群的影響，揭示了核苷和核苷酸對(duì)嬰兒腸道微生物群組成和代謝活性調(diào)節(jié)有很強(qiáng)劑量依賴(lài)性。研究發(fā)現(xiàn)，添加核苷酸和核苷可以使厭氧菌、消化道桿菌、梭桿菌、乳酸桿菌/葡萄球菌/明串珠菌和面紗菌的含量增加，而使沙門(mén)氏菌減少；添加后與核苷酸和硫代謝及鐵獲得有關(guān)的轉(zhuǎn)錄物增加，而共因子和維生素的生物合成減少。與成人相比，老年腸道微生物群的特征是穩(wěn)定性降低，并受生活條件和飲食的影響。2019年Doo等[68]研究了酵母提取物對(duì)老年人結(jié)腸微生物群組成和代謝活性的累積影響，發(fā)現(xiàn)可增加乳酸桿菌和雙歧桿菌的數(shù)量，由此增加丁酸鹽產(chǎn)量。建議飲食補(bǔ)充核苷酸類(lèi)物質(zhì)以穩(wěn)定和促進(jìn)老年腸道微生物群的平衡。

3.5 補(bǔ)充核苷酸有助于提高免疫力

早在1996年Jyonouchi等[69]的研究表明，無(wú)核苷酸飲食會(huì)抑制啟動(dòng)的T細(xì)胞產(chǎn)生抗原驅(qū)動(dòng)的細(xì)胞因子，而補(bǔ)充核苷酸可能在抗原驅(qū)動(dòng)的Th細(xì)胞激活中發(fā)揮作用，并且這種作用受飲食脂肪酸的影響。1996年Jyonouchi等[70]發(fā)現(xiàn)，口服補(bǔ)充的單核苷酸混合物可防止喂食無(wú)核苷酸飲食的C57BL/6小鼠的T細(xì)胞依賴(lài)性體液免疫下降。外源核苷酸有作為免疫功能調(diào)節(jié)器的潛在作用。飲食核苷酸刺激體液對(duì)T依賴(lài)性抗原的免疫反應(yīng)，并提高總抗體水平。2001年Maldonaldo[71]的研究進(jìn)一步證明，在嬰兒配方食品中添加核苷酸似乎有利于免疫，如免疫球蛋白增加，對(duì)疫苗的反應(yīng)改善，發(fā)病率降低，對(duì)膳食抗原的耐受性增加。2001年Jyonouchi等[72]發(fā)現(xiàn)，飲食核苷酸調(diào)節(jié)小鼠中1型(Th1)和2型T輔助細(xì)胞(Th2)對(duì)卵白蛋白的免疫反應(yīng)平衡；在產(chǎn)生Th2偏多的BALB/cJ小鼠中，飲食核苷酸僅增加小鼠對(duì)Ova的Th1應(yīng)答。松永政司等[73]的研究表明，核苷酸有助于促進(jìn)一些細(xì)胞的凋亡，但不促進(jìn)癌細(xì)胞的生長(zhǎng)。但由于使用的是核蛋白，不能定量分析核酸和蛋白質(zhì)的貢獻(xiàn)比例。

3.6 核苷酸營(yíng)養(yǎng)與嬰兒健康

1998年Boza[14，74]討論了膳食核苷酸對(duì)嬰兒的小腸(成熟和恢復(fù))和腸道菌群、脂質(zhì)和肝臟代謝以及免疫系統(tǒng)的可能有益影響。指出母乳是嬰兒核苷酸的最佳來(lái)源，其核苷酸/核苷譜顯示，與嘌呤相比嘧啶具有明顯的優(yōu)勢(shì)。與嘌呤核苷酸相比，嘧啶核苷酸似乎在母乳中能更穩(wěn)定，且在小腸消化過(guò)程中也不容易被破壞，因此更容易被吸收并用于合成組織RNA。2004年Schaller等[75]通過(guò)常規(guī)嬰兒免疫的抗體反應(yīng)進(jìn)行測(cè)量等臨床實(shí)驗(yàn)，證明了嬰兒配方食品核苷酸補(bǔ)充的免疫益處。2006年Vasquez-Garibay等[76]通過(guò)臨床實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，核苷酸攝入有助于提高嚴(yán)重營(yíng)養(yǎng)不良兒童胰島素類(lèi)生長(zhǎng)因子I和其他激素生物標(biāo)志物的水平。2006年Hawkes等[77]研究了添加核苷酸對(duì)足月嬰兒生長(zhǎng)和免疫功能的影響，研究表明以33.5 mg/L劑量補(bǔ)充核苷酸的配方奶粉有助于提高抗體的產(chǎn)生。2007年Lerner[78]發(fā)表綜述指出，對(duì)受核苷酸強(qiáng)化的足月和早產(chǎn)兒進(jìn)行的研究顯示，核苷酸對(duì)細(xì)胞和肱骨的免疫有益，并且病弱的嬰兒受益更多。

2002年Yu[11]對(duì)臨床研究進(jìn)行了綜述，指出添加核苷酸的嬰兒配方食品在增強(qiáng)免疫力和降低敗血癥風(fēng)險(xiǎn)方面具有功效；對(duì)于極度早產(chǎn)、出生前和出生后營(yíng)養(yǎng)攝入明顯低于最佳水平，兒腸道損傷嚴(yán)重的嬰兒相關(guān)研究需要大大加強(qiáng)。2010年Singhal等[79]通過(guò)臨床研究表明，補(bǔ)充核苷酸會(huì)增加配方奶粉喂養(yǎng)嬰兒的體重和頭圍等，進(jìn)而認(rèn)為補(bǔ)充核苷酸可能對(duì)大腦早期生長(zhǎng)發(fā)育有益。

3.7 大分子DNA和RNA的代謝與營(yíng)養(yǎng)

膳食DNA在胃腸道降解為較短的DNA片段和單個(gè)核苷，主要以單個(gè)核苷和堿基形式被攝取，但即使是幾百堿基對(duì)的膳食DNA片段也被發(fā)現(xiàn)能穿過(guò)腸屏障進(jìn)入血流。2013年Johannessen等[80]研究DNA片段(633 bp PCR產(chǎn)物)轉(zhuǎn)運(yùn)進(jìn)入Caco-2細(xì)胞的情況，結(jié)果表明，DNA片段通過(guò)吸附性內(nèi)吞作用和囊泡介導(dǎo)而轉(zhuǎn)運(yùn)到Caco-2細(xì)胞中，并且DNA結(jié)合蛋白參與了這一過(guò)程。還發(fā)現(xiàn)，在Caco-2細(xì)胞間的DNA轉(zhuǎn)運(yùn)不與脫氧寡核苷酸、巖藻聚糖、肝素、硫酸肝素和硫酸右旋糖酐競(jìng)爭(zhēng)，而線性化質(zhì)粒DNA則將DNA片段的轉(zhuǎn)運(yùn)減少約2倍。作者提出假設(shè)，認(rèn)為這種轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)制在免疫系統(tǒng)中可能有作用。

從1990年代開(kāi)始，以松永政司為代表的日本學(xué)者對(duì)于魚(yú)精中的DNA進(jìn)行了大量研究，并以魚(yú)精蛋白和魚(yú)精DNA為原料開(kāi)發(fā)出了相應(yīng)的功能食品。認(rèn)為魚(yú)精DNA和魚(yú)精蛋白具有提高免疫力、減肥、抗氧化、美容、增發(fā)等功能。但是由于有些研究所用的原料中含有魚(yú)精蛋白和魚(yú)精DNA兩種組分，具體是否由DNA起主要作用不是很明確。但對(duì)于精母細(xì)胞等對(duì)脫氧核糖核苷酸需求旺盛的細(xì)胞，補(bǔ)充DNA有明顯的效果。

3.8 其他核酸營(yíng)養(yǎng)的相關(guān)研究

1996年，Boza等[81]通過(guò)喂養(yǎng)懷孕小鼠，研究了膳食和從頭合成的核苷酸在體內(nèi)核糖核酸合成中的作用，進(jìn)一步驗(yàn)證了膳食堿基和核糖參與補(bǔ)救途徑，并發(fā)現(xiàn)膳食尿苷比嘌呤核苷的利用率更高。2000年Leite等[82]研究發(fā)現(xiàn)，同時(shí)供應(yīng)多不飽和脂肪酸和核苷酸有利于逆轉(zhuǎn)脂質(zhì)代謝異常。在肝硬化實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ椭?，飲食中同時(shí)含有長(zhǎng)鏈多不飽和脂肪酸和核苷酸，可使腸內(nèi)積累的[H-3]花生四烯酸減少，而在肝臟和血漿中有所增加。2004年Yokoyama等[83]發(fā)現(xiàn)，無(wú)核苷酸飲食中添加核苷可抑制非腫瘤性病變的發(fā)生，如淀粉樣變，而不會(huì)促進(jìn)CF-252輻射誘發(fā)的癌變。

2013年Ostojic等[84]通過(guò)對(duì)30名健康男性的臨床實(shí)驗(yàn)，研究了含服核苷酸(50 mg/d，共14 d)對(duì)耐力表現(xiàn)和免疫反應(yīng)的影響。與安慰劑組相比，服用核苷酸使耗竭時(shí)間、血清免疫球蛋白A和NKC細(xì)胞毒性活性均顯著升高，認(rèn)為口服核苷酸對(duì)于高活動(dòng)量的男性的能量代謝和免疫刺激等有益。2013年Riera等[85]的研究結(jié)果表明，在4周內(nèi)補(bǔ)充核苷酸類(lèi)產(chǎn)品可以抵消寒冷環(huán)境下的劇烈運(yùn)動(dòng)對(duì)免疫功能的損害。

脫氧核糖磷酸醛縮酶(DERA)將2-脫氧-D-核糖-5-磷酸轉(zhuǎn)化為甘油醛-3-磷酸和乙醛。2014年Salleron[86]等的研究揭示了具有DERA(主要表達(dá)于肺、肝和結(jié)腸)活性的肝細(xì)胞通過(guò)脫氧核苷降解產(chǎn)生能量來(lái)減少或延遲應(yīng)激誘導(dǎo)的損傷。此外，DERA的表達(dá)被證明允許無(wú)法生產(chǎn)ATP的細(xì)胞利用細(xì)胞外脫氧肌苷來(lái)維持ATP水平。

根據(jù)1996年以來(lái)的核苷酸營(yíng)養(yǎng)功能研究所用實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ图白饔脵C(jī)制分類(lèi)匯總為表1?？梢钥闯觯塑账岬臄z入可能關(guān)系到人體健康的各個(gè)方面，對(duì)于細(xì)胞的生長(zhǎng)、發(fā)育以及維持新陳代謝平衡有著重要作用。

表1 核苷酸的營(yíng)養(yǎng)作用相關(guān)研究Table 1 Related researches on nutritional effect of nucleotides

RNA一般從酵母中提取，而DNA主要從鮭魚(yú)魚(yú)白中提取，日本的年產(chǎn)量達(dá)數(shù)百?lài)?。松永政司等將DNA作為過(guò)濾材料用于除去環(huán)境中的污染物等[87]。李敬等[88-89]也將DNA和殼聚糖等作為材料用于包載蝦青素等活性物質(zhì)。另外，梁興國(guó)等深入研究了大分子核酸在消化道內(nèi)的分解代謝[90-94]。安然等[90]詳細(xì)研究了胃中的酸性條件對(duì)于DNA脫嘌呤的影響，如在pH=2的條件下，37 ℃反應(yīng)2 h，可使約7%的嘌呤堿基脫落。嘌呤堿基可以在腸道內(nèi)為腺苷脫氨酶所分解[9, 91]，可能是因?yàn)槿梭w避免造成體內(nèi)嘌呤代謝的紊亂，盡量在代謝后以核苷的形式吸收。董平等[92-94]的研究顯示，胃蛋白酶在胃液中能夠分解DNA和RNA，提出了核酸代謝起始于胃的觀點(diǎn)，打破了認(rèn)為核酸的分解代謝源于小腸的傳統(tǒng)認(rèn)識(shí)。也有研究表明，口腔也會(huì)分泌相應(yīng)的核酸酶分解核酸，但這可能主要是起破壞核酸的作用，以避免病菌病毒核酸的入侵。

3.9 核酸營(yíng)養(yǎng)的相關(guān)爭(zhēng)議

盡管科學(xué)家們相信NAS的正面作用，但相關(guān)爭(zhēng)議并沒(méi)有平息。比如，對(duì)于痛風(fēng)患者NAS的攝入一般會(huì)增加血液中尿酸濃度，但沒(méi)有核酸代謝疾病的正常人攝入NAS過(guò)多是否會(huì)引起痛風(fēng)？對(duì)于我們每一個(gè)人，什么樣的階段和什么情況下需要額外補(bǔ)充核苷酸？大分子DNA和RNA(如MicroRNA)的片段是否會(huì)廣泛被人體吸收，并在人體內(nèi)發(fā)生作用？攝入的外源基因的信息是否會(huì)影響生物體的基因并遺傳給下一代？tRNA等含有的修飾堿基是否體內(nèi)可以合成？這些問(wèn)題都需要深入而全面的研究才有可能回答。

最近，新的爭(zhēng)議還在不斷產(chǎn)生。如煙酰胺腺嘌呤二核苷酸(NAD+)補(bǔ)充劑作為一種長(zhǎng)壽保健品已經(jīng)在市場(chǎng)上銷(xiāo)售，并日益受到追捧，可能有上百億美元正在進(jìn)入該領(lǐng)域。但有研究機(jī)構(gòu)發(fā)現(xiàn)吸收NAD+可能會(huì)刺激腫瘤細(xì)胞生長(zhǎng)，并認(rèn)為其抗衰老的功效可能是建立在促進(jìn)腫瘤發(fā)展的情況下產(chǎn)生的[95]。因此，我們應(yīng)慎重考慮其潛在的致癌等副作用，謹(jǐn)慎使用。

我們也必須注意到，一方面NAS可以作為體內(nèi)合成大分子核酸的材料(“宏量營(yíng)養(yǎng)素”)，另一方面也可以作為類(lèi)似于激素或維生素等的功能分子，調(diào)節(jié)體內(nèi)的生物化學(xué)反應(yīng)。人體的代謝與營(yíng)養(yǎng)作用是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)，目前還遠(yuǎn)未達(dá)到能夠?qū)θ魏我粋€(gè)營(yíng)養(yǎng)學(xué)問(wèn)題進(jìn)行全面解答的水平，需要繼續(xù)利用先進(jìn)技術(shù)和大數(shù)據(jù)處理等新手段進(jìn)行研究。NAS同其他生物分子一樣，一方面對(duì)于人體具有重要的營(yíng)養(yǎng)作用；另一方面，如果使用不當(dāng)則可能對(duì)人體無(wú)益甚至有害。所有的爭(zhēng)議大多源于商業(yè)利益或產(chǎn)生了顛覆性的新觀點(diǎn)，而在核苷酸領(lǐng)域也是如此。只有加大相應(yīng)的科研投入和更多的科研人員潛心研究，才可能盡量排除商業(yè)利益等的誘惑，真正全面深入認(rèn)識(shí)NAS的代謝、調(diào)控及營(yíng)養(yǎng)作用等。

4 作為飼料添加劑的核苷酸在各個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用

同樣，從1970年代前后開(kāi)始，人們開(kāi)始研究添加核苷酸對(duì)于其他生物的生長(zhǎng)及健康的影響，進(jìn)而用于水產(chǎn)、豬、禽等動(dòng)物的養(yǎng)殖中。其中研究最多的是水產(chǎn)動(dòng)物的營(yíng)養(yǎng)。

4.1 添加核苷酸促進(jìn)水產(chǎn)動(dòng)物的健康生長(zhǎng)

1973年有研究表明核苷酸對(duì)于水產(chǎn)動(dòng)物具有誘食性，可以增進(jìn)其食欲[20]。研究還發(fā)現(xiàn)不同的魚(yú)類(lèi)對(duì)于核苷酸的誘食性差異比較大；后來(lái)發(fā)現(xiàn)在飼料中添加NMP可促進(jìn)魚(yú)類(lèi)的生長(zhǎng)發(fā)育及抗病能力等。這同以小鼠和大鼠為模型或臨床研究所得的結(jié)果類(lèi)似，即對(duì)于處于免疫低下、應(yīng)激、快速生長(zhǎng)、腸道和肝損傷的動(dòng)物，攝入的核苷酸可使免疫系統(tǒng)恢復(fù)正常功能，促進(jìn)腸道生長(zhǎng)發(fā)育和肝功能等方面發(fā)揮著重要作用。相關(guān)研究可參照相關(guān)的綜述，這里只做簡(jiǎn)單介紹。

在1991—2000年間，水產(chǎn)動(dòng)物核苷酸營(yíng)養(yǎng)研究重點(diǎn)偏向于對(duì)生長(zhǎng)性能的影響。如Ramadan和Atef[96]在1991年發(fā)現(xiàn)商業(yè)核苷酸產(chǎn)品對(duì)于羅非魚(yú)仔稚魚(yú)的促生長(zhǎng)作用；Adamek等[97]在1996年發(fā)現(xiàn)商業(yè)核苷酸產(chǎn)品對(duì)于虹鱒幼魚(yú)的促生長(zhǎng)作用；Kubitza等[98]1997年證實(shí)了IMP對(duì)于大口黑鱸的誘食作用及在低魚(yú)粉配方下的促生長(zhǎng)作用等；在2001—2005年，核苷酸營(yíng)養(yǎng)的研究重點(diǎn)偏向于對(duì)免疫及抗病力的影響。2010年Burrellsetal等[99]首次證明飼料中添加核苷酸產(chǎn)品全面提高了鮭魚(yú)對(duì)于病毒、細(xì)菌及寄生蟲(chóng)的抵抗能力，以及特異性免疫力；證明飼料中添加商業(yè)核苷酸產(chǎn)品改善腸道結(jié)構(gòu)。李鵬和Gatlin[100]證明了飼料中添加核苷酸產(chǎn)品提高了雜交條紋鱸對(duì)于海豚鏈球菌的抵抗能力，以及非特異性免疫力等；2007—2010年，水產(chǎn)動(dòng)物核苷酸營(yíng)養(yǎng)的研究轉(zhuǎn)向?qū)τ诤塑账岙a(chǎn)品新配方的開(kāi)發(fā)。胡俊茹等[101]用核苷酸混合物飼喂凡納濱對(duì)蝦幼體，發(fā)現(xiàn)核苷酸具有促進(jìn)攝食、促進(jìn)生長(zhǎng)、增加肝胰腺及腸道中RNA含量、提高溶菌酶和酚氧化酶含量以及提高血細(xì)胞總數(shù)等效果。2011年以來(lái)，水產(chǎn)動(dòng)物核苷酸營(yíng)養(yǎng)的研究也同人體研究類(lèi)似，偏重于腸道健康，如改善魚(yú)類(lèi)胃腸道結(jié)構(gòu)，增加褶皺和微絨毛高度等。同時(shí)，水產(chǎn)動(dòng)物核苷酸營(yíng)養(yǎng)的研究開(kāi)始走向多樣化。市場(chǎng)上出現(xiàn)了超過(guò)二十種的核苷酸產(chǎn)品，特別是有很多關(guān)于核苷酸添加對(duì)各種水產(chǎn)動(dòng)物生長(zhǎng)及健康指標(biāo)影響的研究。

4.2 添加核苷酸對(duì)其它(非水產(chǎn))動(dòng)物健康生長(zhǎng)的影響

添加核酸或核苷酸對(duì)于豬、雞、牛等的營(yíng)養(yǎng)和抗病能力等也有益。2007年Gil等[102]在哺乳仔豬的空腸外植體培養(yǎng)液中加入核苷酸混合物，研究了豬腸上皮對(duì)核苷酸的攝取情況。結(jié)果顯示外源RNA和核苷酸能夠被有效地水解成核苷并被吸收。意味深長(zhǎng)的是，作者認(rèn)為腸外植體能夠在沒(méi)有腔酶的情況下將RNA水解為核苷酸，然后水解為核苷。

2012年Sauer等[103]通過(guò)研究膳食核苷酸對(duì)斷奶仔豬生長(zhǎng)性能、體液免疫、腸道結(jié)構(gòu)及腸道細(xì)菌數(shù)量的影響發(fā)現(xiàn)，膳食核苷酸能夠增加仔豬日攝食量及血漿IgA水平，因此得出結(jié)論，膳食核苷酸有助于增加仔豬體液免疫。但同時(shí)作者認(rèn)為，膳食核苷酸對(duì)仔豬生長(zhǎng)性能影響不大。2012年Sauer等[104]還研究了日糧酵母核苷酸對(duì)仔豬腸道及腸道微生物的影響。研究發(fā)現(xiàn)，飼料中添加1 g/kg含有游離核苷酸的酵母提取物，對(duì)仔豬小腸酶活性、回腸內(nèi)腸道菌群及其代謝產(chǎn)物、回腸營(yíng)養(yǎng)消化率均無(wú)影響?？赡苡捎跀z入營(yíng)養(yǎng)不同等，核苷酸對(duì)仔豬生長(zhǎng)的影響也不同，因此得出了不同的結(jié)論。

2014年Weaver等[105]通過(guò)在喂食斷奶豬仔的飼料中添加肌苷酸含量高的核苷酸混合物，研究了核苷酸對(duì)于促進(jìn)仔豬生長(zhǎng)和改善健康狀況的作用。研究發(fā)現(xiàn)，添加1.0 g/kg的核苷酸對(duì)仔豬的生長(zhǎng)性能最有利；而添加0.5 g/kg核苷酸添加劑即能降低免疫應(yīng)答和氧化應(yīng)激。得出核苷酸可以提高仔豬生長(zhǎng)性能，并能減輕斷奶后的不適癥狀。

2005年Deng等[106]通過(guò)評(píng)估補(bǔ)充酵母RNA對(duì)雞生長(zhǎng)、淋巴器官重量和免疫反應(yīng)的遺留效應(yīng)表明，酵母RNA作為核苷酸來(lái)源可選擇性地刺激幼雞脾臟的發(fā)育，但這種效果并沒(méi)有持續(xù)到其成年階段。2012年Jung等[107]通過(guò)在玉米-大豆膳食飼料中添加酵母RNA，探究了核苷酸對(duì)肉雞生長(zhǎng)性能和胃腸道形態(tài)發(fā)育的影響。研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)雛雞處于壓力環(huán)境(如高密度飼養(yǎng)或衛(wèi)生條件較差)時(shí)，日糧中添加0.25%或2%酵母RNA能夠增加雛雞腸道絨毛高度，并提高雛雞生長(zhǎng)性能。

也有研究發(fā)現(xiàn)添加核苷酸可能對(duì)雞的生長(zhǎng)作用較小，但可以提高免疫或肌肉風(fēng)味。2018年Seifi等[108]研究了飼喂酵母提取物對(duì)肉雞腸道微生物菌群、內(nèi)臟及生長(zhǎng)特性的影響。研究發(fā)現(xiàn)，酵母提取物對(duì)肉雞腸道菌群影響不顯著，但能夠降低營(yíng)養(yǎng)不足導(dǎo)致的肉雞體重降低及肝臟損傷。這可能是提取物中的核酸類(lèi)物質(zhì)起到主要作用。2018年Yan等[109]研究了日糧中添加IMP對(duì)雞肉生長(zhǎng)的影響，發(fā)現(xiàn)日糧中添加0.2%～0.3%的外源性IMP對(duì)雞肉的生長(zhǎng)性能沒(méi)有影響，但可以促進(jìn)乳腺肌堿性磷酸酶(ALP)、大腿肌中的三磷酸腺苷(ATP)酶和環(huán)水解酶等的活性或表達(dá)，因此可以提高雞肉風(fēng)味品質(zhì)。

牛主要食物以草為主，牛是否能利用核苷酸作為營(yíng)養(yǎng)也引起了大家的興趣。一般認(rèn)為奶牛中約20%的瘤胃微生物氮來(lái)源于嘌呤和嘧啶，為深入研究核苷酸類(lèi)物質(zhì)對(duì)牛核酸代謝的作用，2015年Stentoft等[110]研究了飼料中添加核苷、堿基及其分解產(chǎn)物后奶牛體內(nèi)含量的變化。數(shù)據(jù)顯示嘌呤核苷、嘧啶核苷、嘌呤堿基、嘧啶堿基和嘧啶堿基分解產(chǎn)物(β-丙氨酸和β-氨基異丁酸)都能進(jìn)入牛的體內(nèi)循環(huán)氮池而被重復(fù)利用；有意思的是嘌呤堿基分解產(chǎn)物之一的尿酸在靜脈含量很高，認(rèn)為尿酸不能進(jìn)入體內(nèi)循環(huán)氮池。2008年Liao等[111]研究發(fā)現(xiàn)，增加核苷酸或葡萄糖的腸內(nèi)供應(yīng)可以增加小腸上皮中的核苷轉(zhuǎn)運(yùn)mRNA的豐度，進(jìn)一步證明?？梢酝ㄟ^(guò)小腸吸收核苷。

也有少量研究核苷酸對(duì)于其他動(dòng)物的作用，如2008年Mydland等[112]研究了膳食核苷酸對(duì)水貂的作用，研究表明，核苷堿基的平均消化率為95%，其中尿嘧啶最高(平均96.8%)，胸腺嘧啶最低(平均93.6%)。

5 添加核苷酸對(duì)植物生長(zhǎng)的影響

核苷酸(主要作為植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑)在農(nóng)業(yè)上應(yīng)用的研究始于1970年代。例如早在1973年，Moustafa等[113]在Nature發(fā)表論文，報(bào)道了在培養(yǎng)液中添加二丁基環(huán)腺苷酸能抑制三種豆類(lèi)、三葉草(白三葉)、苜蓿和荷花梗等通過(guò)根瘤固定大氣中氮，但cAMP和AMP能增強(qiáng)這些結(jié)節(jié)的固氮作用，表明植物也能利用核苷酸。之后對(duì)糧食作物、果蔬、茶葉等多種作物進(jìn)行研究表明，核苷酸具有給植物補(bǔ)充營(yíng)養(yǎng)的作用，如明顯改善作物的品質(zhì)、提高產(chǎn)量及抗病能力等。相關(guān)作物包括水稻、小麥、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、乳黃瓜、龍眼、西瓜等，增產(chǎn)10%～28%不等[114]。除生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑外，核苷酸等還可以作為肥料增效劑、抗菌防病劑、新型肥料環(huán)保劑等使用。楊揚(yáng)等[115]發(fā)表綜述指出，在1970年代核酸在作物方面的應(yīng)用面積已達(dá)700多萬(wàn)畝。

1990年代末，市場(chǎng)上出現(xiàn)了一種“雙酸肥”，它富含核苷酸和氨基酸，噴灑在水稻葉片表面，可對(duì)水稻葉片葉綠素的形成和光合作用、呼吸酶活性和ATP形成、氮素的吸收與同化、DNA和RNA的合成、根系吸收能力、孕穗期莖鞘貯存性碳水化合物的積累及抽穗后向穗部的轉(zhuǎn)移均有明顯的促進(jìn)作用，最終導(dǎo)致水稻產(chǎn)量的增加和谷粒蛋白質(zhì)含量的提高[116]。邵吉安等[114]用核苷酸復(fù)配劑處理番茄種子后發(fā)現(xiàn)，發(fā)芽后根系生長(zhǎng)更迅速，側(cè)根比未處理的高出23.8%。2013年Salmi等[117]在一篇綜述指出，在植物細(xì)胞生長(zhǎng)過(guò)程中，核苷酸被釋放到細(xì)胞外基質(zhì)中，這些細(xì)胞外核苷酸會(huì)誘導(dǎo)信號(hào)變化，從而以劑量依賴(lài)性的方式增加或減少細(xì)胞生長(zhǎng)。而這與引起細(xì)胞溶質(zhì)Ca2+濃度和一氧化氮(NO)水平的增加等有關(guān)。

6 總結(jié)及展望

綜上所述，有關(guān)核酸類(lèi)物質(zhì)的代謝與營(yíng)養(yǎng)，一方面我們已經(jīng)有了廣泛而又具有一定深度的認(rèn)識(shí)，另一方面相關(guān)研究還不足以產(chǎn)生足夠系統(tǒng)和全面的知識(shí)；一方面可以積極進(jìn)行臨床實(shí)驗(yàn)等檢驗(yàn)其功效，另一方面需要加大基礎(chǔ)研究的力度，提供理論支撐；一方面不能盲目進(jìn)行商業(yè)炒作，另一方面要看到在人類(lèi)健康領(lǐng)域的廣闊前景，進(jìn)行深入的探索。對(duì)于核酸營(yíng)養(yǎng)作用，我們也需要從平衡的角度去分析，包括濃度、磷酸化程度、各類(lèi)核苷酸之間的轉(zhuǎn)化、合成方式(補(bǔ)救和從頭合成)、甚至其他營(yíng)養(yǎng)的攝入等。

根據(jù)目前的研究狀況，我們可明確以下事實(shí)：(1)我們每個(gè)人每天都在攝入核酸，核酸在體內(nèi)被消化分解后吸收并被利用；(2)體內(nèi)必須維持足夠高的核苷酸水平，并有足夠的NAS儲(chǔ)備以對(duì)損傷等快速應(yīng)激；(3)飲食外是否需要補(bǔ)充N(xiāo)AS，以何種方式何種用量補(bǔ)充等因人而異，不能一概而論；(4)攝入NAS既可以作為原料合成體內(nèi)大分子核酸，又可以調(diào)節(jié)體內(nèi)的各種生物化學(xué)反應(yīng)；(5)NAS的攝入會(huì)引起血液中尿酸水平的變化，但不是痛風(fēng)的病因。

我們需要深入回答如下問(wèn)題：(1)攝入核酸所攜帶的基因信息雖不會(huì)輕易進(jìn)入我們?nèi)祟?lèi)的基因并傳遞給下一代，但其概率和對(duì)進(jìn)化的影響如何？(2)凋亡細(xì)胞中核酸等組分被回收利用的細(xì)節(jié)和機(jī)制如何？(3)核酸營(yíng)養(yǎng)研究主要以RNA和核糖核苷酸為主，DNA和脫氧核糖核苷酸如何？(4)是否可以給病人以輸液的方式補(bǔ)充合理復(fù)配的核苷酸(包括DNA和RNA的比例等)？(5)寡核苷酸進(jìn)入體內(nèi)循環(huán)系統(tǒng)的作用及危害？(6)體內(nèi)回收核酸中內(nèi)切酶與外切酶的分工等。

隨著生物科學(xué)與科技的發(fā)展，將會(huì)在多個(gè)學(xué)科的交叉領(lǐng)域開(kāi)展深入研究，我們相信眾多的謎團(tuán)會(huì)被相繼解開(kāi)，我們拭目以待。