核酸代謝與營養研究及發展趨勢*

梁興國， 李 僉， 黃麗麗， 劉藝璇， 董 平, 2

(1. 中國海洋大學食品科學與工程學院，山東 青島 266003; 2. 青島海洋科學與技術國家實驗室海洋藥物與生物制品功能實驗室, 山東 青島 266235)

核酸一般指生物大分子的DNA(Deoxyribonucleic acid)和RNA(Ribonucleic acid)，而核酸類物質(NAS，Nucleic Acid Substance)還包括核苷酸(NT，Nucleotide)及其衍生物等小分子物質。構成DNA的單體是脫氧核糖核苷酸(dNMP)，有dAMP，dGMP，dCMP和dTMP四種；而構成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。核苷酸可以分子內環合生成環化核苷酸(如cAMP)，或附加磷酸基團生成核苷二磷酸、核苷三磷酸等。核苷酸通過相互之間形成磷酸二酯鍵而生成DNA和RNA(見圖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發揮著重要的功能，部分結構如圖2所示。以NT或NS為主要結構單元的生物大分子和小分子都屬于NAS，特別是RNA種類繁多，功能多樣，既可以攜帶和轉移遺傳信息，又可催化蛋白質合成和RNA加工等生物反應，還可以參與基因表達的調控?？梢姡琋AS是一類非常重要的生物分子，它們參與遺傳、基因表達與調控、生化反應等多種生物活動。NAS既是細胞構建的主要材料，又是調節細胞功能和傳遞信息、能量和反應基團的重要“載體”。

在多糖、蛋白質、脂質和核酸四種生物大分子物質中，核酸是組成單元相對簡單(A、G、C、T、U五種主要堿基)，而又功能多樣的分子。但人類對于核酸的認識卻晚于其他生物大分子，直到1953年Watson和Crick發現DNA雙螺旋結構以后，核酸的相關研究才快速發展。另外，對于核酸仍然有許多難解之謎，如對于近幾年發現的人體內數以萬計的環狀單鏈RNA(circRNA)的功能，我們仍然知之甚少[1-3]。最為神奇的是，早在1970年代初期，美國植物病理學家Diener等發現了類病毒(Viroids)，它只由數百堿基長的環狀單鏈RNA構成[4]。類病毒不含蛋白質外殼等其他分子，但能感染高等植物致病或致死[5-6]。

核酸營養是指外源核酸類物質(NAS)被分解、吸收和利用，具有為生物體提供材料、能量和調控因子的功能。雖然早在1960年代，生物學家就開始對核酸營養開展研究[7]，但科學家們的興趣還主要在于研究NAS在細胞內的功能，發展《分子生物學》和《生物信息學》等新興學科。核酸營養研究沒有引起科學家足夠興趣的另一個原因是，即使食物中短期缺乏核酸也不會造成生物體的死亡或嚴重病癥，而且核酸攝入被認為可能會誘發痛風[8]。長期以來，由于在營養功能和作用機理未被闡明之前，市場上就出現了核酸類功能性食品、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品，人們在對核酸營養功能的認識上產生了不少爭議。目前，學術界和社會上都存在認識上的相互矛盾。例如，我們的食物原料都來源于由細胞組成的生物，而細胞中都會有NAS(如活細菌中含量約為7%，酵母中約為10%，富含精子的魚白中含量高達15%以上)，科學家們也大都認為人體會對其進行吸收和利用，但在營養學領域對其研究甚少；雖然研究表明添加核苷酸具有改善生物或細胞活力的功效，但也有人認為食品中的核酸已經足夠，無需額外補充；由于攝入核酸過多會加重痛風患者的癥狀，也有人認為核酸不但營養價值低，還是有害物質。總之，一方面是核苷酸的生產和應用越來越多，另一方面，多數人仍對其營養價值半信半疑，甚至是避而遠之。

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

隨著分子生物學和營養學(特別是分子營養學)等學科的發展，再加上人們對健康的要求逐步提高，近年來對核酸營養作用的研究熱度增加，并產生了一些新的認識。另一方面，由于仍然缺乏基礎研究，相關知識比較零散，特別是對于食物中核酸被生物體利用的程度和機制幾乎仍然是空白。在現有的營養學教科書中，也很少涉及核酸或核苷酸相關的內容。

雖然有關核苷酸營養的綜述較多，也有相關的專著出版，但涉及大分子核酸的綜述較少。有關核苷酸對人的營養作用的代表性綜述出現在1995年[9]，1995年之后的綜述主要是針對免疫、腸道或嬰兒奶粉中添加核苷酸等某一個主題[9-16]，或有關核苷酸對于動物養殖的營養作用的綜述[17-21]。本文在對核酸營養的理論基礎及發展歷程進行說明的基礎上，就核酸營養功能的最新研究成果進行介紹，并對一些矛盾和爭議進行討論，希望能引起更多的生物、水產養殖、藥物、食品、海洋生態等交叉學科的學者的關注，并促進核酸在生物工程、土壤與海洋環境、水產養殖、禽畜養殖、食品添加劑等領域的應用發展。

圖2 主要核苷酸衍生物的分子結構Fig. 2 Molecular structure of principle derivatives of nucleotide

1 核酸代謝與營養的理論基礎

作為異養生物，動物從食物中汲取營養，一方面作為生長和新陳代謝的原料，一方面用于補充維持正常生命活動所需能量。雖然一些異養微生物(如大腸桿菌)可以在只含有葡萄糖等有機碳源和必需的無機鹽(含N、P、S等必需元素)的環境中繁殖，但高等動物需要更為均衡和全面的營養才能保持健康，同時需要攝入維生素等輔助或調控生化反應。人類也一直在尋找和利用營養豐富的食物，以高效吸收食物中的重要營養成分，減少自身合成的負擔。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疑對人體是有益的，也屬于營養物質。從進化的角度說，這些非必需氨基酸可能對于人體至關重要，所以人體即使在缺乏時也能自己合成；而對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物種的滅絕)。那核酸類物質的情況如何呢？

因核酸是細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自身合成核酸類物質，這也是一些科學家認為人體無需補充核酸的依據。但正是因為NAS極其重要，生物體才建立起了能夠自身合成的機制。事實表明，NAS的缺乏雖不足以致命，但會對生物體的健康產生較大影響。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[10, 30-33]；而外源添加核苷酸能夠促進淋巴細胞的成熟、激活和增殖，改善巨噬細胞的吞噬作用[12, 34-36]等。

核苷酸是核酸分解代謝的產物，也是合成核酸的單體。而脫氧核糖核苷酸(dNMP)可以在體內由核糖核苷酸(NMP)轉化而得，且其在體內的含量一般也大大低于NMP，因此NMP是核酸營養研究的主要研究對象。NMP的合成代謝一般分為從頭合成和補救合成兩種途徑。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行，而腸粘膜、骨髓造血細胞和大腦的從頭合成能力較低。補救合成是指以堿基或核苷等核酸分解產物為原料合成NMP，如堿基與5’-磷酸核糖焦磷酸反應生成相應的NMP；嘧啶堿基或腺嘌呤與1-磷酸核糖反應生成核糖核苷；核糖核苷在相應的核苷酸激酶作用下與ATP反應生成NMP等。補救合成既包括體內RNA分解產物的循環使用，也包括以攝入核酸的分解產物為原料進行合成。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，在細胞中每時每刻都發生著RNA的降解，降解的主要產物是NMP。這些NMP會被磷酸化成相應的NTP，重新用于合成RNA?？梢姡灰话l生致命性的結構破壞，NMP在細胞內一直被循環利用?？梢哉J為，如果不需要細胞分化，一個正常的健康細胞對于核苷酸營養的需求是有限的。而那些新陳代謝快的細胞在增殖過程中需要大量的NMP，甚至dNMP，以滿足生成新細胞的需求。

在體內，核苷酸在不同的結構形式之間轉換，以維持相應的平衡。因此，核苷酸可作為核酸的合成材料、外界刺激的信使、能量轉換(如ATP和GTP)的中介、輔酶以及生化反應的調節者等發揮多種功能。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)，和環狀分子cAMP和cGMP等結構形式。這些分子及其合成前體必須在體內保持一定的濃度范圍，并根據需要及時發生變化。如細胞繁殖時，對NTP和dNTP的需求會增加，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，濃度達到一定高度時會抑制其合成。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；補救途徑可以節省能量和減輕代謝壓力，并為缺少從頭合成途徑的細胞提供核苷酸原料。一旦平衡遭到破壞就容易產生相應的疾病，例如，當鳥嘌呤和次黃嘌呤補救途徑產生障礙時，相應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，導致腎結石或痛風[37]。值得注意的是，血液中維持足夠高的尿酸濃度對人體有益，尿酸濃度過低也會引起一些疾病。

普通食物中的NAS一般以RNA為主，DNA一般只在魚精或花粉等富含精子的物質中含量豐富。在鮭魚的魚白中，DNA含量高時可占干重的40%以上?；罴毦械腞NA含量約占總重的6%(干重的20%)，DNA占0.5%，核苷酸占0.5%[38]。動物和植物細胞中的NAS含量差異很大，如肉類，海鮮和豆類食品中含量較豐富，有些情況下NAS能占到細胞干重的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。人體內核苷酸的分解產物為核糖(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。生物種類不同分解產物也不近相同，例如只有靈長類，鳥類和一些爬行動物的嘌呤代謝終產物為尿酸，而其他生物為尿素或CO2等。

可見，核酸營養是一個復雜的問題，需要考慮多種因素，進行全面分析，并在不同層面進行回答。特別是不同的個體，甚至同一個體在不同生長階段都對核酸營養有不同的需求。例如，體內合成能力降低時(如老年人和某些病人)，需要多攝入外源核酸；體內NMP轉化為dNMP的能力強時可能無需攝入DNA或dNMP，而轉化能力低時需要攝入；身體對核酸的消化吸收能力降低時可能需要補充核苷酸或其它容易消化的核酸分解產物。

2 核苷酸代謝與營養的研究發展歷程

1940—1970年代，為了研究痛風(血液中尿酸過高)的機制以治療痛風，Buchanan[40]等科學家們對于嘌呤的代謝進行了大量研究。例如，1948年采用同位素示蹤技術證實鴿子體內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，嘌呤的合成過程得到闡明，并發現了轉甲?；浮⒑铣擅浮Ⅳ然傅认嚓P的酶。而嘧啶核苷酸的體內合成相對簡單，研究較少。值得注意的是，由于尿酸是嘌呤堿基的代謝產物，人們往往會過分強調攝入核酸對人體的危害。

1970年代前后開始，人們開始從營養學的角度，通過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。對于大分子核酸的營養作用研究相對較少。到1990年代末，雖然也存在一些爭議和片面的理解，但基本上形成了對核酸營養作用比較系統的認識[16, 41-44]。一般認為核苷酸是半必需或條件必需營養物質，當內源性的供應不足時，人體需要攝入膳食核苷酸。內源性核苷酸不足的原因可能是某些疾病，營養不良或快速生長需要等。

1990年代末部分科學家已經對外源核苷酸的功能形成了以下認識：

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

(2)對于處于快速生長期的嬰兒，配方奶粉中需要補充核苷酸，以促進腸道發育和提高腸道免疫力。

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

(4)促進腸道菌群的平衡，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)一些臨床實驗表明，飲食中核苷酸源的充足有利于某些病人的健康恢復。靜脈注射腺苷對血管，心臟和神經組織具有顯著的改善作用，已經被批準用于治療陣發性室上性心動過速。動脈內輸注腺苷到小腸可增加到腸壁和粘膜層的血流量[45]。

在實際應用方面，美國醫生班杰明·富蘭克等于1970年代開發和推銷過核酸營養品，并引起了爭議。1980年代初日本科學家森重福美(1983年成立了“日本分子協調醫學營養學研究所”)著作了《核酸的營養學》一書，使日本大眾開始了解核酸的營養作用。1983年，小越章平先生(后來的日本功能性食品醫用學會創立者)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養素。并研究發現在器官切除或器官功能下降的情況下，核酸會被更為積極地利用，因此手術后輸液時添加核苷酸有益。

1991年，歐盟提出在奶粉中添加核酸的建議。日本從1995年開始，也在奶粉中添加了核苷酸。目前，大多數國家的嬰兒奶粉中都要添加核苷酸。1992年開始，《從細胞層次變年輕-基因DNA核酸營養學：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]等一些科普類的書籍在日本相繼出版。同時，在詳細機理還沒有明確的情況下，市場上也出現了一些核酸營養類功能性食品(以片劑為主，也有一些營養液)，而且也開發了一些化妝品和增發劑等產品。但由于相關的機理仍然不清楚，核酸的提取也主要限于酵母和魚白，相關的研究和產品開發還是受到了很大限制。

2016年北京大學李勇教授出版的專著《核苷酸營養學》中指出[49]，外源性核苷酸對于孕產婦、嬰幼兒、老年人等特殊人群具有重要的營養作用。大量研究資料表明，外源核酸在特定生理條件下(某些疾病狀態，營養攝入不足、快速生長時期及存在內源合成障礙)是不可缺少的營養成分，并視個體的生長發育階段和特定的生理條件不同而有差異。補充外源核酸具有增強免疫、促進生長發育、調節腸道菌群、輔助降血脂、抗疲勞、改善記憶等多種功能；補充外源核酸對于一些患病或亞健康人群有益，如能夠降低酒精對大鼠肝臟、腎臟造成的損傷，或減輕多種營養相關疾病的發生和發展。而且，以大鼠為實驗模型的研究表明，添加15.0 g/kg bw的外源核苷酸未觀察到有害作用，認為劑量為1.28 g/kg bw屬于無毒級[49]。目前，科學家們正在分子水平開展核酸攝入對于一些組織器官產生作用的機理研究，特別是通過研究核酸代謝相關酶的表達來探究其發生作用的路徑。同時，也有一些臨床研究通過實驗來驗證其功能。另外，在禽畜飼養等農業領域也在分子水平展開了相關研究，核酸類物質(NAS)的研究正在快速發展。

3 1996年以后的核苷酸代謝與營養的研究成果

毋庸置疑，當蛋白質攝入量減少或核苷酸合成需求量高的情況下(腸道損傷后、手術創傷后、膿毒癥、快速生長的胎兒或新生兒等)，一些快速周轉的組織(腸道和免疫系統)可能會增加對飲食中外源核苷酸的利用。近20多年來，隨著一些核酸營養類功能食品和飼料添加劑的開發和應用，以及生命科學的迅速發展，人們對核酸類物質的營養功能的興趣逐漸增加。已經相繼有數十篇綜述發表，如2012年Hess等在題為《核苷酸在免疫和胃腸系統中的作用：潛在的臨床應用》[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果有所改善；嬰兒配方食品中添加核苷酸有助于促進腸道的成熟和發育，并增強免疫功能。以下分別就核酸對于一些組織器官或細胞的功能作用等進行簡單介紹。

3.1 攝入核苷酸有益于肝臟健康

一般認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充肝臟RNA池，核苷酸缺乏對肝臟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。2013年Le等[52]研究了小鼠模型中尿苷穩態的破壞與肝嘧啶代謝與脂質積累的關系。尿苷磷酸化酶的過表達和二氫乳清酸脫氫酶的表達抑制都可以導致肝微泡脂肪變性；尿苷的補充完全抑制了以上兩個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。作者認為尿苷通過調節肝蛋白乙?；瘉硪种浦靖危荒蜍辗€態的破壞可能是肝嘧啶代謝造成脂質積累的原因?？梢?，攝入核酸的補救合成同從頭合成對于維護肝臟健康都很重要。

3.2 攝入核苷酸有益于腸道發育、成熟與修復

腸道作為吸收營養分子和更新較快的器官，可以直接利用腸道內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]在一篇有關腸細胞核苷酸合成的綜述中提到，核苷酸在腸道發育、成熟和修復過程中對腸細胞尤為重要。從頭合成和補救合成途徑的相對貢獻似乎受到隱絨毛軸內腸細胞的位置以及飲食攝入的核酸和谷氨酰胺的相對量的影響。研究表明[54]，核苷酸補充并不能增強Caco-2細胞的增殖，但能顯著增強大鼠正常小腸隱窩細胞系(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細胞的增殖和成熟。2000年Sato[55]等以Caco-2細胞為模型，發現是核苷而不是核苷酸有助于腸微絨毛的產生。而當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，核苷酸也有類似效果。他們得出結論，核苷酸和核苷的補充可以促進Caco-2的形態分化。2005年Kimura[56]等研究發現，腸道內的腺苷和AMP能迅速增加小腸對葡萄糖的轉運。

1999年Sukumar等[57]報道，雖然在腸內和腸外補充核苷酸可加速吲哚美辛誘導的腸炎大鼠小腸潰瘍的愈合，但補充核苷酸會加重右旋糖酐硫酸鈉(DSS)誘導的大鼠結腸炎。2006年Dancey等[58]以成人為研究對象，表明補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]研究發現外源性核苷可被小腸細胞(iEC-6細胞)選擇性地吸收，以增加細胞內核苷酸池和GTP等的濃度，有利于腸細胞分化和功能變化，并得出外源性核苷促進大鼠腸上皮細胞分化的結論。

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

近年也出現了一些對于攝入核苷酸影響其他臟器的研究。如2006年Elwi等[60]綜述了腎核苷轉運蛋白的研究，論述了其生理和臨床意義。已發現的7種人類轉運蛋白(膜蛋白)之間會協同作用，主要功能是保持胞內和胞外的核苷酸平衡。并指出腎臟對核苷的再吸收或分泌是有選擇性的。

2018年Cheng等[61]通過研究喂食5’-AMP對經γ射線照射造成損傷的小鼠脾臟組織的作用發現，添加5’-AMP可調節細胞周期和凋亡，修復經γ射線照射造成的脾臟受損，提高多項脾臟指標。并指出5’-AMP可以動態調節小鼠脾臟組織氧化還原平衡，增加細胞因子，因此可對小鼠的免疫系統受損起到改善作用。

1996年Chen等[62]通過小鼠模型試驗發現，內源性核苷酸供應不足可能是衰老導致記憶不足或遺傳性記憶不足的原因之一，通過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。大腦依賴于體液中的循環核苷。2003年Kunii等[63]研究發現，飲食補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胞百分比，減少腦區空泡數量，并增加老年小鼠的記憶力。2011年Ipata等[64]對腦核苷代謝進行了綜述，認為缺氧/缺血條件下的精神錯亂可能與腦核苷酸代謝有關。

3.4 核苷酸有助于促進腸道菌群的平衡

微生物一般被認為完全依靠從頭合成途徑滿足菌體對NAS的需求，但越來越多的研究發現，微生物也能吸收利用NAS。1997年Sgarrella等[65]發現，細菌培養液中加入核苷酸可增加細菌的脫氧核糖醛縮酶活性，使核糖成為細菌的碳源。在反芻動物中，微生物源性核酸是氮的主要來源之一，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)對仔豬小腸內微生物生長的影響，發現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菌生長方面的潛在作用。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腸道微生物群的影響，揭示了核苷和核苷酸對嬰兒腸道微生物群組成和代謝活性調節有很強劑量依賴性。研究發現，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，而使沙門氏菌減少；添加后與核苷酸和硫代謝及鐵獲得有關的轉錄物增加，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老年人結腸微生物群組成和代謝活性的累積影響，發現可增加乳酸桿菌和雙歧桿菌的數量，由此增加丁酸鹽產量。建議飲食補充核苷酸類物質以穩定和促進老年腸道微生物群的平衡。

3.5 補充核苷酸有助于提高免疫力

早在1996年Jyonouchi等[69]的研究表明，無核苷酸飲食會抑制啟動的T細胞產生抗原驅動的細胞因子，而補充核苷酸可能在抗原驅動的Th細胞激活中發揮作用，并且這種作用受飲食脂肪酸的影響。1996年Jyonouchi等[70]發現，口服補充的單核苷酸混合物可防止喂食無核苷酸飲食的C57BL/6小鼠的T細胞依賴性體液免疫下降。外源核苷酸有作為免疫功能調節器的潛在作用。飲食核苷酸刺激體液對T依賴性抗原的免疫反應，并提高總抗體水平。2001年Maldonaldo[71]的研究進一步證明，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，對疫苗的反應改善，發病率降低，對膳食抗原的耐受性增加。2001年Jyonouchi等[72]發現，飲食核苷酸調節小鼠中1型(Th1)和2型T輔助細胞(Th2)對卵白蛋白的免疫反應平衡；在產生Th2偏多的BALB/cJ小鼠中，飲食核苷酸僅增加小鼠對Ova的Th1應答。松永政司等[73]的研究表明，核苷酸有助于促進一些細胞的凋亡，但不促進癌細胞的生長。但由于使用的是核蛋白，不能定量分析核酸和蛋白質的貢獻比例。

3.6 核苷酸營養與嬰兒健康

1998年Boza[14，74]討論了膳食核苷酸對嬰兒的小腸(成熟和恢復)和腸道菌群、脂質和肝臟代謝以及免疫系統的可能有益影響。指出母乳是嬰兒核苷酸的最佳來源，其核苷酸/核苷譜顯示，與嘌呤相比嘧啶具有明顯的優勢。與嘌呤核苷酸相比，嘧啶核苷酸似乎在母乳中能更穩定，且在小腸消化過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]通過常規嬰兒免疫的抗體反應進行測量等臨床實驗，證明了嬰兒配方食品核苷酸補充的免疫益處。2006年Vasquez-Garibay等[76]通過臨床實驗發現，核苷酸攝入有助于提高嚴重營養不良兒童胰島素類生長因子I和其他激素生物標志物的水平。2006年Hawkes等[77]研究了添加核苷酸對足月嬰兒生長和免疫功能的影響，研究表明以33.5 mg/L劑量補充核苷酸的配方奶粉有助于提高抗體的產生。2007年Lerner[78]發表綜述指出，對受核苷酸強化的足月和早產兒進行的研究顯示，核苷酸對細胞和肱骨的免疫有益，并且病弱的嬰兒受益更多。

2002年Yu[11]對臨床研究進行了綜述，指出添加核苷酸的嬰兒配方食品在增強免疫力和降低敗血癥風險方面具有功效；對于極度早產、出生前和出生后營養攝入明顯低于最佳水平，兒腸道損傷嚴重的嬰兒相關研究需要大大加強。2010年Singhal等[79]通過臨床研究表明，補充核苷酸會增加配方奶粉喂養嬰兒的體重和頭圍等，進而認為補充核苷酸可能對大腦早期生長發育有益。

3.7 大分子DNA和RNA的代謝與營養

膳食DNA在胃腸道降解為較短的DNA片段和單個核苷，主要以單個核苷和堿基形式被攝取，但即使是幾百堿基對的膳食DNA片段也被發現能穿過腸屏障進入血流。2013年Johannessen等[80]研究DNA片段(633 bp PCR產物)轉運進入Caco-2細胞的情況，結果表明，DNA片段通過吸附性內吞作用和囊泡介導而轉運到Caco-2細胞中，并且DNA結合蛋白參與了這一過程。還發現，在Caco-2細胞間的DNA轉運不與脫氧寡核苷酸、巖藻聚糖、肝素、硫酸肝素和硫酸右旋糖酐競爭，而線性化質粒DNA則將DNA片段的轉運減少約2倍。作者提出假設，認為這種轉運機制在免疫系統中可能有作用。

從1990年代開始，以松永政司為代表的日本學者對于魚精中的DNA進行了大量研究，并以魚精蛋白和魚精DNA為原料開發出了相應的功能食品。認為魚精DNA和魚精蛋白具有提高免疫力、減肥、抗氧化、美容、增發等功能。但是由于有些研究所用的原料中含有魚精蛋白和魚精DNA兩種組分，具體是否由DNA起主要作用不是很明確。但對于精母細胞等對脫氧核糖核苷酸需求旺盛的細胞，補充DNA有明顯的效果。

3.8 其他核酸營養的相關研究

1996年，Boza等[81]通過喂養懷孕小鼠，研究了膳食和從頭合成的核苷酸在體內核糖核酸合成中的作用，進一步驗證了膳食堿基和核糖參與補救途徑，并發現膳食尿苷比嘌呤核苷的利用率更高。2000年Leite等[82]研究發現，同時供應多不飽和脂肪酸和核苷酸有利于逆轉脂質代謝異常。在肝硬化實驗模型中，飲食中同時含有長鏈多不飽和脂肪酸和核苷酸，可使腸內積累的[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]發現，無核苷酸飲食中添加核苷可抑制非腫瘤性病變的發生，如淀粉樣變，而不會促進CF-252輻射誘發的癌變。

2013年Ostojic等[84]通過對30名健康男性的臨床實驗，研究了含服核苷酸(50 mg/d，共14 d)對耐力表現和免疫反應的影響。與安慰劑組相比，服用核苷酸使耗竭時間、血清免疫球蛋白A和NKC細胞毒性活性均顯著升高，認為口服核苷酸對于高活動量的男性的能量代謝和免疫刺激等有益。2013年Riera等[85]的研究結果表明，在4周內補充核苷酸類產品可以抵消寒冷環境下的劇烈運動對免疫功能的損害。

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(主要表達于肺、肝和結腸)活性的肝細胞通過脫氧核苷降解產生能量來減少或延遲應激誘導的損傷。此外，DERA的表達被證明允許無法生產ATP的細胞利用細胞外脫氧肌苷來維持ATP水平。

根據1996年以來的核苷酸營養功能研究所用實驗模型及作用機制分類匯總為表1?？梢钥闯觯塑账岬臄z入可能關系到人體健康的各個方面，對于細胞的生長、發育以及維持新陳代謝平衡有著重要作用。

表1 核苷酸的營養作用相關研究Table 1 Related researches on nutritional effect of nucleotides

RNA一般從酵母中提取，而DNA主要從鮭魚魚白中提取，日本的年產量達數百噸。松永政司等將DNA作為過濾材料用于除去環境中的污染物等[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。另外，梁興國等深入研究了大分子核酸在消化道內的分解代謝[90-94]。安然等[90]詳細研究了胃中的酸性條件對于DNA脫嘌呤的影響，如在pH=2的條件下，37 ℃反應2 h，可使約7%的嘌呤堿基脫落。嘌呤堿基可以在腸道內為腺苷脫氨酶所分解[9, 91]，可能是因為人體避免造成體內嘌呤代謝的紊亂，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，打破了認為核酸的分解代謝源于小腸的傳統認識。也有研究表明，口腔也會分泌相應的核酸酶分解核酸，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 核酸營養的相關爭議

盡管科學家們相信NAS的正面作用，但相關爭議并沒有平息。比如，對于痛風患者NAS的攝入一般會增加血液中尿酸濃度，但沒有核酸代謝疾病的正常人攝入NAS過多是否會引起痛風？對于我們每一個人，什么樣的階段和什么情況下需要額外補充核苷酸？大分子DNA和RNA(如MicroRNA)的片段是否會廣泛被人體吸收，并在人體內發生作用？攝入的外源基因的信息是否會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可以合成？這些問題都需要深入而全面的研究才有可能回答。

最近，新的爭議還在不斷產生。如煙酰胺腺嘌呤二核苷酸(NAD+)補充劑作為一種長壽保健品已經在市場上銷售，并日益受到追捧，可能有上百億美元正在進入該領域。但有研究機構發現吸收NAD+可能會刺激腫瘤細胞生長，并認為其抗衰老的功效可能是建立在促進腫瘤發展的情況下產生的[95]。因此，我們應慎重考慮其潛在的致癌等副作用，謹慎使用。

我們也必須注意到，一方面NAS可以作為體內合成大分子核酸的材料(“宏量營養素”)，另一方面也可以作為類似于激素或維生素等的功能分子，調節體內的生物化學反應。人體的代謝與營養作用是一個復雜的系統，目前還遠未達到能夠對任何一個營養學問題進行全面解答的水平，需要繼續利用先進技術和大數據處理等新手段進行研究。NAS同其他生物分子一樣，一方面對于人體具有重要的營養作用；另一方面，如果使用不當則可能對人體無益甚至有害。所有的爭議大多源于商業利益或產生了顛覆性的新觀點，而在核苷酸領域也是如此。只有加大相應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利益等的誘惑，真正全面深入認識NAS的代謝、調控及營養作用等。

4 作為飼料添加劑的核苷酸在各個領域的應用

同樣，從1970年代前后開始，人們開始研究添加核苷酸對于其他生物的生長及健康的影響，進而用于水產、豬、禽等動物的養殖中。其中研究最多的是水產動物的營養。

4.1 添加核苷酸促進水產動物的健康生長

1973年有研究表明核苷酸對于水產動物具有誘食性，可以增進其食欲[20]。研究還發現不同的魚類對于核苷酸的誘食性差異比較大；后來發現在飼料中添加NMP可促進魚類的生長發育及抗病能力等。這同以小鼠和大鼠為模型或臨床研究所得的結果類似，即對于處于免疫低下、應激、快速生長、腸道和肝損傷的動物，攝入的核苷酸可使免疫系統恢復正常功能，促進腸道生長發育和肝功能等方面發揮著重要作用。相關研究可參照相關的綜述，這里只做簡單介紹。

在1991—2000年間，水產動物核苷酸營養研究重點偏向于對生長性能的影響。如Ramadan和Atef[96]在1991年發現商業核苷酸產品對于羅非魚仔稚魚的促生長作用；Adamek等[97]在1996年發現商業核苷酸產品對于虹鱒幼魚的促生長作用；Kubitza等[98]1997年證實了IMP對于大口黑鱸的誘食作用及在低魚粉配方下的促生長作用等；在2001—2005年，核苷酸營養的研究重點偏向于對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品全面提高了鮭魚對于病毒、細菌及寄生蟲的抵抗能力，以及特異性免疫力；證明飼料中添加商業核苷酸產品改善腸道結構。李鵬和Gatlin[100]證明了飼料中添加核苷酸產品提高了雜交條紋鱸對于海豚鏈球菌的抵抗能力，以及非特異性免疫力等；2007—2010年，水產動物核苷酸營養的研究轉向對于核苷酸產品新配方的開發。胡俊茹等[101]用核苷酸混合物飼喂凡納濱對蝦幼體，發現核苷酸具有促進攝食、促進生長、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胞總數等效果。2011年以來，水產動物核苷酸營養的研究也同人體研究類似，偏重于腸道健康，如改善魚類胃腸道結構，增加褶皺和微絨毛高度等。同時，水產動物核苷酸營養的研究開始走向多樣化。市場上出現了超過二十種的核苷酸產品，特別是有很多關于核苷酸添加對各種水產動物生長及健康指標影響的研究。

4.2 添加核苷酸對其它(非水產)動物健康生長的影響

添加核酸或核苷酸對于豬、雞、牛等的營養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液中加入核苷酸混合物，研究了豬腸上皮對核苷酸的攝取情況。結果顯示外源RNA和核苷酸能夠被有效地水解成核苷并被吸收。意味深長的是，作者認為腸外植體能夠在沒有腔酶的情況下將RNA水解為核苷酸，然后水解為核苷。

2012年Sauer等[103]通過研究膳食核苷酸對斷奶仔豬生長性能、體液免疫、腸道結構及腸道細菌數量的影響發現，膳食核苷酸能夠增加仔豬日攝食量及血漿IgA水平，因此得出結論，膳食核苷酸有助于增加仔豬體液免疫。但同時作者認為，膳食核苷酸對仔豬生長性能影響不大。2012年Sauer等[104]還研究了日糧酵母核苷酸對仔豬腸道及腸道微生物的影響。研究發現，飼料中添加1 g/kg含有游離核苷酸的酵母提取物，對仔豬小腸酶活性、回腸內腸道菌群及其代謝產物、回腸營養消化率均無影響?？赡苡捎跀z入營養不同等，核苷酸對仔豬生長的影響也不同，因此得出了不同的結論。

2014年Weaver等[105]通過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，研究了核苷酸對于促進仔豬生長和改善健康狀況的作用。研究發現，添加1.0 g/kg的核苷酸對仔豬的生長性能最有利；而添加0.5 g/kg核苷酸添加劑即能降低免疫應答和氧化應激。得出核苷酸可以提高仔豬生長性能，并能減輕斷奶后的不適癥狀。

2005年Deng等[106]通過評估補充酵母RNA對雞生長、淋巴器官重量和免疫反應的遺留效應表明，酵母RNA作為核苷酸來源可選擇性地刺激幼雞脾臟的發育，但這種效果并沒有持續到其成年階段。2012年Jung等[107]通過在玉米-大豆膳食飼料中添加酵母RNA，探究了核苷酸對肉雞生長性能和胃腸道形態發育的影響。研究發現，當雛雞處于壓力環境(如高密度飼養或衛生條件較差)時，日糧中添加0.25%或2%酵母RNA能夠增加雛雞腸道絨毛高度，并提高雛雞生長性能。

也有研究發現添加核苷酸可能對雞的生長作用較小，但可以提高免疫或肌肉風味。2018年Seifi等[108]研究了飼喂酵母提取物對肉雞腸道微生物菌群、內臟及生長特性的影響。研究發現，酵母提取物對肉雞腸道菌群影響不顯著，但能夠降低營養不足導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物質起到主要作用。2018年Yan等[109]研究了日糧中添加IMP對雞肉生長的影響，發現日糧中添加0.2%～0.3%的外源性IMP對雞肉的生長性能沒有影響，但可以促進乳腺肌堿性磷酸酶(ALP)、大腿肌中的三磷酸腺苷(ATP)酶和環水解酶等的活性或表達，因此可以提高雞肉風味品質。

牛主要食物以草為主，牛是否能利用核苷酸作為營養也引起了大家的興趣。一般認為奶牛中約20%的瘤胃微生物氮來源于嘌呤和嘧啶，為深入研究核苷酸類物質對牛核酸代謝的作用，2015年Stentoft等[110]研究了飼料中添加核苷、堿基及其分解產物后奶牛體內含量的變化。數據顯示嘌呤核苷、嘧啶核苷、嘌呤堿基、嘧啶堿基和嘧啶堿基分解產物(β-丙氨酸和β-氨基異丁酸)都能進入牛的體內循環氮池而被重復利用；有意思的是嘌呤堿基分解產物之一的尿酸在靜脈含量很高，認為尿酸不能進入體內循環氮池。2008年Liao等[111]研究發現，增加核苷酸或葡萄糖的腸內供應可以增加小腸上皮中的核苷轉運mRNA的豐度，進一步證明?？梢酝ㄟ^小腸吸收核苷。

也有少量研究核苷酸對于其他動物的作用，如2008年Mydland等[112]研究了膳食核苷酸對水貂的作用，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 添加核苷酸對植物生長的影響

核苷酸(主要作為植物生長調節劑)在農業上應用的研究始于1970年代。例如早在1973年，Moustafa等[113]在Nature發表論文，報道了在培養液中添加二丁基環腺苷酸能抑制三種豆類、三葉草(白三葉)、苜蓿和荷花梗等通過根瘤固定大氣中氮，但cAMP和AMP能增強這些結節的固氮作用，表明植物也能利用核苷酸。之后對糧食作物、果蔬、茶葉等多種作物進行研究表明，核苷酸具有給植物補充營養的作用，如明顯改善作物的品質、提高產量及抗病能力等。相關作物包括水稻、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10%～28%不等[114]。除生長調節劑外，核苷酸等還可以作為肥料增效劑、抗菌防病劑、新型肥料環保劑等使用。楊揚等[115]發表綜述指出，在1970年代核酸在作物方面的應用面積已達700多萬畝。

1990年代末，市場上出現了一種“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移均有明顯的促進作用，最終導致水稻產量的增加和谷粒蛋白質含量的提高[116]。邵吉安等[114]用核苷酸復配劑處理番茄種子后發現，發芽后根系生長更迅速，側根比未處理的高出23.8%。2013年Salmi等[117]在一篇綜述指出，在植物細胞生長過程中，核苷酸被釋放到細胞外基質中，這些細胞外核苷酸會誘導信號變化，從而以劑量依賴性的方式增加或減少細胞生長。而這與引起細胞溶質Ca2+濃度和一氧化氮(NO)水平的增加等有關。

6 總結及展望

綜上所述，有關核酸類物質的代謝與營養，一方面我們已經有了廣泛而又具有一定深度的認識，另一方面相關研究還不足以產生足夠系統和全面的知識；一方面可以積極進行臨床實驗等檢驗其功效，另一方面需要加大基礎研究的力度，提供理論支撐；一方面不能盲目進行商業炒作，另一方面要看到在人類健康領域的廣闊前景，進行深入的探索。對于核酸營養作用，我們也需要從平衡的角度去分析，包括濃度、磷酸化程度、各類核苷酸之間的轉化、合成方式(補救和從頭合成)、甚至其他營養的攝入等。

根據目前的研究狀況，我們可明確以下事實：(1)我們每個人每天都在攝入核酸，核酸在體內被消化分解后吸收并被利用；(2)體內必須維持足夠高的核苷酸水平，并有足夠的NAS儲備以對損傷等快速應激；(3)飲食外是否需要補充NAS，以何種方式何種用量補充等因人而異，不能一概而論；(4)攝入NAS既可以作為原料合成體內大分子核酸，又可以調節體內的各種生物化學反應；(5)NAS的攝入會引起血液中尿酸水平的變化，但不是痛風的病因。

我們需要深入回答如下問題：(1)攝入核酸所攜帶的基因信息雖不會輕易進入我們人類的基因并傳遞給下一代，但其概率和對進化的影響如何？(2)凋亡細胞中核酸等組分被回收利用的細節和機制如何？(3)核酸營養研究主要以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充合理復配的核苷酸(包括DNA和RNA的比例等)？(5)寡核苷酸進入體內循環系統的作用及危害？(6)體內回收核酸中內切酶與外切酶的分工等。

隨著生物科學與科技的發展，將會在多個學科的交叉領域開展深入研究，我們相信眾多的謎團會被相繼解開，我們拭目以待。