第三节 牛磺酸与核苷酸
一、牛磺酸
1. 化学组成与性质
牛磺酸（taurine）是动物体内的一种β-含硫氨基酸，化学名称为β-氨基乙磺酸，但不是蛋白质的构成单位。它广泛分布于动物体内各组织、器官中，主要以游离态存在于组织间液和细胞内液中，因1827年从牛胆汁中分离出来而得名。牛磺酸的化学结构式为H2N—CH2—CH2—SO3H，分子量125.15，是白色粉状或针状结晶，无毒、无臭、味微酸、对热稳定，易溶于热水，不溶于无水乙醇、乙醚和丙酮，熔点为310℃，是动物体的内源性物质，无抗原性，各种给剂途径均易被吸收。溶解后的牛磺酸具有较强的酸性，在稀溶液中呈中性，以两性离子形式存在。
2.代谢
动物体内的牛磺酸一方面源于饲粮；另一方面源于动物自身合成。哺乳动物可通过五个途径在肝中生物合成牛磺酸，其中最主要的途径是蛋氨酸和半胱氨酸代谢的中间产物半胱亚磺酸经半胱亚磺酸脱羧酶脱羧成为亚牛磺酸，再经氧化成为牛磺酸。牛磺酸在体内分解后可参与形成牛磺胆酸与羟乙基磺酸。
牛磺酸以游离的形式广泛分布于人和动物的脑、心脏、肝、肾、卵巢、子宫、骨骼肌、血液、唾液和乳汁中，以在松果体、视网膜、垂体、肾上腺等组织中的浓度为较高。
牛磺酸在鱼、虾类中含量较高，为9.1～41.4μmol/g 湿重；在畜、禽肉类中含量为1.4～6.6μmol/g 湿重；在鸡蛋、奶酪、蜂蜜、水果、蔬菜、谷类中未检出牛磺酸。
牛磺酸以游离形式由尿液或以胆酸盐形式通过胆汁排出体外。肾脏是排泄牛磺酸的主要器官，也是调节体内牛磺酸含量的重要器官。当牛磺酸过量时，多余部分随尿排出；当牛磺酸不足时，肾脏通过重吸收减少牛磺酸的排泄。
3. 生理功能
牛磺酸具有广泛的生物学功能，可影响视觉和神经发育、调控渗透压、稳定细胞膜、保护心肌和降低血压等作用，主要体现在以下几个方面：
① 对视神经有营养作用：牛磺酸约占视网膜中氨基酸总量的50%。缺乏牛磺酸，视网膜中的渗透压调控失衡，导致其退化，光感受器退化，因而光传导功能受抑。
② 促进中枢神经系统发育：牛磺酸在中枢神经系统中含量很多，提示牛磺酸对中枢神经系统的发育，如细胞的增殖、移行和分化具有重要作用。牛磺酸还可减少大鼠急性脑缺血后神经元凋亡。
③ 保护组织细胞：牛磺酸维持和调节细胞内外渗透压平衡，调节细胞内游离Ca2+ 浓度以保持动态平衡，清除氧自由基、避免过氧化损伤，参与细胞膜主要成分磷脂的代谢，维持细胞膜稳定等。
④ 保护心血管系统：牛磺酸可与胆酸结合为牛磺胆酸，促进脂肪乳化，增强脂肪酶活性，促进脂类物质的消化与吸收。牛磺酸还是胆汁中胆固醇的主要促溶剂，能抑制胆固醇结石的形成，增加胆汁流量，提高胆固醇的排泄率。此外，牛磺酸可保护缺血缺氧心肌、增强左心室功能、强化心肌收缩力，维护心肌线粒体膜的稳定性、抗心律失常、防止充血性心力衰竭。因此，牛磺酸具有保肝利胆、预防高胆固醇血症与抗动脉粥样硬化等功能。
⑤ 增强免疫功能：牛磺酸在淋巴细胞中的含量占整个游离氨基酸的50%，在中性粒细胞中占所有游离氨基酸的76% 。此外，牛磺酸能促进脾脏的生长发育，调节细胞因子、中性粒细胞的防御机制，避免红细胞免疫功能的受损。
⑥ 增强抗氧化能力，延缓衰老：牛磺酸能抑制自由基损伤，增强SOD、GSH-Px活性，减少脂过氧化物产生，从而提高机体的抗氧化能力。研究表明，通过饮水补充1% 牛磺酸，可使小鼠心、脑组织中SOD活性增高、MDA含量减少。田庆伟等（1999）在饲料中添加1%～5%牛磺酸，可使老龄小鼠血液SOD、GSH-Px活性增高，MDA减少。戴建国（1994）、钱小明（1995）、李万里（1993）的试验研究均表明，牛磺酸可减少组织中脂褐质的含量。脂褐质是细胞衰老过程中具特征性的物质。
4.牛磺酸与营养物质代谢的关系
① 促进脂类的消化吸收：牛磺酸与胆酸结合形成牛磺胆酸，牛磺胆酸常以盐的形式存在，对于消化道中脂类的消化吸收是必需的，其主要作用是：能提高脂肪酶的活性，加速脂肪水解；可降低脂肪的表面张力，使脂肪乳化成微粒，分散于水溶液中，从而增加与脂肪酶接触的界面，促进水解；还能与甘油一酯结合，促进胆固醇、脂溶性维生素等的消化吸收与胆汁的分泌，增加胆汁排泄量，抑制胆结石形成。大鼠饲料中添加牛磺酸，可显著降低其血清中TG、胆固醇水平。这表明牛磺酸可促进脂肪代谢，有效预防高胆固醇血症与动脉粥样硬化。其作用机理可能与牛磺酸促进胆汁酸生成和粪胆酸排出有关。另有研究表明，蛋鸡饲料中添加牛磺酸，可明显增加蛋黄色泽。其机理可能是，牛磺胆酸钠可促进蛋鸡对类胡萝卜素的吸收，从而使叶黄素在蛋黄中沉积量增多。
② 参与蛋白质、氨基酸代谢：饲料中添加牛磺酸，可提高蛋白质的消化率，从而促进动物生长发育。刘晓军等（1996）的研究表明，在以酪蛋白为主要蛋白质来源的大鼠饲料中添加1% 牛磺酸，可提高蛋白质消化率，其原因是牛磺酸可促进某些激素或酶的分泌，而且增加外源性牛磺酸的摄入量，相应地减少体内牛磺酸的生物合成，使更多的含硫氨基酸参与蛋白质的合成。研究表明，牛磺酸与谷氨酸关系密切，在大脑中，二者含量呈高度正相关。在视网膜中谷氨酸是主要的兴奋性神经递质，牛磺酸通过促进DNA、mRNA的表达，控制谷氨酸合成从而对视觉起作用，可对抗亚硒酸钠诱导的白内障。
③ 促进糖代谢：牛磺酸可加速葡萄糖进入细胞，还促进细胞内糖代谢和糖原合成，降低动物血糖水平。其机理与牛磺酸诱导或抑制某些限速酶活性有关，它可使糖原合成酶I活力升高而使糖原磷酸化酶活力降低。另外，牛磺酸还可作用于胰岛素受体，发挥胰岛素样效应，协同胰岛素对糖代谢的调控效应，对糖尿病及其并发症有明显的细胞保护作用。
④ 参与矿物元素代谢：研究表明，牛磺酸对Ca2+ 有调节作用，低钙时促进Ca2+ 的内流，高钙时减少Ca2+ 内流和增加Ca2+ 与细胞的亲和力，以降低游离钙水平，即牛磺酸具有抗钙超载作用，从而对应激性损伤的心肌细胞起保护效应。其具体机理如下：牛磺酸能刺激细胞膜上Ca2+ 依赖性ATP酶泵的运转速率，间接增强膜对钙离子的摄取；对细胞膜上钙离子的高亲合性位点有调节作用；可抑制Ca2+ 在细胞膜上的被动扩散与调节钙通道的开关。牛磺酸还可促进肠道对锌的吸收。牛磺酸与锌有互作效应，如锌缺乏可导致牛磺酸排出增加，牛磺酸缺乏可导致锌从视网膜消失，二者之间存在“牛磺酸-锌”的调节机制。李万里（1993）的研究结果表明，牛磺酸可显著增加饲喂高脂饲粮家兔血清锌含量，提示牛磺酸可能通过调节体内锌、铜代谢而影响脂质代谢。饲粮中添加牛磺酸，还可增加肉仔鸡肝中铁、铜、锰等矿物元素含量。
5.缺乏后果
大多数动物都能合成牛磺酸， 但猫却缺乏利用胱氨酸合成足量牛磺酸的酶系统，因此猫必需从饲粮中获得牛磺酸以满足其需要。猫缺乏牛磺酸后，视网膜受损和退化，严重者心肌丧失收缩力；母猫缺乏牛磺酸后，胎儿被吸收、流产、死产或产弱小的猫，小猫脑形态异常，脑重明显减轻。
6.来源与需要量
牛磺酸除存在于胆汁中外，还广泛分布于其他组织、器官中。肌肉、神经组织、视网膜中牛磺酸含量较多，且主要以游离态存在于组织间、细胞内和体液中，是体内含量最多的游离氨基酸。牛磺酸在海产品蛤蜊（0.52%）、牡蛎（0.40%）等以及火鸡黑肉（0.31%）、乌鸡肉（0.17%）中含量较高。植物性饲料中牛磺酸含量很少，因此动物尤其是猫的饲粮中需要添加牛磺酸。
饲粮中添加0.1% 的牛磺酸，可提高肉仔鸡的生产性能和饲料转化率；添加0.10%～0.15% 可改善肌肉品质，提高肉仔鸡的免疫机能和抗氧化能力。
二、核苷酸
核苷酸（nucleotide）是动物体内一类低分子化合物，具有调节体内能量代谢、参与遗传信息编码、传递细胞信号等重要的功能。由于动物体缺乏核苷酸时并未表现出明显的症状，所以核苷酸曾一度被认为是一类非必需营养物质。近几年来，对核苷酸饲料添加剂的研究发现，饲粮添加核苷酸，对动物的生长发育和免疫机能都有很好的促进作用。目前，核苷酸作为一种半必需营养物质，已被应用到食品、医药和饲料等多个领域。
（一）消化与吸收
核苷酸的前体物质为核酸，核酸进入消化道内在核酸酶与脱氧核糖核酸酶等的作用下分解为核苷酸，再被核苷酸酶、碱性磷酸酶水解为核苷，核苷进一步被核苷酶降解为碱基嘌呤和嘧啶，经肠黏膜细胞和门静脉进入血流，从而发挥其生物学作用。
（二）生物学作用
1.对消化道黏膜的作用
核苷酸可促进小肠细胞的增殖、分化和修复。体外培养小肠上皮细胞的试验结果表明，上皮细胞内源性合成的核苷酸不能满足细胞分裂的需要。体内试验发现，饲粮中添加核酸-核苷酸混合物后，小鼠空肠黏膜的重量、蛋白质和核酸浓度都显著地增大，肠绒毛高度也显著地大于对照组，表明补充核苷酸能促进肠细胞的增殖。在玉米-豆粕型肉鸡饲粮中添加酵母核糖核酸，鸡小肠绒毛高度、空肠和回肠黏膜重量、胰腺重量、肠黏膜蛋白质合成率都得到了提高。这些结果表明，补充外源性核苷酸，可促进肉鸡消化管的发育。体外试验发现，补充核苷酸后，小肠上皮细胞中碱性磷酸酶、蔗糖酶活性增强。体内试验发现，饲粮中添加核苷酸-核苷混合物，小肠黏膜中总蛋白酶活力增强。
2.调节肠道内微生物区系
研究发现，饲粮中添加核苷酸，可促进肠道内双歧杆菌和乳酸杆菌的增殖。双歧杆菌将糖水解为乳酸，同乳酸杆菌一起降低肠道内的pH值，从而抑制了厌酸型病原菌以及大肠杆菌的繁殖，减少腹泻，促进了动物健康。
3.免疫作用
核苷酸可维持正常的细胞免疫。饲喂无核苷酸饲粮后，动物的细胞免疫功能受抑。小鼠缺乏外源性核苷酸时，对白色念球菌的抵抗能力降低。饲粮添加外源性核苷酸后，吞噬细胞的吞噬能力增强。核苷酸可维持体液免疫功能。当外源性核苷酸缺乏时，依赖于T细胞的体液免疫应答受到影响，乃因在抗原呈递过程中，T细胞的活化作用降低。给小鼠饲喂无核苷酸的饲料后，它对T细胞依赖性抗原的体液免疫反应下降；但在其饲料中补充核苷酸-核苷混合物后，这种状况得到恢复。
4.抗氧化作用
核苷酸碱基中氮、氧原子能捕获亚油酸氧化过程中形成的自由基，并能螯合加速氧化的铜、铁等离子，减少由脂质过氧化引起的细胞膜及各种基因的损伤。因此，核苷酸可作为抗氧化剂。研究证明，核酸及其相关物质均可作为内源性自由基清除剂和抗氧化剂。
5.维持肝脏的正常功能
肝脏是动物体合成核苷酸的主要器官。在正常状况下，肝合成的核苷酸可满足机体的需要。但是，动物在快速生长或受到免疫应激时，肝合成的核苷酸不能满足需要。如果外源性补充核苷酸缺失，肝脏的生物学功能就会出现紊乱，影响正常的机能。
6.促进脂类代谢
饲粮添加核苷酸，可促进脂质代谢。对其机理尚不够清楚，可能是核苷酸促进了脂蛋白的合成以及提高了胞苷二磷酸衍生物的利用率。核苷酸是多不饱和脂肪酸合成的重要促进因子，它可促进十八碳脂肪酸转化为20～22碳长链不饱和脂肪酸，提高血浆脂蛋白水平。研究发现，外源核苷酸可加速肠道内脂蛋白的合成，提高组织中长链脂肪酸以及血清中脂蛋白水平，对人和动物有保健作用。
7.其他作用
给动物补饲核苷酸，还有抗应激的作用，能显著地降低猪应激引起的肌酸激酶、乳酸脱氢酶、天门冬氨酸转氨酸的活性，减少劣质肉的发生。在蛋鸡饲粮中添加核苷酸，能快速消除应激造成的不良影响。核苷酸对动物性腺的生长发育也有积极作用。研究发现，饲粮添加核酸，可促进公鼠睾丸的发育，显著提高其血清中睾酮水平。
（三）在猪、鸡生产上的应用效果
在仔猪饲粮中添加核苷酸，其增重比对照组提高了22.9%（P＜0.05），饲料与增重比下降了11.54%（P＜0.05）。在母猪饲粮中添加核苷酸，可提高仔猪的存活率。在玉米-豆饼型基础饲粮中分别添加0.05%和0.01%的核酸，肉仔鸡的生长速度比对照组提高了14%～17%，饲料利用率提高了4%～6%。此外，肉仔鸡4日龄时十二指肠、空肠、胰腺重量都高于对照组；7日龄时小肠黏膜中蛋白酶活性极显著地高于对照组（P＜0.01）。给蛋鸡补充外源性核苷酸，可提高其产蛋率，且蛋黄色泽与品质较佳。
（四）在鱼类养殖上的应用效果
1.促进鱼类生长与繁殖
在正常成年鱼类中，自身合成的核苷酸能满足其生长所需。但幼鱼体内合成的核苷酸不能满足其生长所需，在其饵料中添加适量核苷酸，能促进其生长。Borda（2003）在深海铜盆鱼幼鱼的饵料中添加外源的核苷酸，能加快其细胞复制速率，促进其快速生长。Ramadan（1991）和Adamek（1996）分别对罗非鱼幼鱼和虹鳟鱼幼鱼进行研究，也发现核苷酸能促进这两种鱼类的生长。此外，核苷酸对鱼类的繁殖也有作用。Gonzalez（2004）在处于产卵期鳕鱼饲料中添加核苷酸，结果发现，添加核苷酸组鳕鱼的鱼卵存活率比未添加核苷酸的高30%，且幼鱼个体比没添加核苷酸的要大。
2.增强鱼体免疫力和抗病毒的能力
Sakai（2001）发现，外源的核苷酸能增强鲤鱼溶菌酶的活性和巨噬细胞的吞噬作用。Li（2004）报道，饲料中添加核苷酸，石斑鱼血液中的抗氧化因子含量较未添加核苷酸的要高。Low（2003）给比目鱼的饲料中添加核苷酸，可提高其非特异性免疫能力。Ramadan（1994）分别给补饲和未补饲核苷酸的罗非鱼体内注入灭活后的病原体A.hydrophila后，发现补饲核苷酸的罗非鱼体内的抗体要远高于未补饲的。Burrells（2001）在大西洋鲑鱼饲料中添加核苷酸8周后，发现其体内特异性抗体明显增加。Li（2004）给饲料中添加了核苷酸和未添加核苷酸的两组石斑鱼体内分别注入经福尔马林灭活的病原体S. iniae，发现添加了核苷酸组的石斑鱼产生的抗体是未添加核苷酸组的3倍。
Burrels（2001）分别给饲料中添加了核苷酸和未添加核苷酸的两组鲑鱼体内注入传染性鲑鱼贫血症病毒。结果发现，53天后，饲料中添加了核苷酸的鲑鱼死亡率为35.7%，而未添加核苷酸组的鲑鱼的死亡率达48.0%。Leonardi（2003）给饲料中添加了核苷酸和未添加核苷酸的两组虹鳟鱼分别注入传染性胰腺病毒，60天后，饲料中添加了核苷组的虹鳟鱼全部存活，而未添加核苷酸组的虹鳟鱼全部死亡。