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隨著奶牛乳腺中乳蛋白和乳脂肪合成機(jī)理研究的不斷深入，乳蛋白和乳脂肪在乳腺中合成時是否存在互作關(guān)系成為一個亟需研究的課題。為了研究奶牛產(chǎn)乳性能的影響因素及其機(jī)制，國內(nèi)外學(xué)者通常通過改變飼糧營養(yǎng)水平或體內(nèi)灌注乳成分前體物來觀測乳成分的變化，體外利用神經(jīng)內(nèi)分泌激素、細(xì)胞因子或乳成分前體物等刺激乳腺上皮細(xì)胞，觀測泌乳關(guān)鍵酶、泌乳相關(guān)基因表達(dá)和泌乳相關(guān)信號通路的變化來研究其泌乳機(jī)理。現(xiàn)有研究結(jié)果表明，乳脂肪和乳蛋白的合成之間存在某種聯(lián)系，并呈現(xiàn)協(xié)同作用［1］。乳腺作為泌乳器官，由于受飼糧營養(yǎng)水平或內(nèi)分泌調(diào)節(jié)等因素的影響，乳脂肪和乳蛋白的合成呈現(xiàn)一定的變化趨勢。在乳腺內(nèi)，乳脂肪和乳蛋白的合成在攝取前體物、關(guān)鍵基因的表達(dá)等方面是否存在互作效應(yīng)，是研究乳腺如何利用前體物并合成乳的關(guān)鍵點。

1 乳腺內(nèi)乳脂肪和乳蛋白合成的前體物及其合成機(jī)理

1.1 乳腺內(nèi)乳脂肪的合成及其前體物

牛乳的成分含量因各種因素的影響而存在很大差異，其中變化最大的成分就是乳脂肪。合成乳脂肪的脂肪酸有2種來源:從血液循環(huán)中直接攝取和乳腺上皮細(xì)胞內(nèi)從頭合成。其中中短鏈脂肪酸(4～14C)主要是從頭合成;16C脂肪酸一部分是從頭合成，一部分是從血液中攝取。長鏈脂肪酸(16C以上)都是從血液中直接攝取。乳腺上皮細(xì)胞從頭合成乳脂肪所需的前體物主要是瘤胃的發(fā)酵產(chǎn)物揮發(fā)性脂肪酸，反芻動物合成乳脂的主要碳源是乙酸和β－羥丁酸。乙酸是乳脂肪合成的主要碳骨架，是脂肪酸從頭合成的重要底物。β－羥丁酸是乳腺上皮細(xì)胞吸收丁酸而產(chǎn)生的，它促進(jìn)了反芻動物大約1/2的C1～C4脂肪酸的合成［2］。

1.2 乳腺中乳蛋白的合成及其前體物

90%以上的乳蛋白是由乳腺從血液中攝取氨基酸而合成。乳蛋白的合成在粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的核糖體上開始，由信號肽引導(dǎo)進(jìn)入內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔，并在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和高爾基體內(nèi)進(jìn)行磷酸化和糖基化等化學(xué)修飾，再由分泌泡轉(zhuǎn)運到上皮細(xì)胞頂膜并通過胞吐的方式釋放到腺泡腔［3］。乳腺從血液中攝取的游離氨基酸主要用于蛋白質(zhì)的合成，小部分非游離氨基酸以肽的形式存在于乳蛋白中。乳蛋白的主要成分是酪蛋白、β－乳球蛋白和α－乳白蛋白，這3種蛋白質(zhì)合成的前體物主要是血液中的游離氨基酸和小肽，由乳腺上皮細(xì)胞合成。其中，必需氨基酸(EAA)全部來自血液，非必需氨基酸(NEAA)一部分來自血液，另一部分則由乳腺上皮細(xì)胞合成［4］。遺傳因素是影響乳蛋白形成的重要因素，尤其是對低產(chǎn)奶量奶牛影響更大。但通過改良品種來提高乳蛋白率需要周期較長，所以通過飼料營養(yǎng)物質(zhì)調(diào)控來提高乳蛋白含量是一種較為有效的途徑［5］。

2 飼糧營養(yǎng)水平對乳腺中乳蛋白和乳脂肪合成互作的影響

2.1 提高飼糧脂肪水平的影響

20世紀(jì) 80 年代，Palmquist等［6］提出，補(bǔ)充飼糧脂肪，雖然提高了乳脂肪產(chǎn)量，但高脂肪飼糧的飼喂經(jīng)常伴隨著乳蛋白含量的降低。Jenkins等［7］報道在飼糧中補(bǔ)充脂肪，當(dāng)乳產(chǎn)量和乳脂肪產(chǎn)量升高時，經(jīng)常伴隨著乳蛋白含量的下降，泌乳奶牛每攝入100 g補(bǔ)充脂肪，乳中蛋白質(zhì)含量下降0.03%，其中酪蛋白含量降低效果最顯著，乳清蛋白的含量變化不顯著。Rabiee等［8］通過對以往的試驗結(jié)果進(jìn)行分析，提出飼喂外源脂肪，乳蛋白率可顯著下降或有下降趨勢，并顯著降低了干物質(zhì)采食量(DMI)，同時指出，補(bǔ)充鈣鹽類棕櫚酸來源的脂肪相對于補(bǔ)充其他來源的脂肪降低DMI的幅度更大。

已知，高產(chǎn)奶牛常飼喂高谷物飼糧以滿足能量需求，但當(dāng)谷物飼料飼喂超過一定量時，瘤胃發(fā)酵發(fā)生變化，導(dǎo)致最后乳脂肪率降低，所以通過在飼糧中補(bǔ)充脂肪來提高能量攝入，減少高淀粉的攝入，是一種補(bǔ)充能量、防止乳脂降低的有效途徑，但飼喂不同類型的脂肪對乳脂率的影響不同［8］，由于受瘤胃發(fā)酵類型、瘤胃氫化作用、小腸消化吸收等因素的影響，飼糧補(bǔ)充脂肪對乳脂肪含量的影響取決于補(bǔ)充脂肪的來源和用量，張振紅等［9］提出，一般含飽和脂肪酸高的油脂可以提高乳脂肪產(chǎn)量，且添加的脂肪應(yīng)是在瘤胃中不易分解的過瘤胃脂肪。近年來飼糧脂肪添加試驗所用的添加物無外乎以下幾種:動物油脂、鈣鹽類棕櫚酸、油料籽實、顆粒狀脂肪酸、其他鈣鹽類脂肪酸等。Wu等［10］比較分析了83個前人在奶牛飼糧中補(bǔ)充脂肪的試驗研究，結(jié)果列于表1，可見當(dāng)飼糧添加脂肪時，其中45個組乳蛋白產(chǎn)量提高，同時產(chǎn)奶量也提高，但由于產(chǎn)奶量提高幅度較大而導(dǎo)致乳蛋白含量降低，也就是所謂的“稀釋效應(yīng)”;同時提出，隨著飼糧脂肪的增加，乳產(chǎn)量增加，而當(dāng)飼糧脂肪水平不超過8%時，乳蛋白產(chǎn)量也增加，表1指出試驗組有10個組乳蛋白產(chǎn)量增加且可以看出乳蛋白含量也增加。而當(dāng)飼糧脂肪超過適當(dāng)水平時，乳蛋白產(chǎn)量降低，因為高水平的脂肪攝入引起DMI的降低，直接導(dǎo)致蛋白質(zhì)攝入不足，導(dǎo)致供給合成乳蛋白的氨基酸不足。表1也指出有26個組試驗的乳蛋白產(chǎn)量降低是因為DMI的降低引起的，雖然其中11個組的乳產(chǎn)量增加，但可以解釋為高產(chǎn)奶牛在泌乳高峰攝入能量不足時，消耗自己體脂來滿足泌乳需要，維持乳產(chǎn)量。已知，不同來源的脂肪補(bǔ)充物對乳蛋白含量降低的影響程度不同。奶牛飼糧中補(bǔ)充顆粒狀脂肪時對乳蛋白含量降低的影響最?。?］，鈣鹽類脂肪對其的影響較大［10］。

Wu等［10］提出，飼糧補(bǔ)充脂肪引起乳蛋白含量下降最明顯的是酪蛋白含量的下降，而酪蛋白是在乳腺內(nèi)合成的，所以乳蛋白含量降低的機(jī)理出現(xiàn)在乳腺組織里?，F(xiàn)已明確，90%的乳蛋白是乳腺組織從血液中攝取氨基酸并在乳腺上皮細(xì)胞內(nèi)合成的，所以乳蛋白含量的降低可能與血流量和血液中氨基酸的含量有關(guān)。乳腺對氨基酸的攝取，受血液中氨基酸的含量、動靜脈含量差等因素的影響。有學(xué)者提出在飼糧中添加脂肪的過程中，由于添加的脂肪酸使血液中游離脂肪酸含量顯著升高，乳腺中乳脂肪從頭合成過程被抑制，減少了乳腺對乙酸的需求;同時乳腺血流量顯著降低，乳腺血流量的降低會減少氨基酸的供應(yīng)、降低乳蛋白的合成，最終導(dǎo)致乳蛋白含量降低［11］。另外，Chilliard［12］和 Onetti等［13］提出:在奶牛飼糧中添加過瘤胃保護(hù)性脂肪時，經(jīng)常伴隨著乳蛋白含量的降低，因為飼喂過瘤胃脂肪后，瘤胃中微生物蛋白合成不足，可利用蛋白質(zhì)缺乏，導(dǎo)致乳腺氨基酸的攝取減少。King等［14］研究泌乳奶牛飼喂不同氨基酸組成和不同瘤胃降解性的補(bǔ)充蛋白質(zhì)時提出，乳腺對必需氨基酸的攝取率最高的是甲硫氨酸、賴氨酸和蘇氨酸，而這3種氨基酸對于乳合成卻最缺乏，提示高攝取率可能意味著乳腺對于乳合成所需的甲硫氨酸、賴氨酸和蘇氨酸的需求高于供應(yīng)。必需氨基酸的攝取率［(動脈氨基酸含量－靜脈氨基酸含量)/動脈氨基酸含量)］隨著飼糧中添加脂肪而增加［15－16］，這也揭示，飼糧中添加脂肪可能降低了必需氨基酸的供應(yīng)量，導(dǎo)致乳蛋白合成的降低。

表1 飼喂添加脂肪飼糧泌乳奶牛的乳產(chǎn)量和乳蛋白產(chǎn)量的變化Table 1 Changes in yields of milk and milk protein of dairy cows fed an added fat diet［10］

但也有學(xué)者認(rèn)為，乳蛋白含量的下降是由于乳產(chǎn)量的增加幅度較大，而乳蛋白產(chǎn)量維持不變或小幅度增加，產(chǎn)生所謂的“稀釋效應(yīng)”［17］，使得乳蛋白含量相對降低。Rabiee等［8］對前人開展的59個符合標(biāo)準(zhǔn)的脂肪補(bǔ)充試驗作數(shù)據(jù)分析時發(fā)現(xiàn):飼糧補(bǔ)充脂肪可顯著增加或有增加乳產(chǎn)量、乳脂肪產(chǎn)量和乳脂肪含量的趨勢，顯著或有降低乳蛋白含量的趨勢，但乳蛋白產(chǎn)量變化不顯著。乳蛋白產(chǎn)量變化不顯著而乳蛋白含量降低的現(xiàn)象也間接證實了“稀釋效應(yīng)”的存在。

另外一種說法是乳蛋白含量因飼糧中補(bǔ)充脂肪而下降的現(xiàn)象與葡萄糖代謝有關(guān)。由于添加脂肪后飼糧中谷物比例降低，導(dǎo)致葡萄糖前體減少，使用于葡萄糖異生的氨基酸增加，從而減少了乳腺中參與合成乳蛋白的氨基酸量［18］。由于乳腺合成蛋白質(zhì)的必需氨基酸全部來自于血液，部分非必需氨基酸可在乳腺中利用葡萄糖、乙酸、必需氨基酸來合成，且合成蛋白質(zhì)所需的能量主要是由乳腺中葡萄糖氧化所產(chǎn)生的ATP提供，合成1 L奶中的蛋白質(zhì)(30 g)需要7 g葡萄糖氧化供能。而葡萄糖在乳腺中為脂肪酸的從頭合成過程提供NADPH，在乳腺細(xì)胞粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上脂酰輔酶A和α－磷酸甘油反應(yīng)生成甘油三酯后聚集形成乳脂肪小球，并釋放到乳腺泡腔中，其中α－磷酸甘油也是由乳腺細(xì)胞吸收的葡萄糖發(fā)生酵解作用產(chǎn)生的磷酸丙糖還原而成的。有研究表明，十二指腸灌注葡萄糖后會使乳脂肪含量和產(chǎn)量線性降低，乳蛋白產(chǎn)量先上升后下降［19］。由此可見，葡萄糖可能也是乳蛋白和乳脂肪合成之間的一個中間調(diào)節(jié)物質(zhì)。

有學(xué)者對飼糧添加脂肪引起的乳蛋白含量降低的現(xiàn)象進(jìn)行了研究。Cant等［20］對飼喂高脂肪、15.4%蛋白質(zhì)水平飼糧的泌乳中期奶牛進(jìn)行了十二指腸和皺胃灌注酪蛋白的試驗，結(jié)果表明:十二指腸灌注酪蛋白可以部分緩解由于添加高脂肪飼糧引起的乳蛋白降低的現(xiàn)象，而皺胃灌注酪蛋白對乳蛋白產(chǎn)量影響不顯著(P＞0.10)。Canale等［21］和 Chow 等［17］表明，飼喂瘤胃保護(hù)性賴氨酸和蛋氨酸，減輕了奶牛由高脂肪飼糧攝入引起的乳蛋白含量降低，DePeters等［22］也通過飼喂魚粉觀察到了這種現(xiàn)象。這也預(yù)示著由飼喂高脂肪飼糧引起的乳蛋白含量降低現(xiàn)象是可以改變的。Vicente等［23］表明，乳蛋白含量降低的現(xiàn)象是可逆的，意味著在撤除飼糧中添加的脂肪后，乳蛋白產(chǎn)量會恢復(fù)。這表明高脂肪飼糧不會對乳腺氨基酸攝取和細(xì)胞內(nèi)代謝帶來永久性的影響［10］。

2.2 提高飼糧蛋白質(zhì)水平的影響

前人的研究表明，提高飼糧中粗蛋白質(zhì)水平對乳蛋白的含量影響不顯著。Murphy等［24］和Beever等［25］推斷，如果奶牛不是在嚴(yán)重缺乏蛋白質(zhì)營養(yǎng)的狀態(tài)下，飼糧中粗蛋白質(zhì)水平和牛奶中粗蛋白質(zhì)含量沒有相關(guān)性。Walker等［26］提出，飼糧營養(yǎng)物質(zhì)對乳腺分泌細(xì)胞中合成重要蛋白質(zhì)的影響很小。Danes等［27］通過給奶牛飼喂不同粗蛋白質(zhì)水平精料的試驗也間接證實了上述觀點。這種現(xiàn)象的出現(xiàn)并不代表飼糧的蛋白質(zhì)來源對乳蛋白合成的影響甚微，因為乳中的蛋白質(zhì)是由乳腺攝取的氨基酸合成的，所以不同飼糧的蛋白質(zhì)來源可能影響乳腺攝取氨基酸的模式及氨基酸的攝取平衡。飼糧氨基酸的水平以及氨基酸的平衡性對泌乳反芻動物乳蛋白的合成和乳產(chǎn)量有直接影響，氨基酸的組成較飼糧蛋白質(zhì)含量對乳蛋白合成的影響更大。另外，由于奶牛瘤胃中微生物可使劣質(zhì)蛋白質(zhì)進(jìn)行優(yōu)化，優(yōu)質(zhì)蛋白質(zhì)的生物學(xué)價值降低。當(dāng)飼糧供給蛋白質(zhì)少時，瘤胃微生物可以通過氮素循環(huán)產(chǎn)生微生物蛋白質(zhì)，意味著胃腸道后段消化吸收的氨基酸及最終達(dá)到乳腺的氨基酸可能不同于甚至多于飼糧供給的氨基酸。

奶牛十二脂腸灌注蛋白質(zhì)后，雖然乳脂肪產(chǎn)量顯著增加，但乳脂肪含量顯著降低［28］，蛋白質(zhì)的補(bǔ)充顯著提高了乳腺中脂肪的合成，但是這種增加的相對比例比乳產(chǎn)量增加的相對比例小，所以盡管乳脂肪產(chǎn)量增加，但乳脂肪含量依然降低。蛋白質(zhì)的補(bǔ)充引起乳脂肪含量降低的機(jī)理尚不明了。但Maxin等［28］提出蛋白質(zhì)似乎可以刺激脂肪酸在乳腺的從頭合成，增加了中短鏈脂肪酸的百分比，降低了長鏈脂肪酸的百分比，中短鏈脂肪酸的增加可能與動脈中乳脂肪前體物含量的增加或乳腺對乳脂肪酸合成前體物的攝取效率的增加有關(guān)［29－31］。由于影響因素復(fù)雜，補(bǔ)充蛋白質(zhì)對乳脂肪合成的影響可能是間接的，但尚需進(jìn)一步的試驗研究證實。

乳腺攝取不同的氨基酸合成乳蛋白時，對乳脂肪的合成也有相應(yīng)的作用。Weekes等［32］報道:賴氨酸和組氨酸的缺乏會顯著增加乳脂肪的產(chǎn)量。然而，必需氨基酸對乳腺乳脂肪合成的作用卻說法不一，何伯萍等［1］提出，蛋氨酸和賴氨酸上調(diào)了乳腺上皮細(xì)胞β－酪蛋白編碼基因(CSN2)和乙酰輔酶A羧化酶α基因(ACACA)的mRNA表達(dá)。目前國內(nèi)外研究主要集中于不同氨基酸模式對乳腺乳蛋白合成的影響并尋找提高乳蛋白含量的理想氨基酸模式。有研究表明，不同氨基酸模式不僅對α－酪蛋白的合成有影響，還對脂肪合成關(guān)鍵酶的活性和甘油三酯的分泌有影響［33］。此外，Hopkins等［34］報道，當(dāng)奶牛飼喂低纖維飼糧時，補(bǔ)充支鏈氨基酸能夠減輕乳脂肪降低綜合征(MFD)，可見支鏈氨基酸在體內(nèi)除用于蛋白質(zhì)合成外，還影響乳腺內(nèi)脂肪酸的合成。Haque等［35］報道纈氨酸的不足引發(fā)了對其他支鏈氨基酸的利用不足，指出支鏈氨基酸之間存在的互作效應(yīng)使一種支鏈氨基酸的不足可能干涉乳腺對其他2種支鏈氨基酸的利用。鄭春田等［36］報道，支鏈氨基酸可能通過促進(jìn)催乳素的分泌而刺激產(chǎn)奶量，乳中干物質(zhì)、粗蛋白質(zhì)和乳脂肪含量的提高。

2.3 β－乳球蛋白的影響

乳腺合成的乳蛋白主要是酪蛋白和乳清蛋白。乳清蛋白中的β－乳球蛋白對乳脂肪合成有一定的作用。β－乳球蛋白是乳腺上皮細(xì)胞合成的特有蛋白質(zhì)，是常乳乳清蛋白中的主要蛋白質(zhì)，占乳清蛋白的 50%，占總蛋白的 12%［37］。Spector等［38］通過放射標(biāo)記脂肪酸發(fā)現(xiàn)，β－乳球蛋白在體外與脂肪酸互相影響。此外，Puyol等［39］做競爭性試驗時發(fā)現(xiàn):體內(nèi)游離脂肪酸和視黃醇與β－乳球蛋白結(jié)合時具有競爭性，闡述了β－乳球蛋白可以與體內(nèi)的部分游離脂肪酸結(jié)合，并對不同長度碳鏈的游離脂肪酸有不同的結(jié)合強(qiáng)度。這些結(jié)果提示β－乳球蛋白可能是將脂肪酸運輸進(jìn)乳腺的一個載體。Pérez等［40］也指出:脂肪酸與 β－乳球蛋白結(jié)合顯著提高了乳腺細(xì)胞對脂肪酸的攝取。該機(jī)理還需從不同水平予以解釋，所以尚需進(jìn)一步驗證。

3 飼糧能量載體物質(zhì)的影響

當(dāng)奶牛處于能量正平衡時很難動用體脂肪并將其轉(zhuǎn)運入乳腺，此時，泌乳期的飼糧脂肪是乳脂肪的唯一來源。?rskov等［41］給泌乳早期奶牛皺胃內(nèi)灌注酪蛋白后發(fā)現(xiàn)產(chǎn)奶量雖然顯著提高，但體重顯著下降。這可以解釋為泌乳早期奶牛，尤其是高產(chǎn)奶牛體內(nèi)能量處于負(fù)平衡狀態(tài)，由于泌乳需要，乳腺合成乳脂肪的脂肪酸主要來自體脂的降解和飼糧的供給，而體內(nèi)脂肪酸從頭合成過程減少［42］。Auldist等［43］也報道，泌乳早期的奶牛乳中長鏈脂肪酸(除油酸外)的含量達(dá)到最高，中短鏈脂肪酸(除軟脂酸外)的含量達(dá)到最低。泌乳早期奶牛增加瘤胃可利用蛋白質(zhì)的供應(yīng)可以顯著提高體脂的利用效率。當(dāng)機(jī)體能量充足時，體內(nèi)用于供能的氨基酸減少，使更多的氨基酸被乳腺攝取并用于合成乳蛋白，而且能量充足時，瘤胃中微生物蛋白質(zhì)合成增加，氨基酸含量增加，有利于乳蛋白的合成。近年來的大量研究表明，泌乳奶牛的飼糧中添加脂肪是補(bǔ)充奶牛能量的理想方法。奶牛飼喂添加脂肪的飼糧可以增加奶產(chǎn)量，因為其增加了能量攝入，改善了能量的利用效率［44］。Palmquist等［6］指出，為了提高產(chǎn)奶量，應(yīng)該添加脂肪來提高飼糧能量含量，同時保持足夠的纖維攝入用以合成乳脂肪。

飼料中精料與粗料的比例及其組成也是影響乳蛋白和乳脂肪含量與產(chǎn)量的重要因素，通過不同的飼糧組成對乳蛋白和乳脂肪在乳腺內(nèi)的合成及互作效應(yīng)影響的研究也取得了一定的進(jìn)展。有研究指出，在高精料飼糧水平下，乳脂肪前體物不僅生成不足，而且乳腺中乳脂肪的從頭合成過程受到抑制，導(dǎo)致乳脂率降低［45］。Jenkins等［7］報道，高淀粉飼糧條件下乳脂肪降低的現(xiàn)象很可能是由于高淀粉攝入和較低中性洗滌纖維攝入而導(dǎo)致的。這可能是因為非纖維性碳水化合物，尤其是淀粉含量的增加而導(dǎo)致大量淀粉經(jīng)消化后轉(zhuǎn)化為葡萄糖，由于奶牛攝入有效纖維降低，使得乳脂肪合成前體物乙酸、丁酸的含量降低而導(dǎo)致的。Firkins等［46］發(fā)現(xiàn)，隨著谷物的攝入增加，乳蛋白含量也顯著增加;飼糧淀粉水平的提高顯著增加了乳產(chǎn)量和乳蛋白含量，卻顯著降低了纖維的消化性、乳脂肪和尿素氮的含量;當(dāng)奶牛飼喂高纖維飼糧的飼糧時，顯著降低了DMI和乳蛋白的含量，卻顯著提高了乳脂肪含量。在采食高水平谷物飼料條件下，乳腺組織中脂肪合成會顯著降低，產(chǎn)奶量和乳蛋白含量則顯著增加［47］。此類現(xiàn)象也與乳腺中乳脂肪和乳蛋白合成前體物乙酸、丁酸和丙酸的濃度變化有關(guān)。乙酸和丁酸是合成乳脂肪的重要前體物，而丙酸則是葡萄糖異生的前體物，所以乙酸+丁酸與丙酸的比例直接影響乳腺合成乳脂肪和乳蛋白的效率。Latham等［48］指出，通過補(bǔ)充谷物飼料來提高奶牛的代謝能攝入，可以顯著增加微生物蛋白質(zhì)的產(chǎn)出比例，降低瘤胃中乙酸/丙酸，使得乳蛋白含量升高而乳脂肪含量下降。

4 激素和細(xì)胞因子的影響

隨著營養(yǎng)因素對乳腺影響的研究，乳腺泌乳相關(guān)酶基因及信號通路的研究也取得了進(jìn)展，初步探明了少數(shù)功能基因，如乳脂肪合成相關(guān)酶和基因:脂肪酸合成酶(FASN)、脂蛋白酯酶(LPL)、ACACA、硬脂酰輔酶A去飽和酶(SCD)、脂肪酸結(jié)合蛋白(FABP)等及其基因;乳蛋白合成相關(guān)基因:αS1－酪蛋白編碼基因、αS2－酪蛋白編碼基因、CSN2、κ－酪蛋白編碼基因(CSN3)等;乳蛋白和乳脂肪合成的轉(zhuǎn)錄因子，如固醇調(diào)節(jié)元件結(jié)合蛋白(SREBP)、過氧化物酶體增殖物激活受體(PPAR)等。奶牛體內(nèi)激素研究也在不斷深入，激素在牛奶品質(zhì)形成過程中具有重要的調(diào)控作用［49］。激素和細(xì)胞因子受飼糧營養(yǎng)因素或體內(nèi)代謝因素等的影響，對泌乳相關(guān)基因表達(dá)產(chǎn)生促進(jìn)或抑制的效應(yīng)，來調(diào)節(jié)乳蛋白和乳脂肪的產(chǎn)出。

4.1 胰島素

提高飼糧中碳水化合物含量，可使瘤胃中丙酸的比例顯著提高，刺激胰島素分泌，顯著提高乳蛋白含量。Griinari等［50］報道，營養(yǎng)充足并合理飼喂的奶牛瘤胃灌注酪蛋白時血液胰島素水平顯著提升，同時乳蛋白產(chǎn)量顯著增加了28%。乳蛋白的產(chǎn)出似乎并不只依賴于氨基酸的供給和乳腺對氨基酸的攝取，同樣依賴于內(nèi)分泌激素［51］。胰島素提高乳蛋白含量的機(jī)理可以解釋為，其與奶牛乳腺上皮細(xì)胞的受體結(jié)合后激活PI3K/Akt信號通路，促進(jìn)雷帕霉素靶點(mTOR)的磷酸化，提高真核起始因子4E結(jié)合蛋白1(4E－BP1)磷酸化水平，抑制真核延伸因子(eEF2)磷酸化水平，從而促進(jìn)乳蛋白的合成［52］。有研究指出，皺胃灌注胰島素后乳脂肪含量極顯著降低，乳蛋白/乳脂肪極顯著增加［51］。Maxin 等［28］給奶牛瘤胃灌注丙酸和葡萄糖時發(fā)現(xiàn)，乳脂肪產(chǎn)量和含量都顯著降低。這些現(xiàn)象可以解釋為血液中葡萄糖含量的提高刺激胰島素分泌的增加，引起更多的脂肪酸優(yōu)先合成脂肪組織，而不是被乳腺攝取參與乳脂肪的合成，而胰島素又促進(jìn)了乳蛋白的合成，所以乳蛋白/乳脂肪極顯著增加。然而，有學(xué)者利用葡萄糖－胰島素方法得到的結(jié)果表明，胰島素的理論并不能全面解釋乳脂肪降低的現(xiàn)象［53］，因此丙酸和葡萄糖引起的乳脂肪含量降低的機(jī)理仍舊不很清楚。胰島素與其他激素，如氫化可的松、催乳素、生長激素等的互作對乳腺利用養(yǎng)分合成乳起重要調(diào)控作用。王皓宇等［54］提出，體外培養(yǎng)的乳腺上皮細(xì)胞在催乳素和氫化可的松的基礎(chǔ)上，外源添加的胰島素通過 JAK2－STAT5、PI3K/Akt/mTOR和固醇調(diào)節(jié)元件結(jié)合蛋白(SREBP)信號通路調(diào)節(jié)CSN2、CSN3、ACACA和 FASN基因 mRNA的表達(dá)。這提示，胰島素與氫化可的松和催乳素共同作用，能夠調(diào)節(jié)乳脂肪和乳蛋白在乳腺內(nèi)的合成。有研究表明，胰島素與生長激素共同作用可以顯著提高牛奶中總蛋白和酪蛋白的含量［55］。Brockman等［56］指出盡管胰島素對乳腺攝取氨基酸的影響很小，但胰島素和生長激素能夠協(xié)同作用促進(jìn)乳腺對氨基酸的攝取。

4.2 生長激素

有研究表明，生長激素可抑制氨基酸分解，增加乳腺血流量進(jìn)而促進(jìn)乳腺對氨基酸的攝取，增加乳蛋白產(chǎn)量，促進(jìn)α－酪蛋白的合成［57］和β－酪蛋白的基因表達(dá)［58］。飼糧中補(bǔ)充脂肪導(dǎo)致乳蛋白含量降低是由于血液中脂肪酸含量的升高驅(qū)使機(jī)體釋放生長激素減少，從而降低了乳腺攝取氨基酸的能力［15］。給泌乳后期奶牛注入生長激素后發(fā)現(xiàn)，奶牛體內(nèi)游離脂肪酸含量顯著上升，這可能是奶牛體貯脂肪分解增加所致［59］;生長激素也可促進(jìn)脂肪組織分解的作用，因為生長激素可以促進(jìn)腺苷酸環(huán)化酶的合成;隨著循環(huán)中生長激素濃度的增加，脂肪組織中的腺苷酸環(huán)化酶合成也增加，由于腺苷酸環(huán)化酶能夠?qū)TP轉(zhuǎn)變成cAMP，引起細(xì)胞的信號應(yīng)答，從而促進(jìn)脂肪分解。生長激素與體內(nèi)游離脂肪酸含量之間關(guān)系還需要進(jìn)一步的研究，所以該現(xiàn)象暫無法合理解釋。Colin等［59］分別對泌乳早期和泌乳后期荷斯坦奶牛注射生長激素，結(jié)果顯示，2個泌乳階段乳產(chǎn)量顯著增加。所以生長激素對乳腺乳蛋白和乳脂肪合成的影響可能受更多方面的影響，暫無完整的理論來闡述，但有學(xué)者提出，生長激素可能與其他激素或細(xì)胞因子互作從而影響乳蛋白和乳脂肪的合成。王星凌等［60］提出，增加生長激素可以刺激肝臟胰島素樣生長因子Ⅰ(IGF－Ⅰ)的釋放，然后通過反饋機(jī)制，IGF－Ⅰ又抑制垂體生長激素的釋放，IGF－Ⅰ可以作用于乳腺上皮細(xì)胞的IGF受體，促進(jìn)乳蛋白的合成。

4.3 IGF-Ⅰ

IGF－Ⅰ是一種重要的細(xì)胞因子，可以促進(jìn)乳腺的生長和發(fā)育。IGF－Ⅰ能促進(jìn)奶牛乳腺上皮細(xì)胞蛋白質(zhì)的合成［61］。在體外，IGF－Ⅰ能夠顯著促進(jìn)β－酪蛋白的合成，在一定濃度范圍內(nèi)顯著促進(jìn)ACACA的合成，IGF－Ⅰ對乳脂肪合成的促進(jìn)作用沒有對乳蛋白合成的促進(jìn)作用明顯，當(dāng)IGF－Ⅰ接近生理濃度時，對乳脂肪合成的促進(jìn)作用已經(jīng)到達(dá)高峰，再增加濃度不會繼續(xù)促進(jìn)，但對β－酪蛋白合成的促進(jìn)作用可以隨著IGF－Ⅰ的濃度增加而顯著提高［1］。

4.4 催乳素

催乳素的主要功能是發(fā)動并維持泌乳，在奶牛不同的泌乳階段，催乳素的水平及其對乳腺的作用也不同。催乳素誘導(dǎo)cAMP激活蛋白激酶，從而促使糖原和脂肪的分解。催乳素在泌乳期對乳蛋白合成有調(diào)控作用，通過JAK2－STAT5信號通路誘導(dǎo)乳蛋白基因的表達(dá)［62］。最新體外研究表明:催乳素顯著增加了乳腺組織中α－乳清蛋白和β－酪蛋白的基因表達(dá)量，并且極顯著提高了固醇調(diào)節(jié)元件連接轉(zhuǎn)錄因子(SREBF1)、FASN基因、ACACA和硬脂酰輔酶A去飽和酶基因(SCD)的表達(dá)［63］，說明催乳素顯著提高了乳蛋白和乳脂肪生成基因的表達(dá)。

4.5 瘦素

瘦素(leptin)主要由脂肪組織分泌，是一種脂肪分解因子，可以提高脂肪酸的氧化［64］。瘦素與其受體結(jié)合時，可以啟動 JAK2－STAT和 JAK2－MAPK/ERK信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑，促進(jìn)乳蛋白基因表達(dá)。有研究表明，瘦素可以促進(jìn)奶牛乳腺中乳脂肪酸的合成，以及上調(diào)α－酪蛋白和β－乳球蛋白的表達(dá)量［65］。Feuermann 等［66］提出，瘦素與催乳素和雌激素結(jié)合可以顯著提高乳蛋白中β－乳球蛋白的表達(dá)量，但僅有瘦素時對β－乳球蛋白的表達(dá)量影響不顯著。瘦素在能量代謝方面具有協(xié)調(diào)的重要作用，可以協(xié)調(diào)產(chǎn)乳期間的能量損耗，同時也受體內(nèi)能量水平的影響，能量不足時刺激白脂肪組織合成瘦素。

4.6 細(xì)菌內(nèi)毒素脂多糖(LPS)

奶牛在發(fā)生亞急性瘤胃酸中毒時，瘤胃會產(chǎn)生某些代謝產(chǎn)物，如LPS等［67］。LPS可以影響機(jī)體的代謝，有研究表明，血漿中非酯化脂肪酸含量的升高與瘤胃中內(nèi)毒素含量的升高有很強(qiáng)的相關(guān)性［68］。LPS也對乳脂肪和乳蛋白的合成有一定的影響。LPS可動員機(jī)體氨基酸用于急性期蛋白質(zhì)的合成，影響合成乳蛋白的氨基酸組成和含量，影響蛋白質(zhì)合成通路mTOR和JAK2/STAT5信號通路［69］。也有研究表明，飼喂谷物飼糧誘導(dǎo)的LPS含量上升可以導(dǎo)致乳脂肪的合成受到顯著抑制［70］。有前人試驗結(jié)果指出，LPS主要是對某些乳腺脂肪酸合成關(guān)鍵酶的調(diào)控來降低乳脂肪合成，如 ACACA 和 FASN 等［71］。張養(yǎng)東［69］對奶牛陰外動脈灌注LPS發(fā)現(xiàn)，灌注LPS使乳脂肪含量和產(chǎn)量都有降低的趨勢，但差異不顯著，顯著提高了乳蛋白的含量，乳蛋白產(chǎn)量差異不顯著，顯著增加了STAT5 mRNA的表達(dá)，當(dāng)LPS含量上升到10 ng/mL時極顯著增加了脂肪酸轉(zhuǎn)運蛋白CD36的表達(dá)，但ACACA和FASN的表達(dá)受到抑制。關(guān)于LPS對乳腺內(nèi)乳蛋白和乳脂肪合成互作機(jī)理的研究應(yīng)放在分子水平上，學(xué)者們還需對LPS誘導(dǎo)的乳成分變化作進(jìn)一步研究。

隨著對激素研究的不斷深入，大量的試驗結(jié)果指出，各個激素及細(xì)胞因子之間存在一定的互作聯(lián)系，可通過細(xì)胞分子、信號轉(zhuǎn)導(dǎo)等途徑對乳腺泌乳和乳蛋白、乳脂肪的產(chǎn)出進(jìn)行調(diào)節(jié)，所以激素和細(xì)胞因子對乳腺中乳蛋白和乳脂肪的互作影響還亟需進(jìn)一步綜合的試驗數(shù)據(jù)來證實。

5 小 結(jié)

乳腺中乳脂肪和乳蛋白的合成互作已經(jīng)成為國內(nèi)外研究的熱點。雖然單獨對乳脂肪和乳蛋白合成機(jī)理的研究已經(jīng)取得了顯著成果，但關(guān)于二者在乳腺內(nèi)合成互作的研究才處于啟始階段。本文從飼糧營養(yǎng)因素和激素細(xì)胞因子因素簡單地對二者的互作機(jī)理進(jìn)行了闡述，得出飼糧營養(yǎng)水平、飼糧配比、能量載體物質(zhì)組成、葡萄糖代謝、生長激素和胰島素等激素及細(xì)胞因子(如IGF－Ⅰ)都對乳腺內(nèi)乳蛋白和乳脂肪合成的互作效應(yīng)有一定的影響，并且某些因素之間也存在一定的互作效應(yīng)，但具體的機(jī)理還需要進(jìn)一步證實，雖然飼糧營養(yǎng)水平的研究已經(jīng)取得一定的進(jìn)展，但細(xì)胞分子水平的機(jī)制還亟需進(jìn)一步的研究。

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