摘要： 熱應(yīng)激不僅影響奶牛健康，同時(shí)影響奶牛泌乳性能和牛奶品質(zhì)。乳蛋白作為影響牛奶品質(zhì)的主要成分，其含量和產(chǎn)量受到基因、環(huán)境、內(nèi)分泌激素等因素綜合作用的影響。而現(xiàn)有關(guān)于熱應(yīng)激對(duì)奶牛乳蛋白含量及產(chǎn)量的影響的研究報(bào)道結(jié)果不相一致。因此，本文從熱應(yīng)激引起奶牛內(nèi)分泌激素變化導(dǎo)致營(yíng)養(yǎng)重分配的基因網(wǎng)絡(luò)、乳蛋白合成的應(yīng)答與轉(zhuǎn)錄調(diào)控機(jī)制改變層面，綜述了其對(duì)奶牛乳腺酪蛋白合成的影響，為進(jìn)一步的機(jī)理研究提供一些思路。

    乳蛋白的含量是構(gòu)成牛奶重要營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)的主要物質(zhì)基礎(chǔ)之一。大量研究表明，乳成分(乳脂肪、乳蛋白和乳糖)的合成是基因、環(huán)境、內(nèi)分泌激素等因素綜合作用的結(jié)果，其中乳脂肪的含量和組成最容易受飼糧營(yíng)養(yǎng)的影響，而乳蛋白的含量和組成相對(duì)比較穩(wěn)定。熱應(yīng)激是影響乳蛋白合成重要環(huán)境因素。近期的研究表明，牛奶的合成對(duì)于高熱環(huán)境非常敏感，熱應(yīng)激不僅會(huì)影響奶牛泌乳性能、牛奶品質(zhì)和奶牛健康，降低產(chǎn)奶量和乳蛋白含量，同時(shí)增加了生產(chǎn)成本。

    目前各國(guó)奶業(yè)科研人員研究已經(jīng)建立了關(guān)于緩解奶牛熱應(yīng)激的各類控制技術(shù)。我國(guó)學(xué)者在調(diào)查分析我國(guó)不同地區(qū)奶牛熱應(yīng)激類型的基礎(chǔ)上，系統(tǒng)研究了熱應(yīng)激環(huán)境下奶牛瘤胃發(fā)酵、氣血酸堿平衡、機(jī)體能量平衡、乳腺功能變化，確立了通過飼糧飽和脂肪酸、過瘤胃淀粉、陰陽離子平衡和有機(jī)微量元素為核心緩解奶牛熱應(yīng)激的營(yíng)養(yǎng)調(diào)控技術(shù)途徑，開發(fā)了《牧場(chǎng)緩解熱應(yīng)激自動(dòng)控制系統(tǒng)》 軟件，對(duì)降低奶牛熱應(yīng)激帶來的損失起到了一定的作用，在熱應(yīng)激奶牛營(yíng)養(yǎng)代謝理論及其緩解技術(shù)方面取得了新進(jìn)展。目前國(guó)際上對(duì)于有關(guān)熱應(yīng)激對(duì)奶牛乳蛋白含量及產(chǎn)量的研究結(jié)果不相一致，Bernabucci等的研究結(jié)果顯示，在夏季熱應(yīng)激條件下，奶牛合成乳酪蛋白的含量降低進(jìn)而導(dǎo)致乳蛋白含量降低，但通過環(huán)控倉設(shè)定熱應(yīng)激環(huán)境的研究結(jié)果顯示，乳蛋白含量不受熱應(yīng)激影響，但由于熱應(yīng)激導(dǎo)致乳產(chǎn)量下降，使得乳蛋白的產(chǎn)量下降，因此，本文從熱應(yīng)激引起奶牛內(nèi)分泌激素變化導(dǎo)致營(yíng)養(yǎng)重分配的基因網(wǎng)絡(luò)、乳蛋白合成的應(yīng)答與轉(zhuǎn)錄調(diào)控機(jī)制改變層面，綜述了其對(duì)奶牛乳腺酪蛋白合成的影響，為進(jìn)一步研究熱應(yīng)激對(duì)乳蛋白合成影響機(jī)制的研究提供研究思路。

    1  熱應(yīng)激奶牛通過內(nèi)分泌激素變化引起營(yíng)養(yǎng)重分配改變而影響乳腺蛋白質(zhì)的合成

    1.1  營(yíng)養(yǎng)和內(nèi)分泌是調(diào)控乳蛋白合成的重要因素

    酪蛋白占乳蛋白含量的80%，其中90%以上是在乳腺中由氨基酸(AA)從頭合成。在過去40多年關(guān)于消化道層次和組織代謝層次研究證明，進(jìn)入乳腺的AA水平是制約乳蛋白合成的主要營(yíng)養(yǎng)制約因素，其中賴氨酸(Lys)和蛋氨酸(Met)是乳蛋白合成的限制性氨基酸，但近期的一些研究表明，飼糧能量水平在調(diào)控乳蛋白的合成能力方面比AA更敏感。調(diào)控奶牛飼糧能量水平不僅能為乳蛋白合成提供能量物質(zhì)［三磷酸腺苷(ATP)、三磷酸鳥苷(GTP)、煙酰胺腺嘌呤二核苷酸(NADH)和還原型煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸(NADPH)］，同時(shí)通過增加胰島素的分泌還可促進(jìn)乳蛋白的合成。內(nèi)分泌一方面可以通過改變?nèi)橄俚难髁亢桶被岬霓D(zhuǎn)運(yùn)能力來影響乳腺對(duì)氨基酸的吸收和利用，另一方面可以通過其受體激活調(diào)控乳蛋白生成的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路，完成對(duì)乳蛋白合成的調(diào)控。經(jīng)證實(shí)，促乳素、生長(zhǎng)激素、甲狀腺激素、糖皮質(zhì)激素等在乳蛋白合成發(fā)中揮直接作用，而胰島素發(fā)揮間接作用。催乳素通過與靶細(xì)胞膜表面的催乳素受體結(jié)合，啟動(dòng)Ja-nus激酶2(JAK2)/信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)和轉(zhuǎn)錄活化蛋白5(STAT5)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑，最終激活反式作用因子STAT5，使其作用于乳蛋白基因啟動(dòng)子區(qū)的靶序列，啟動(dòng)或增強(qiáng)以乳蛋白基因啟動(dòng)子為作用元件的靶基因表達(dá)。生長(zhǎng)激素可提高乳蛋白的合成，改善乳腺組織氨基酸的利用，對(duì)乳蛋白合成的調(diào)控點(diǎn)主要是在轉(zhuǎn)錄和轉(zhuǎn)錄后。糖皮質(zhì)激素在體內(nèi)能夠影響乳腺的功能，β－酪蛋白基因轉(zhuǎn)錄水平的表達(dá)主要通過催乳素和糖皮質(zhì)激素的調(diào)節(jié)。盡管胰島素對(duì)乳蛋白的調(diào)節(jié)并未受到重視，但是近期的研究表明，胰島素不僅參與乳蛋白基因表達(dá)，而且在轉(zhuǎn)錄、轉(zhuǎn)錄后調(diào)控和AA攝取與利用方面對(duì)乳蛋白合成發(fā)揮重要調(diào)節(jié)作用。

    1.2  營(yíng)養(yǎng)和內(nèi)分泌參與調(diào)控乳蛋白合成的基因網(wǎng)絡(luò)

    乳蛋白合成調(diào)控是一個(gè)協(xié)同過程，涉及AA的水平、胰島素水平、葡萄糖水平及下游各信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑，這些因素之間的網(wǎng)絡(luò)關(guān)系對(duì)于乳蛋白的合成發(fā)揮關(guān)鍵作用。已經(jīng)證實(shí)很多信號(hào)通路在調(diào)控乳生成過程中發(fā)揮作用。隨著牛全基因組測(cè)序工作的完成和營(yíng)養(yǎng)基因組學(xué)在畜禽營(yíng)養(yǎng)生理研究中的不斷應(yīng)用，在mRNA或蛋白質(zhì)水平上研究與乳蛋白合成相關(guān)的功能基因表達(dá)和基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)研究結(jié)果陸續(xù)得以報(bào)道。營(yíng)養(yǎng)素(如AA)可通過整合應(yīng)激反應(yīng)(ISR)和雷帕霉素靶點(diǎn)(mTOR)參與調(diào)節(jié)乳蛋白基因的表達(dá)和蛋白質(zhì)的翻譯。目前，Bionaz等利用活體取樣，驗(yàn)證了在AA轉(zhuǎn)運(yùn)、葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)、胰島素通路、mTOR途徑、JAK2/STAT5信號(hào)通路和蛋白合成基因相關(guān)的44個(gè)基因的表達(dá)，初步構(gòu)建了奶牛泌乳期乳蛋白合成基因網(wǎng)絡(luò)，暗示了AA的攝取、葡萄糖的轉(zhuǎn)運(yùn)以及胰島素信號(hào)通過mTOR途徑對(duì)酪蛋白合成的重要性。但是熱應(yīng)激這一環(huán)境因素具體通過何種信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路上調(diào)或下調(diào)某些基因的表達(dá)，而這些基因表達(dá)的變化最終又如何影響乳蛋白的合成仍不清晰。

    1.3  熱應(yīng)激改變奶牛營(yíng)養(yǎng)分配與內(nèi)分泌平衡

    泌乳早期奶牛因營(yíng)養(yǎng)攝入不足，生長(zhǎng)激素增加，抑制了胰島素介導(dǎo)的脂肪合成和葡萄糖利用，促進(jìn)脂肪組織釋放非酯化脂肪酸(NEFA)，增加了飼糧和體組織來源的養(yǎng)分向乳腺組織分配；同時(shí)降低胰島素的敏感性伴隨著血液胰島素水平的降低，從而使脂肪組織分解和NEFA的動(dòng)員，奶牛處于能量負(fù)平衡狀態(tài)。普遍認(rèn)為，熱應(yīng)激條件下，因奶牛干物質(zhì)采食量不足導(dǎo)致奶牛處于能量負(fù)平衡而引起牛奶合成降低，改變了奶牛體內(nèi)參與養(yǎng)分合成與分解代謝的激素水平，激活相應(yīng)的細(xì)胞信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路，引起乳蛋白合成相關(guān)基因的表達(dá)，從而調(diào)控乳蛋白合成代謝。但近期的研究表明，熱應(yīng)激奶牛干物質(zhì)采食量下降僅能解釋牛奶合成降低的35%～50%。近期的研究提示，與泌乳早期不同，奶牛在熱激條件下卻增高了胰島素水平。奶牛在正常生產(chǎn)條件下，機(jī)體胰島素水平升高會(huì)增加乳蛋白的含量，但是目前關(guān)于熱應(yīng)激條件下胰島素水平升高與乳蛋白含量降低之間的矛盾仍沒有得到科學(xué)的解釋，是否與熱應(yīng)激條件下乳蛋白合成所需前體物質(zhì)的重分配改變有直接關(guān)系尚需進(jìn)一步研究探明。

    （中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院北京畜牧獸醫(yī)研究所，動(dòng)物營(yíng)養(yǎng)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室  馬露、卜登攀、高勝濤、郭江、權(quán)素玉；中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院與世界農(nóng)用林業(yè)中心農(nóng)用林業(yè)與可持續(xù)畜牧業(yè)聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室  馬露、卜登攀、高勝濤、郭江、權(quán)素玉；東北農(nóng)業(yè)大學(xué)食品安全與營(yíng)養(yǎng)協(xié)同創(chuàng)新中心  卜登攀）

    熱應(yīng)激影響奶牛乳腺酪蛋白合成的機(jī)制（2）