■劉建新 劉紅云 朱 雯 金曉露

（浙江大學(xué)奶業(yè)科學(xué)研究所，教育部動(dòng)物分子營養(yǎng)學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，浙江杭州 310058）

牛奶及乳制品是高質(zhì)量蛋白、能量和必需微量元素和維生素的重要來源，其所含的氨基酸在人類營養(yǎng)與動(dòng)物營養(yǎng)中具有獨(dú)特的功效。此外，牛奶還含有各種具有生物活性的蛋白質(zhì)，從抗菌、促生長(zhǎng)、提高免疫力，到具有神經(jīng)內(nèi)分泌活性等。乳蛋白可以分為酪蛋白（α-、β-、-κ和γ-酪蛋白等）和乳清蛋白（包括α-乳白蛋白和β-乳球蛋白）兩大類，酪蛋白占乳蛋白的80%?？紤]牛奶生產(chǎn)者和消費(fèi)者的共同需求，必須同時(shí)考慮乳蛋白的含量和產(chǎn)量。

奶業(yè)發(fā)達(dá)國家飼料資源豐富，飼養(yǎng)管理水平較高。如美國原料奶的乳脂肪含量平均達(dá)3.5%，乳蛋白含量可達(dá)3.2%。我國奶牛近10多年來發(fā)展很快，但一直以數(shù)量擴(kuò)張型發(fā)展，優(yōu)質(zhì)粗飼料供給不足，絕大多數(shù)地區(qū)以農(nóng)作物秸稈作為奶牛的主要粗飼料源，奶牛平均單產(chǎn)不高，乳蛋白和乳脂肪含量也較低。我國最新版的生乳國家標(biāo)準(zhǔn)（衛(wèi)生部，2010）中，乳蛋白、乳脂肪含量降為2.8%、3.1%，與發(fā)達(dá)國家的標(biāo)準(zhǔn)以及荷斯坦奶牛的生產(chǎn)潛力差距很大。

要提高牛奶的蛋白質(zhì)含量，其主要策略包括育種技術(shù)和營養(yǎng)調(diào)控技術(shù)。由于育種手段周期漫長(zhǎng)，所以營養(yǎng)調(diào)控就成為改善牛奶蛋白質(zhì)含量的有效手段。在乳蛋白合成調(diào)控方面，研究主要集中在日糧氮向乳蛋白的轉(zhuǎn)化效率、影響微生物蛋白合成的因素、過瘤胃蛋白對(duì)乳蛋白合成的影響，以及乳腺內(nèi)蛋白質(zhì)、氨基酸（包括小肽）的代謝和利用機(jī)制等方面。有研究發(fā)現(xiàn)，日糧蛋白質(zhì)、過瘤胃蛋白質(zhì)的含量和數(shù)量均可影響瘤胃微生物蛋白質(zhì)和乳蛋白合成量（Choi等，2009；Broderik等，2009）。但目前仍未確定瘤胃微生物蛋白質(zhì)、飼料過瘤胃蛋白質(zhì)和機(jī)體內(nèi)源蛋白質(zhì)對(duì)乳蛋白前體物的貢獻(xiàn)率。而且，日糧氨基酸供應(yīng)及其平衡性，小肽對(duì)乳蛋白合成的貢獻(xiàn)等也未明了。本文將對(duì)乳腺蛋白質(zhì)的生物合成、改善乳蛋白合成的營養(yǎng)策略等方面的研究進(jìn)展予以綜述。

1 乳蛋白質(zhì)的生物合成

乳腺的新陳代謝水平較高,乳腺合成的蛋白質(zhì)占全身蛋白合成量的43%（Thivierge等,2002）。從血液中獲取的游離氨基酸是牛奶蛋白質(zhì)的前體物質(zhì)，小肽也可能是牛奶蛋白質(zhì)合成的前體物質(zhì)之一(Backwell等,1996)。奶牛乳腺內(nèi)蛋白質(zhì)的合成與分泌是一個(gè)復(fù)雜的生物過程,包括AA攝取、DNA轉(zhuǎn)錄、mRNA翻譯，以及乳蛋白質(zhì)前體修飾直到分泌。所有的乳腺上皮細(xì)胞被認(rèn)為都參與和促進(jìn)這一生物過程。牛奶蛋白質(zhì)含量的變化可能與乳腺內(nèi)影響蛋白質(zhì)代謝的營養(yǎng)因子(氨基酸和葡萄糖可利用性)、內(nèi)分泌因子和轉(zhuǎn)錄下游調(diào)控因子等有關(guān)(Bobe等,2009；Burgos等,2010)。最近的研究表明，蛋白質(zhì)的轉(zhuǎn)錄調(diào)控對(duì)于奶牛牛奶蛋白質(zhì)產(chǎn)量可能比較重要，轉(zhuǎn)錄起始和延伸因子可能是乳產(chǎn)量調(diào)控乃至乳蛋白合成調(diào)控的潛在靶標(biāo)。在采用營養(yǎng)策略之前，人們必須更清楚地了解控制乳蛋白質(zhì)合成的機(jī)制。

1.1 乳腺

乳腺能夠調(diào)節(jié)養(yǎng)分的吸收以便維持乳汁的合成，這表現(xiàn)在調(diào)節(jié)乳腺血液流動(dòng)或者調(diào)節(jié)動(dòng)脈供應(yīng)中牛奶前體細(xì)胞的去除，此功能已得以證實(shí)(Thivierge等,2002)。乳房可以控制調(diào)節(jié)牛奶合成的胞內(nèi)控件，其中包括一種影響牛奶產(chǎn)量的蛋白質(zhì)，它是泌乳的反饋抑制劑 (Wilde等,1995)。這種反饋抑制物對(duì)牛奶蛋白分泌的調(diào)節(jié)作用是通過增加新合成的酪蛋白的降解和下調(diào)蛋白質(zhì)的合成而實(shí)現(xiàn)(Rennison等,1993)。

1.2 內(nèi)分泌

相比于其他生理系統(tǒng)，內(nèi)分泌系統(tǒng)在乳腺發(fā)育、乳的生成和泌乳維持等各個(gè)方面發(fā)揮著關(guān)鍵作用。泌乳過程中重要的神經(jīng)內(nèi)分泌激素包括催乳相關(guān)激素、生長(zhǎng)激素、胰高血糖素等。

體外培養(yǎng)證實(shí)，催乳相關(guān)的激素（如催乳素、皮質(zhì)醇和胰島素）對(duì)于乳腺組織和細(xì)胞分化是必需的（趙珂，2011）；乳蛋白基因表達(dá)的誘導(dǎo)需要補(bǔ)充催乳素、皮質(zhì)醇和胰島素。催乳素屬于多肽激素，對(duì)于分娩乃至產(chǎn)后乳腺發(fā)育至正常泌乳起著重要作用(Oakes等,2008)，也可能在轉(zhuǎn)錄階段促進(jìn)乳蛋白合成(Nardacci等,1978)。皮質(zhì)醇屬于糖皮質(zhì)激素，可增加由催乳素誘導(dǎo)的酪蛋白mRNA的積累(Kabotyanski等,2009)，通過間接細(xì)胞機(jī)制誘導(dǎo)酪蛋白基因表達(dá)；添加皮質(zhì)醇可以直接激發(fā)乳清蛋白mRNA的快速積累(Houdebine等,1991)。胰島素對(duì)牛奶蛋白質(zhì)合成也起著重要作用，乳腺上皮細(xì)胞中胰島素在多個(gè)水平（牛奶蛋白質(zhì)基因表達(dá)、酪蛋白合成和14C-賴氨酸的攝?。┘ぐl(fā)乳蛋白質(zhì)合成（Menzies等，2009）。此外，胰島素和催乳素可協(xié)同促進(jìn)乳腺組織酪蛋白mRNA的積累(Choi等,2004)。這些激素可能通過調(diào)控哺乳動(dòng)物雷帕霉素靶蛋白（mTOR）信號(hào)通路來調(diào)控乳腺蛋白質(zhì)合成(Yang等,2008)。

奶牛乳腺內(nèi)生長(zhǎng)激素有促進(jìn)乳汁生成的作用，但生長(zhǎng)激素對(duì)于調(diào)控乳蛋白質(zhì)合成的分子機(jī)制仍然未知。一些研究表明，生長(zhǎng)激素的促乳生成作用與乳腺上皮細(xì)胞增殖和活性增強(qiáng)有關(guān)(Mo?lento等,2002)，包括生長(zhǎng)激素對(duì)乳腺的直接作用、通過增加IGF-1分泌而產(chǎn)生的間接作用(Akers等,2000)。Hayashi等（2009）研究發(fā)現(xiàn)，生長(zhǎng)激素對(duì)于奶產(chǎn)量的作用至少部分是通過上調(diào)蛋白質(zhì)翻譯啟動(dòng)和延伸階段來調(diào)節(jié)的；他們同時(shí)發(fā)現(xiàn)，生長(zhǎng)激素處理組奶牛乳蛋白產(chǎn)量的增加與核糖體蛋白S6（rpS6）的磷酸化程度增加有關(guān)，這意味著生長(zhǎng)激素對(duì)泌乳的作用可能是通過mTOR通路調(diào)控的。

在不同情況下，對(duì)泌乳早期奶牛靜注胰高血糖素會(huì)導(dǎo)致蛋白質(zhì)產(chǎn)量和含量短期內(nèi)快速下降，而對(duì)其他乳成分或乳產(chǎn)量影響較小(Bobe等,2009)。最有可能的機(jī)制是，胰高血糖素通過增加肝臟內(nèi)氨基酸糖原異生為葡萄糖，從而減少動(dòng)脈中糖原異生氨基酸的濃度，增加葡萄糖濃度，導(dǎo)致乳腺氨基酸的可利用性降低，而乳糖的可利用率增加(Bobe等,2009)。

1.3 營養(yǎng)

蛋白質(zhì)合成需要氨基酸和能源（ATP），因此提供充足的氨基酸和能源對(duì)于滿足泌乳需求必不可少。不少試驗(yàn)用乳腺組織培養(yǎng)研究了氨基酸供應(yīng)模式對(duì)蛋白質(zhì)代謝的影響（吳慧慧，2007；來金良，2006）。添加酪蛋白可提高泌乳奶牛的乳蛋白含量和產(chǎn)量(Raggio等,2006)；乳蛋白產(chǎn)量的提高與乳腺組織必需氨基酸攝取的增加有關(guān)，而且已證實(shí)某些氨基酸對(duì)乳蛋白的合成是限制性的(John?ston等,2004)。氨基酸除了作為乳蛋白合成的基本結(jié)構(gòu)單元外，還能起到信號(hào)分子的作用?，F(xiàn)在人們對(duì)于氨基酸作為信號(hào)分子調(diào)控蛋白質(zhì)合成的作用之認(rèn)識(shí)有所增加。隨著氨基酸可利用性的增加，乳腺細(xì)胞中mTOR信號(hào)蛋白的活性也會(huì)提高，而且催乳激素可增強(qiáng)這種反應(yīng)(Burgos等,2010)。

泌乳時(shí)乳腺需要充足的能量供應(yīng)。Hanigan等(2009)估算出在泌乳時(shí)乳腺組織形成的ATP有近一半用來合成蛋白質(zhì)。據(jù)報(bào)道，飼料模式會(huì)影響泌乳牛的奶產(chǎn)量和乳蛋白產(chǎn)量(Rius等,2010a;Raggio等,2006；Zhu等，2012)。細(xì)胞內(nèi)的能量可利用性在調(diào)節(jié)蛋白質(zhì)合成中起到一定作用，能源物質(zhì)不僅可以用作底物，而且可以通過直接對(duì)蛋白質(zhì)合成系統(tǒng)進(jìn)行信號(hào)調(diào)節(jié)而起作用(Proud,2007)。Rius等(2010b)還證明，灌注淀粉在改變?nèi)榈鞍踪|(zhì)產(chǎn)量的同時(shí)，也可相應(yīng)增強(qiáng)rpS6磷酸化和mTOR信號(hào)通路。

2 日糧氨基酸供應(yīng)與乳蛋白合成

日糧蛋白質(zhì)水平是很重要的營養(yǎng)指標(biāo)，尤其對(duì)泌乳早期奶牛，因?yàn)檫@個(gè)階段奶牛的蛋白質(zhì)需求量高，而干物質(zhì)采食量相對(duì)較低。反芻動(dòng)物營養(yǎng)中，日糧蛋白質(zhì)在瘤胃中的降解可造成蛋白質(zhì)的浪費(fèi)，因此希望通過提高日糧蛋白質(zhì)水平以滿足奶牛對(duì)高蛋白質(zhì)的需求，并不總是有效的解決策略。蛋白質(zhì)營養(yǎng)的本質(zhì)是為動(dòng)物提供氨基酸，氨基酸只有在充足且均衡供應(yīng)的條件下，才能被動(dòng)物有效地吸收和利用。隨著生物技術(shù)的發(fā)展，飼用氨基酸已實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)。游離氨基酸是奶牛乳腺組織吸收氨態(tài)氮的主要形式，但有時(shí)乳腺組織攝取的必需氨基酸并不能滿足奶牛最大合成乳蛋白的需要（Bick?erstaffe等，1974；Metcalf等，1996），所以奶牛乳腺組織需要從肽結(jié)合氨基酸（Peptide-bounded amino acid,PBAA）代謝池中攝取氨基酸。

2.1 氨基酸需要量的預(yù)測(cè)

氨基酸的供給和需求量是預(yù)測(cè)奶牛乳蛋白產(chǎn)量所必需的。Lys和Met是奶牛集約化飼養(yǎng)條件下的限制性氨基酸，代謝蛋白質(zhì)中Lys和Met的濃度分別為7.2%和2.4%，兩者之比為3∶1時(shí)，可獲得最佳的乳蛋白含量。但Socha等(2005)研究表明，代謝蛋白質(zhì)中Lys與Met之比為3.8∶1或3.9∶1時(shí)可獲得最高的乳蛋白含量和產(chǎn)量。一般而言，對(duì)于奶牛來說，Met比Lys更具限制性，給奶牛飼喂過瘤胃保護(hù)Met比飼喂過瘤胃保護(hù)Lys效果要好。

消化道氨基酸被吸收進(jìn)入肝臟后，會(huì)發(fā)生有差別的凈代謝，其范圍從支鏈氨基酸的0%到苯丙氨酸的50%不等(Lapierre等,2006)，這個(gè)過程會(huì)改變?nèi)橄侔被岬墓?yīng)模式。氨基酸在十二指腸到乳腺間的中間代謝會(huì)改變被吸收氨基酸合成乳蛋白的效率，因此這種轉(zhuǎn)運(yùn)效率應(yīng)當(dāng)在預(yù)測(cè)模型中予以考慮。提出準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)模型其目的是為了更好地估測(cè)各種因素對(duì)乳蛋白分泌的影響。Ipharraguerre等(2005)用Meta分析綜合評(píng)估了不同日糧蛋白來源對(duì)到達(dá)小腸非氨態(tài)氮的影響，發(fā)現(xiàn)當(dāng)日糧RUP含量較高時(shí)，流入十二指腸的微生物蛋白量平均被抑制7%，部分抵消了通過RUP源提高代謝蛋白總量帶來的效果。盡管如此，提高RUP含量可以增加流入十二指腸的Lys或Met量，足以彌補(bǔ)代謝蛋白質(zhì)合成減少所帶來的損失。對(duì)氨基酸代謝整體知識(shí)的了解，將會(huì)幫助人們構(gòu)建數(shù)學(xué)模型，以準(zhǔn)確地定義日糧蛋白質(zhì)供應(yīng)對(duì)乳蛋白合成的影響。

2.2 氨基酸的供應(yīng)與平衡

2.2.1 氨基酸的供應(yīng)

增加氨基酸對(duì)乳腺細(xì)胞的供應(yīng)是通過日糧策略提高乳蛋白含量或者產(chǎn)量的基礎(chǔ)。日糧中缺乏玉米或粗料過多，或者以豆粕作為RUP源，或者兩種情況并存時(shí)，Met將成為第一限制性氨基酸(NRC,2001)。補(bǔ)充過瘤胃保護(hù)Met從而增加Met的供應(yīng)，能提高高產(chǎn)奶牛的乳蛋白產(chǎn)量，可能是由于增加了乳蛋白的合成(NRC,2001)。奶牛日糧中添加過瘤胃保護(hù)Met可以增加乳中真蛋白的含量和產(chǎn)量(Patton,2010)。許多研究測(cè)定分析各種Met衍生物和類似物的抗瘤胃降解特性，其中以Met羥基類似物（HMB）研究最多。添加HMB可以增加乳產(chǎn)量、乳蛋白產(chǎn)量和乳脂含量(Wang等,2010)。但St-Pierre等(2005)研究發(fā)現(xiàn)，HMB并不能有效滿足泌乳奶牛的Met需求，至少不能滿足乳蛋白合成的需求。也有報(bào)道證明，異丙酯HMB(HMBi)可為奶牛提供足夠的Met(Graulet等,2005)，增加奶牛的乳蛋白產(chǎn)量和含量(Rulquin等,2006；見表1)。據(jù)計(jì)算，HMBi中Met的生物效價(jià)是Smartamine M（SmM）的61%(Rulquin等,2006)。

Lys是奶牛的另一限制性氨基酸。增加日糧Lys和Met的營養(yǎng)水平，可增加奶牛干物質(zhì)采食量、奶產(chǎn)量、乳蛋白的產(chǎn)量和含量(Socha等，2005)。必需氨基酸中支鏈氨基酸（包括亮氨酸、異亮氨酸、纈氨酸）具有某些獨(dú)特的性質(zhì)。支鏈氨基酸在調(diào)控氨基酸和蛋白代謝中起重要的作用，包括促進(jìn)胰島素分泌、正向調(diào)控蛋白合成、作為谷氨酰胺合成的供體和器官之間的信號(hào)傳遞者(Lal等，1995)。支鏈氨基酸對(duì)奶牛泌乳也起重要作用，可占乳蛋白中總氨基酸的20%，或占必需氨基酸的50%(Jenness，1974)，而且支鏈氨基酸參與糖酵解和三羧酸循環(huán)，形成的中間體可進(jìn)入非必需氨基酸代謝庫，用于乳蛋白的合成所需(Mepham,1982)。

表1 補(bǔ)充不同形式的蛋氨酸對(duì)奶牛泌乳性能和乳蛋白產(chǎn)量的影響

2.2.2氨基酸平衡

日糧某些AA過剩或不足可導(dǎo)致AA不平衡，會(huì)限制奶牛乳腺蛋白質(zhì)的合成，并降低其泌乳性能。研究發(fā)現(xiàn)，酪蛋白αs1基因在體外培養(yǎng)的奶牛乳腺上皮細(xì)胞中的表達(dá)需要每種必需氨基酸（Met、Lys、Phe和Thr）都處于最適濃度，任一必需氨基酸濃度過高或過低都會(huì)降低乳蛋白基因的表達(dá)（Zhao等,2005;Zhou等,2008）。短期飼養(yǎng)試驗(yàn)結(jié)果表明，當(dāng)奶牛以青貯牧草和谷物為基礎(chǔ)日糧，以羽毛粉作唯一的蛋白源時(shí)，奶產(chǎn)量因特定AA，如His、Met和Lys的缺乏而下降(Kim等,1999、2000)。給泌乳早中期和中晚期奶牛飼喂缺乏特定AA的日糧6周，發(fā)現(xiàn)奶產(chǎn)量明顯下降(Yeo等，2003)。Wang等（2010）評(píng)價(jià)了可代謝蛋白質(zhì)中Lys和Met的比例對(duì)中國荷斯坦奶牛泌乳性能和AA代謝的影響，發(fā)現(xiàn)補(bǔ)充Met和Lys，Met或Lys可增加乳腺對(duì)AA的吸收；補(bǔ)充Lys或Met增加了奶產(chǎn)量，但對(duì)乳成分沒有顯著影響；Lys和Met為最佳比例3∶1時(shí)，乳蛋白含量和奶產(chǎn)量達(dá)最大值。

改善可吸收AA的平衡性可提高氨基酸在乳蛋白合成中的利用效率。已經(jīng)證實(shí)，提高Lys和Met營養(yǎng)能降低用于獲得相同乳蛋白產(chǎn)量的日糧粗蛋白需要量(Rulquin等，1990)。早期泌乳奶牛易受腸道中AA平衡的影響，優(yōu)化日糧中Lys和Met的營養(yǎng)可以提高其泌乳性能(Socha等，2005；見表2)。這些現(xiàn)象可用AA限制理論得到解釋，即在給定的飲食或者生理?xiàng)l件下，僅有一種AA吸收供給受限也會(huì)影響奶牛乳蛋白產(chǎn)量(Weekes等,2006)。用乳腺組織體外培養(yǎng)發(fā)現(xiàn)，Lys與Met比例、Thr與Phe比例都會(huì)影響乳腺中αs1酪蛋白基因的表達(dá)，它們的最佳比例分別為3.5∶1（Liu等,2007）和1.05∶1（Zhou等，2008）。在奶牛試驗(yàn)中我們還發(fā)現(xiàn)，在補(bǔ)充Lys、Met、Thr和Phe后，即使降低日糧蛋白質(zhì)含量，其奶產(chǎn)量不減反增，其飼料N用于泌乳的效率從對(duì)照組的25%提高到36%（楊志強(qiáng)，2009；見表3）。由此可得出結(jié)論，適宜的必需AA比例可促進(jìn)乳蛋白的合成，改善AA平衡有利于提高乳蛋白產(chǎn)量和奶牛生產(chǎn)性能。

表2 兩個(gè)蛋白水平下補(bǔ)充瘤胃保護(hù)蛋氨酸對(duì)奶牛105 d泌乳性能的影響

表3 飼喂較低蛋白含量但補(bǔ)充氨基酸日糧時(shí)奶牛的生產(chǎn)性能與氮利用率

2.2.3 AA在調(diào)控蛋白質(zhì)合成轉(zhuǎn)化機(jī)制中的作用

調(diào)控奶牛產(chǎn)奶量和乳蛋白質(zhì)產(chǎn)量的內(nèi)在分子機(jī)制尚未完全清楚。Hayashi等(2009)指出，mTOR通路可能對(duì)乳腺中乳蛋白合成具有潛在調(diào)控作用。AA不僅是營養(yǎng)物質(zhì)，還可能是信號(hào)分子。人們?nèi)找嬲J(rèn)識(shí)到AA在蛋白質(zhì)合成中的信號(hào)分子作用（Kimball等，2002）。日糧中AA可以通過mTOR信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路調(diào)控動(dòng)物體內(nèi)mRNA翻譯起始階段，mTOR是控制核糖體合成的蛋白激酶 (Jeffer?son等，2003)。Moshel等(2006)研究了AA對(duì)催乳素條件下體外培養(yǎng)的乳腺上皮細(xì)胞翻譯水平調(diào)控中的作用，發(fā)現(xiàn)去除總AA或選擇性去除亮氨酸對(duì)牛乳腺細(xì)胞β-乳球蛋白合成有負(fù)面影響，AA參與翻譯的直接信號(hào)作用決定乳腺上皮細(xì)胞牛奶蛋白質(zhì)的合成效率。

2.3 肽的供應(yīng)

游離氨基酸是泌乳期乳腺組織吸收氨態(tài)氮的主要形式，這一概念長(zhǎng)期以來一直遭到質(zhì)疑。對(duì)于泌乳奶牛來說，通過乳腺吸收的特定必需氨基酸往往不能滿足乳腺分泌蛋白質(zhì)的需要（Bicker?staffe等，1974；Metcalf等，1996）。當(dāng)氨基酸不能滿足乳蛋白合成的需要時(shí)似乎加快自身從肽結(jié)合氨基酸池中的回收。

Tagari等（2004）研究發(fā)現(xiàn)，給泌乳奶牛無論是飼喂蒸汽壓片玉米或壓碎玉米的日糧，均發(fā)現(xiàn)大量的肽結(jié)合氨基酸從門靜脈流出。使用15N或14C特殊標(biāo)記技術(shù)在泌乳奶山羊體內(nèi)的研究發(fā)現(xiàn)，許多必需氨基酸是以肽結(jié)合氨基酸的形式被乳腺組織回收用于合成蛋白質(zhì)(Bequette等,1999)。盡管在血細(xì)胞中儲(chǔ)備大量的Lys，從游離氨基酸池中攝取的Lys并不能滿足乳蛋白質(zhì)合成的需要(Hanigan等,1991)，其中很大一部分是從肽結(jié)合Lys池中攝取的，再次支持了肽結(jié)合氨基酸池作為第一儲(chǔ)備氨基酸源的觀點(diǎn)。我們的研究也發(fā)現(xiàn)，當(dāng)用蛋氨酸二肽替代Met時(shí)，αs1酪蛋白基因在乳腺上皮細(xì)胞中表達(dá)量增加（Wu等，2007；見圖1和圖2）。同樣，相比游離氨基酸，用苯丙氨酸二肽替代苯丙氨酸促進(jìn)了αs1酪蛋白基因乳腺上皮細(xì)胞中的表達(dá)(Zhou等，2011，見圖3)。這些結(jié)果與組氨酸二肽相比游離組氨酸增加乳蛋白產(chǎn)量（Backwell等，1996）的報(bào)道一致。Tagari等（2008）報(bào)道，肽結(jié)合氨基酸是乳腺攝取總游離氨基酸的一部分，占3.7%～4.8%，但是個(gè)別肽結(jié)合必需氨基酸占2.5%～23.8%。

圖1 蛋氨酸二肽和蛋氨酸對(duì)酪蛋白αs1基因表達(dá)的影響

圖2 蛋氨酸賴氨酸二肽和蛋氨酸、賴氨酸對(duì)酪蛋白αs1基因表達(dá)影響比較

乳腺上皮細(xì)胞吸收完整的寡肽的分子基礎(chǔ)是位于頂端的H+/肽共同轉(zhuǎn)運(yùn)載體，肽轉(zhuǎn)運(yùn)載體1（PepT1）和肽轉(zhuǎn)運(yùn)載體2（PepT2）。高容量低親和力的肽轉(zhuǎn)運(yùn)載體1（PepT1）主要在小腸部位表達(dá)（Adibi,1997），奶牛乳腺中沒有發(fā)現(xiàn)PepT1 mRNA的表達(dá)(Zhou等，2011)。高親和力低容量的肽轉(zhuǎn)運(yùn)載體2(PepT2)主要在腎小管處表達(dá)（Shen等,1999）。用反轉(zhuǎn)錄PCR方法檢測(cè)到PepT2 mRNA在小鼠乳腺細(xì)胞提取物、人乳腺上皮細(xì)胞（Groneberg等，2002）和奶牛乳腺組織塊中均有表達(dá)(Zhou等,2011)。乳腺肽轉(zhuǎn)運(yùn)載體的發(fā)現(xiàn)可能會(huì)為蛋白質(zhì)代謝和分泌的研究提供新的視角。

圖3 苯丙氨酸寡肽對(duì)體外培養(yǎng)乳腺上皮細(xì)胞αs1酪蛋白基因表達(dá)的影響

3 日糧模式與乳蛋白合成

增加代謝蛋白質(zhì)的供應(yīng)可增加奶產(chǎn)量和乳蛋白產(chǎn)量，在4%FCM和乳蛋白產(chǎn)量與日糧代謝蛋白質(zhì)含量之間存在非線性回歸（Wang等，2007）。代謝蛋白質(zhì)主要來源于飼料過瘤胃蛋白和瘤胃合成的微生物蛋白兩部分，其中微生物蛋白占可吸收蛋白質(zhì)的50%～80%(Storm等，1983)。由于飼料蛋白資源短缺，最大限度地發(fā)揮瘤胃微生物功能，合成微生物蛋白具有十分重要的意義。除了瘤胃可降解氮之外，可利用能對(duì)于瘤胃微生物蛋白的合成至關(guān)重要。

3.1 飼料組合

常規(guī)奶牛日糧配制中，粗飼料占40%～50%，不僅影響DMI，同時(shí)影響能量采食量(Kendall等,2009)。發(fā)達(dá)國家利用苜蓿、全株玉米等優(yōu)質(zhì)粗飼料，奶牛生產(chǎn)水平、牛奶質(zhì)量都較高。我國這些資源都比較匱乏，近年來大量進(jìn)口苜蓿等優(yōu)質(zhì)牧草，如2011年進(jìn)口27.6萬噸，這種局面難以持久。我國現(xiàn)行養(yǎng)殖模式是利用大量農(nóng)作物秸稈（玉米秸等），同時(shí)配以大量精料，導(dǎo)致奶牛瘤胃代謝異常，產(chǎn)生健康隱患，影響牛奶產(chǎn)量和質(zhì)量。在我國現(xiàn)行養(yǎng)殖模式下，如何改善牛奶質(zhì)量，是重要的研究課題。

日糧粗飼料組合對(duì)瘤胃微生物蛋白合成的影響，不同研究的結(jié)果并不一致(Voelker Linton等，2009；Khorasani等，2001)。Clark 等(1992)總結(jié) 28個(gè)試驗(yàn)的結(jié)果發(fā)現(xiàn)，瘤胃內(nèi)有機(jī)物降解是影響微生物蛋白合成的重要因素。Meta分析結(jié)果也表明，非結(jié)構(gòu)碳水化合物含量越高，奶牛的微生物蛋白產(chǎn)量也越高（Nocek等，1988）。也有報(bào)道認(rèn)為，可利用碳水化合物的低利用率與微生物蛋白質(zhì)產(chǎn)量有負(fù)面影響。Zhu等（2012）的試驗(yàn)研究表明，奶產(chǎn)量與微生物蛋白產(chǎn)量有顯著的回歸關(guān)系，表明在玉米秸等作物秸稈用于奶牛日糧時(shí)，對(duì)促進(jìn)瘤胃微生物蛋白產(chǎn)量至關(guān)重要。

在最近完成的一項(xiàng)研究（Zhu等，2012；見表4）中，我們以玉米秸、羊草、苜蓿干草配制不同NFC/NDF比例的日糧飼喂奶牛，發(fā)現(xiàn)苜蓿日糧比玉米秸日糧含有較高的可溶性糖和淀粉，能提供較多的瘤胃易發(fā)酵碳水化合物，從而生成較多的瘤胃MCP（1 876 g/d∶1 601 g/d），貢獻(xiàn)較多的乳蛋白前體物——小腸代謝蛋白，提高乳蛋白含量和產(chǎn)量。換言之，飼喂玉米秸日糧產(chǎn)生較低的微生物蛋白，可能與日糧中可溶性糖分不足，降低了MCP合成效率密切相關(guān)。

3.2 補(bǔ)充糖分和添加AA

在前述研究的基礎(chǔ)上，我們進(jìn)一步開展了補(bǔ)充能源及氨基酸的研究（朱雯等，未發(fā)表）。以泌乳奶牛為對(duì)象，以苜蓿和青貯玉米型日糧為對(duì)照，在玉米秸日糧中補(bǔ)充淀粉，并添加必需AA（Lys、Met），研究發(fā)現(xiàn)(見表5)，僅補(bǔ)充淀粉時(shí)，在產(chǎn)奶量、乳蛋白含量和產(chǎn)量、氮利用效率上均略低于苜蓿日糧，但差異不顯著；而同時(shí)補(bǔ)充適量淀粉和必需AA后，奶牛的DMI、產(chǎn)奶量、乳成分和氮利用效率與苜蓿日糧無明顯差異，表明以玉米秸為主要結(jié)構(gòu)性碳水化合物源時(shí)，需同時(shí)補(bǔ)充易發(fā)酵糖分和必需AA，才能達(dá)到最佳效果。該研究結(jié)果再次證明，氨基酸對(duì)于乳蛋白合成的重要性和必要性。

4 結(jié)語

奶牛能夠?yàn)槿祟愄峁┴S富的乳蛋白，改善人類健康。蛋白質(zhì)在奶牛乳腺內(nèi)的合成是十分復(fù)雜的生物學(xué)過程，受到營養(yǎng)、內(nèi)分泌和其他眾多調(diào)控因子的影響。增加乳腺的氨基酸供應(yīng)是增加牛奶蛋白質(zhì)含量和產(chǎn)量的關(guān)鍵措施，足夠而平衡的氨基酸供應(yīng)對(duì)于奶牛的泌乳性能和乳蛋白合成至關(guān)重要。整合氨基酸代謝知識(shí)，改善氨基酸需要量的預(yù)測(cè)等將有助于建立蛋白質(zhì)/氨基酸需要量模型，以準(zhǔn)確地提供日糧蛋白質(zhì)。需要進(jìn)一步研究泌乳奶牛的氨基酸代謝，包括氨基酸、小肽用于合成乳蛋白的效率等。同時(shí)需要研究以確定奶牛的限制性氨基酸、不同氨基酸或小肽對(duì)乳蛋白合成的影響，乳腺對(duì)肽結(jié)合氨基酸的利用，以及環(huán)境、營養(yǎng)和不同生理狀態(tài)下乳蛋白的合成。

表4 玉米秸、羊草和苜蓿干草日糧的奶牛干物質(zhì)采食量和奶產(chǎn)量之比較

表5 玉米秸、羊草和苜蓿干草日糧的奶牛干物質(zhì)采食量和奶產(chǎn)量之比較