■孫菲菲 曹陽春 姚軍虎

（西北農(nóng)林科技大學動物科技學院，陜西楊凌 712100）

圍產(chǎn)期是指產(chǎn)前3周至產(chǎn)后3周這段時間，該 階段生理代謝復雜，奶牛干物質(zhì)采食量（DMI）下降明顯，處于能量負平衡（NEB）狀態(tài)，還遭受分娩、泌乳、日糧轉(zhuǎn)換等應激，嚴重威脅奶牛健康和高效生產(chǎn)（Trevisi等，2011）。為滿足圍產(chǎn)期奶牛能量需要和緩解NEB，常通過添加脂類提高日糧能量水平，但其中的不飽和脂肪酸（UFA）易被氧化，從而加劇奶牛氧化應激（Sordillo等，2009）。葡萄糖是反芻動物的重要能量來源，參與機體能量和蛋白質(zhì)代謝等生理過程，也是乳腺合成乳糖的重要前體（Harmon等，2001）。保證圍產(chǎn)期葡萄糖的精準供應，提高其利用率，已成為解決NEB和降低氧化應激的新思路。

1 反芻動物葡萄糖的來源

反芻動物機體所需葡萄糖主要來源于兩部分，即外源葡萄糖和內(nèi)源葡萄糖。外源葡萄糖是進入小腸的過瘤胃淀粉（RES）在α-淀粉酶作用下，分解產(chǎn)生并被腸道上皮所攝取的葡萄糖（Huntington等，2006）。內(nèi)源葡萄糖由非糖物質(zhì)轉(zhuǎn)化而來，主要包括兩部分，日糧碳水化合物在瘤胃降解產(chǎn)生的丙酸被瘤胃壁吸收后，轉(zhuǎn)運至肝臟，經(jīng)一系列酶促反應合成葡萄糖；蛋白質(zhì)或小肽降解產(chǎn)生的生糖氨基酸可通過糖異生途徑合成葡萄糖，進入血液供動物利用（Aschenbach等，2010）。特殊情況下，甘油和乳酸也可作為生糖前體物質(zhì)，發(fā)揮重要作用，但在反芻動物內(nèi)源葡萄糖來源中所占的比例很?。ㄚw柯，2011）。

2 影響葡萄糖吸收的因素

2.1 小腸葡萄糖供應量

由于缺乏葡萄糖-6-磷酸酶（G-6-P），奶牛乳腺不能利用生糖前體物質(zhì)通過糖異生途徑合成葡萄糖，泌乳牛乳腺葡萄糖幾乎全部來源于血漿葡萄糖，而血漿葡萄糖主要通過肝臟糖異生和小腸吸收獲得。因此，小腸葡萄糖供應量影響奶牛機體葡萄糖平衡。

Relling等(2008)研究表明，真胃短期和長期灌注淀粉(1 100 g/d)均顯著降低奶牛血漿胰高血糖素樣肽-1(GLP-1)的濃度(P＜0.05)，并有降低葡萄糖依賴性促胰島素多肽(GIP)的趨勢(0.05＜P＜0.10)，說明增加小腸葡萄糖供應量可能提高奶牛對葡萄糖的利用。然而，也有研究得到相反結(jié)論。Larsen等(2010)研究了真胃灌注葡萄糖(1 500 g/d)對血液中腸活性肽濃度的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，真胃灌注葡萄糖并不影響血漿中GLP-1和GIP的濃度（P＞0.05）。由此推測，過瘤胃葡萄糖供應量調(diào)控葡萄糖吸收可能存在劑量效應。

2.2 葡萄糖轉(zhuǎn)運載體

腸道葡萄糖吸收通過葡萄糖轉(zhuǎn)運載體完成，其數(shù)量及活性可反映腸道葡萄糖吸收能力（Zhao等，2007）。按照結(jié)構(gòu)功能和作用機理，葡萄糖轉(zhuǎn)運載體主要分為兩大類，易化擴散葡萄糖轉(zhuǎn)運載體（GLUTs）和鈉依賴型葡萄糖共轉(zhuǎn)運載體（SGLTs）。GLUTs是一類不依賴能量的被動型轉(zhuǎn)運載體，具有雙向性、飽和性和選擇性，目前已經(jīng)發(fā)現(xiàn)13種，分別命名為GLUT1～GLUT12和HMIT。SGLTs是一類主動運輸型轉(zhuǎn)運載體，主要有3種，即SGLT1～SGLT3，其轉(zhuǎn)運過程與鈉離子耦聯(lián)、逆葡萄糖濃度且需要能量參與。葡萄糖轉(zhuǎn)運載體種類及其特征見表1。

表1 葡萄糖轉(zhuǎn)運載體及其特征

乳腺是泌乳反芻動物葡萄糖的主要利用場所。奶牛每產(chǎn)1 kg奶，需要消耗72 g葡萄糖（Laarveld等，1981），因此，日產(chǎn)奶40 kg的奶牛每天乳腺需要約3 kg葡萄糖。葡萄糖的跨膜轉(zhuǎn)運是影響乳糖合成的限速步驟，而GLUTs和SGLTs的數(shù)量及活性決定葡萄糖的跨膜效率。Na等（2009）研究了奶山羊不同泌乳階段乳腺GLUT1的表達情況，結(jié)果表明，GLUT1與產(chǎn)奶量呈正相關(guān)，泌乳高峰期GLUT1的表達量高于其他泌乳階段（P＜0.05）。Mattmiller等（2011）對一個完整泌乳周期GLUTs的時空表達規(guī)律的研究表明，隨著奶牛泌乳的啟動，泌乳早期乳腺GLUT1表達量上升，而泌乳后期GLUT3和GLUT4表達量提高（P＜0.05），這表明多種葡萄糖轉(zhuǎn)運載體共同維持泌乳的葡萄糖轉(zhuǎn)運。

2.3 葡萄糖代謝相關(guān)酶類

己糖激酶（HKs）、丙酮酸激酶（PK）和葡萄糖-6-磷酸脫氫酶（G6PDH）是細胞葡萄糖代謝的限速酶，它們通過反饋機制調(diào)節(jié)動物機體對葡萄糖的攝取，目前研究最多的是HKs（Rognstad，1979；Lee等，2006；John等，2011）。反芻動物HKs共有4種，即HK1、HK2、HK3和HK4。HKs的作用是將攝取進入細胞的葡萄糖磷酸化為6-磷酸葡萄糖，作為多種代謝過程的共同底物，此機制也可防止其反復出入細胞，維持細胞內(nèi)外的葡萄糖濃度梯度（Wilson，2003）。

HKs調(diào)控葡萄糖代謝的相關(guān)研究多集中于人和小鼠，且主要是肝臟和肌肉組織，反芻動物相關(guān)研究較少。研究證明，HK2是葡萄糖有氧酵解的關(guān)鍵調(diào)控酶（Wolf等，2011）。Gomes等（2010）對牛輸卵管細胞的研究顯示，HKs活性與丙酮酸濃度相關(guān)，而丙酮酸是葡萄糖代謝的中間產(chǎn)物之一，進一步證明了HKs在葡萄糖代謝中的重要作用。然而，HKs調(diào)控圍產(chǎn)期奶牛葡萄糖吸收的研究還鮮有報道。研究腸道葡萄糖吸收與HKs表達間的關(guān)系，闡明其調(diào)控機理，有利于葡萄糖的高效供應，緩解氧化應激和NEB，保障圍產(chǎn)期奶牛健康。

2.4 生理階段

生理階段影響奶牛營養(yǎng)需要，對泌乳期奶牛而言，血液中65%～85%的葡萄糖被乳腺吸收用于合成乳糖。圍產(chǎn)前期奶牛葡萄糖主要用于機體維持需要和胎兒代謝需要，圍產(chǎn)后期隨著泌乳的啟動，奶牛對葡萄糖的需求也相應增加。奶牛生理階段影響GLUTs的數(shù)量。Komastu等（2005）研究發(fā)現(xiàn)，泌乳奶牛乳腺GLUT1表達量顯著高于非泌乳期（P＜0.05）。奶牛分娩前40 d到分娩后7 d乳腺GLUT1、GLUT8、GLUT12的表達量顯著增加（P＜0.05）（Zhao，2007）。

3 奶牛圍產(chǎn)期葡萄糖平衡的營養(yǎng)調(diào)控

圍產(chǎn)期奶牛營養(yǎng)物質(zhì)攝入不足，能量代謝加快，內(nèi)分泌激素急劇變化，氧化應激嚴重，機體免疫和抗炎癥能力降低，從而易發(fā)生乳房炎、乳房水腫、胎衣不下等疾?。ㄍ跗G明，2010；Sordillo等，2009）。作為奶牛的重要能量來源，葡萄糖在維持乳腺發(fā)育、泌乳和物質(zhì)周轉(zhuǎn)過程中發(fā)揮重要作用，因此，充足的葡萄糖供應是保證圍產(chǎn)期奶牛能量平衡和減少疾病發(fā)生的有效手段。

3.1 調(diào)控瘤胃發(fā)酵類型

丙酸是反芻動物主要的生糖前體物質(zhì)，其他還有生糖氨基酸、乳酸、甘油等。瘤胃丙酸型發(fā)酵可為糖異生途徑提供底物，有利于葡萄糖的內(nèi)源合成，是保證機體葡萄糖供應的重要途徑（徐明等，2005）。

瘤胃發(fā)酵類型的調(diào)控一直是反芻動物營養(yǎng)研究的重點和熱點，且已取得較大進展。Peng等（2011）研究了納豆芽孢桿菌發(fā)酵物對泌乳早期奶牛瘤胃發(fā)酵及泌乳性能的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)該發(fā)酵物可增加瘤胃丙酸摩爾比例，提高奶產(chǎn)量和乳糖含量（P＜0.05），其原因可能是糖異生底物增加，使機體葡萄糖水平提高，乳腺可攝取更多的葡萄糖用于合成乳糖。茴香、肉桂醛、大蒜油、辣椒油等均可調(diào)控瘤胃發(fā)酵類型，使瘤胃維持丙酸型發(fā)酵（Rodríguez-prado，2012）。調(diào)控瘤胃發(fā)酵類型的研究還有很多（Mohammed等，2011；Patra，2011；Patra等，2012；Verma等，2012；Zhang等，2012），但其中部分研究結(jié)果目前尚不能在生產(chǎn)實踐中推廣應用。

由于圍產(chǎn)期奶牛機體代謝的特殊性和復雜性，其瘤胃發(fā)酵類型調(diào)控相關(guān)研究還較少，多集中于體外發(fā)酵，直接應用泌乳期奶牛和其他反芻動物的調(diào)控策略未必可行、有效。建立圍產(chǎn)期瘤胃發(fā)酵調(diào)控模型，通過體內(nèi)試驗研究其發(fā)酵模式和調(diào)控手段，可為促進肝臟糖異生和葡萄糖高效利用提供科學支撐。

3.2 適當增加過瘤胃淀粉供應量

淀粉是葡萄糖的一種高聚物，通式為（C6H10O5）n，其在反芻動物瘤胃和小腸中的主要降解產(chǎn)物分別是丙酸和葡萄糖。適量RES可為奶牛提供大量外源性葡萄糖，降低糖異生途徑合成葡萄糖的能量損失，節(jié)約生糖氨基酸，提高動物生產(chǎn)性能（Orskov，1986；Owens等，1986；Larsen等，2009）。與泌乳期相比，奶牛圍產(chǎn)后期DMI急劇下降，引起奶牛NEB及低血糖癥，而提高小腸葡萄糖供應量是解決這一問題最有效的策略。通過增加DMI來解決NEB及低血糖癥等問題在理論上可行，但實際生產(chǎn)中提高圍產(chǎn)后期的DMI難度很大，短期內(nèi)不易實現(xiàn)，因此，RES的合理供應與代謝調(diào)控已成為研究重點。

不同的物理或化學方法處理谷物類飼料均可顯著提高淀粉的過瘤胃率及其小腸消化率（Mills，1999；Reynolds，2006）。RES水平影響機體葡萄糖代謝及相關(guān)激素的分泌，RES水平越高，血漿胰島素水平越高，而胰高血糖素水平越低（Garnsworthy，2009），這表明適當增加日糧RES可促進葡萄糖吸收，促進葡萄糖的高效利用。Miku?a等（2011）研究了圍產(chǎn)期奶牛日糧用玉米（高RES）替代黑小麥（低RES）對機體代謝、泌乳性能和繁殖性能的影響，結(jié)果表明，玉米淀粉更適宜作為圍產(chǎn)期奶牛的能量來源，保證能量均衡。Mungói等（2012）報道，日糧淀粉來源影響反芻動物機體氮素代謝和循環(huán)，這可能與日糧RES含量有關(guān)。RES含量決定小腸可吸收葡萄糖水平，進而改變機體能量供應模式，影響氮素利用和能氮平衡。

3.3 促進胰腺α-淀粉酶分泌

胰腺α-淀粉酶分泌不足限制RES的小腸消化率，不僅造成能量浪費，還會造成后腸道酸中毒（Harmon，2009；Yu等，2012）。因此，通過調(diào)控技術(shù)促進α-淀粉酶分泌理論上可促進RES的小腸消化率，增加葡萄糖供應量，滿足機體葡萄糖需要。

膽囊收縮素（CCK）可調(diào)控動物胰腺相關(guān)酶的分泌表達（Crozier等，2008；Hara，2001；Wang等，2007），Yu等（2012）研究了十二指腸短期和長期灌注苯丙氨酸（Phe）對山羊胰腺外分泌功能的影響，結(jié)果表明，短期灌注不影響胰液分泌量和α-淀粉酶、脂肪酶、胰蛋白酶的活性（P＞0.05），而長期灌注則會促進CCK和α-淀粉酶分泌（P＜0.05），且存在劑量效應，灌注量為4 g/d時，α-淀粉酶活性達到最大。RES水平也影響胰腺α-淀粉酶分泌，Xu等（2009）報道，適當提高日糧RES水平可促進胰腺α-淀粉酶分泌（P＜0.05），但過高反而降低其分泌量，成年山羊RES的最佳供應量為80～110 g/d。綜上所述，適宜的RES水平和Phe濃度均能促進胰腺α-淀粉酶分泌，提高RES消化率，提高飼料能量利用率。本課題組近期研究發(fā)現(xiàn)，十二指腸灌注亮氨酸（Leu）可通過雷帕霉素靶蛋白（mTOR）信號通路調(diào)控荷斯坦青年牛胰腺外分泌功能，且最佳灌注量為29.5 μmol/（kg·h）（未發(fā)表數(shù)據(jù)），因此mTOR通路可能在胰腺α-淀粉酶分泌調(diào)控中發(fā)揮重要作用，其機理有待進一步研究。

3.4 調(diào)控葡萄糖轉(zhuǎn)運載體的表達

葡萄糖跨膜轉(zhuǎn)運是葡萄糖高效利用的限速步驟，而這一過程由兩類葡萄糖轉(zhuǎn)運載體（GLUTs和SGLTs）共同完成。因此，調(diào)控葡萄糖轉(zhuǎn)運載體的數(shù)量和活性，增強葡萄糖轉(zhuǎn)運能力，也是保證圍產(chǎn)期能量供應和維持代謝平衡的可行思路。

胰島素和胰高血糖素是維持機體血糖平衡，調(diào)控糖類代謝的關(guān)鍵激素，其對葡萄糖代謝的調(diào)控也必然伴隨著葡萄糖轉(zhuǎn)運載體的時空表達變化。GLUT4是胰島素依賴型葡萄糖轉(zhuǎn)運載體，胰島素水平可影響GLUT4的表達及其轉(zhuǎn)運能力（Komatsu等，2005）。葡萄糖供應量影響腸道對葡萄糖的吸收，該過程需要葡萄糖轉(zhuǎn)運載體的參與。在一定范圍內(nèi)，日糧RES含量與十二指腸可吸收葡萄糖的量呈正相關(guān)（Ca?izares等，2009），而小腸可吸收葡萄糖的量可促進GLUTs和SGLTs的表達，促進腸道葡萄糖的吸收和轉(zhuǎn)運，故可通過淀粉過瘤胃技術(shù)刺激葡萄糖轉(zhuǎn)運載體的表達，增強圍產(chǎn)期奶牛腸道葡萄糖吸收能力。SGLTs是Na+依賴型葡萄糖轉(zhuǎn)運載體，其轉(zhuǎn)運過程需要Na+協(xié)同才能完成（Lu等，2012；Simonyi，2012），這提示腸道和血液Na+濃度可能影響機體葡萄糖吸收及乳腺葡萄糖攝取，但關(guān)于Na+水平對葡萄糖轉(zhuǎn)運的專門研究還鮮有報道。另外，Na+對于維持機體滲透壓穩(wěn)定具有重要作用，通過改變Na+濃度調(diào)控葡萄糖轉(zhuǎn)運載體的表達規(guī)律應首先保證機體Na+平衡。

3.5 適當增強肝臟糖異生能力

內(nèi)源葡萄糖在反芻動物可利用葡萄糖中比重很大，主要來源于肝臟的糖異生作用，糖異生在機體葡萄糖穩(wěn)態(tài)中發(fā)揮關(guān)鍵作用。RES和外源葡萄糖供應是當前奶牛葡萄糖營養(yǎng)的研究重點，而關(guān)于內(nèi)源葡萄糖合成的營養(yǎng)調(diào)控研究還較少。

圍產(chǎn)期奶牛DMI不足，外源葡萄糖來源有限，導致血液葡萄糖不能滿足機體需要，此時肝臟糖異生活動加強以滿足維持和泌乳的葡萄糖需求。奶牛圍產(chǎn)期肝臟磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶（PEPCK）、丙酮酸羧化酶（PC）等糖異生關(guān)鍵調(diào)控酶類的mRNA表達量顯著提高，且日糧蛋白水平可通過影響機體氨基酸代謝和提高生糖氨基酸水平而促進這些酶類的表達分泌（Greenfield等，2000）。Rhoads等（2011）研究了外源生長激素對奶牛肝臟葡萄糖代謝的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，生長激素可促進肝臟糖異生（P＜0.05），增加了動物可利用葡萄糖的供應量。瘤胃丙酸是反芻動物經(jīng)糖異生途徑合成葡萄糖的主要底物，丙酸供應量對糖異生有重要影響。Lemosquet等（2009）研究了瘤胃灌注丙酸和十二指腸灌注酪蛋白對泌乳奶牛葡萄糖代謝及乳腺能量代謝的影響，結(jié)果表明，丙酸和酪蛋白均影響機體葡萄糖周轉(zhuǎn)，增強糖異生能力（P＜0.05），二者共同維持乳糖、乳蛋白及產(chǎn)奶量的穩(wěn)定。

肝臟糖異生是反芻動物機體葡萄糖的重要來源，也是滿足乳腺葡萄糖需求，維持乳糖率相對穩(wěn)定的調(diào)控機制之一。底物、酶類和激素共同調(diào)控反芻動物肝臟糖異生活動，增加底物、提高酶活和注射外源激素均可促進葡萄糖的糖異生合成，增加內(nèi)源葡萄糖供應量，維持機體葡萄糖的代謝穩(wěn)衡。糖異生調(diào)控必須適度，過強的糖異生能力可造成能量和生糖氨基酸的浪費。

3.6 合理使用脂類飼料

圍產(chǎn)期奶牛機體代謝復雜，遭受各種應激和代謝性疾病，DMI下降造成能量攝入不足。伴隨著泌乳的啟動，DMI逐漸增加，但仍滯后于產(chǎn)奶量的提高，這就造成了DMI增加與泌乳量升高的不同步，即造成機體NEB。為解決這一問題，生產(chǎn)中常通過添加脂類來提高日糧的能量水平，但脂類中的UFA易被氧化，從而增加了奶牛遭受氧化應激的風險，且日糧添加脂類對NEB的影響結(jié)果也并不一致。

為滿足泌乳的營養(yǎng)需要，奶牛產(chǎn)后日糧轉(zhuǎn)變?yōu)楦呔先占Z，這種日糧類型的轉(zhuǎn)變可引起奶牛換料應激，降低生產(chǎn)性能，而產(chǎn)前高能飼喂除了可最大程度滿足機體能量需求外，還能使奶牛更好地適應產(chǎn)后高精料日糧，降低換料應激，同時促進瘤胃微生物生長及瘤胃乳頭發(fā)育（Mcnamara等，2003），此為產(chǎn)前“高能飼喂”觀點。而“低能飼喂”支持者則認為，動物機體存在代償機制，產(chǎn)前低能飼喂可使奶牛產(chǎn)后代償性地增加能量采食量，提高產(chǎn)奶性能（Ford等，2001；Carlson，2006）。也有研究表明，產(chǎn)前日糧能量水平對產(chǎn)后泌乳性能沒有影響（Holcomb 等，2001）。

綜上所述，產(chǎn)前能量水平對奶牛產(chǎn)后生產(chǎn)性能的影響尚無定論，其原因可能是：①大量添加脂類雖可提高日糧能量水平，但動物對脂類的利用能力有限，脂類并不能充分發(fā)揮其效價；②各試驗所添加脂類的UFA含量存在差異，奶牛氧化應激程度不同；③脂類對瘤胃微生物的毒性作用，降低了瘤胃發(fā)酵能力。運用營養(yǎng)調(diào)控技術(shù)促進RES的消化吸收，促進葡萄糖攝取和周轉(zhuǎn)代謝，增強乳腺葡萄糖攝取能力，或?qū)⒊蔀榻鉀QNEB問題、緩解氧化應激和提高產(chǎn)后泌乳性能的新方向。

4 小結(jié)

氧化應激、代謝性疾病、分娩和泌乳應激等嚴重威脅圍產(chǎn)期奶牛健康，影響產(chǎn)后泌乳周期的正常啟動，降低生產(chǎn)性能。奶牛產(chǎn)后泌乳量提高和DMI增加的不同步造成機體NEB，動物通過動員體脂滿足泌乳的能量需求，而體脂過度動員則會造成代謝紊亂。緩解NEB問題，保障瘤胃健康和機體穩(wěn)態(tài)，已成為圍產(chǎn)期營養(yǎng)研究的重點和難點。

反芻動物葡萄糖代謝不同于單胃動物，內(nèi)源葡萄糖所占比重較大，而消化道直接吸收不是機體葡萄糖的主要來源，但卻是葡萄糖營養(yǎng)調(diào)控的關(guān)鍵所在，因為內(nèi)源葡萄糖由生糖前體經(jīng)糖異生在體內(nèi)合成，其調(diào)控相對較難。外源葡萄糖主要源于RES的消化吸收，提高胰腺α-淀粉酶分泌量，合理控制日糧淀粉的瘤胃降解特性，是調(diào)控外源葡萄糖高效利用的重要手段。促進小腸淀粉的有效降解，研究葡萄糖轉(zhuǎn)運載體的表達規(guī)律及其調(diào)控策略，制定最佳的葡萄糖營養(yǎng)參數(shù)，對保障奶牛機體能量平衡、營養(yǎng)素的精準供應和產(chǎn)后泌乳性能及犢牛健康具有重要意義。

（參考文獻53篇，刊略，需者可函索）