唐彩琰

中圖分類號：S814.7 文獻標志碼：C 文章編號：1001-0769（2018）04-0084-03

2 哺乳期乳腺中的氨基酸代謝

蛋白質(zhì)可以調(diào)節(jié)整個機體體內(nèi)平衡的代謝途徑，而氨基酸是構(gòu)成蛋白質(zhì)的基礎(chǔ)材料[70]。在哺乳期，動物需要大量的氨基酸，通過乳腺組織來合成乳汁[79]。對于在營養(yǎng)上的必需氨基酸來說，支鏈氨基酸（Branched-Chain AA，BCAA）近年來已經(jīng)獲得了人們極大的關(guān)注[67-69]。例如，母豬乳腺攝入的支鏈氨基酸在數(shù)量上遠多于乳汁中的這些氨基酸的含量，而谷氨酰胺的情況則相反[69，79-80]。人們已經(jīng)證實，在泌乳的乳腺組織中支鏈氨基酸進行著大量的分解代謝，以便為其他氨基酸（如谷氨酸和谷氨酰胺）的生物合成提供氨基[69]，而谷氨酸和谷氨酰胺是新生幼畜生長和消化道成熟所必需的營養(yǎng)素[67]。最新的研究證明，支鏈氨基酸在調(diào)節(jié)乳腺代謝中有著重要的作用。例如，亮氨酸通過激活TOR細胞信號通路可以促進蛋白質(zhì)在牛乳腺上皮細胞（Mammary Epithelial Cells，MEC）中的合成[70]。

在有α-酮戊二酸存在時，乳腺和MEC對支鏈氨基酸的代謝可由支鏈氨基酸轉(zhuǎn)氨酶激活，以形成支鏈α-酮酸（Branched-Chain α-Keto Acids，BCKA）和谷氨酸[69]。因此，BCKA在乳汁中的濃度可能相對較高，而且由乳汁生成的BCKA可作為哺乳的新生幼畜小腸的能量底物。包括豬、羊和牛在內(nèi)的動物小腸細胞和內(nèi)臟細胞大量利用BCKA的事實也證明了這一觀點[70]。支鏈氨基酸轉(zhuǎn)氨酶以線粒體異構(gòu)體和胞質(zhì)異構(gòu)體的形式存在。這兩種異構(gòu)體在MEC中都有表達，并且被辛酸酯激活[68]。在研究支鏈氨基酸的轉(zhuǎn)氨基作用時，應該測定它們利用支鏈氨基酸轉(zhuǎn)氨酶的凈通量[67]，因為這種酶在熱力學平衡上發(fā)揮一定的作用。

起源于支鏈氨基酸的BCKA在線粒體BCKA脫氫酶復合物（BCKA Dehydrogenase Complex，BCKAD）的作用下發(fā)生氧化脫羧[70]。這種酶復合物由BCKA脫羧酶（需焦磷酸硫胺素作為輔因子的E1）、二氫硫辛酰胺?；D(zhuǎn)移酶（需硫辛酸和輔酶A作為輔因子的E2）和二氫硫辛酰胺脫氫酶[需黃素腺嘌呤二核苷酸（FAD）和煙酰胺腺嘌呤二核苷酸（NAD）作為輔因子的E3]。BCKAD E1有兩個亞基：E1a和E1b。BCKAD在細胞中受磷酸化作用和去磷酸化作用的調(diào)控。亮氨酸可增強支鏈氨基酸轉(zhuǎn)氨酶和BCKAD E1α的蛋白質(zhì)水平以及BCKAD E1α的去磷酸化作用。當細胞外亮氨酸濃度從0.5 mmol/L增加至2 mmol/L時，可分別使線粒體中的支鏈氨基酸轉(zhuǎn)氨酶和總BCKAD E1α的蛋白質(zhì)水平分別增加39%和42%，而在培養(yǎng)的牛MEC中磷酸化BCKAD E1α的總量降低33%[67]。因此，這些細胞中磷酸化BCKAD E1α與總BCKAD E1α（PE1α比總E1α的值）的比率降低了51%[68]。事實或通常情況下，哺乳期大鼠的乳腺組織支鏈氨基酸轉(zhuǎn)氨酶的活性升高，并且使BCKAD復合體維持在完全活化的狀態(tài)[67]。相比之下，非哺乳期大鼠的乳腺組織中只有20%的BCKAD處于活性狀態(tài)[81]。體外[69]和體內(nèi)[80]研究的結(jié)果表明，哺乳期間乳腺是支鏈氨基酸分解代謝的一個在數(shù)量極為重要的位點。

在動物細胞中，起源于支鏈氨基酸的谷氨酸要么被酰胺化后形成谷氨酰胺，要么被丙酮酸鹽（或草酰乙酸酯）轉(zhuǎn)氨基化后形成丙氨酸（或天冬氨酸）[69]（圖2）。當細胞外亮氨酸濃度從0增加至5 mmol/L時，牛MEC中支鏈氨基酸合成丙氨酸、天冬氨酸、天冬酰胺、谷氨酸和谷氨酰胺的速率升高，其中谷氨酰胺最高，谷氨酸、天冬氨酸、丙氨酸和天冬酰胺的合成率按降序排列[67]。谷氨酰胺合成酶和磷酸鹽依賴的谷氨酰胺酶是大多數(shù)動物細胞中分別參與谷氨酰胺合成和降解的兩種關(guān)鍵酶[70]。有趣的是，哺乳期的乳腺沒有谷氨酰胺酶，因此，MEC會最大限度地提高谷氨酰胺的生產(chǎn)和釋放[69]。谷氨酸和谷氨酰胺的從頭合成有助于解釋乳汁中存在著的大量游離氨基酸和肽結(jié)合氨基酸[82]。因此，支鏈氨基酸很可能在MEC合成乳汁方面起著重要的作用。例如，在哺乳母豬的乳腺中，約30 g/d的支鏈氨基酸會降解形成20 g/d的谷氨酰胺。谷氨酰胺的碳骨架主要來自MEC中的葡萄糖代謝[69]。

盡管精氨酸在營養(yǎng)上是仔豬的必需氨基酸，但它在母豬、母牛、人類和許多哺乳動物的乳汁中明顯不足[70]。這是由豬乳腺組織中精氨酸廣泛分解代謝引起的[83]。例如，在哺乳第14 天，母豬乳腺攝入的精氨酸數(shù)量為31 g/d，但乳汁中精氨酸的產(chǎn)量僅為6 g/d[79]。因此，在來自動脈血，被哺乳期的乳腺吸收的精氨酸中，其中的81%在本地被降解了。相反，乳腺攝入的脯氨酸數(shù)量比乳汁中的脯氨酸的產(chǎn)量低得多。通過酶學和代謝研究，我們發(fā)現(xiàn)，豬乳腺組織能夠表達高活性的，能將精氨酸水解為鳥氨酸和尿素的I型（細胞質(zhì)）和II型（線粒體）精氨酸酶[83]。起源于精氨酸的鳥氨酸大部分通過鳥氨酸轉(zhuǎn)氨酶和吡咯啉-5-羧酸酯酶的作用被轉(zhuǎn)化為脯氨酸[70]。乳腺組織不含吡咯啉-5-羧酸酯脫氫酶或不具備脯氨酸氧化酶活性，因此，乳腺組織不能將精氨酸、鳥氨酸或脯氨酸轉(zhuǎn)化為谷氨酸或谷氨酰胺[83]。這就解釋了為什么乳汁蛋白中存在著大量脯氨酸。精氨酸分解代謝的另一產(chǎn)物是一氧化氮，它是一種重要的內(nèi)皮依賴性舒張因子，可以增加血流量，從而可增加哺乳期乳腺對營養(yǎng)物質(zhì)的吸收[66]。由于MEC中精氨酸受精氨酸酶的作用被大量降解，抑制這種酶的活性也許可提供一種有效提高母豬泌乳性能、進而提高仔豬生長速度和存活率的新方法。

3 乳腺發(fā)育

乳腺是哺乳動物機體中在生長、功能分化和退化方面具有周期性循環(huán)的少數(shù)組織之一（圖2）。乳腺結(jié)構(gòu)的發(fā)育被稱為乳腺發(fā)育（mammogenesis），其始于胚胎發(fā)育的早期，并且在哺乳期開始后繼續(xù)發(fā)育。絕大部分乳腺發(fā)育發(fā)生在妊娠期，一些妊娠激素，如雌激素和孕激素負責乳腺的生長和成熟[87]。

不同物種在其哺乳期如何適應生殖周期上的差異是泌乳生物學中眾多有趣的研究領(lǐng)域之一。例如，母豬通常在12月齡左右首次配種（妊娠期約114 d）。乳腺發(fā)育大部分發(fā)生在這114 d內(nèi)。分娩后立即進入哺乳期。通常情況下，仔豬在21日齡斷奶時，母豬的乳腺開始退化并停止泌乳[48]。

很多哺乳動物會出現(xiàn)泌乳乏情期，也就是說在哺乳期的早期它們不會發(fā)情。哺乳乏情期的長短因物種而異，例如母豬的妊娠期為114 d，仔豬在斷奶前將吮乳數(shù)周（通常3～4周）。母豬在哺乳期會抑制正常的發(fā)情，并在仔豬斷奶幾天后發(fā)情以進入下一個生產(chǎn)周期。事實上，這種調(diào)控方法通常用于下一胎產(chǎn)仔的同步發(fā)情和繁殖。在現(xiàn)代生產(chǎn)管理程序下，哺乳期只是整個繁殖過程的一部分，但仍然是新生幼畜存活和生長的關(guān)鍵時期[88]。

哺乳動物的哺乳期和繁殖過程密切相關(guān)。在發(fā)情期中，乳腺只輕微發(fā)育，而當母畜懷孕并為新生幼畜準備子宮外營養(yǎng)時，乳腺才顯著發(fā)育。一些參與妊娠維持的因素在調(diào)節(jié)懷孕期間的乳腺發(fā)育上也起著重要的作用。例如，重要的妊娠激素（如雌激素和黃體酮）是乳腺組織生長的重要刺激物。另外，生長激素、催乳素和糖皮質(zhì)激素（主要是皮質(zhì)醇）也能促進乳腺的發(fā)育。同樣，伴隨分娩的發(fā)生，在出生時重要激素的變化對乳腺組織啟動乳汁合成和分泌至關(guān)重要[89]。

在懷孕期間，母畜通過子宮內(nèi)的胎盤與胎兒相連。出生后，它們間的相互關(guān)系發(fā)生在子宮外，通過乳腺產(chǎn)生的乳汁建立聯(lián)系。在哺乳期間，母畜的新陳代謝發(fā)生巨大的變化，以應對乳汁合成的高需求。從這個角度來看，在為后代的生長發(fā)育提供營養(yǎng)和保護因子方面，乳腺取代了胎盤-子宮的作用[63]。隨著胎盤的進化，胚體在子宮內(nèi)加速發(fā)育，子代從子宮中排出后的泌乳能力成為哺乳動物物種繁殖策略的關(guān)鍵部分。

我們對泌乳生理學的了解（包括乳腺的結(jié)構(gòu)發(fā)育和對乳腺營養(yǎng)供應的控制）大部分來自對奶牛的研究[89]。這是由高效的產(chǎn)奶量和人類為生長和健康而消耗牛奶的重要性決定的，另一個原因是擠奶設(shè)備的商品化供應可以讓人們精確且方便地測量奶牛的總產(chǎn)奶量以評估它的乳腺代謝情況[79]。

乳腺的結(jié)構(gòu)發(fā)育通常分五個階段，這些階段分別是胎兒期、青春前期、青春后期、妊娠期和哺乳期[63]。圖2概述了乳腺在母畜出生后的發(fā)育情況。奶牛和小鼠的乳腺形態(tài)學變化非常明顯且具有強烈的特征性，這種變化主要由氨基酸的供應決定的[64，67]。本文我們將回顧乳腺發(fā)育的激素調(diào)控。

未完，待續(xù)。

（參考文獻，略）