氨基酸和乳腺发育对母畜产奶量和新生幼畜生长的营养意义（续完）

唐彩琰

中图分类号：S814.7 文献标志码：C 文章编号：1001-0769（2018）06-0080-03

5 重要的乳蛋白

所有重要的乳蛋白（血清白蛋白和免疫球蛋白除外）均是由氨基酸合成并由乳腺上皮细胞（Mammary Epithelial Cell，MEC）分泌的。合成蛋白质所需的氨基酸或从血液中摄取，或在MEC中利用众多前体物质合成[67]。乳蛋白由酪蛋白（α-S1、α-S2、β和κ）和乳清蛋白（α-乳白蛋白、β-乳球蛋白、乳铁蛋白、γ-球蛋白和血清白蛋白）组成。

5.1 酪蛋白

酪蛋白以胶束的形式存在于乳汁中，并可以在MEC中被蛋白激酶磷酸化。与酪蛋白分子共价结合的磷酸基团通过离子键与钙结合。这就引发了胶束颗粒的聚合，且这一步对胶束形成来说至关重要。酪蛋白胶束（直径140 nm）是新生幼畜营养物质的一种来源，它可提供氨基酸、钙和磷酸盐等物质。乳汁中的酪蛋白为α、β、γ和κ型[48]，而α-酪蛋白呈多磷酸化形式（S2、S3、S4、S5和S6）。β-酪蛋白是母猪乳汁中的重要酪蛋白，是由MEC响应催乳素的作用而合成的[112]。κ-酪蛋白（一种糖蛋白）分布在整个酪蛋白胶束中并起到稳定胶束的作用。γ-酪蛋白是β-酪蛋白的C-末端，当乳汁进入到乳腺的腺泡时，其中的β-酪蛋白在纤溶酶的作用下发生蛋白水解，降解后得到γ-酪蛋白。酪蛋白胶束在蛋白酶的作用下发生的去稳定化作用是新生幼畜胃和肠中乳蛋白消化机制的一部分[113]。在哺乳母猪中，分娩刚完成时，酪蛋白占初乳总蛋白的比例为9%～32%，产后24 h该比例提高至30%～45%，而在哺乳期第7天至第28天之间，酪蛋白占母猪常乳总乳蛋白的比例为50%～60%[114]。

5.2 主要的乳清蛋白

5.2.1 β-乳球蛋白

这种蛋白质约占乳汁中总乳清蛋白的50%，它是反刍动物和猪乳中的主要乳清蛋白[48]。其他动物物种的乳汁不含β-乳球蛋白。这种蛋白质的功能大部分尚未被人们了解，但它可能是一种结合脂肪酸或脂质的蛋白。β-乳球蛋白的氨基酸序列与视黄醇结合蛋白的氨基酸序列类似[111]。通常，β-乳球蛋白见于哺乳动物乳汁中，而在初乳形成期乳汁可运送高水平的免疫球蛋白；然而，β-乳球蛋白的存在与免疫球蛋白转运之间是否有特定关系尚不清楚。泌乳母猪乳汁中的β-乳球蛋白浓度在哺乳期的前 7 d相对稳定（10 g/L～15 g/L），到哺乳期第28天下降至10 g/L以下[114]。

5.2.1 α-乳清蛋白

这种蛋白质约占乳汁中总乳清蛋白的25%，且含有大量的色氨酸。它是乳糖合成酶复合物的调节亚单位。因此，α-乳清蛋白在乳糖的生成和分泌中发挥着重要作用。α-乳清蛋白可能具有影响乳汁脂肪膜完整性的其他非特异性作用（如结合Ca2+和Zn2+）[48]。这种蛋白质是由MEC在催乳素的诱导下合成的[112]。泌乳母猪初乳中α-乳球蛋白的浓度相对较低 （1.8 g/L～2.0 g/L），到泌乳第7天增加到 3.3 g/L，此后略有下降，常乳中α-乳球蛋白的浓度约为3 g/L[114]。

5.3 小型乳清蛋白

5.3.1 血清白蛋白

乳汁中的血清白蛋白来自于母体的血清，不能在乳腺中合成[48]。有人暗示，这种蛋白质是通过细胞旁路途径进入乳汁的，或者与血清中的其他成分（如免疫球蛋白）一起被MEC摄入。目前人们似乎还没有发现MEC转运血清白蛋白的具体机制。乳汁中血清白蛋白浓度会有所增加，尤其是发生乳房炎和乳腺退化时。血清白蛋白在乳汁中的作用未知，但这种蛋白质可以与长链脂肪酸和一些小分子结合[48]。

5.3.2 免疫球蛋白（Immunoglobulin，Ig）

这些蛋白质包括IgG1、IgG2、IgA和IgM。免疫球蛋白在初乳中的浓度非常高，但在常乳中的浓度非常低[48]。例如，猪初乳中IgG、IgA和IgM的浓度分别是常乳中的45～60倍，3～5倍和3～5倍[111]。免疫球蛋白通过母畜的初乳运输到新生幼畜的全身循环中，为其提供被动免疫。免疫球蛋白也可以作为乳腺免疫系统的一部分。分泌成分（Secretory Component，SC）是IgA受体的一部分，被蛋白酶水解，并在细胞分泌过程中与IgA结合[48]。

5.4 其他乳汁蛋白

乳铁蛋白（Lactoferrin，LF）是一种具有抗菌性质的铁结合型蛋白。LF在哺乳期母牛乳汁中的浓度相对较低，但在母牛发生乳房炎或乳腺退化时浓度相对较高。乳铁蛋白也可能是一种免疫调节蛋白，因为它是在乳腺中发现的一种重要的非特异性抗病因子[63]。泌乳母猪的初乳含有约1 g/L的乳铁蛋白，到哺乳期第7天该蛋白的含量逐渐降低至0.3 g/L，而到哺乳期第28天乳汁中的乳铁蛋白浓度进一步下降至 0.1 g/L～0.25 g/L[114]。

乳过氧化物酶是将过氧化氢分解成水的血红素过氧化物酶家族成员之一[12]。这种蛋白质也具有抗菌和抗氧化性质[63]。

溶菌酶可作为一种抗菌蛋白质，能裂解细菌细胞壁的碳水化合物聚合物。该酶在人乳以及可能在马乳中有很高的活性，但其在牛乳中的活性相对較低。乳汁中的其他酶包括蛋白酶、蛋白酶激活剂、核酸酶、糖苷酶、氨基酸氧化酶和D-氨基酸氧化酶[48]。这些酶可以降解乳汁中的蛋白质、氨基酸、D-氨基酸、碳水化合物和核苷酸。

β2-微球蛋白最初以晶状沉淀的形式在重悬浮的酪蛋白中被发现，一开始被命名为乳醇菌素。它是主要组织相容性复合体Ⅱ（Major Histocompatability Complex Ⅱ，MHC Ⅱ）的组成部分。虽然乳汁中β2-微球蛋白的功能尚不清楚，但这种蛋白质存在于上皮细胞中，并与一种能够结合免疫球蛋白G的蛋白质相关。β2-微球蛋白可能参与初乳形成期的IgG受体活动或IgG转运的过程[48]。

7 乳蛋白的合成和哺乳动物雷帕霉素靶蛋白（mammalian target of rapamycin，mTOR）的作用

mTOR，特别是mTORC1，在动物细胞中调节蛋白质合成方面的重要作用已得到详细说明[115]。蛋白质合成受非磷酸化的真核生物翻译启动因子4E结合蛋白1（4E Binding Protein 1，4EBP1）与真核生物翻译启动因子4E（Eukaryotic Translation Initiation Factor 4E，eIF4E）的联合抑制，可阻止翻译启动复合物的形成。mTORC1通过蛋白磷酸化作用激活后，能在多个位点上对4EBP1磷酸化，而后导致eIF4E从4EBP1-eIF4E复合体中释放出[70]。一旦从该复合体中释放出，eIF4E就会与其他翻译启动因子形成活性翻译启动复合体。这种完整的翻译启动复合体随后与40S核糖体亚基结合，产生可以启动mRNA翻译成蛋白质的43S前启动复合体。如前所述，mTORC1由某些氨基酸，特别是亮氨酸、精氨酸、甘氨酸谷氨酰胺和色氨酸激活[116-125]。此外，亮氨酸通过作为合成谷氨酸、谷氨酰胺、天冬氨酸、天冬酰胺和蛋白质的前体物质来加快蛋白质的总体合成速度[67-69]。目前，人们对MEC中的mTOR和蛋白质周转的调控知之甚少。

在哺乳期，结构性蛋白质主要由乳腺细胞合成，可占乳腺蛋白质总合成量的40%～70%[126]。在泌乳母猪中，在每千克湿润的乳腺组织中，结构性蛋白质的合成率在哺乳期第14天达到峰值（7.8 g/d），在第21天降至2.7 g/d，第28天低至0.5 g/d[126]。有证据表明向母猪日粮中添加可激活mTOR的精氨酸[70]，可提高母猪的产乳量[127]。也有报道称向日粮中添加亮氨酸或支链氨基酸混合物可得到类似的结果[128-132]。与其他氨基酸一样，我们应避免日粮中的这三种支链氨基酸之间产生拮抗作用，以达到其预期的效果[133]。我们向泌乳母牛的十二指肠注入亮氨酸，能够提高牛乳的酪蛋白、乳清蛋白和总蛋白浓度[134]，这与在猪上研究的结果一致。对因受各种应激条件（例如早产、产妇并发症和高/低环境温度）影响而导致泌乳能力受损的妇女来说，这些来自动物研究的结果对于提高她们的泌乳量有重要意义，同时在应对膳食蛋白摄入量低上也有重要意义[135]。

8 结论和观点

乳汁对新生儿的生存、正常发育和动态生长至关重要。此外，哺乳是哺乳动物成功繁殖策略的一个组成部分。事实上，受到氨基酸供应影响的乳腺发育与所有哺乳动物物种的繁殖周期密切相关。乳腺的合成能力在很大程度上取决于功能性MEC的数量和效率，并且直接影响吮乳的新生儿随后的生长。

在哺乳的乳腺中，大量支链氨基酸被α-酮戊二酸诱导转氨，产生谷氨酸和支链α-酮酸（Branched-Chain α-Keto Acids，BCKA），谷氨酸是多种氨基酸（谷氨酰胺、丙氨酸、天冬氨酸和天冬酰胺）合成的必需底物。此外，一些支链氨基酸的碳要么在线粒体中被氧化以提供三磷酸腺苷（Adenosine Triphosphate，ATP），要么在细胞浆中被用于合成脂质。亮氨酸、谷氨酰胺和精氨酸能够刺激mTOR细胞信号传导途径以增强蛋白质合成和乳汁生产。目前，人们对哺乳动物的乳腺组织或MEC中的支链氨基酸和精氨酸以外的氨基酸代谢信息知之甚少。例如，甘氨酸在猪、牛和人类等物种的乳汁中严重缺乏[120]，我们尚不清楚这到底是由MEC摄取该氨基酸不足造成的还是因其在细胞中发生大量分解代謝所致的。由于农场哺乳动物（如母猪[66，79]和奶牛[63，136]）的产乳量受营养和激素水平的双重影响，对乳腺组织中氨基酸代谢的研究不仅能增加我们的泌乳生物学知识，而且对提高动物生产效率以维持全球的畜业生产也将具有实际意义[137-141]。来自动物研究的结果也将对优化哺乳期妇女的乳汁合成以及发达国家和发展中国家中婴儿的生长发育具有重要意义。

（续完）