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

唐彩琰

摘 要：乳汁是哺乳动物在哺乳期由乳腺上皮细胞合成的物质。乳腺合成乳汁的能力在很大程度上取决于功能性乳腺上皮细胞的数量和效率。在各种激素（特别是雌激素、生长激素、胰岛素样生长因子-1、黄体酮、胎盘催乳素和催乳素等）的控制下，乳腺结构在胎儿生长期、青春期前期和青春期后期、怀孕期和哺乳期以物种依赖性和阶段依赖性的方式不断发育。乳汁对新生幼畜的生长、发育和健康来说至关重要。氨基酸是家畜乳汁中最为丰富的有机营养物，它以游离态和肽结合态的形式存在。哺乳母畜动脉血液中的氨基酸是乳汁中蛋白质（主要是β-酪蛋白和α-乳清蛋白）和生物活性氮代谢产生的最终来源。最新的研究结果指出，支链氨基酸（亮氨酸、异亮氨酸和缬氨酸）和精氨酸会大量分解代谢以合成谷氨酸、谷氨酰胺、丙氨酸、天冬氨酸、天冬酰胺、脯氨酸和多胺。氨基酸形成多肽不仅受激素（如催乳素、胰岛素和糖皮质激素）和流经哺乳期乳腺的血流速度的调控，还受母体血浆中氨基酸、脂肪、葡萄糖、维生素和矿物质浓度以及由某些氨基酸（如精氨酸、支链氨基酸和谷氨酰胺）机械性（哺乳动物）靶向雷帕霉素通路的活化程度的影响。掌握乳腺上皮细胞利用氨基酸（包括代谢）的相关知识将会加强我们对泌乳生物学的全面了解，并且对提高全球畜牧生产效率具有重要的意义。

关键词：发育；健康；家禽；乳腺；乳汁：新生幼畜；生产；母猪

中图分类号：S814.7 文献标志码：C 文章编号：1001-0769（2018）03-0077-03

乳汁由水、蛋白质、脂肪、碳水化合物（主要是乳糖）、矿物质和维生素等组成，是哺乳动物乳腺上皮细胞（Mammary Epithelial Cells，MEC）的分泌产物。乳腺为一种复合、管泡状结构，采用局部分泌/顶浆分泌的模式。在激素（如催乳素、胰岛素和糖皮质激素）的作用下，乳腺上皮细胞可合成并分泌蛋白质、部分氨基酸以及脂肪。腺泡与乳腺管相连，MEC分泌的乳汁经乳腺管流入乳头管，而乳腺管中的乳汁可通过哺乳或挤奶将其去除（图1）。因此，乳腺是一个高度组织化的器官，母猪通过其将营养物质提供给新生幼畜。

乳汁对哺乳动物新生幼畜的生长、发育和健康至关重要。对于家畜（如母猪和母牛）来说，产奶量是幼畜断奶前取得最大生长速度和存活率的限制条件。值得注意的是，含氮物质（主要是β-酪氨酸、α-乳清蛋白、其他蛋白质和游离氨基酸）是家畜乳汁中含量最为丰富的有机营养物质。尽管研究人员已经对脂肪和乳糖在MEC中的合成进行了广泛的研究，但是有关哺乳期的动物进行氨基酸代谢和乳蛋白合成的了解还很少。支链氨基酸（亮氨酸、异亮氨酸和缬氨酸）和精氨酸被大量分解，而谷氨酸、谷氨酰胺、丙氨酸、天冬氨酸、天冬酰胺、脯氨酸和多胺（基因转录和翻译的关键调控因子）由泌乳的乳腺组织主动合成。氨基酸代谢在乳汁生成中具有至关重要的作用，它既可调节母体的内分泌状态，调控流向哺乳期乳腺中的血流速度，还能激活机械性（哺乳动物）靶向雷帕霉素（mTOR）通路。本综述的主要目的是着重介绍我们对乳腺发育和MEC利用氨基酸进行乳汁合成方面了解的最新进展。我们预计，这些基础知识将会提高全球的畜牧生产效率，并对人类哺乳的认识具有重要的提示作用。

1 產奶量对家畜生产效率的重要性

哺乳动物具有高度发达的大脑和复杂的身体系统。新生的哺乳动物通常需要很长的时间才能在解剖、生理和功能上充分发育。这一发育过程发生在妊娠期的子宫内和出生后。出生前，胎儿生长在无菌、安全、湿润以及温暖的子宫环境中。胎儿由母体向其提供生长和发育所需的各种营养物质和氧气。出生时，新生幼畜突然暴露在一个有多种潜在不利条件的环境中，同时还要经历由主要为非肠胃营养摄入向排他性肠内营养摄入的显著转换。这会导致营养代谢快速变化。由于新生哺乳动物对固体食物的消化能力不足，因此它们在很大程度上依赖于由母猪提供的液态乳汁来获得营养。

乳汁组成因物种或品种和同一品种个体、哺乳阶段和不同泌乳间隔的不同而不同。初乳是母猪分娩后立即和几天内最先分泌的物质，其特点是含有高浓度的免疫球蛋白，可以传递被动免疫力以支持免疫系统未发育的新生幼畜。除免疫球蛋白和低聚糖外，初乳和常乳还含有对新生幼畜的生长、发育、健康和存活来说至关重要的非营养性物质[如骨桥蛋白、胰岛素样生长因子-1（Insulin-like Growth Factor 1，IGF-1）和其他生物活性因子]。因此，充足的产奶量对获得高效的畜牧生产极为重要。这可以以图解的方式用养猪业来说明。在养猪行业中，经济压力驱动生产企业规模扩大。养猪生产的盈利能力主要取决于每头母猪每年提供的仔猪数和仔猪大小。然而，较高的窝产仔数会导致每头仔猪的初生重较低。在商品猪生产中，最高的死亡率发生在断奶前，活产仔猪的断奶前死亡率介于10%～20%。例如，2008年美国商品猪场仔猪断奶前的死亡率为12.8%。

各种因素，包括初生重低和乳汁供应不足，会引发新生幼畜断奶前的高死亡率和低生产性能。例如，乳汁是哺乳仔猪营养的唯一来源，仔猪要取得最大的生长性能和最高的存活率在很大程度上取决于母猪是否能够分泌充足的乳汁。反过来，仔猪断奶时的体重决定了仔猪对保育的适应性以及它们达到上市体重的速度。的确，乳腺分泌的乳汁是新生幼畜生长速度的主要决定因素，因此，高产母猪的产奶量对确保新生幼畜获得最大的生长速度是非常重要的。例如，母猪乳汁中精氨酸（新生仔猪营养的一种必需氨基酸）含量不足，将会限制仔猪取得最大的生长性能。此外，在哺乳期的第8天后，母猪的产奶量不能满足新生仔猪（每窝9～10头仔猪）对能量和蛋白质的需求。这种缺口在整个哺乳期会逐渐加大，因此，对于要获得最大生长速度的仔猪来说，至21日龄时母猪提供的乳汁只能满足其50%的营养需求。

一头母猪如要喂养一窝9头的仔猪，其每天必须产18 kg～20 kg的乳汁，这样新生仔猪将能够获得足够的能量和蛋白质，以达到可以与人工饲喂的同龄仔猪一样的生长速度。对猪而言，如果营养供给充足，从出生至21日龄其平均生长速度至少可达450 g/d（母猪喂养仔猪的平均生长速度为230 g/d）。同样，哺乳母牛喂养的犊牛也不会以最大的速度生长。哺乳动物（如母猪和母牛）泌乳不足的生物学基础目前还不甚了解。这可能是由于乳腺组织的营养供给不足、乳汁合成所需的内分泌刺激不到位以及乳腺外组织（如脂肪、骨骼肌和小肠）的代谢缺乏协作进而不能给乳汁合成提供多余的营养等原因。

猪是一种被大量用于泌乳生物学研究的动物模型。母猪能够充分利用动脉循环中的营养进行产乳。然而，由于哺乳母猪采食量不足，它们无法满足最大产奶量所需的生理要求，进而导致身体处于分解代谢状态，动员身体储备为哺乳期的产奶提供营养和能量。目前，养猪企业用于母猪的传统饲喂策略无法为新生仔猪实现最佳的生长速度和存活率提供充足的乳汁。很多研究表明，新生幼畜的高死亡率和断奶仔猪较差的生长速度与母猪产奶量不足高度相关。大部分研究已将重点放在哺乳期的激素调节上，然而鲜有关于能够增强母猪泌乳或哺乳仔猪生长的营养策略研究。□□

未完，待续。

原题名：Amino acids and mammary gland development： nutritional implications for milk production and neonatal growth（英文）

原作者：Reza Rezaei1、Zhenlong Wu和Yongqing Hou等