基于典型相关分析探究阿拉善双峰驼血清激素水平与泌乳性能的相关性

道勒玛，郭丽丽，杜海波，张文广，5，曾亚英

（1.阿拉善盟畜牧研究所，内蒙古 阿拉善左旗 750306；2.内蒙古农业大学生命科学学院，内蒙古 呼和浩特 010018；3.内蒙古自治区农业基因组大数据工程研究中心，内蒙古 呼和浩特 010018；4.内蒙古阿拉善盟阿拉善孪井滩生态移民示范区综合执法局，内蒙古 阿拉善左旗 750306；5.内蒙古农业大学动物科学学院，内蒙古 呼和浩特 010018；6.阿拉善盟农畜产品质量安全中心，内蒙古 阿拉善左旗 750306）

乳用经济家畜泌乳性能的评价指标通常包括乳产量和乳成分。 乳蛋白率、乳脂肪率、乳糖率和乳干物质含量是评价乳成分的主要指标。 研究表明， 乳产量与乳蛋白率及乳脂肪率之间存在负相关关系。 阿拉善双峰驼兼乳用、 肉用和毛用于一体， 能够将其他家畜难以利用的含盐量高的植物转化为珍贵的畜产品， 成为荒漠和半荒漠地区人类重要的蛋白质来源［1］。 与牛乳相比，驼乳的营养成分更接近母乳，双峰驼乳中蛋白质、脂肪、矿物质和总干物质含量均显著高于单峰驼乳、 山羊乳和马乳［2］。 此外，驼乳具有较低的胆固醇含量、较高的维生素含量以及高比例的无机盐离子和生物活性物质［3-4］，这些营养物质和活性成分，不仅有利于人类健康，也在抗病毒、抗菌、抗肿瘤、抗真菌、抗氧化、降血糖和抗癌过程中发挥着重要作用［5］，使得驼乳近年来的需求逐渐增长。

血液不仅为乳腺上皮细胞提供前体物质用于乳汁合成［6］，同时也是各类调控因子的输送媒介及调节生理状态的生物传感器库［7］。 大部分激素在分泌细胞中合成后进入血液， 随血液转移至靶细胞发挥作用。 血清激素水平的改变反映了机体的健康状况，常用于监测个体的生理状态［8］。 随着家畜泌乳期的开始，血清激素水平发生显著变化，包括雌激素、孕酮、卵泡刺激素、促黄体素、生长激素、皮质醇、催乳素、胰岛素等在内的几十种激素共同作用，调控泌乳过程［9］。 例如，孕酮在分娩前1～2 d 开始下降，同时皮质醇和雌激素浓度迅速增加［10］。催乳素的产生依赖于雌激素、胰岛素等［11］的调控， 临近分娩时血液中高浓度的雌激素刺激腺垂体分泌催乳素进入血液，启动泌乳［12］。雌激素还可以通过刺激神经内分泌生长轴，使生长激素含量升高，调节乳腺组织的生长发育［13］。 此外，雌激素的分泌还受到卵泡刺激素和促黄体素的调节［14］。血清激素水平与泌乳生理紧密相关，在乳腺发育、启动泌乳和维持泌乳方面， 内分泌系统可能比任何其他生理系统更能发挥核心作用［15］，然而目前泌乳相关激素研究主要集中于个别激素对生理和饲养条件改变后指示性指标的测定，鲜见激素生物标记辅助泌乳生产管理的相关研究。 激素生物标记辅助生产管理的前提是要挖掘生产性能与血清激素之间的相关性。 典型相关分析是一种利用综合变量研究两组指标之间的相关关系， 以反映两组指标之间整体相关性的多元统计学分析方法，能够从总体上把握两组指标之间的内在联系［16］。

本研究选取65 峰处于泌乳初期的阿拉善双峰驼，测定了主要泌乳性能指标和15 个与泌乳相关的血清激素水平， 并利用典型相关分析探究阿拉善双峰驼泌乳性能与血清激素水平之间的相关性，挖掘与泌乳性能相关的血清激素生物标志物，以期为泌乳双峰驼提供更精准的饲养方案， 同时为优秀乳用个体的选育提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验动物及样品采集

从内蒙古阿拉善盟双峰驼养殖基地选取65峰体型、体况相近的健康成年阿拉善双峰驼，胎次为3～5 胎，均处于泌乳初期。所有阿拉善双峰驼日粮及管理条件一致， 采用半舍饲半放牧的饲养方式，饮水充足。 乳汁的采集时间在4:00—5:00。 采集乳汁前，分别用酒精和RNAzap 喷雾擦拭乳头，弃掉挤奶前2～3 次的乳汁， 然后将新鲜的乳汁存储于50 mL 试管中置于-20 ℃冰柜保存，用于后续试验。 同时，对试验双峰驼进行颈静脉采血，用于血清激素水平的测定。

1.2 乳产量及乳成分测定

以3 d 平均产乳量作为该乳驼实际日产乳量。使用FOSS 多功能近红外分析仪测定驼乳中乳蛋白率、乳脂肪率、乳糖率以及灰分含量。

1.3 血清激素水平测定

使用加有促凝剂的血清管采集乳驼静脉血，冰上静置分层，分层后立刻在4 ℃下以3 000 g 离心15 min 得到血清， 分装并冻存于-80 ℃超低温冰箱。 取500 μL 血清， 使用华卫德朗DR-200BS型酶标分析仪配合商品化血清激素检测试剂盒在450 nm 处测定反应液吸光度， 通过标准曲线计算血清中的皮质醇 （ng/mL）、 去甲肾上腺素（pg/mL）、5-羟色胺（ng/mL）、肾上腺素（pg/mL）、生长激素（ng/mL）、催乳素（μIU/mL）、卵泡刺激素（mIU/mL）、促黄体素（mIU/mL）、雌二醇（pg/mL）、孕 酮（ng/mL）、胰 岛 素（μIU/mL）、胰 高 血 糖 素（pg/mL）、瘦 素（ng/mL）、雌 三 醇（ng/mL）、雌 酮（pmol/L）的浓度。

1.4 相关分析

产乳性状与血清激素水平内部变量相关性分析使用R 语言ggcor 包计算并可视化。 典型相关分析使用在线网站SPSSPRO（https：//www.spsspro.com/）完成分析。 分别在两组变量中提取有代表性的两个综合变量V1 和W1（分别为两个变量组中各变量的线性组合），将两组变量的关系转换为两个变量线性函数相关问题进行讨论， 通过计算相关系数度量相关关系的强度。 本研究以泌乳性状为X 组变量，对应的综合变量为V；以血清激素水平为Y 组变量，对应的综合变量为W，利用这两个综合变量之间的相关关系反映两组指标之间的整体相关性。Wilks 检验用于检验两组变量之间的典型相关性是否显著，采用双侧假设检验，显著性水平ɑ 均取0.05。

2 结果与分析

2.1 阿拉善双峰驼泌乳性能与血清激素两组变量的内部变异情况

65 峰泌乳初期阿拉善双峰驼泌乳性能和血清激素水平的检测指标见表1 和表2。 阿拉善双峰驼的泌乳性能X 组中有5 个相关变量， 即5 个泌乳性状指标，包括乳产量、乳蛋白率、乳脂肪率、乳糖率和灰分含量；血清激素水平Y 组有15 个相关变量，包括皮质醇、去甲肾上腺素、5-羟色胺、肾上腺素、生长激素、催乳素、卵泡刺激素、促黄体素、雌二醇、孕酮、胰岛素、胰高血糖素、瘦素、雌三醇、雌酮。 在泌乳性能X 组中，乳产量的变异程度最大，其次是乳脂肪率，灰分含量、乳蛋白率、乳糖率的变异系数较小。在血清激素水平Y 组中，变异系数最大的是孕酮，其次是雌二醇，然后依次是促黄体素、去甲肾上腺素、卵泡刺激素、5-羟色胺、皮质醇、雌酮、催乳素、肾上腺素、胰岛素、雌三醇、生长激素、瘦素、胰高血糖素。

表1 泌乳性能X 组5 个变量的统计分析

表2 血清激素水平Y 组15 个变量的统计分析

2.2 血清激素水平内部变量间的相关性

对15 个血清激素指标进行两两之间相关性的分析（见图1），发现E3 与E1 之间极显著强相关（r=0.88，P<0.001）， 同时雌三醇也与促黄体素（r=0.70，P<0.001）、催乳素（r=0.59，P<0.001）、胰高血糖素（r=0.52，P<0.001）、卵泡刺激素（r=0.49，P<0.001）、孕酮（r=0.45，P<0.001）、胰岛素（r=0.44，P<0.001）、雌二醇（r=0.42，P<0.001）、瘦素（r=0.35，P<0.01） 极显著正相关； 与5-羟色胺 （r=-0.51，P<0.001）、肾上腺素（r=-0.38，P<0.01）极显著负相关。 雌激素的另外两种形式雌二醇和雌酮与雌三醇具有相似的相关模式。 此外，免疫激素5-羟色胺和胰高血糖素、雌酮、促黄体素、胰岛素以及催乳素等激素均呈极显著负相关（r=-0.56，r=-0.55，r=-0.53，r=-0.48，r=-0.45，P<0.001）。 生长激素与皮质醇（r=-0.45，P<0.001）和去甲肾上腺素（r=-0.35，P<0.01）具有极显著负相关。

图1 血清激素的相关系数矩阵热图

2.3 泌乳性能指标与血清激素水平的典型相关分析

因血清激素水平指标有15 个相关变量，泌乳性状有5 个相关变量， 所以结果共抽取5 对典型相关变量来代替原始变量研究泌乳性能与血清激素水平之间的相关关系。结果如表3 所示，两组变量的第1 对典型变量与第2 对典型变量相关分析认为泌乳性状与血清激素水平之间分别具有极显著（r=0.904，P<0.01）、显著（r=0.701，0.01

表3 阿拉善双峰驼泌乳性能与血清激素典型相关性

V1=X1+21.661×X2-30.192×X3+0.685×X4-11.36×X5；

W1=0.01×Y1+0.003×Y2-0.006×Y3-0.016×Y4+0.055×Y5+0.002×Y6+0.154×Y7+0.02×Y8-0.002×Y9+0.027×Y10+0.109×Y11-0.018×Y12-0.088×Y13+0.257×Y14-0.019×Y15。

第2 对典型变量（V2、W2）的构成如下：

V2=X1-1.683×X2-7.383×X3-0.944×X4+45.074×X5；

W2=0.005×Y1-0.001×Y2+0.002×Y3+0.01×Y4+0.459×Y5+0.004×Y6-0.01×Y7-0.022×Y8+0.011×Y9-0.282×Y10+0.296×Y11-0.021×Y12+0.3×Y13-0.157×Y14+0.014×Y15。

在泌乳性状与血清激素的第1 对典型变量中，V1（泌乳性能）以X3（乳蛋白率）的系数绝对值最大，代表X3 对V1 的贡献最大；W1（血清激素水平）以Y14（雌三醇）的系数绝对值最大，代表Y14对W1 的贡献最大， 说明在泌乳初期乳蛋白率与雌三醇的血清水平具有较大的相关性。

在泌乳性状与血清激素的第2 对典型变量中，V2（泌乳性能）以X5（灰分含量）的系数绝对值最大，代表X5 对V2 的贡献最大。W2（血清激素水平）以Y5（生长激素）的系数绝对值最大，代表Y5对W2 的贡献最大，说明在泌乳初期，乳中灰分含量与血清中生长激素的水平具有较大的相关性。

3 讨论

乳产量和乳成分中的乳蛋白、乳糖、乳脂和灰分含量是评价乳用家畜生产性能的主要指标。 本研究泌乳初期阿拉善双峰驼泌乳性能指标的测定结果显示，阿拉善双峰驼乳产量指标变异较大，这与其泌乳易受刺激影响有关， 我国双峰驼养殖标准化程度低，且双峰驼对幼驼的吸吮刺激敏感，易受外界影响而停止泌乳， 导致驼乳产量非常不稳定。 乳成分含量的变异系数均小于0.2。 血清激素水平指标中，变异系数最大的是孕酮，其次是雌二醇，其余激素变异水平均小于0.4。 孕酮是维持妊娠的重要激素，但其对α-乳清蛋白和乳的形成具有一定的抑制作用，分娩后孕酮含量进一步降低［17］。黄兆春等研究发现［18］，孕酮浓度在小尾寒羊乳腺发育时期呈现先升后降的趋势， 在妊娠末期缓慢下降。本研究中孕酮的变异程度较大，可能是因为所选乳驼虽然均处于泌乳初期，但非同一天产犊，由此引起血清孕酮水平下降程度不一。

本研究表明，在双峰驼泌乳初期，乳蛋白率与雌三醇存在密切关系。 目前发现的雌激素主要包括雌酮、雌二醇和雌三醇［19］，循环系统中含量最多的是雌三醇，效力最强的是雌二醇。雌激素主要由卵巢的卵泡分泌， 其对乳成分合成的调控主要通过刺激雌激素受体进而调控泌乳相关基因表达和促进蛋白激酶激活［20］。 当雌激素结合到其受体上时，会形成一个激活的雌激素-受体复合物，该复合物随后转移到细胞核，并与特定的DNA 序列结合，促进或抑制乳蛋白合成相关基因的表达。 Delbecchi 等［21］研究表明，给泌乳期奶牛注射雌二醇后，α-乳白蛋白分泌能力显著提高。杨建英等［22］和艾晓杰等［23］研究表明，给荷斯坦奶牛饲喂大豆黄酮（植物类雌激素）能显著提高牛奶中的乳蛋白含量。金亚亚等［24］研究表明，组合添加雌激素和催乳素可显著增加奶牛乳腺上皮细胞中α-酪蛋白和β-酪蛋白的表达量。 给泌乳不足的小鼠注射雌激素类似物后， 小鼠乳腺发育得到促进， 泌乳量增加，这是由于雌激素类似物通过体外激活AKT 信号通路促进乳腺上皮细胞增殖， 刺激催乳素的表达和释放， 诱导乳腺上皮细胞中催乳素受体的表达， 在转录水平上提高乳腺组织中α-酪蛋白和β-酪蛋白的表达［25］。然而，泌乳期双峰驼体内雌激素对泌乳功能的调控作用机制暂未有相关研究。本研究初步探究了双峰驼血清激素水平与泌乳性能的相关性， 在团队的后续研究中将继续利用组学技术探索其影响乳蛋白合成的分子机制。

在双峰驼泌乳初期驼乳中灰分含量与生长激素水平存在密切关系。乳灰分主要是无机物，包括钾、钠、镁、磷、铜、铁、锌等矿物质。 生长激素对乳腺组织的生长和分化起到关键作用。此外，生长激素可以直接影响乳腺上皮细胞的代谢， 生长激素会刺激肝脏产生胰岛素样生长因子-1， 与乳腺上皮细胞的胰岛素样生长因子受体结合影响钙、磷和镁的代谢［26］。

4 结论

首次将典型相关分析应用于阿拉善双峰驼血清激素水平与泌乳性能的相关性研究中。 阿拉善双峰驼泌乳初期的乳蛋白率与雌三醇、雌酮、促黄体素和催乳素的血清水平具有相关性。