牦牛脂肪沉积的影响因素及研究进展

■ 刘亚倩 丁维芹 孙永刚* 韩银仓

(1.青海大学畜牧兽医科学院，青海西宁 810016；2.青海省高原家畜遗传资源保护与创新利用重点实验室，青海西宁 810016)

随着我国国民经济的迅猛增加，国人对各种畜产品的需要量持续增加，对肉品质的要求也逐渐增加，越来越注重肉的品质、口感和风味。肌肉表面聚集的白色条纹和斑点是大理石花纹，是脂肪沉积的结果，与肉的口感和风味密切相关。对于动物来讲，动物的品种、选育的过程、饲料的营养价值、饲养方式、环境等各种因素都可能导致动物的脂肪沉积过多，最终严重影响肉类的风味和品质；而对于人类，摄入过多的脂肪也会危害机体，导致患病风险提高。因此，如何调控动物的脂肪代谢和沉积对畜牧业的养殖和人类发展有着重要的意义。

1 关于脂肪沉积

1.1 动物脂肪沉积的特点

在动物体生长发育过程中，最晚发育的组织是脂肪（包括脂肪细胞的增殖和肥大过程）。脂肪一般按腹腔脂肪、皮下脂肪、肌间脂肪和肌内脂肪的顺序依次沉积。脂肪的形成有两种理论：一是脂肪沉积“阻力”论，脂肪先在阻力小的部位沉积；二是“血管分布及营养供给”论，脂肪在血液流量大且营养供应充足的部位先沉积[1]。脂肪组织是由脂肪细胞、脂肪前体细胞、微血管内皮细胞和细胞外基质等组成。在家畜幼龄阶段，脂肪组织主要以增加脂肪细胞数量为主；在家畜的成年阶段，脂肪组织主要以增大脂肪细胞为主，并且脂肪沉积的作用与脂肪细胞的大小成正相关[2]。因此，在幼龄期靶向营养调控可以提高动物体内脂肪细胞的数量，并可以在育肥期通过促进脂肪细胞的增大进而提高肌内脂肪。

脂肪在机体的各个组织中广泛分布，在动物的生长发育过程中有着重要作用，其中最主要的作用就是为机体储存和提供能量，并且还可以调节内分泌系统、润滑皮肤、固定和保护组织器官、维护机体能量代谢的平衡[3]。脂肪代谢处于一个动态平衡，当机体吸收大量的能量时，脂肪合成的速度大于脂肪分解的速度，即为脂肪沉积；当机体吸收的能量过少时，脂肪分解的速度大于脂肪合成的速度，即为脂肪分解。动物的脂肪沉积是一个复杂的过程，不仅与动物的脂肪合成与分解代谢有关，也是机体摄入能量与机体消耗能量之间的动态平衡的结果，这个结果受神经调节、体液调节、一系列激素和脂肪代谢酶的共同影响。

肌肉中的脂肪大量堆积而形成肌内脂肪（intramuscular fat，IMF），细胞膜中的磷脂是其主要成分，磷脂内含有数量丰富的软脂酸、硬脂酸、油酸、亚油酸等物质[4]，在肌外膜、肌束膜与肌内膜中分布。IMF 具有很多的生理功能，首先是为机体提供能量，其次可以将小分子化合物溶解为机体提供能量的营养物质。据研究证明，IMF 含量、脂肪酸的组成对肉品质的剪切力、嫩度、风味、感官评分等有一定的影响[5]。肌周结缔组织中由于存在IMF，从而降低胶原纤维之间的联系作用，破坏结缔组织，在肉质被咀嚼时可以轻易撕裂肌肉纤维，故而IMF 对增强肉的嫩度有一定的作用[6]。

组成动物体脂肪的主要部分是脂肪酸，而脂肪的各种特性是由脂肪酸所决定的[7]，脂肪的各种理化性质和营养特性是由不同的脂肪酸形成的，因此，对脂肪酸的研究也是对脂肪的研究。饱和脂肪酸和不饱和脂肪酸共同组成了脂肪酸，不饱和脂肪酸是由单不饱和脂肪酸和多不饱和脂肪酸所组成，其中多不饱和脂肪酸的含量对肉品的风味有一定的影响[8]，究其原因是加热后多不饱和脂肪酸在体内发生化学反应，产生醇、酮及酯类等各种对肉风味有影响的化学物质[9]。反刍动物脂肪组织的特点是硬度大，由于瘤胃中一些具有氢化作用的微生物将大部分多不饱和脂肪酸转化为饱和脂肪酸，进而被机体所吸收，最终使得饱和脂肪酸在脂肪中大量堆积[10]。反刍动物IMF 中含量最多的是饱和脂肪酸，单不饱和脂肪酸次之，而多不饱和脂肪酸含量最少[11]。

脂肪生成即新脂肪细胞的产生，大致可以分为以下三个阶段：首先，由胚胎干细胞分化而成的间充质干细胞（mesenchymal stem cell，MSC）在脂肪形成的增强信号分子（如胰岛素、激素、分化因子）的影响下定向分化形成前体脂肪细胞；其次，进入有丝分裂克隆扩增阶段完成脂肪细胞的增殖，在一定的水平下，细胞形态会发生显著的变化，由成纤维细胞变为梭形细胞再到圆形细胞，进而形成小脂滴；最后，当脂滴数量和体积扩大到一定程度，就形成了成熟的脂肪细胞[11]。

1.2 牦牛脂肪沉积的特点

牦牛在青藏高原及其周边地区大量存在，自然便成为当地牧民豢养的主要畜种之一，其副产品不仅极大地促进了牧区畜牧业经济的发展，也增加了牧民的收益。牦牛肉营养价值很高，其中必需氨基酸、不饱和脂肪酸、矿物质等含量极其丰富[12]，在保证食用安全的同时，满足人们的健康需求，是青藏高原牧民主要的动物性蛋白质来源。

高原上的牦牛以自然放牧为主，牧草的生长状况直接地影响牦牛生长性能。一年中牦牛栖息地有6～7 个月的冷季，这段时间内草场牧草最为匮乏，且营养价值最低，导致牦牛摄入营养不足，体内储存的脂肪也被用来维持基本的生命特征，此阶段牦牛的脂肪含量最低。随着牧场牧草返青，牧草数量和营养价值逐渐提高，牦牛摄入足够的营养物质，体内脂肪在牦牛肌肉生长以后开始慢慢沉积。9月份牦牛的脂肪沉积量最多，为迎接漫长的冷季做好脂肪储备。进入冷季后牦牛又开始分解体内的脂肪供给生命活动，周而复始。综上所述，牦牛体内的脂肪经历了“分解→缓慢沉积→沉积量最多→分解”的过程。从草场返青开始到9 月份冷季开始之前是牦牛脂肪沉积的时间段，此过程对于指导牦牛生产、生活具有重要意义。

2 影响牦牛脂肪沉积的因素

2.1 品种、性别和年龄对牦牛脂肪沉积的影响

牦牛遗传、品种等因素对脂肪沉积的影响和调控，本质上是机体自身性质的作用。牦牛沉积脂肪的能力与牦牛品种也有一定的关系，究其根本是不同品种牦牛自身血液生化指标、酶、激素水平等的影响。牦牛肉中IMF 含量与牦牛品种、年龄和性别等有一定联系[13]。机体随着牦牛的不断生长发育，通过能量代谢相关激素和脂肪代谢关键酶不断进行调控，最终增强脂肪合成，降低脂肪的分解，达到脂肪堆积的目的，3.5～4.5 岁是牦牛IMF 堆积最为旺盛的年龄阶段[14]。石斌刚[15]探究发现，处于不同年龄段牦牛的肉品质存在显著的差异，表明年龄对牦牛肉品质有显著的影响。付洋洋[16]通过对不同年龄的牦牛进行舍饲育肥，比较股二头肌中的脂肪含量，结果表明，1.5 岁的脂肪含量显著高于2.5 岁组；且公牦牛IMF 含量显著低于母牦牛。王琳琳等[17]通过比较四川麦洼牦牛与西藏高山牦牛肉品质，发现高山牦牛肉的脂肪含量显著高于麦洼牦牛。张永辉[18]研究发现，18月龄牦牛肉脂肪含量比成年牦牛低0.96%。有研究表明，放牧牦牛背最长肌中脂肪含量在5～7 岁时最高[19]，与付洋洋[16]得到的结果相反，说明牦牛的品种、性别、年龄和饲养方式对牦牛肌内脂肪的含量均有影响。熊琳[20]通过探究不同性别牦牛脂肪沉积特性，发现母牦牛IMF、内脏脂肪和皮下脂肪的含量均显著高于公牦牛。

综上所述，性别、年龄和品种等对牦牛的脂肪堆积有一定的影响，故开展关于牦牛脂肪沉积研究时，要将牦牛的品种、年龄和性别等因素考虑在内。

2.2 饲养模式、环境对牦牛脂肪沉积的影响

陈科宇[21]在冬春两季饲养麦洼牦牛，发现了自然放牧组与冷季舍饲育肥组的牦牛体重存在明显的差距。姚喜喜等[22]发现，随着四季更替，放牧大通牦牛乳脂中脂肪酸组成和含量也会发生变化。通过研究不同饲养条件下脂肪酸的含量，发现放牧方式可以显著提高脂肪组织中不饱和脂肪酸的沉积，特别是亚油酸和亚麻酸。舍饲条件下，牦牛体重快速增长，皮下脂肪以及肌内脂肪也随之不断堆积[23]。方雷[24]在夏季用不同饲养方式对牦牛进行饲养，最终发现，舍饲组牦牛肉中的蛋白质和脂肪含量与放牧组存在显著差异；董全民等[25]也发现暖棚全舍饲牦牛显著高于放牧牦牛的日增重；邓由飞等[26]通过比较冬春放牧饲养牦牛与舍饲育肥牦牛的生长性能，发现舍饲育肥可以显著提高牦牛的日增重；张振宇[27]发现冬季牦牛栓系饲养组牦牛比散栏饲养组牦牛的平均日增重低。因此，对牦牛进行全舍饲饲喂，冬季进行暖棚饲养，不仅可以提高牦牛的生产性能，而且也可以增加牧民的经济收益。

以上研究为通过饲养模式、环境等因素调控牦牛IMF 含量提供了理论依据。通过改变牧场的草场类型调控牦牛脂肪沉积也成为了可能。改变牦牛的饲养模式，适当进行补饲，再通过舍饲育肥，可以更好地达到提质增效的目的；但是目前仍缺乏对牦牛各个阶段营养需求的理论证据，因此还只是表层的研究。

2.3 日粮营养水平对牦牛脂肪代谢的影响

除了性别、品种及其他先天特性之外，在育肥过程中，日粮的营养状况也是影响脂肪组成和沉积的重要因素。饲料能量的利用效率对动物生长性能和生产性能有重要的影响，其大小主要取决于不同营养水平的饲粮[28]。杨超[29]发现，增加饲料中的能量水平会促进牦牛的糖和脂肪代谢，脂肪沉积量增加。徐俊杰等[30]发现，日粮精粗比为7：3时可以更好地促进青海地区牦牛脂肪的形成和沉积，达到快速育肥的目的。王鸿泽[31]发现，给舍饲牦牛饲喂高能量水平日粮可以提高牦牛的胴体质量，也可以增加优质肉产量，提高牦牛肉中脂肪合成基因及脂肪转运基因的表达量，促进肌肉中IMF 的积累，进一步改善肉品质。有研究发现，在冷季给牦牛饲喂不同能量水平的饲粮，当能量水平增加时，牦牛最长肌肌内脂肪的沉积量增加，且与脂肪沉积相关的基因表达量增加[32]。Zhang 等[33]发现饲粮补充蛋白质可增加肌内脂肪积累，主要是通过增加肌内脂肪生成基因表达和降低脂肪分解基因表达来实现的。

以上研究发现，通过增加日粮能量水平可以促进IMF 的沉积，牧区养殖牦牛可以适当补饲以提高牦牛的屠宰率。日粮中蛋白质和能量水平的高低都会影响牦牛的脂肪沉积，探究最优的日粮蛋白质水平和能量水平，不仅有利于维持动物生产、生活的需要，而且一定程度上可以减少饲养成本，降低有害气体的产生。例如：6.94 MJ/kg 是冬季牦牛育肥所需要的最佳日粮净能水平[34]。

2.4 影响牦牛脂肪沉积的基因

近年来，随着高通量测序技术的发展，关于脂肪组织中miRNA 与动物脂肪沉积的关系逐渐被国内外科学家所关注。研究表明，miR-378、miR-2400 和miR-23a 是牛IMF 沉积的关键调控因子[35-37]。Wang等[38]通过对牦牛肌肉和脂肪进行全转录组测序，揭示了牦牛脂肪沉积ceRNA 调控通路，0.5～2.5 岁牦牛肌肉组织中差异性表达了149个mRNAs、62个miRNAs、4 个lncRNAs 和223 circRNAs，脂肪组织中差异表达了72 个mRNAs、15 个miRNAs、9 个lncRNAs 和211 个circRNAs。纪会等[39]通过对不同年龄段的牦牛进行测序，在0.5、2.5、4.5、7.5 岁牦牛肌肉中共发现58 个差异表达miRNA。Ma 等[40]对无角牦牛不同时期的背最长肌进行转录组测序，发现了7 694 个差异表达基因和多个与脂肪沉积相关的信号通路。

脂肪酸合成酶（FAS）基因是脂肪酸合成过程中的重要基因，即脂肪酸合成酶的基因，其基因的表达水平与脂肪沉积有一定联系。研究发现，FAS 基因的表达量与反刍动物脂肪酸的组成有着密切的联系[41-42]。在牛的FAS基因中检测到了5个多态位点，而单核苷酸多态性（SNPs）与三个牛群体的脂肪和乳脂性状存在一定的相关性。FAS可以催化乙酰辅酶A等合成长链硬脂酸，在哺乳动物的脂肪酸从头合成中有重要的作用。关于FAS基因在牦牛脂肪沉积方面的研究较少，且FAS基因调控脂肪沉积的机制尚不清楚。

乙酰辅酶A 羧化酶（ACC）基因是控制脂肪酸从头合成的限速酶，ACCα和ACCβ可以催化乙酰CoA生成丙二酸单酰CoA。ACC 基因的表达量受日粮因素的影响，其表达量与机体的能量水平成正比，与蛋白质水平成反比。ACCα参与长链脂肪酸的生物合成，ACCβ主要在心脏和骨骼肌中调控脂肪酸氧化。胰岛素、三碘甲状腺氨酸和葡萄糖可以通过PⅠ来调节ACCα的表达，进而调节机体的脂肪沉积[43]。在转录水平，营养条件、激素及转录因子等各种因素都可以影响ACC 基因的表达量，在翻译后水平，柠檬酸盐等变构剂及磷酸化-脱磷酸化作用也可以调节ACC的活性[44]。

脂肪酸结合蛋白（FABP）基因是脂肪酸结合蛋白基因，是脂肪形成的重要转录因子。FABP 不仅与脂肪酸的运输密切相关，还能将已经结合的脂肪酸运输到所需要的部位，最终在脂肪细胞中作用，对细胞内IMF 沉积具有重要影响[45]。研究发现，牛肝脏脂肪酸结合蛋白1（FABP1）基因可能通过引导肝脏中三酰甘油和极低密度脂蛋白的产生和分泌来促进脂肪沉积[46]。脂肪酸结合蛋白2（FABP2）主要与哺乳动物长链脂肪酸的合成和运输有关，进而影响脂肪沉积[47]。心脏脂肪酸结合蛋白3（FABP3）可以增加细胞对脂肪酸的吸收，进一步调节脂肪代谢和其他的细胞过程[48]。有研究发现，FABP3 mRNA 的表达水平与动物肌内脂肪含量呈正相关[49]。脂肪酸结合蛋白4（FABP4）是脂肪结合蛋白家族的一员，可以结合多种疏水性化合物。超表达的FABP4 显著增加脂肪细胞的分化作用，促进脂肪沉积；干扰FABP4基因，显著抑制脂肪分化[50]。目前为止，关于FABP基因在牦牛脂肪沉积上研究较少，尤其是关于牦牛FABP基因调控牦牛脂肪沉积的机制尚不清楚。

牦牛甲基化酶样蛋白14（METTL14）是存在于细胞核上的不稳定水溶性蛋白，在牦牛不同组织及生长发育过程中METTL14广泛地表达，对牦牛前体脂肪细胞的增加和分化以及IMF 沉积都有抑制作用[51]。在牦牛前体脂肪细胞中，METTL14 可能通过调控细胞增殖分化、脂质沉积关键基因及潜在的一些基因和信号通路，来抑制牦牛前体脂肪细胞增殖分化及脂质的沉积。研究发现，METTL14基因可能通过m6A甲基化的修饰方式调控动物的脂肪沉积[52]。目前为止，关于m6A 甲基化的修饰主要集中在脂肪肥胖相关基因（FTO）的研究上，关于METTL14基因的研究较少。

即使高通量测序以及标记辅助选择技术广泛应用，但对于基因调节脂肪合成机制的研究仍然处于初步阶段，还需要进行更深一步的研究。近年来国内外遗传育种学家对牦牛肉品质性状选育进行了大量研究，可以通过对牦牛相关基因进行调控，进而提高牦牛肉的品质。关于牦牛转录组和蛋白质测序的相关研究较少，通过测序可以筛选与牦牛生长性状相关的基因等，并对此进行差异性功能分析，为牦牛肌肉发育和遗传改良奠定基础。

2.5 影响脂肪沉积的蛋白质

脂肪酸的摄取涉及多种蛋白质和各种转录因子。

脂蛋白脂肪酶：即三酰甘油蛋白脂酰基水解酶（LPL），与人体的脂肪沉积密切相关，能够将血液中存在的三酰甘油进一步分解成甘油和脂肪酸，最终产生合成三酰甘油所需要的原材料，对IMF 沉积起着重要的作用[53]。LPL基因在甘南牦牛中皮下脂肪和心脏中均有较高的表达[54]。通过对5 个牦牛品种共398 头牦牛的LPL外显子7 进行多态性研究[55]，发现牦牛LPL基因外显子7 存在2 个等位基因3 种基因型，且该位点多态与牦牛的体重、体高等存在显著相关（P>0.05）。LPL 在脂肪组织中的表达量和活性高低决定脂肪的沉积能力[56-57]，因此，LPL是调控脂肪代谢的关键酶之一。近年来在各种动物上关于LPL 的研究很多，但对不同品种牦牛LPL表达量高低与脂肪沉积的研究较少，关于牦牛LPL 的研究可以为培育优良品种牦牛奠定基础。

过氧化物酶体增殖物活化受体（PPARs）属于过氧化物体增值物激活受体家族，对组织细胞的分化起着关键的调控作用，是调节脂肪发育的关键转录因子，包 括PPARα、PPARβ 和PPARγ三 个 亚 型。且PPARα和PPARβ在脂肪组织中表达水平较低，PPARγ在动物的白色脂肪组织中含量丰富，能够增加脂肪细胞标志物的表达量。各种因素都可以通过调节PPARγ和C/EBPα表达而进一步调节IMF 沉积，最终对动物IMF 脂肪分化产生影响。在成纤维细胞和间充质细胞中，PPARγ的表达量增加会加速细胞分化为白色脂肪细胞，进而对脂肪细胞的分化产生促进作用[58]。研究发现，通过抑制LOX 和PPARγ基因的表达可以抑制脂肪形成，同时靶向调控PPARγ基因影响棕色脂肪组织的产热性能[59]。陈兴勇等[60]检测鹅肌肉脂肪酸的组成，分析了PPARα基因的相对表达量，推测PPARα可能通过调控Δ9-脂肪脱氢酶的表达，从而影响脂肪沉积。综合前人的研究发现，研究者主要研究了PPAR 与脂肪沉积的相关性，但关于PPAR 与牦牛生长发育效应的研究缺乏。

转录因子CCAAT/增强子结合蛋白（C/EBPs）是碱性亮氨酸拉链转录因子家族成员，对动物的脂肪沉积也起到一定的调控的作用。研究表明，C/EBPs 家族中的三个成员C/EBPα、β和δ都参与了脂肪细胞的分化，通过干扰C/EBPα的表达，发现能够显著抑制脂肪细胞的分化，则表明C/EBPα在脂肪分化过程中主要起促进作用[61]。miR-33b 通过与PPARγ和C/EBPα基因相互作用，激活早期B 淋巴细胞因子1（EBF1）进而抑制脂肪细胞分化[62]。C/EBPδ可以调节几种重要的脂肪形成基因，如脂联素[63]，KLF15[64]及C/EBPα[65]。C/EBPs 参与动物脂肪分化，但在牦牛上未见相关报道；可以利用RT-PCR 技术克隆C/EBP 相关基因序列，并且建立组织和细胞时序表达谱，研究该基因在牦牛脂肪细胞的表达方法。

硬脂酰辅酶A 去饱和酶（SCD），是一种内质网结合酶，是饱和脂肪酸转变成不饱和脂肪酸的限速酶，可以将棕榈酸转化为棕榈油酸，这些单不饱和酸是合成膜磷脂、胆固醇脂、三酰甘油的底物，抑制SCD会导致脂肪干细胞分化为米色脂肪细胞而不是白色脂肪组织[66]。研究发现，SCD 可能影响牛奶中肌间脂肪沉积和成分，是改善牛奶和牛肉质量的主要候选基因[67]。SCD 有SCD1、SCD2、SCD3 和SCD4 四种蛋白质亚型，目前SCD1和SCD5是多种脊椎动物中仅有的两种亚型。SCD1 被证明参与了癌症的发生，且作为癌症的潜在治疗靶点进行了广泛的研究[68]；SCD5 被发现参与了脂肪酸的分布与合成、细胞信号转导以及细胞复制[69-70]。目前，SCD1 和SCD5 调控脂肪沉积的研究较少，且从SCD基因家族开展研究的报道较少，SCD对脂肪代谢的整体调控作用还未知。

总之，众多蛋白质参与了脂肪酸的摄取，且关于蛋白质对牦牛脂肪沉积的研究较少，应加强相关研究，为探究单一蛋白质或多种蛋白质调控脂肪沉积的信号通路奠定理论基础，最终在牦牛生产中可以考虑通过调控相应的蛋白质对牦牛肉品质进行改善。

3 小结

目前，在普通牛方面关于IMF 调控机制有较大发展，鉴定了一些关键候选基因；但是在牦牛方面，关于IMF 沉积的遗传机制研究较少；因此，从分子水平探究IMF 调控机制对牦牛IMF 沉积有重要意义；且关于牦牛IMF 沉积的研究主要集中在单个基因或通路上，无法全面地研究脂肪沉积的调控机制；而对牦牛脂肪沉积的相关基因和蛋白质测序研究，有助于探究其调控网络和信号通路。其次，探究影响牦牛脂肪沉积的影响因素需要考虑牦牛的品种、性别、年龄等影响因子。最后，通过改变饲养模式、降低环境的影响因素，在某种程度上也可以调控牦牛的脂肪沉积。探究最优的日粮蛋白质和能量水平对牦牛的生产、生活有着指导作用。在放牧饲养条件下，适当进行补饲，对于增加牦牛脂肪沉积和生产性能也成为了可能。