氨基酸和乳腺發育對母畜產奶量和新生幼畜生長的營養意義（續完）

唐彩琰

中圖分類號：S814.7 文獻標志碼：C 文章編號：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細胞（Mammary Epithelial Cell，MEC）分泌的。合成蛋白質所需的氨基酸或從血液中攝取，或在MEC中利用眾多前體物質合成[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、乳鐵蛋白、γ-球蛋白和血清白蛋白）組成。

5.1 酪蛋白

酪蛋白以膠束的形式存在于乳汁中，并可以在MEC中被蛋白激酶磷酸化。與酪蛋白分子共價結合的磷酸基團通過離子鍵與鈣結合。這就引發了膠束顆粒的聚合，且這一步對膠束形成來說至關重要。酪蛋白膠束（直徑140 nm）是新生幼畜營養物質的一種來源，它可提供氨基酸、鈣和磷酸鹽等物質。乳汁中的酪蛋白為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-酪蛋白是母豬乳汁中的重要酪蛋白，是由MEC響應催乳素的作用而合成的[112]。κ-酪蛋白（一種糖蛋白）分布在整個酪蛋白膠束中并起到穩定膠束的作用。γ-酪蛋白是β-酪蛋白的C-末端，當乳汁進入到乳腺的腺泡時，其中的β-酪蛋白在纖溶酶的作用下發生蛋白水解，降解后得到γ-酪蛋白。酪蛋白膠束在蛋白酶的作用下發生的去穩定化作用是新生幼畜胃和腸中乳蛋白消化機制的一部分[113]。在哺乳母豬中，分娩剛完成時，酪蛋白占初乳總蛋白的比例為9%～32%，產后24 h該比例提高至30%～45%，而在哺乳期第7天至第28天之間，酪蛋白占母豬常乳總乳蛋白的比例為50%～60%[114]。

5.2 主要的乳清蛋白

5.2.1 β-乳球蛋白

這種蛋白質約占乳汁中總乳清蛋白的50%，它是反芻動物和豬乳中的主要乳清蛋白[48]。其他動物物種的乳汁不含β-乳球蛋白。這種蛋白質的功能大部分尚未被人們了解，但它可能是一種結合脂肪酸或脂質的蛋白。β-乳球蛋白的氨基酸序列與視黃醇結合蛋白的氨基酸序列類似[111]。通常，β-乳球蛋白見于哺乳動物乳汁中，而在初乳形成期乳汁可運送高水平的免疫球蛋白；然而，β-乳球蛋白的存在與免疫球蛋白轉運之間是否有特定關系尚不清楚。泌乳母豬乳汁中的β-乳球蛋白濃度在哺乳期的前 7 d相對穩定（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

這種蛋白質約占乳汁中總乳清蛋白的25%，且含有大量的色氨酸。它是乳糖合成酶復合物的調節亞單位。因此，α-乳清蛋白在乳糖的生成和分泌中發揮著重要作用。α-乳清蛋白可能具有影響乳汁脂肪膜完整性的其他非特異性作用（如結合Ca2+和Zn2+）[48]。這種蛋白質是由MEC在催乳素的誘導下合成的[112]。泌乳母豬初乳中α-乳球蛋白的濃度相對較低 （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-乳球蛋白的濃度約為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來自于母體的血清，不能在乳腺中合成[48]。有人暗示，這種蛋白質是通過細胞旁路途徑進入乳汁的，或者與血清中的其他成分（如免疫球蛋白）一起被MEC攝入。目前人們似乎還沒有發現MEC轉運血清白蛋白的具體機制。乳汁中血清白蛋白濃度會有所增加，尤其是發生乳房炎和乳腺退化時。血清白蛋白在乳汁中的作用未知，但這種蛋白質可以與長鏈脂肪酸和一些小分子結合[48]。

5.3.2 免疫球蛋白（Immunoglobulin，Ig）

這些蛋白質包括IgG1、IgG2、IgA和IgM。免疫球蛋白在初乳中的濃度非常高，但在常乳中的濃度非常低[48]。例如，豬初乳中IgG、IgA和IgM的濃度分別是常乳中的45～60倍，3～5倍和3～5倍[111]。免疫球蛋白通過母畜的初乳運輸到新生幼畜的全身循環中，為其提供被動免疫。免疫球蛋白也可以作為乳腺免疫系統的一部分。分泌成分（Secretory Component，SC）是IgA受體的一部分，被蛋白酶水解，并在細胞分泌過程中與IgA結合[48]。

5.4 其他乳汁蛋白

乳鐵蛋白（Lactoferrin，LF）是一種具有抗菌性質的鐵結合型蛋白。LF在哺乳期母牛乳汁中的濃度相對較低，但在母牛發生乳房炎或乳腺退化時濃度相對較高。乳鐵蛋白也可能是一種免疫調節蛋白，因為它是在乳腺中發現的一種重要的非特異性抗病因子[63]。泌乳母豬的初乳含有約1 g/L的乳鐵蛋白，到哺乳期第7天該蛋白的含量逐漸降低至0.3 g/L，而到哺乳期第28天乳汁中的乳鐵蛋白濃度進一步下降至 0.1 g/L～0.25 g/L[114]。

乳過氧化物酶是將過氧化氫分解成水的血紅素過氧化物酶家族成員之一[12]。這種蛋白質也具有抗菌和抗氧化性質[63]。

溶菌酶可作為一種抗菌蛋白質，能裂解細菌細胞壁的碳水化合物聚合物。該酶在人乳以及可能在馬乳中有很高的活性，但其在牛乳中的活性相對較低。乳汁中的其他酶包括蛋白酶、蛋白酶激活劑、核酸酶、糖苷酶、氨基酸氧化酶和D-氨基酸氧化酶[48]。這些酶可以降解乳汁中的蛋白質、氨基酸、D-氨基酸、碳水化合物和核苷酸。

β2-微球蛋白最初以晶狀沉淀的形式在重懸浮的酪蛋白中被發現，一開始被命名為乳醇菌素。它是主要組織相容性復合體Ⅱ（Major Histocompatability Complex Ⅱ，MHC Ⅱ）的組成部分。雖然乳汁中β2-微球蛋白的功能尚不清楚，但這種蛋白質存在于上皮細胞中，并與一種能夠結合免疫球蛋白G的蛋白質相關。β2-微球蛋白可能參與初乳形成期的IgG受體活動或IgG轉運的過程[48]。

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

mTOR，特別是mTORC1，在動物細胞中調節蛋白質合成方面的重要作用已得到詳細說明[115]。蛋白質合成受非磷酸化的真核生物翻譯啟動因子4E結合蛋白1（4E Binding Protein 1，4EBP1）與真核生物翻譯啟動因子4E（Eukaryotic Translation Initiation Factor 4E，eIF4E）的聯合抑制，可阻止翻譯啟動復合物的形成。mTORC1通過蛋白磷酸化作用激活后，能在多個位點上對4EBP1磷酸化，而后導致eIF4E從4EBP1-eIF4E復合體中釋放出[70]。一旦從該復合體中釋放出，eIF4E就會與其他翻譯啟動因子形成活性翻譯啟動復合體。這種完整的翻譯啟動復合體隨后與40S核糖體亞基結合，產生可以啟動mRNA翻譯成蛋白質的43S前啟動復合體。如前所述，mTORC1由某些氨基酸，特別是亮氨酸、精氨酸、甘氨酸谷氨酰胺和色氨酸激活[116-125]。此外，亮氨酸通過作為合成谷氨酸、谷氨酰胺、天冬氨酸、天冬酰胺和蛋白質的前體物質來加快蛋白質的總體合成速度[67-69]。目前，人們對MEC中的mTOR和蛋白質周轉的調控知之甚少。

在哺乳期，結構性蛋白質主要由乳腺細胞合成，可占乳腺蛋白質總合成量的40%～70%[126]。在泌乳母豬中，在每千克濕潤的乳腺組織中，結構性蛋白質的合成率在哺乳期第14天達到峰值（7.8 g/d），在第21天降至2.7 g/d，第28天低至0.5 g/d[126]。有證據表明向母豬日糧中添加可激活mTOR的精氨酸[70]，可提高母豬的產乳量[127]。也有報道稱向日糧中添加亮氨酸或支鏈氨基酸混合物可得到類似的結果[128-132]。與其他氨基酸一樣，我們應避免日糧中的這三種支鏈氨基酸之間產生拮抗作用，以達到其預期的效果[133]。我們向泌乳母牛的十二指腸注入亮氨酸，能夠提高牛乳的酪蛋白、乳清蛋白和總蛋白濃度[134]，這與在豬上研究的結果一致。對因受各種應激條件（例如早產、產婦并發癥和高/低環境溫度）影響而導致泌乳能力受損的婦女來說，這些來自動物研究的結果對于提高她們的泌乳量有重要意義，同時在應對膳食蛋白攝入量低上也有重要意義[135]。

8 結論和觀點

乳汁對新生兒的生存、正常發育和動態生長至關重要。此外，哺乳是哺乳動物成功繁殖策略的一個組成部分。事實上，受到氨基酸供應影響的乳腺發育與所有哺乳動物物種的繁殖周期密切相關。乳腺的合成能力在很大程度上取決于功能性MEC的數量和效率，并且直接影響吮乳的新生兒隨后的生長。

在哺乳的乳腺中，大量支鏈氨基酸被α-酮戊二酸誘導轉氨，產生谷氨酸和支鏈α-酮酸（Branched-Chain α-Keto Acids，BCKA），谷氨酸是多種氨基酸（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，一些支鏈氨基酸的碳要么在線粒體中被氧化以提供三磷酸腺苷（Adenosine Triphosphate，ATP），要么在細胞漿中被用于合成脂質。亮氨酸、谷氨酰胺和精氨酸能夠刺激mTOR細胞信號傳導途徑以增強蛋白質合成和乳汁生產。目前，人們對哺乳動物的乳腺組織或MEC中的支鏈氨基酸和精氨酸以外的氨基酸代謝信息知之甚少。例如，甘氨酸在豬、牛和人類等物種的乳汁中嚴重缺乏[120]，我們尚不清楚這到底是由MEC攝取該氨基酸不足造成的還是因其在細胞中發生大量分解代謝所致的。由于農場哺乳動物（如母豬[66，79]和奶牛[63，136]）的產乳量受營養和激素水平的雙重影響，對乳腺組織中氨基酸代謝的研究不僅能增加我們的泌乳生物學知識，而且對提高動物生產效率以維持全球的畜業生產也將具有實際意義[137-141]。來自動物研究的結果也將對優化哺乳期婦女的乳汁合成以及發達國家和發展中國家中嬰兒的生長發育具有重要意義。

（續完）