伊犁馬初乳與常乳時期乳成分與血漿代謝組比較分析

中圖分類號：S821 文獻標志碼：A 文章編號：1001-4330（2025）04-1002-12

0 引言

【研究意義】乳制品富含蛋白質、脂肪、乳糖、生物活性肽和微量營養素等多種營養成分[1]。牛奶由于其產量高、生產技術成熟等優勢占據主要市場，而隨著特種乳業的迅速發展，馬乳也逐漸得到重視而快速發展。馬乳是一種由蛋白質、脂肪、乳糖及礦物質等營養物質組成的極具營養價值的飲品。【前人研究進展】與其它畜乳相比，馬乳與人乳乳成分更為相似，具有低脂肪、低蛋白和低礦物質的特點，易被消化吸收[2]。馬乳也富含乳糖、不飽和脂肪酸、無機鹽及維生素[3]，是一種極具特色的高營養價值乳品。馬乳作為我國的特種乳，對其泌乳的機制解析體系尚未完善。血液中的一些激素、游離氨基酸等物質以及小分子物質對乳畜的生產性能影響是多方面的。其中分子量低于1000的小分子代謝物是一些生物學過程的標記物。代謝物是細胞內部（基因組）和細胞或有機體外部（環境）發生的復雜相互作用的最終產物，代謝組學是采用先進的分析化學技術全面檢測細胞、組織和生物流體中的全部小分子代謝物[4]血液代謝組學分析可用于解析或鑒定畜禽的經濟特征[5-6]。乳成分中的部分代謝物直接來自于血液，同時血液代謝物也可調節乳腺細胞的生物學功能[7-9]。【本研究切入點】在奶牛血清中的馬尿酸、煙酰胺和壬酸可作為乳蛋白水平的生物標志物[10]。血清代謝組學作為發現和預測家畜經濟性狀的有效途徑之一，在多個物種的多種經濟性狀研究中得到了廣泛的應用[11-12]。然而，通過血液代謝組學發現乳畜產奶性狀差異機制研究較少。【擬解決的關鍵問題】通過對伊犁馬初乳時期和常乳時期的乳成分和血漿代謝組比較分析，解析2個時期之間乳成分差異的調控機制，為伊犁馬初乳與常乳的分泌機制解析、改良乳畜泌乳性狀提供參考。

材料與方法

1.1 材料

1. 1.1 馬匹

試驗動物選取12＼～14歲、胎次、預產期相近，在新疆伊犁哈薩克自治州昭蘇縣昭蘇馬場闊斯托別草場統一放牧飼養的伊犁馬8匹采集乳樣與血液。

乙腈（Merck，1499230-935）乙酸銨（Sigma，70221）、甲醇、氨水和超純水。

1. 1.2 儀器與設備

AB Triple TOF 6600 質譜儀（AB SCIEX）、Ag-ilent1290InfinityLC超高壓液相色譜儀（Agi-lent）、低溫高速離心機（Eppendorf5430R）、色譜柱：Waters，ACQUITY UPLC BEH Amide 1.7μm 。

1. 1.3 樣品采集

樣品均在分娩后第 0d 的 0～2h 內和分娩后30d10：00～12：00 采集，乳樣均為手工擠乳，擠乳時先棄去前一小部分乳樣，再開始采集試驗樣本，采集后乳樣使用 100mL 乳樣瓶分裝，并立即放置于保溫箱低溫保存， 2h 內帶回實驗室放置-20% 冰箱保存待測。

血液采集時將試驗動物分別固定，使用添加肝素鈉的真空采血管從試驗動物頸靜脈中采集5mL血液樣本，立即將每組樣本在 3 000Ωr/min 、4^°C 下離心 15min 獲得相應血漿，血漿樣品立刻液氮速凍后放置于 -80% 保存待測。

1.2 方法

1. 2.1 乳成分檢測

將試驗樣本使用乳成分分析儀（LactoScopeFTIRAdvanced）進行奶樣常規成分檢測，檢測指標包括脂肪、蛋白質、酪蛋白、乳糖、固形物和非乳脂固形物含量。

1.2.2 LC-MS分析

1. 2.2.1 樣品預處理

樣本在 4^°C 環境下緩慢解凍后，取適量樣本加入預冷甲醇/乙腈/水溶液 （2：2：1，v/v） ，渦旋混合，低溫超聲 30min ， -20c 靜置 10min ，14000g4^°C 離心 20min ，取上清真空干燥，質譜分析時加入 100μL 乙腈水溶液（乙腈：水 σ=1：1 ，v/v ）復溶，渦旋， 14000g4^°C 離心 15min ，取上清液進樣分析。

1. 2. 2. 2 色譜－質譜分析

色譜條件：樣品采用Agilent1290InfinityLC超高效液相色譜系統（UHPLC）HILIC色譜柱進行分離;柱溫 25°C ；流速 0.5mL/min ;進樣量 2μL 0流動相條件：A相為水 +25mM 乙酸銨 氨水，B相為乙腈。表1

TOF質譜條件：采用ABTripleTOF6600質譜儀進行樣本一級、二級譜圖的采集。ESI源的參數設置如下：霧化氣壓力 60psi ;輔助干燥氣壓力 60psi ；氣簾氣壓力 ;離子源溫度 600^°C ：離子噴霧電壓浮動 （正負兩種模式）。TOFMS掃描 m/z 范圍： 60～1000Da ，產物離子掃描 m/z 范圍： 25～1000Da ，TOFMS掃描累積時間0.20，產物離子掃描累積時間 0.05s/spec tra。二級質譜采用數據依賴性（intelligentdataac-quisition，IDA）數據采集方法，并采用高靈敏度模式，除塵潛力（DP）： ±60 V（正負2種模式），碰撞能量： 35±15eV ，IDA設置：排除 4Da 以內的同位素，每個周期監測的候選離子：10。

1.3 數據處理

1.3.1 乳成分

乳成分試驗數據用Excel2016進行初步整理分析，利用SPSS19.0（IBMSPSSStatistics19.0）軟件進行單因素方差分析（ANOVA），以 Plt; 0.05為差異顯著，結果以平均值 ± 標準差（MEAN±SEM 表示。

1.3.2 代謝物

質譜分析后的原始數據首先使用ProteoWiz-ard軟件轉成mzML格式，使用XCMS軟件（ver-sion3.2）進行保留時間矯正、色譜峰的提取、識別、積分和對齊等工作。如果在一組樣本中檢測出該物質的樣本數 ?50% ，則對該物質進行過濾。隨后對每個樣本數據進行內標歸一。用數據集中最小值的一半替換缺失值。使用OSI-SMMSv1.0軟件通過對比質譜數據庫進行峰注釋。采用R語言包（http：//www.r-pro-ject.org/）進行主成分分析（Principalcomponent a-nalysis，PCA）、偏最小二乘法判別分析（Partialleast squares discriminant analysis，PLS-DA）和正交化PLS-DA（Orthogonnal PLS-DA，OPLS-DA）等多元統計分析。利用構建的OPLS-DA模型的VIP值結合單變量統計分析 T 檢驗 P 值來篩選不同比較組間的顯著差異代謝物，將 VIPgt;1 ，Plt;0.05，FCgt;2 或 FClt;0.5 作為篩選差異代謝物的閾值。

1.3.3 生物信息學

將篩選的差異代謝物通過R軟件中Com-plexHeatmap包（Ver.1.2.1）對樣品和差異代謝物同時進行層次聚類分析，結果以熱圖形式展現；進行KEGG通路富集分析，結果以KEGG氣泡圖展現。通過結合KEGG通路分析結果和篩選的差異代謝物，綜合分析初乳與常乳時期血漿代謝物的差異。

2 結果與分析

2.1 伊犁馬初乳與常乳乳常規成分差異

研究表明，初乳中的乳脂、乳蛋白、總固形物、非乳脂固形物均顯著高于常乳（ Plt;0.05 ）；初乳中的乳糖率顯著低于常乳（ ）。表2

表2 伊犁馬初乳與常乳的乳成分對比

2.2 多元統計

研究表明，在正離子模式下， PC₁=19.30% ！PC₂=10.40% ;在負離子模式下， PC₁=19.60% ！PC₂=9.50% 。XZ與XC兩組樣品分離良好，同一組中的樣品聚合良好。

在正離子模式下 R²X=0.354 ， R²Y=0.976 ，Q2=0.866（R²Y 為模型對 Y 變量的解釋性; Q2 為模型的可預測性）；在負離子模式下 R²X=0.409 R²Y=0.989 ， Q2=0.930 。正、負離子模式下模型參數 R²Y 和 Q2 值均 gt;0.5 ，且 R² 接近于1，模型穩定性高。圖1

注：左：正離子模式；右：負離子模式，下同 Notes：Left ∵ positiveionmode；Right：negativeionmode，the sameasbelow

Fig.1PCA Score Plot of Plasma metabolites during colostrum and regular lactatic

2.3 差異代謝物鑒定

研究表明，共篩選出差異代謝物363種。在正離子模式下，共篩選出160種差異代謝物，其中96種代謝物在初乳時期的血漿中較常乳時期上調，64種代謝物下調；在負離子模式下，共篩選出

203種差異代謝物，其中109種代謝物在初乳時期的血漿中較常乳時期上調，94種代謝物下調。根據FC值的大小篩選出了初乳時期與常乳時期血漿中的前40種優勢代謝物。表3＼～4，圖2＼～3

2.4 差異代謝物的通路富集

研究表明，縱坐標為Pathway，橫坐標為富集因子。顯著富集通路（ Plt;0.05） 有5條，分別為戊糖和葡萄糖醛酸的相互轉化（Pentoseandglu-curonateinterconversions）、不飽和脂肪酸的生物合成（Biosynthesis ofunsaturated fattyacids）ABC 轉運體（ABCtransporters）、脂肪酸的生物合成（Fattyacidbiosynthesis）、逆行內源性大麻素信號傳導（Retrogradeendocannabinoid signaling）。表5，圖4

續表4 常乳時期血漿中前40種優勢代謝物

Tab.5Enrichment pathwaysand associated differential metabolitesbetween

3討論

3.1 脂代謝

乳腺發育具有復雜調控機制，乳脂合成的主要途徑包括脂肪酸（FA）的從頭合成、血液中飽和長鏈脂肪酸（LCFA）的吸收[13]。對于泌乳期第一個月的奶牛，從血液中攝取飽和長鏈脂肪酸是最主要的[14]。因此，血漿脂肪酸組成變化對乳腺組織攝取用于乳脂的合成具有重要影響。試驗中發現，飽和長鏈脂肪酸（棕櫚酸、硬脂酸）在初乳時期血漿中富集，與前人研究一致。此外，外源性補充脂肪酸后，泌乳期母馬的乳腺能夠攝取血液中長鏈脂肪酸及部分C16脂肪酸合成新的甘油三酯，再進一步聚合為乳脂小滴，最終分泌到乳中[15]，進而改善馬乳中脂肪或脂肪酸的含量[16]]Lauridsen等[17]和Mcfadden等[18]研究表明，在泌乳期母豬飼糧中添加富含長鏈脂肪酸的脂肪或油脂能夠提高乳脂率，并且對乳中脂肪酸含量的提高也有作用。Noble等[19研究表明，動物從日糧中攝取的亞油酸和 ∝ -亞麻酸分泌到乳汁中的含量通常在 30%～60% 。金曙光等[20]研究表明，奶牛乳脂中近一半的軟脂酸和全部更長碳鏈的脂肪酸由血液中攝入，通過對奶牛泌乳中期的日糧中添加 4.5% 富含 ∝- 亞麻酸的添加劑可顯著提高產奶量、乳脂率及乳蛋白率。試驗中，初乳中乳脂含量高于常乳，初乳時期血漿中 α- 亞麻酸、肉豆蔻酸、月桂酸、花生四烯酸等中長鏈脂肪酸較常乳時期血漿中含量上調，也證明了血漿中高濃度的脂肪酸對乳脂合成有積極作用。在顯著富集的通路中有2條參與機體脂質代謝的通路，分別是不飽和脂肪酸的生物合成和脂肪酸的生物合成，其中富集的差異代謝物多為初乳時期血槳的優勢代謝物，2條通路在乳腺泌乳啟動時起重要作用，通路中的棕櫚酸、 α_.∝ -亞麻酸、硬脂酸等優勢代謝物也可能是初乳中乳脂含量高的標志代謝物。

3.2 糖代謝

乳糖是大多數物種乳汁中的主要糖，是由葡萄糖和半乳糖合成的二糖，其中葡萄糖作為乳糖合成的主要前體物質，在泌乳期間需求較大。研究表明，哺乳動物血液中 60%～85% 的葡萄糖被乳腺上皮細胞攝取用于合成乳糖[21]。泌乳所需的葡萄糖主要來源于小腸吸收或肝臟糖異生，糖異生是機體將非糖物質轉變成葡萄糖的過程，是保障乳腺葡萄糖供應、產奶量及乳品質的主要途徑。使用一定量甘油（生糖物質）代替飼糧中的玉米，或者補飼生物素和煙酰胺均可顯著促進奶牛肝臟糖異生作用[22]。Wei等[23]研究發現，在奶牛日糧中添加生物素可以提高奶牛的血糖水平，降低血清NEFA含量。試驗中，生物素、甘油等差異代謝物均有顯著變化，也證明了生物素、甘油可以促進肝臟糖異生、從而維持血漿中的葡萄糖水平。

蘇糖醇是木糖代謝的終產物，也通過葡萄糖醛酸途徑與戊糖磷酸途徑相關。戊糖磷酸途徑在大鼠乳腺和脂肪組織中最活躍[24]。蘇糖醇的糖代謝物相對濃度越高，可能表明乳腺中葡萄糖氧化提高產奶量和乳糖的能量供應越多[25]。試驗中，D-蘇糖醇在常乳時期血漿中顯著上調，與前人研究結果一致。同時葡萄糖還是碳水化合物代謝的中間產物，反映機體能量及糖代謝狀況，試驗富集的代謝通路中也包含碳水化合物代謝中的戊糖和葡萄糖醛酸的相互轉化，富集到該途徑中。D-葡萄糖醛酸、D-木糖、雙半乳糖醛酸、甘油、木糖醇在常乳時期的血漿中較初乳時期上調，都表明常乳時期母體的葡萄糖代謝水平、用于合成乳糖的能力水平提升，與常乳中乳糖含量高于初乳的結果一致。

3.3 0.氨基酸代謝

氨基酸代謝在泌乳過程中起著至關重要的作用，能夠調節母體內分泌狀態、乳腺血流量、參與激活靶雷帕霉素（mTOR）信號通路[26]。而乳中大部分乳蛋白是乳腺上皮細胞利用日糧提供的能量和血液中的氨基酸合成。當乳腺組織攝入氨基酸過量時，會直接合成乳蛋白及非必需氨基酸；而當乳腺組織攝入游離氨基酸不足時，一些非游離氨基酸則以肽的形式合成乳蛋白[27]。生物素、泛酸是水溶性B族維生素。生物素參與反芻動物糖異生、丙酸代謝及脂肪酸合成等生化過程。提高血槳和初乳中生物素含量，改善奶牛的糖代謝和胰島素敏感性[23]。生物素能增強奶牛血清中氨基酸代謝水平[28]。泛酸廣泛存在于所有生物體組織中，是輔酶A的組成成分之一，與氨基乙醇和腺苷二磷酸構成人和動物體內酰基轉移酶類的輔酶A，參與蛋白質、脂肪、糖的代謝，具有乙酰化作用，在物質代謝中起著重要的作用。泛酸的主要代謝功能有促進脂肪酸的合成和分解以及參與檸檬酸循環。泛酸與維生素B12、VC 的利用具有相互促進作用，可能與葉酸、生物素也存在某種關聯[29]。試驗初乳時期的血漿中生物素、泛酸與常乳時期相比均顯著上調，說明生物素、泛酸可能作為輔酶或輔因子提高血液中氨基酸代謝水平。血根堿是一種生物堿，能夠抑制機體的炎癥表達[30]。血根堿在動物生產中主要通過調節動物腸道功能，增強機體免疫和抗氧化能力，進而提高畜禽生產性能[31]。有研究表明，飼糧中添加血根堿會使血清中必需氨基酸的濃度增加[32]。凌浩等[33]研究表明，奶山羊日糧中添加血根堿可以提高產奶量。試驗初乳時期血漿中血根堿含量顯著上調，原因可能是血根堿通過增強機體免疫和抗氧化能力，改善微生物菌群[30]，進而提高了初乳時期的產奶量及氨基酸含量。這些差異代謝物均可提高初乳時期的氨基酸代謝水平，促進乳腺組織從血液中攝入氨基酸合成乳蛋白，與初乳中乳蛋白含量高于常乳的結果一致。

4小結

伊犁馬初乳中乳脂、乳蛋白、固形物和非脂肪固形物均顯著高于常乳。初乳時期血槳中富集很多中長鏈脂肪酸、氨基酸、小肽等，例如：棕櫚酸、亞麻酸、賴氨酸、生物素、泛酸，這些差異代謝物對乳腺合成乳脂、乳蛋白有積極作用，常乳時期血漿中主要富集了許多提高葡萄糖代謝水平的差異代謝物，例如D-蘇糖醇、D-葡萄糖醛酸、D-木糖、雙半乳糖醛酸和甘油等，促進了常乳時期乳腺中乳糖的合成。

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Abstract：【Objective】 This project aims to investigate the differences in milk composition between the two periods and the potential regulatory mechanisms by analysing the milk composition and plasma metabolome of Il horses during colostrum and regular milk.【Methods】Milk and blood samples were collcted from eight Yilihorses on dayO andday3O of parturition，respectively，and milk routine analyses of milk from the two periods were carred out bya milk composition analyser，and comparative analyses of plasma metabolites were performed by non-targeted metabolomics.【Results】The results revealed that milk fat，milk protein，solids and non- solids were significantly higherin colostrum than in regular milk （ Plt;0.05 ），and lactose was significantly lower in colostrum thanin regularmilk （ Plt;0.05 ）.Plasma metaboliteswere analyzed and a total of 363 differential metabolites were screened according to conditions.【Conclusion】Pathway enrichment analysis of differential metabolites significantly enriched a total of 5 functional pathways.The presence of many metabolites in plasma during colostrum period was assciated with the promotion of fatyacid metabolism，glucose metabolism，and amino acid metabolism in the mammary gland，such as palmitic acid，D-threitol，biotin，and pantothenic acid.

Key words： Ili horse； colostrum； regular milk ;milk components； plasma metabolome