山羊乳蛋白質組學研究進展

梁愛梅，何相宇，王成軍，王翠娜，蔣士龍，孫玉雪

（1.黑龍江飛鶴乳業(yè)有限公司，北京100015；2.吉林省食品生產(chǎn)許可證審核中心，長春130022；3.吉林大學食品科學與工程學院，長春130062；4.東北農業(yè)大學食品學院乳品科學重點實驗室，哈爾濱150030）

0 引言

乳制品是居民日常膳食的重要組成部分，山羊乳在我國乳品消費中占有不可或缺的位置。山羊乳中不僅含有豐富的蛋白質、脂肪等重要營養(yǎng)素，其中維生素、免疫球蛋白、細胞因子、生長因子、酶和生物活性肽也很豐富，除了提供營養(yǎng)功能外，對機體大腦、骨骼以及免疫系統(tǒng)的生長發(fā)育都有著重要的作用[1-2]。目前山羊乳中已被報道的營養(yǎng)及活性物質多達200多種[3]。其較低的致敏性及易消化性使山羊乳尤其適合對牛乳不耐受或患有胃腸道疾病的嬰幼兒[4]。隨著對山羊乳營養(yǎng)及生物學功能了解的加深，對山羊乳及其制品的研發(fā)也越來越受關注。

作為乳的主要組成成分，蛋白質是衡量乳品質量的重要指標，也一直是乳品研究領域的重點。盡管國內外學者已經(jīng)對各種乳蛋白成分進行了大量的研究，但由于蛋白質本身結構的復雜性以及翻譯后修飾等帶來的改變，許多關于乳蛋白（特別是那些低豐度蛋白）的表達、結構以及修飾的問題仍然沒有清晰的答案?！暗鞍踪|組”一詞最早是由Wasinger等人提出，指的是由基因組編碼的所有蛋白質[5]。蛋白質組學則是對這一系列蛋白質的系統(tǒng)分離，鑒定和表征，即包括了對蛋白質的分離技術、定性分析、定量分析、差異表達分析以及糖基化、磷酸化等蛋白質翻譯后修飾分析等。近年來隨著蛋白質組學技術的崛起并應用于乳品領域，極大地推動了乳蛋白的研究進展。本文總結了近年來應用蛋白質組學技術對山羊乳蛋白的研究，以期為后續(xù)的研究提供思路，為山羊乳產(chǎn)品的開發(fā)提供參考依據(jù)。

1 山羊乳蛋白

酪蛋白、乳清蛋白和乳脂肪球膜蛋白是構成乳蛋白的三大組成部分。幾乎所有乳源的乳蛋白都主要由這三大類組成，各部分所含蛋白的種類和數(shù)量又各不相同。其中少數(shù)幾種是大家所熟知的，主要蛋白有αs1-酪蛋白、β-酪蛋白、αs2-酪蛋白、κ-酪蛋白、β-乳球蛋白、α-乳白蛋白和血清白蛋白等[6]。

酪蛋白是乳中含量最多的蛋白質，也是在乳源生物活性肽的研究中研究最深入的一種蛋白質，目前已報道的來源于酪蛋白的活性肽就有幾十種。山羊乳中酪蛋白的含量為2.21 g/100 g，約占總乳蛋白的70%[7-8]。酪蛋白幾乎含有人體所需的全部必需氨基酸，其主要由αs1-酪蛋白、αs2-酪蛋白、β-酪蛋白和κ-酪蛋白組成，這些酪蛋白在乳中通常以多種變異體的形式存在[9]。與牛乳相比，山羊乳中的αs1-酪蛋白含量較低（約0.9～7 g/L），這可能是其低致敏性的原因[10]。

乳清蛋白是一類優(yōu)質蛋白，約占山羊乳中總乳蛋白的25%，被認為是具有廣泛生物活性的蛋白。據(jù)報道，乳清蛋白具有廣譜抑菌特性，可以起到抗菌/病毒作用[11-12]。此外，乳清蛋白還被證實與被動免疫和嬰兒腸道菌群的平衡息息相關[13-14]。乳清蛋白的組成很復雜，各組分的含量組成（以牛乳為例）如表1，除了主要成分β-乳球蛋白、α-乳白蛋白、血清白蛋白和免疫球蛋白等，還在乳清蛋白中發(fā)現(xiàn)了諸如乳過氧化物酶、β-微球蛋白、乳鐵蛋白、溶菌酶以及多種生長因子（EGF、IGF-1、TGF-β等）等豐度較低的活性蛋白。

表1 乳清蛋白的主要組成成分[6]

乳脂肪球膜是包裹于乳脂肪球表面的厚度為10～20 nm的膜，而乳脂肪球膜蛋白就鑲嵌其中。這類蛋白的含量非常低，只占到山羊乳中總乳蛋白的5%左右。雖然含量很低，這些蛋白卻因其生物學功能而備受關注。研究發(fā)現(xiàn)，乳脂肪球膜蛋白在諸多疾病如多發(fā)性硬化、自閉癥和冠心病等的病理過程中發(fā)揮重要的作用[15]。但目前對于乳脂肪球膜蛋白的組成及功能了解的還不全面，是近幾年的研究熱點。乳脂肪球膜蛋白中豐度較高的組成成分主要有分別為黃嘌呤氧化還原酶、黏蛋白-1、黏蛋白-15、血小板糖蛋白4、嗜乳脂蛋白、乳凝集素、脂肪酸結合蛋白等。Zamora等人[16]在山羊乳乳脂肪球膜蛋白的一維電泳圖譜上確定了32條蛋白條帶，其中19條在所有山羊乳樣品中都被檢測到，這些蛋白的名稱及含量見表2。與牛乳相比，山羊乳的乳脂肪球膜蛋白圖譜顯示出較大的個體特異性，且其中黃嘌呤氧化還原酶與幾種次要蛋白的含量明顯高于牛乳。

表2 乳脂肪球膜蛋白的組成成分

2 山羊乳蛋白質組學

乳源、品種、泌乳天數(shù)、生理狀況以及加工處理等都會對乳蛋白產(chǎn)生影響。近年來，應用蛋白質組學技術對山羊乳蛋白的研究主要集中在乳清蛋白質組和乳脂肪球膜蛋白質組，對酪蛋白質組的報道較少。但在很多對乳清蛋白質組和乳脂肪球膜蛋白質組中的研究中都發(fā)現(xiàn)了酪蛋白的存在[17-19]。

2.1 乳清蛋白質組學

乳清蛋白作為乳蛋白的主要成分之一，目前已經(jīng)被商業(yè)化應用于多種食品中。隨著蛋白質組學技術的發(fā)展完善，基于液相色譜分離串聯(lián)質譜的組學技術被越來越多地應用于乳蛋白的研究，越來越多的乳清蛋白被鑒定出來。

我們之前在關中羊的乳清中鑒定出283種蛋白，這些蛋白主要參與了ERK1和ERK2級聯(lián)正調控的生物過程，在補體與凝血級聯(lián)的代謝通路發(fā)揮作用[20]。各種動物乳的乳清蛋白組成相似但也存在不同，其中補體蛋白在山羊乳中有較高的表達[21]。Yang等人[22]在山羊乳、牛乳、牦牛乳、水牛乳和駱駝乳的乳清中共鑒定出211種蛋白，其中血清淀粉樣蛋白A、雙糖鏈蛋白聚糖和C-X-C基序趨化因子6在山羊乳中的表達與其他物種間存在顯著差異，且雙糖鏈蛋白聚糖可能作為一種潛在的山羊乳的物種特異標記物。即使是相同物種，不同品種間的乳清蛋白組成也存在差異。Anagnostopoulos等人[17]在兩個不同品種希臘山羊（Capra prisca和Skopelos）的乳清中分別鑒定出595和486種蛋白，其中僅有257種為兩者共有的。泌乳天數(shù)也是影響乳清蛋白組成的一個因素。研究報道，山羊初乳中含有更多與疾病相關的蛋白，而常乳則顯示出更多與代謝相關的蛋白[23]。

2.2 乳脂肪球膜蛋白質組學

乳脂肪球膜蛋白的組成以及性質與乳脂肪球的形成、轉運以及分泌等密切相關，這些蛋白質大部分是未知的且易受到乳源動物的品種、生理狀況、泌乳天數(shù)、胎次、季節(jié)氣候等諸多因素的影響。

山羊乳的乳脂肪球膜蛋白主要聚集在氧化還原過程的生物過程，發(fā)揮聚（A）RNA結合的分子功能，主要參與代謝過程相關的通路[20]。乳脂肪球膜蛋白中參與脂質合成和分泌的蛋白質（如黃嘌呤脫氫酶/氧化酶、紅細胞膜整合蛋白和CD 36）在山羊乳與其他物種乳如人乳、牛乳、牦牛乳中顯示出不同的表達模式，而與囊泡介導轉運、乳脂肪球分泌的相關的多達50種蛋白則無明顯差異[24]。研究還表明除了乳源之外，胎次、泌乳天數(shù)的不同也會引起乳脂肪球膜蛋白的差異[25-26]。Lu等人[27]對我國關中奶山羊初乳及常乳的乳脂肪球膜蛋白質組進行了比較，共鑒定出189種顯著差異蛋白，其中181種在初乳中表達豐度明顯高于常乳。初乳中富集了諸如β-1,4-半乳糖基轉移酶、凝血酶原、補體C3、纖連蛋白同工型X 13等的急性期蛋白，而黃嘌呤脫氫酶/氧化酶、紅細胞膜整合蛋白和黏蛋白15則在常乳中顯示較高的表達豐度。我們對西農薩能羊初乳及常熟的研究顯示，盡管兩者的乳脂肪球膜蛋白質組成存在差異，但都聚集了大量與“磷蛋白”、“乙?；毕嚓P的蛋白[28]。

2.3 加工處理對乳蛋白的影響

熱處理和均質是乳品加工過程中的必不可少的工序，而這些操作已被證實會對乳蛋白產(chǎn)生影響。研究表明，熱處理的工藝可提高山羊乳蛋白質的消化率，高溫瞬時滅菌（85±5℃，15 s）處理對山羊乳蛋白的影響與超巴氏滅菌（125±5℃，4 s）和超高溫瞬時滅菌（135±2℃，4 s）類似，而低溫長時間的巴氏滅菌（65±2℃，30 min）卻與以上3種熱處理差異較大[7]。巴氏滅菌對人乳、牛乳和山羊乳中乳脂肪球膜蛋白的影響因物種而異，但卻不會影響乳脂肪球的尺寸分布。人乳和山羊乳中乳脂肪球膜蛋白的熱敏性高于牛乳的乳脂肪球膜蛋白，巴氏滅菌后發(fā)生顯著變化的這些蛋白主要涉及脂質的合成和分泌以及免疫反應的過程[29]。陳笛等人[30]應用非標記定量的蛋白質組學技術研究了均質前后山羊乳中乳蛋白的變化，共鑒定出16個顯著差異蛋白，其中山羊乳中的黃嘌呤脫氫酶和天冬酰胺酶經(jīng)過均質工藝后其表達豐度明顯降低，而果糖二磷酸醛縮酶、κ-酪蛋白和β-酪蛋白的表達豐度變化則相反。代謝途徑的分析結果顯示這些差異蛋白均參與糖代謝相關的代謝通路。

2.4 消化過程中乳蛋白的變化

乳蛋白在機體胃腸道的消化過程中也會發(fā)生變化。Hodgkinson等人[31]比較了山羊乳與牛乳在嬰兒體外消化模型中的消化特性。經(jīng)胃液消化后的水解物中共鑒定出350余種肽。其中大部分肽來源于酪蛋白，山羊乳的消化產(chǎn)物中含有更多的κ-酪蛋白衍生肽，牛乳的消化產(chǎn)物中含有更多的αs1-酪蛋白衍生肽。來源于不同泌乳天數(shù)山羊乳的消化特性也存在差異。Sun等人[32]報道了西農薩能羊初乳與常乳在嬰兒體外胃腸消化過程中乳蛋白的變化。結果顯示初乳的消化產(chǎn)物中β-酪蛋白衍生肽的含量最高，而常乳中α-酪蛋白衍生肽含量最高。初乳的消化率較低，但比常乳含有更多的生物活性肽（分子量＜10 ku）。初乳與常乳中生物活性肽的差異主要存于在αs1-酪蛋白衍生肽中，且這些生物活性肽可能在新生兒的生長中起重要作用。也有研究構建了成人胃腸消化的體外模型，以此研究山羊乳清蛋白在消化過程中的變化。研究結果表明，與經(jīng)過胃腸消化的終消化產(chǎn)物相比，僅經(jīng)胃消化的產(chǎn)物中肽段的數(shù)量較少、抗菌作用較低[33]。

3 結 論

隨著蛋白質組學技術的崛起，其作為一種新興技術應用于乳蛋白質的研究，山羊乳中已經(jīng)有數(shù)百種乳蛋白被鑒定出來。乳源動物的品種、泌乳天數(shù)、胎次以及季節(jié)氣候等因素都會對山羊乳蛋白的組成產(chǎn)生影響。乳品加工中的常見工序如均質和滅菌等也會對乳蛋白產(chǎn)生影響。山羊乳攝入后在腸消化階段釋放出更多的生物活性肽。隨著研究的深入，山羊乳蛋白更多的功能特性被發(fā)現(xiàn)。但與牛乳相比，山羊乳蛋白質組的研究還很少，其成果在山羊乳及其制品上的應用也很缺乏。針對山羊乳蛋白質組的組成、作用機制等一系列的問題還需要進一步的研究探索。