影響奶牛乳蛋白合成的主要營(yíng)養(yǎng)因素分析

■仝鈺潔魏 勇馬曉姣施煒濤蔣 文謝樂文邵 偉*

（1.新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)動(dòng)物科學(xué)學(xué)院，新疆烏魯木齊 830052；2.新疆天潤(rùn)乳業(yè)股份有限公司，新疆烏魯木齊 830023）

血中的氨基酸經(jīng)乳腺細(xì)胞吸收后，僅30%被利用合成乳蛋白，剩余70%以糞氮和尿氮形式排出體外，不僅會(huì)造成飼料資源的浪費(fèi)，還會(huì)對(duì)環(huán)境產(chǎn)生不良影響（王笑笑等，2016）。因此，盡管血中氨基酸含量豐富，但真正被乳腺利用合成乳蛋白的氨基酸卻很少，大部分氨基酸并未得到有效利用，而造成奶牛乳蛋白合成效率低下。這可能與日糧營(yíng)養(yǎng)水平、胃腸道微生物、乳腺血流量及血中氨基酸濃度、血中可利用氨基酸比例、氨基酸載體轉(zhuǎn)運(yùn)效率等因素有關(guān)。因此，明確乳蛋白的合成途徑、了解影響乳蛋白合成的因素、掌握氨基酸對(duì)乳蛋白合成相關(guān)基因表達(dá)及信號(hào)通路的調(diào)控機(jī)制，對(duì)于提高乳蛋白合成效率、改善乳品質(zhì)、保障奶牛健康及促進(jìn)經(jīng)濟(jì)效益的提升均具有重要意義。本文主要從乳蛋白合成途徑、影響乳蛋白的合成因素、乳蛋白合成相關(guān)基因表達(dá)及乳蛋白合成信號(hào)通路的調(diào)理四個(gè)方面進(jìn)行了綜述。

1 乳蛋白的合成途徑

乳腺是合成乳蛋白的重要場(chǎng)所。乳蛋白在乳腺中的合成途徑主要有兩條。其中，主要途徑是乳腺細(xì)胞吸收血中游離的氨基酸從頭合成約90%的乳蛋白。在該途徑中，瘤胃內(nèi)的蛋白質(zhì)分解菌將從日糧中獲得的蛋白質(zhì)消化分解，以小分子氨基酸、小肽和氨的形式進(jìn)一步被瘤胃中其他微生物吸收利用合成菌體蛋白（MCP）（謝云怡，2021）。而未被利用的過瘤胃蛋白與MCP 一同進(jìn)入皺胃和小腸中，在小腸消化酶作用下，被分解為小肽和氨基酸后經(jīng)小腸毛細(xì)血管釋放入血，流經(jīng)乳腺組織時(shí)可作為乳蛋白合成的底物（甘家付等，2016）。氨基酸被乳腺細(xì)胞攝取后，轉(zhuǎn)移至胞內(nèi)參與乳蛋白的合成過程，該過程與機(jī)體其他組織合成蛋白質(zhì)的過程相似（Wullschleger 等，2006）。首先經(jīng)歷由DNA 轉(zhuǎn)錄為mRNA 的過程；隨后mRNA會(huì)由細(xì)胞核進(jìn)入細(xì)胞質(zhì)中與粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上的核糖體進(jìn)行結(jié)合，在酶與三磷酸腺苷（ATP）的共同作用下，使進(jìn)入乳腺細(xì)胞的氨基酸被活化，在核糖體上翻譯完成后合成肽鏈；再由信號(hào)肽將其帶入內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中進(jìn)行初步加工，由囊泡將其運(yùn)送至高爾基體進(jìn)一步加工修飾；合成成熟的乳蛋白后，被高爾基體上的分泌泡運(yùn)送到細(xì)胞頂膜并以胞吐的方式分泌到腺泡腔中（陳嬌，2022；Hayashi 等，2007）。其次，乳腺細(xì)胞還可通過直接從血中吸收小分子蛋白質(zhì)及免疫活性蛋白的途徑合成剩余10%左右的乳蛋白。最終奶牛乳蛋白的合成通過這兩條途徑共同作用完成。

2 影響乳蛋白合成的因素

2.1 日糧營(yíng)養(yǎng)水平

奶牛乳蛋白合成所需的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)主要從日糧中獲取，因此，日糧中的粗蛋白、氨基酸及能量水平的高低均會(huì)在不同程度上影響奶牛乳蛋白的合成效率。

2.1.1 日糧粗蛋白水平

日糧中的粗蛋白是奶牛乳蛋白合成前體物的主要來源，它可經(jīng)瘤胃轉(zhuǎn)化為瘤胃降解蛋白（RDP）和非蛋白氮（NPN）來合成MCP；而未被利用的過瘤胃蛋白（RUP）會(huì)與MCP一同進(jìn)入小腸，消化產(chǎn)生乳蛋白合成的前體物（周小喬，2015）。說明日糧中恰當(dāng)?shù)拇值鞍姿接兄诹鑫钢蠱CP 的合成，同時(shí)可為小腸提供更多的RUP，從而促進(jìn)乳蛋白的合成。Liu 等（2020）給泌乳后期的奶牛分別飼喂18%與16%蛋白質(zhì)水平的日糧，發(fā)現(xiàn)日糧中較高的蛋白質(zhì)水平可顯著提高其泌乳量及乳蛋白合成量。這是由于奶牛從日糧中獲得的蛋白質(zhì)含量越高，瘤胃內(nèi)轉(zhuǎn)化的MCP就越多，可為乳蛋白合成提供更多的前體物，使其產(chǎn)量增加。因此，為滿足奶牛乳蛋白合成的需要，一般為其提供含粗蛋白為18%左右的日糧是較為合適的選擇。

2.1.2 日糧氨基酸水平

日糧中適宜的氨基酸水平能夠促進(jìn)乳蛋白合成和泌乳量的提升。在滿足奶牛對(duì)單個(gè)氨基酸需要的基礎(chǔ)上，日糧中賴氨酸（Lys）與蛋氨酸（Met）濃度比接近3∶1 時(shí)，其泌乳量及乳蛋白產(chǎn)量最佳（Wang 等，2014）。說明氨基酸作為乳蛋白合成的前體物在促進(jìn)乳蛋白合成的過程中是存在適宜濃度比例的，當(dāng)二者比例達(dá)到較為理想的狀態(tài)時(shí)，可有效提高奶牛的泌乳量及乳蛋白產(chǎn)量。

“以往老百姓需要跑幾個(gè)部門，輾轉(zhuǎn)才能辦完的事項(xiàng)，如今一窗、一網(wǎng)、一人就能全部辦結(jié)，我們把非涉密的數(shù)據(jù)資源都集中在華為大數(shù)據(jù)中心，利用信息技術(shù)對(duì)政務(wù)數(shù)據(jù)進(jìn)行整合共享，以實(shí)現(xiàn)跨部門信息的互聯(lián)互通，極大提升了行政效率，真正實(shí)現(xiàn)讓‘?dāng)?shù)據(jù)多跑路，讓群眾少跑路’的理念。”瀘州市委常委、副市長(zhǎng)劉春對(duì)《中國(guó)經(jīng)濟(jì)周刊》表示。

2.1.3 日糧能量水平

奶牛從日糧中獲得的能量主要來源于其中的碳水化合物，它經(jīng)瘤胃內(nèi)消化分解后產(chǎn)生的降解產(chǎn)物可為瘤胃中的微生物提供能量，促進(jìn)MCP的合成（劉桂瑞等，2012）。當(dāng)奶牛能量不足時(shí)，體內(nèi)的氨基酸會(huì)優(yōu)先被氧化分解用于能量供應(yīng)，使乳腺可利用氨基酸含量減少，從而造成乳蛋白合成受阻（謝云怡，2021）。因此，在實(shí)際生產(chǎn)中以調(diào)整日糧精粗比的方式適當(dāng)增加精料所占比例來提高日糧能量水平，可使奶牛從中獲得更多的能量，以減少體內(nèi)氨基酸的消耗。但需要注意的是，過量的精料會(huì)增加奶牛瘤胃酸中毒的風(fēng)險(xiǎn)。研究發(fā)現(xiàn)，在奶牛日糧中添加高淀粉可使其獲得大量葡萄糖以滿足機(jī)體的能量需要，使乳腺可利用氨基酸含量增加，促進(jìn)乳蛋白產(chǎn)量及泌乳量的提高（Potts等，2015）。表明日糧能量水平與奶牛泌乳量及乳蛋白合成量之間也存在顯著相關(guān)性，在奶牛日糧配制過程中，適當(dāng)補(bǔ)充一些淀粉類精料有利于乳蛋白的合成。

2.2 胃腸道微生物

胃腸道作為奶牛對(duì)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)消化吸收的主要場(chǎng)所，其內(nèi)部的微生物發(fā)揮著重要作用。其中，瘤胃內(nèi)豐富的蛋白質(zhì)降解菌可將日糧中的蛋白質(zhì)降解用于MCP 的合成（朱壽謙，2021）。而MCP 既是小腸吸收氨基酸的重要來源，也是奶牛乳蛋白合成的主要來源。

Brock等（1982）研究發(fā)現(xiàn)，瘤胃中擬桿菌、丁酸弧菌等蛋白質(zhì)降解菌的數(shù)量與MCP 的合成量成正比。說明蛋白質(zhì)降解菌的數(shù)量決定了瘤胃內(nèi)蛋白質(zhì)的利用效率，當(dāng)此類菌群數(shù)量增加時(shí)，使瘤胃內(nèi)降解產(chǎn)生的氨基酸濃度增加，促進(jìn)MCP 的合成，同時(shí)可提高小腸中可消化蛋白與氨基酸的含量，為乳蛋白合成提供充足的前體物。此外，瘤胃中丙酸產(chǎn)量與奶牛腸道中毛螺菌屬的豐度呈正相關(guān)性，該菌群數(shù)量越多，丙酸含量越高，促使乳蛋白率和泌乳量增加（郭冬生等，2007）。這是由于丙酸作為生糖前體物可為泌乳高峰期的奶牛提供大量葡萄糖，以滿足乳蛋白合成的能量需求。吳建民等（2020）提出，處于相同日糧水平及飼養(yǎng)環(huán)境的奶牛，瘤胃中反芻瘤胃亞菌（Prevotella ruminicola）和三角酵母屬（Trigonopsis）的相對(duì)含量較高時(shí)，可提高乳蛋白產(chǎn)量，這可能是二者均可促進(jìn)瘤胃內(nèi)氨基酸代謝所引起。因此，胃腸道微生物可通過提高瘤胃內(nèi)氨基酸的利用效率、增加乳蛋白合成過程中的能量供應(yīng)來促進(jìn)乳蛋白的合成。

2.3 乳腺血流量及血中氨基酸濃度

乳腺血流量是評(píng)估乳腺組織對(duì)血中游離氨基酸吸收與利用程度的重要指標(biāo)之一（劉桂梅，2016）。Cieslar等（2014）研究指出，乳腺血流量與氨基酸轉(zhuǎn)運(yùn)存在協(xié)同作用，當(dāng)血中缺乏單一氨基酸時(shí)，會(huì)引起乳腺血流量升高，這可能是乳腺細(xì)胞分泌局部血管擴(kuò)張因子引起的。表明奶牛的乳腺組織可根據(jù)內(nèi)部氨基酸的代謝活動(dòng)產(chǎn)生一定調(diào)節(jié)自身血流量的能力，使乳腺內(nèi)血管擴(kuò)張，從而增加其對(duì)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的攝入，以減少因單一氨基酸缺乏而引起的乳蛋白合成效率低下。此時(shí)，可通過提高乳腺對(duì)氨基酸的清除率來增加其對(duì)氨基酸的利用效率，以維持乳蛋白合成的需要（Grala等，2011）。研究發(fā)現(xiàn)，奶牛動(dòng)脈血中缺乏組氨酸（His）或蛋氨酸（Met）時(shí)，乳腺血流量顯著升高，使乳腺對(duì)這兩種氨基酸的吸收和轉(zhuǎn)運(yùn)能力增強(qiáng)，提高其對(duì)氨基酸的利用效率（夏芳，2014）。表明增加乳腺血流量可增加血中氨基酸濃度，使單位時(shí)間內(nèi)流經(jīng)乳腺組織的乳蛋白合成前體物濃度升高，能夠有效提高乳蛋白合成率。

此外，血中氨基酸濃度也會(huì)影響乳蛋白的合成。在實(shí)際生產(chǎn)中，給奶牛補(bǔ)充過瘤胃氨基酸（RPAA）、亮氨酸（Leu）及精氨酸（Arg）后，可增加血中氨基酸濃度。姜富貴等（2021）分別為高產(chǎn)奶牛補(bǔ)飼18、35 g/d的過瘤胃蛋氨酸和賴氨酸混合物后，可提高小腸對(duì)氨基酸的吸收效率，促使乳蛋白產(chǎn)量增加。這是由于RPAA 能夠減少在瘤胃中的降解，使到達(dá)小腸后被吸收并釋放入血的氨基酸總量增加，從而增加流經(jīng)乳腺組織的氨基酸含量，為乳蛋白合成提供充足前體物。研究發(fā)現(xiàn)，給奶牛每日灌注含Leu 30.2 g 的必需氨基酸混合物后，其血中氨基酸濃度得到提升，其中Leu濃度提高65.9%，His、異亮氨酸（Ile）及賴氨酸（Lys）濃度分別提高40.1%、31.5%和36.9%。與此同時(shí)，乳蛋白產(chǎn)量比灌注前提高約7%（田雯，2017）。證明乳蛋白合成與血中氨基酸濃度密切相關(guān)。周剛等（2019）發(fā)現(xiàn)給泌乳中期奶牛頸靜脈灌注37.66 g/d Arg后，不僅可提高泌乳量，還使乳蛋白率上調(diào)3.0%～3.7%。這是由于血中Arg 濃度增加使JAK-STAT5 信號(hào)通路被激活，顯著提高了CSN1S1、CSN1S2基因的表達(dá)引起的，說明增加血中氨基酸濃度可有效提高乳蛋白水平和泌乳量。

2.4 血中可利用氨基酸比例

在乳蛋白合成過程中，血中可利用氨基酸比例的改變會(huì)對(duì)乳蛋白合成產(chǎn)生積極影響。趙圣國(guó)等（2016）給乳腺細(xì)胞外源補(bǔ)充Lys與Met比例接近3∶1的氨基酸混合液后，酪蛋白合成量顯著提高。說明Lys 與Met 作為影響乳蛋白合成的主要限制性氨基酸，可通過改善乳腺細(xì)胞吸收的氨基酸比例來提高乳蛋白的合成效率。此外，向乳腺細(xì)胞中添加濃度接近15∶5∶9∶1 的Lys、Met、蘇氨酸（Thr）及苯丙氨酸（Phe）后，也可促進(jìn)酪蛋白的合成（吳慧慧，2007）。這是由于4 種氨基酸的適宜比例可提高乳腺細(xì)胞的活力，促進(jìn)其增殖，使合成乳蛋白的細(xì)胞數(shù)量增加，從而提高乳蛋白產(chǎn)量。表明當(dāng)流經(jīng)乳腺組織的血中可利用氨基酸達(dá)到最適比例時(shí)是可以有效提高乳蛋白合成效率的。

2.5 氨基酸載體的轉(zhuǎn)運(yùn)效率

氨基酸作為乳蛋白合成的基礎(chǔ)，是通過乳腺細(xì)胞膜上豐富的氨基酸轉(zhuǎn)運(yùn)載體實(shí)現(xiàn)跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)的。當(dāng)血中氨基酸供應(yīng)充足時(shí)，氨基酸載體的轉(zhuǎn)運(yùn)效率就是影響乳蛋白合成的重要因素。研究發(fā)現(xiàn)，Leu、Arg 及Met 主要是通過乳腺細(xì)胞膜上LAT1/4F2hc、LAT2/4F2hc、CAT1/2等氨基酸轉(zhuǎn)運(yùn)載體進(jìn)入細(xì)胞的（Lopez等，2007）。田雯（2017）在缺乏Leu 條件下培養(yǎng)奶牛乳腺上皮細(xì)胞，其LAT1基因的表達(dá)顯著下調(diào)，并使LAT1和亮氨酰-tRNA 合成酶介導(dǎo)的mTOR 信號(hào)通路表達(dá)受到抑制，最終影響酪蛋白的合成。證明Leu缺乏可降低乳腺細(xì)胞膜上相應(yīng)載體的活力，進(jìn)而影響細(xì)胞中Leu 的轉(zhuǎn)運(yùn)效率，減少乳蛋白的合成。因此，可通過補(bǔ)充適宜濃度的Leu 來激活乳腺細(xì)胞膜上相應(yīng)載體的轉(zhuǎn)運(yùn)活力，增加進(jìn)入胞內(nèi)的氨基酸濃度，實(shí)現(xiàn)對(duì)乳蛋白合成的正向調(diào)控。研究發(fā)現(xiàn)，Arg 可通過CAT1/2 轉(zhuǎn)運(yùn)載體實(shí)現(xiàn)向乳腺細(xì)胞中的單向轉(zhuǎn)運(yùn)，當(dāng)二者結(jié)合后進(jìn)入細(xì)胞，可參與乳蛋白的合成過程（Manjarin等，2014）。說明CAT1/2載體的轉(zhuǎn)運(yùn)效率可直接影響進(jìn)入乳腺細(xì)胞中的Arg 濃度，從而影響乳蛋白的合成。同時(shí)，Met作為奶牛第一限制性氨基酸，對(duì)乳蛋白合成具有重要影響。有研究報(bào)道，添加Met后，可促進(jìn)乳腺細(xì)胞膜上多種氨基酸轉(zhuǎn)運(yùn)載體的表達(dá)，提高氨基酸轉(zhuǎn)運(yùn)效率，從而增加乳蛋白的合成（Lin 等，2018；Qi 等，2018；Dai 等，2019））。說明氨基酸載體的轉(zhuǎn)運(yùn)效率對(duì)于乳蛋白合成具有顯著影響。

3 乳蛋白合成相關(guān)基因表達(dá)的研究進(jìn)展

奶牛乳蛋白合成效率的提升可通過調(diào)控與其相關(guān)基因的表達(dá)來實(shí)現(xiàn)。其中，GPIHBP1、ACSL1及LTF基因與奶牛生產(chǎn)性能有關(guān)，是乳蛋白合成的潛在功能基 因（Dong 等，2020；Liang 等，2020；Raschia 等，2018）。通過上調(diào)或下調(diào)這3種基因的表達(dá)可有效改善乳成分并提高奶牛的泌乳性能。

其中，GPIHBP1是一種分子量為28 ku 的糖蛋白，主要由信號(hào)肽、氨基末端的酸性域、淋巴細(xì)胞抗原6 結(jié)構(gòu)域及GPI 錨定結(jié)構(gòu)域組成（Beigneux 等，2009）。研究發(fā)現(xiàn)，在泌乳奶牛乳腺組織中GPIHBP1mRNA的表達(dá)量較高，表明該基因的蛋白質(zhì)產(chǎn)量性狀較高（Jiang 等，2014）。說明GPIHBP1基因可能具有提高產(chǎn)奶量、調(diào)控乳蛋白合成及代謝的相關(guān)功能，這與該基因的啟動(dòng)子區(qū)C/A 突變有關(guān)（李永青等，2022）。當(dāng)其發(fā)生突變后，可抑制啟動(dòng)子活性，使轉(zhuǎn)錄因子的結(jié)合位點(diǎn)發(fā)生改變，進(jìn)而下調(diào)GPIHBP1基因的表達(dá)，使基因型突變?yōu)锳AAG型的奶牛在乳蛋白合成量及乳蛋白率方面呈現(xiàn)出較大優(yōu)勢(shì)（楊潔，2014）。

ACSL1是長(zhǎng)鏈脂酞輔酶A合成酶家族中的一員，編碼該合成酶的ACSL1基因主要存在于脂肪組織及肝臟細(xì)胞內(nèi)膜中，通過對(duì)該基因在轉(zhuǎn)錄水平的調(diào)控可在奶牛乳脂合成與代謝過程中發(fā)揮重要作用（梁莎莎等，2020）。對(duì)泌乳牛進(jìn)行基因組關(guān)聯(lián)分析發(fā)現(xiàn)，ACSL1基因的表達(dá)顯著上調(diào)，表明該基因與脂質(zhì)代謝密切相關(guān)，能夠增加乳中蛋白質(zhì)及脂肪含量，從而改善乳品質(zhì)（Bionaz 等，2011）。這是由ACSL1基因5'端非翻譯區(qū)的單核苷酸多態(tài)性決定的，當(dāng)其內(nèi)部包含的核糖體進(jìn)入位點(diǎn)被激活后，會(huì)引起mRNA 翻譯起始，最終影響乳蛋白的合成過程（Cullen 等，2000）。Bionaz等（2008）研究指出，泌乳高峰期的奶牛乳腺中ACSL1基因的表達(dá)量增加且顯著高于其他組織，同時(shí)可與溶質(zhì)載體家族轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白6（SLC27A6）、脂肪酸結(jié)合蛋白3（FABP3）、1-?；视?3-磷酸O-?；D(zhuǎn)移酶6（AGPAT6）等基因共同作用，提高乳中三酰甘油的水平，顯著增加乳汁中的脂肪含量并有效改善乳成分。證明ACSL1基因?qū)τ谌橹铣删哂兄匾恼{(diào)控作用。

乳鐵轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白（LTF）是由乳腺上皮細(xì)胞表達(dá)和分泌的具有抗菌及免疫調(diào)節(jié)功能的糖蛋白，編碼該蛋白的LTF基因位于牛的第22 號(hào)染色體上，包含17 個(gè)外顯子，基因長(zhǎng)度約為34.5 kb（李強(qiáng)子等，2016）。研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)荷斯坦牛LTF基因的啟動(dòng)子第32 位點(diǎn)（G/C）發(fā)生突變時(shí)，基因型為CC的奶牛乳蛋白含量較高（Muhaghegh 等，2014 等）。表明LTF基因突變后，C 等位基因使奶牛乳腺組織中乳鐵蛋白濃度增加，促使乳汁中的乳蛋白含量升高并有效提高乳產(chǎn)量。Pawlik 等（2014）研究發(fā)現(xiàn)，LTF基因的單核苷酸多態(tài)性也會(huì)影響奶牛的產(chǎn)奶量及乳成分，其中，c.+33G＞A、c.-926G＞A和g.109741625A＞G位點(diǎn)發(fā)揮了主要作用，通過基因位點(diǎn)的突變實(shí)現(xiàn)對(duì)奶牛泌乳性能的調(diào)控，進(jìn)一步證實(shí)LTF基因在奶牛泌乳及乳成分變化過程中的重要作用。

4 氨基酸調(diào)控乳蛋白合成的主要信號(hào)通路

氨基酸不僅是乳蛋白合成的前體物，還可作為信號(hào)分子在轉(zhuǎn)錄和翻譯水平上調(diào)控與乳蛋白合成相關(guān)的mTOR、JAK-STAT 及GCN2-eIF2α信號(hào)通路的表達(dá)，以促進(jìn)乳蛋白的合成。因此，明確氨基酸調(diào)控乳蛋白合成的機(jī)制有利于乳蛋白合成效率的提升。

4.1 氨基酸對(duì)mTOR信號(hào)通路的調(diào)控

mTOR是PI3K相關(guān)激酶家族中的絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶，由mTORC1和mTORC2兩種不同的復(fù)合物組成（高海娜等，2014）。Avruch 等（2009）研究發(fā)現(xiàn)，mTORC1 是通過磷酸化p70S6 激酶1（S6K1）和eIF4E結(jié)合蛋白（4EBP）來促進(jìn)蛋白質(zhì)合成的；而mTORC2可磷酸化PKCa、PKCd和PKCg等因子，實(shí)現(xiàn)對(duì)細(xì)胞活性及增殖的調(diào)控。其中，mTOR信號(hào)通路影響蛋白質(zhì)的翻譯過程，使氨基酸及小肽均可通過G蛋白偶聯(lián)受體或細(xì)胞膜上的氨基酸轉(zhuǎn)運(yùn)載體激活該信號(hào)通路的表達(dá)，實(shí)現(xiàn)對(duì)乳蛋白合成的調(diào)控（Qi等，2022）。

同時(shí)，乳腺細(xì)胞對(duì)血中游離氨基酸的攝取可通過調(diào)控mTOR 信號(hào)通路來增強(qiáng)下游因子4EBP1 和S6K1的磷酸化程度，使細(xì)胞中mRNA 的翻譯進(jìn)程加快，以促進(jìn)乳蛋白的合成（鄭森等，2019）。研究發(fā)現(xiàn)，必需氨基酸可作為信號(hào)分子刺激乳腺細(xì)胞中mTORC1 的活性，在增加mRNA翻譯速度的同時(shí)使mTOR磷酸化程度提高60%以上，從而促進(jìn)乳蛋白基因的高表達(dá)，其中Leu的效果最為顯著（Appuhamy等，2012）。這是由于必需氨基酸可激活mTORC1上游的磷脂酰肌醇3激酶/蛋白激酶B（PI3K/PKB），使下游因子4EBP1 和S6K1 的磷酸化狀態(tài)增強(qiáng)（Cossette 等，2010）。此外，僅提高單一氨基酸的濃度并不會(huì)對(duì)乳蛋白的合成造成顯著影響，但通過優(yōu)化乳腺組織中可利用氨基酸的比例，可提高mTOR 信號(hào)通路的磷酸化水平，進(jìn)一步調(diào)控乳蛋白的合成（Nan 等，2014）。Li 等（2017）研究證實(shí)，當(dāng)乳腺細(xì)胞中Lys 與Met、Thr、Pro、His 和Val 的比例分別達(dá)到2.9∶1、1.8∶1、1.89∶1、2.38∶1 和1.23∶1 時(shí)，mTOR 信號(hào)通路的磷酸化水平增強(qiáng)，促進(jìn)乳中β-酪蛋白的合成。同時(shí)，給乳腺細(xì)胞補(bǔ)充適宜比例（Met∶Phe∶Leu∶Thr∶Trp=158∶95∶1341∶427∶228）的氨基酸后，β-酪蛋白基因的表達(dá)量顯著提高，這是由于氨基酸激活細(xì)胞中mTOR信號(hào)通路引起的（王立娜，2014），表明氨基酸對(duì)mTOR 信號(hào)通路的調(diào)控可提高乳蛋白產(chǎn)量。

4.2 氨基酸對(duì)JAK-STAT信號(hào)通路的調(diào)控

JAK-STAT 信號(hào)通路是由各種細(xì)胞因子、激素與生長(zhǎng)因子激活而發(fā)揮作用的一條較為簡(jiǎn)單的信號(hào)通路，它由受體、Janus 激酶（JAKs）、信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)及轉(zhuǎn)錄活化因子（STATs）組成（黃田英等，2010）。在乳腺細(xì)胞中該通路主要從轉(zhuǎn)錄水平調(diào)控乳腺發(fā)育、產(chǎn)奶量及乳蛋白合成（黃玉玲，2014）。

在泌乳過程中，JAK2-STAT5 信號(hào)通路是通過催乳素與受體結(jié)合使其發(fā)生二聚化，激活JAK2 并促進(jìn)STAT5 的磷酸化，最終形成完整的催乳素與JAK2-STAT5 信號(hào)通路來實(shí)現(xiàn)對(duì)乳蛋白合成的調(diào)控（Khan等，2020）。其中，磷酸化的STAT5與受體分離后進(jìn)入核內(nèi)，完成膜內(nèi)外信號(hào)的轉(zhuǎn)遞，最終與乳蛋白基因啟動(dòng)子位點(diǎn)結(jié)合，啟動(dòng)基因的轉(zhuǎn)錄，達(dá)到提高乳蛋白合成量的目的（Zhang等，2018）。徐柏林（2012）研究提出，給乳腺細(xì)胞中添加556 mg/L Arg后，細(xì)胞的生長(zhǎng)和增殖狀態(tài)良好，且激活了細(xì)胞內(nèi)JAK2-STAT5信號(hào)通路的表達(dá)，促進(jìn)α-酪蛋白和β-酪蛋白的合成。表明Arg可通過調(diào)控該信號(hào)通路促使合成乳蛋白的細(xì)胞數(shù)量增加，從而提高乳蛋白產(chǎn)量。此外，肽結(jié)合氨基酸對(duì)于JAK2-STAT5 信號(hào)通路的調(diào)控、乳腺發(fā)育及乳蛋白的合成也具有重要意義。Yang 等（2015）研究發(fā)現(xiàn)，增加奶牛乳腺細(xì)胞中Met-Met二肽的濃度，可提高JAK2和STAT5基因的表達(dá)豐度，介導(dǎo)α-酪蛋白和β-酪蛋白基因的表達(dá)；相同條件下，若抑制JAK2 的活性，會(huì)引起乳蛋白合成量降低（王彩紅，2018）。表明肽結(jié)合氨基酸是激活JAK2-STAT5信號(hào)通路的關(guān)鍵因子，且有助于乳蛋白合成效率的提高。

4.3 氨基酸對(duì)GCN2-eIF2α信號(hào)通路的調(diào)控

GCN2 是翻譯起始因子2（eIF2）激酶家族中的一般性調(diào)控阻遏蛋白激酶2，它能夠激活真核翻譯啟動(dòng)因子2α（eIF2α）而感知細(xì)胞中任何一種氨基酸水平的高低，當(dāng)胞內(nèi)氨基酸缺乏時(shí)，GCN2 信號(hào)通路被激活，抑制mRNA編碼的蛋白質(zhì)翻譯過程，減少蛋白質(zhì)的合成，為機(jī)體提供更多的能量，從而降低細(xì)胞中因氨基酸缺乏而產(chǎn)生的危害（劉蘭等，2016）。

Bretin等（2015）研究指出，GCN2-eIF2α信號(hào)通路可實(shí)現(xiàn)對(duì)胞內(nèi)氨基酸缺乏的有效監(jiān)管，但過程較為復(fù)雜。首先，該通路借助空載tRNA 去感知并與GCN2含有的組氨酰tRNA 合成酶結(jié)合，使GCN2 磷酸化被激活；其次，磷酸化eIF2α促使與eIF2β結(jié)合的親和力增加，抑制eIF2β的活性，從而減少細(xì)胞中蛋白質(zhì)的合成（Deval 等，2008）。但通過研究發(fā)現(xiàn)，GCN2-eIF2α信號(hào)通路的激活可促進(jìn)含有上游開放閱讀框（uORF）特定mRNA的有效翻譯，增加轉(zhuǎn)錄因子ATF4的產(chǎn)生，使其在許多基因的調(diào)節(jié)區(qū)中具有相應(yīng)的結(jié)合位點(diǎn)，增加細(xì)胞中非必需氨基酸的合成，促進(jìn)氨基酸轉(zhuǎn)運(yùn)載體及合成酶基因的表達(dá)，從而恢復(fù)細(xì)胞內(nèi)各種氨基酸的水平（Br?er 等，2017）。Guo 等（2018）研究提出，奶牛乳腺細(xì)胞中Leu 的缺乏能夠激活GCN2 信號(hào)通路的表達(dá)，抑制蛋白質(zhì)的翻譯過程，最終導(dǎo)致細(xì)胞中蛋白質(zhì)合成的普遍抑制，從而減少胞內(nèi)氨基酸的消耗。這是由于Leu 作為GCN2 信號(hào)通路中的重要調(diào)節(jié)因子，當(dāng)胞內(nèi)Leu缺乏時(shí)，會(huì)引起下游因子eIF2α的磷酸化，從而激活GCN2 信號(hào)通路的表達(dá)。表明單一氨基酸的缺乏可通過對(duì)GCN2 信號(hào)通路的調(diào)控來促進(jìn)機(jī)體蛋白質(zhì)的產(chǎn)生。

5 小結(jié)與展望

奶牛乳蛋白的合成主要受日糧營(yíng)養(yǎng)水平、胃腸道微生物、乳腺血流量及血中氨基酸濃度、血中可利用氨基酸比例等因素的影響。為提高乳蛋白合成效率可通過改善日糧營(yíng)養(yǎng)水平、提高乳腺對(duì)氨基酸的利用效率、調(diào)控乳蛋白合成相關(guān)基因表達(dá)及信號(hào)通路的方式來實(shí)現(xiàn)。但尚未明確可有效提高乳蛋白合成量的最佳氨基酸配比模式。因此，對(duì)于促進(jìn)乳蛋白合成的最佳氨基酸配比模式及相關(guān)機(jī)制的研究仍需進(jìn)行深入探討。