泌乳奶牛乳腺中乳脂肪和乳蛋白合成的互作及其研究进展

白 晨 哈斯额尔敦 敖长金

随着奶牛乳腺中乳蛋白和乳脂肪合成机理研究的不断深入，乳蛋白和乳脂肪在乳腺中合成时是否存在互作关系成为一个亟需研究的课题。为了研究奶牛产乳性能的影响因素及其机制，国内外学者通常通过改变饲粮营养水平或体内灌注乳成分前体物来观测乳成分的变化，体外利用神经内分泌激素、细胞因子或乳成分前体物等刺激乳腺上皮细胞，观测泌乳关键酶、泌乳相关基因表达和泌乳相关信号通路的变化来研究其泌乳机理。现有研究结果表明，乳脂肪和乳蛋白的合成之间存在某种联系，并呈现协同作用［1］。乳腺作为泌乳器官，由于受饲粮营养水平或内分泌调节等因素的影响，乳脂肪和乳蛋白的合成呈现一定的变化趋势。在乳腺内，乳脂肪和乳蛋白的合成在摄取前体物、关键基因的表达等方面是否存在互作效应，是研究乳腺如何利用前体物并合成乳的关键点。

1 乳腺内乳脂肪和乳蛋白合成的前体物及其合成机理

1.1 乳腺内乳脂肪的合成及其前体物

牛乳的成分含量因各种因素的影响而存在很大差异，其中变化最大的成分就是乳脂肪。合成乳脂肪的脂肪酸有2种来源:从血液循环中直接摄取和乳腺上皮细胞内从头合成。其中中短链脂肪酸(4～14C)主要是从头合成;16C脂肪酸一部分是从头合成，一部分是从血液中摄取。长链脂肪酸(16C以上)都是从血液中直接摄取。乳腺上皮细胞从头合成乳脂肪所需的前体物主要是瘤胃的发酵产物挥发性脂肪酸，反刍动物合成乳脂的主要碳源是乙酸和β－羟丁酸。乙酸是乳脂肪合成的主要碳骨架，是脂肪酸从头合成的重要底物。β－羟丁酸是乳腺上皮细胞吸收丁酸而产生的，它促进了反刍动物大约1/2的C1～C4脂肪酸的合成［2］。

1.2 乳腺中乳蛋白的合成及其前体物

90%以上的乳蛋白是由乳腺从血液中摄取氨基酸而合成。乳蛋白的合成在粗面内质网的核糖体上开始，由信号肽引导进入内质网腔，并在内质网和高尔基体内进行磷酸化和糖基化等化学修饰，再由分泌泡转运到上皮细胞顶膜并通过胞吐的方式释放到腺泡腔［3］。乳腺从血液中摄取的游离氨基酸主要用于蛋白质的合成，小部分非游离氨基酸以肽的形式存在于乳蛋白中。乳蛋白的主要成分是酪蛋白、β－乳球蛋白和α－乳白蛋白，这3种蛋白质合成的前体物主要是血液中的游离氨基酸和小肽，由乳腺上皮细胞合成。其中，必需氨基酸(EAA)全部来自血液，非必需氨基酸(NEAA)一部分来自血液，另一部分则由乳腺上皮细胞合成［4］。遗传因素是影响乳蛋白形成的重要因素，尤其是对低产奶量奶牛影响更大。但通过改良品种来提高乳蛋白率需要周期较长，所以通过饲料营养物质调控来提高乳蛋白含量是一种较为有效的途径［5］。

2 饲粮营养水平对乳腺中乳蛋白和乳脂肪合成互作的影响

2.1 提高饲粮脂肪水平的影响

20世纪 80 年代，Palmquist等［6］提出，补充饲粮脂肪，虽然提高了乳脂肪产量，但高脂肪饲粮的饲喂经常伴随着乳蛋白含量的降低。Jenkins等［7］报道在饲粮中补充脂肪，当乳产量和乳脂肪产量升高时，经常伴随着乳蛋白含量的下降，泌乳奶牛每摄入100 g补充脂肪，乳中蛋白质含量下降0.03%，其中酪蛋白含量降低效果最显著，乳清蛋白的含量变化不显著。Rabiee等［8］通过对以往的试验结果进行分析，提出饲喂外源脂肪，乳蛋白率可显著下降或有下降趋势，并显著降低了干物质采食量(DMI)，同时指出，补充钙盐类棕榈酸来源的脂肪相对于补充其他来源的脂肪降低DMI的幅度更大。

已知，高产奶牛常饲喂高谷物饲粮以满足能量需求，但当谷物饲料饲喂超过一定量时，瘤胃发酵发生变化，导致最后乳脂肪率降低，所以通过在饲粮中补充脂肪来提高能量摄入，减少高淀粉的摄入，是一种补充能量、防止乳脂降低的有效途径，但饲喂不同类型的脂肪对乳脂率的影响不同［8］，由于受瘤胃发酵类型、瘤胃氢化作用、小肠消化吸收等因素的影响，饲粮补充脂肪对乳脂肪含量的影响取决于补充脂肪的来源和用量，张振红等［9］提出，一般含饱和脂肪酸高的油脂可以提高乳脂肪产量，且添加的脂肪应是在瘤胃中不易分解的过瘤胃脂肪。近年来饲粮脂肪添加试验所用的添加物无外乎以下几种:动物油脂、钙盐类棕榈酸、油料籽实、颗粒状脂肪酸、其他钙盐类脂肪酸等。Wu等［10］比较分析了83个前人在奶牛饲粮中补充脂肪的试验研究，结果列于表1，可见当饲粮添加脂肪时，其中45个组乳蛋白产量提高，同时产奶量也提高，但由于产奶量提高幅度较大而导致乳蛋白含量降低，也就是所谓的“稀释效应”;同时提出，随着饲粮脂肪的增加，乳产量增加，而当饲粮脂肪水平不超过8%时，乳蛋白产量也增加，表1指出试验组有10个组乳蛋白产量增加且可以看出乳蛋白含量也增加。而当饲粮脂肪超过适当水平时，乳蛋白产量降低，因为高水平的脂肪摄入引起DMI的降低，直接导致蛋白质摄入不足，导致供给合成乳蛋白的氨基酸不足。表1也指出有26个组试验的乳蛋白产量降低是因为DMI的降低引起的，虽然其中11个组的乳产量增加，但可以解释为高产奶牛在泌乳高峰摄入能量不足时，消耗自己体脂来满足泌乳需要，维持乳产量。已知，不同来源的脂肪补充物对乳蛋白含量降低的影响程度不同。奶牛饲粮中补充颗粒状脂肪时对乳蛋白含量降低的影响最小［6］，钙盐类脂肪对其的影响较大［10］。

Wu等［10］提出，饲粮补充脂肪引起乳蛋白含量下降最明显的是酪蛋白含量的下降，而酪蛋白是在乳腺内合成的，所以乳蛋白含量降低的机理出现在乳腺组织里。现已明确，90%的乳蛋白是乳腺组织从血液中摄取氨基酸并在乳腺上皮细胞内合成的，所以乳蛋白含量的降低可能与血流量和血液中氨基酸的含量有关。乳腺对氨基酸的摄取，受血液中氨基酸的含量、动静脉含量差等因素的影响。有学者提出在饲粮中添加脂肪的过程中，由于添加的脂肪酸使血液中游离脂肪酸含量显著升高，乳腺中乳脂肪从头合成过程被抑制，减少了乳腺对乙酸的需求;同时乳腺血流量显著降低，乳腺血流量的降低会减少氨基酸的供应、降低乳蛋白的合成，最终导致乳蛋白含量降低［11］。另外，Chilliard［12］和 Onetti等［13］提出:在奶牛饲粮中添加过瘤胃保护性脂肪时，经常伴随着乳蛋白含量的降低，因为饲喂过瘤胃脂肪后，瘤胃中微生物蛋白合成不足，可利用蛋白质缺乏，导致乳腺氨基酸的摄取减少。King等［14］研究泌乳奶牛饲喂不同氨基酸组成和不同瘤胃降解性的补充蛋白质时提出，乳腺对必需氨基酸的摄取率最高的是甲硫氨酸、赖氨酸和苏氨酸，而这3种氨基酸对于乳合成却最缺乏，提示高摄取率可能意味着乳腺对于乳合成所需的甲硫氨酸、赖氨酸和苏氨酸的需求高于供应。必需氨基酸的摄取率［(动脉氨基酸含量－静脉氨基酸含量)/动脉氨基酸含量)］随着饲粮中添加脂肪而增加［15－16］，这也揭示，饲粮中添加脂肪可能降低了必需氨基酸的供应量，导致乳蛋白合成的降低。

表1 饲喂添加脂肪饲粮泌乳奶牛的乳产量和乳蛋白产量的变化Table 1 Changes in yields of milk and milk protein of dairy cows fed an added fat diet［10］

但也有学者认为，乳蛋白含量的下降是由于乳产量的增加幅度较大，而乳蛋白产量维持不变或小幅度增加，产生所谓的“稀释效应”［17］，使得乳蛋白含量相对降低。Rabiee等［8］对前人开展的59个符合标准的脂肪补充试验作数据分析时发现:饲粮补充脂肪可显著增加或有增加乳产量、乳脂肪产量和乳脂肪含量的趋势，显著或有降低乳蛋白含量的趋势，但乳蛋白产量变化不显著。乳蛋白产量变化不显著而乳蛋白含量降低的现象也间接证实了“稀释效应”的存在。

另外一种说法是乳蛋白含量因饲粮中补充脂肪而下降的现象与葡萄糖代谢有关。由于添加脂肪后饲粮中谷物比例降低，导致葡萄糖前体减少，使用于葡萄糖异生的氨基酸增加，从而减少了乳腺中参与合成乳蛋白的氨基酸量［18］。由于乳腺合成蛋白质的必需氨基酸全部来自于血液，部分非必需氨基酸可在乳腺中利用葡萄糖、乙酸、必需氨基酸来合成，且合成蛋白质所需的能量主要是由乳腺中葡萄糖氧化所产生的ATP提供，合成1 L奶中的蛋白质(30 g)需要7 g葡萄糖氧化供能。而葡萄糖在乳腺中为脂肪酸的从头合成过程提供NADPH，在乳腺细胞粗面内质网上脂酰辅酶A和α－磷酸甘油反应生成甘油三酯后聚集形成乳脂肪小球，并释放到乳腺泡腔中，其中α－磷酸甘油也是由乳腺细胞吸收的葡萄糖发生酵解作用产生的磷酸丙糖还原而成的。有研究表明，十二指肠灌注葡萄糖后会使乳脂肪含量和产量线性降低，乳蛋白产量先上升后下降［19］。由此可见，葡萄糖可能也是乳蛋白和乳脂肪合成之间的一个中间调节物质。

有学者对饲粮添加脂肪引起的乳蛋白含量降低的现象进行了研究。Cant等［20］对饲喂高脂肪、15.4%蛋白质水平饲粮的泌乳中期奶牛进行了十二指肠和皱胃灌注酪蛋白的试验，结果表明:十二指肠灌注酪蛋白可以部分缓解由于添加高脂肪饲粮引起的乳蛋白降低的现象，而皱胃灌注酪蛋白对乳蛋白产量影响不显著(P＞0.10)。Canale等［21］和 Chow 等［17］表明，饲喂瘤胃保护性赖氨酸和蛋氨酸，减轻了奶牛由高脂肪饲粮摄入引起的乳蛋白含量降低，DePeters等［22］也通过饲喂鱼粉观察到了这种现象。这也预示着由饲喂高脂肪饲粮引起的乳蛋白含量降低现象是可以改变的。Vicente等［23］表明，乳蛋白含量降低的现象是可逆的，意味着在撤除饲粮中添加的脂肪后，乳蛋白产量会恢复。这表明高脂肪饲粮不会对乳腺氨基酸摄取和细胞内代谢带来永久性的影响［10］。

2.2 提高饲粮蛋白质水平的影响

前人的研究表明，提高饲粮中粗蛋白质水平对乳蛋白的含量影响不显著。Murphy等［24］和Beever等［25］推断，如果奶牛不是在严重缺乏蛋白质营养的状态下，饲粮中粗蛋白质水平和牛奶中粗蛋白质含量没有相关性。Walker等［26］提出，饲粮营养物质对乳腺分泌细胞中合成重要蛋白质的影响很小。Danes等［27］通过给奶牛饲喂不同粗蛋白质水平精料的试验也间接证实了上述观点。这种现象的出现并不代表饲粮的蛋白质来源对乳蛋白合成的影响甚微，因为乳中的蛋白质是由乳腺摄取的氨基酸合成的，所以不同饲粮的蛋白质来源可能影响乳腺摄取氨基酸的模式及氨基酸的摄取平衡。饲粮氨基酸的水平以及氨基酸的平衡性对泌乳反刍动物乳蛋白的合成和乳产量有直接影响，氨基酸的组成较饲粮蛋白质含量对乳蛋白合成的影响更大。另外，由于奶牛瘤胃中微生物可使劣质蛋白质进行优化，优质蛋白质的生物学价值降低。当饲粮供给蛋白质少时，瘤胃微生物可以通过氮素循环产生微生物蛋白质，意味着胃肠道后段消化吸收的氨基酸及最终达到乳腺的氨基酸可能不同于甚至多于饲粮供给的氨基酸。

奶牛十二脂肠灌注蛋白质后，虽然乳脂肪产量显著增加，但乳脂肪含量显著降低［28］，蛋白质的补充显著提高了乳腺中脂肪的合成，但是这种增加的相对比例比乳产量增加的相对比例小，所以尽管乳脂肪产量增加，但乳脂肪含量依然降低。蛋白质的补充引起乳脂肪含量降低的机理尚不明了。但Maxin等［28］提出蛋白质似乎可以刺激脂肪酸在乳腺的从头合成，增加了中短链脂肪酸的百分比，降低了长链脂肪酸的百分比，中短链脂肪酸的增加可能与动脉中乳脂肪前体物含量的增加或乳腺对乳脂肪酸合成前体物的摄取效率的增加有关［29－31］。由于影响因素复杂，补充蛋白质对乳脂肪合成的影响可能是间接的，但尚需进一步的试验研究证实。

乳腺摄取不同的氨基酸合成乳蛋白时，对乳脂肪的合成也有相应的作用。Weekes等［32］报道:赖氨酸和组氨酸的缺乏会显著增加乳脂肪的产量。然而，必需氨基酸对乳腺乳脂肪合成的作用却说法不一，何伯萍等［1］提出，蛋氨酸和赖氨酸上调了乳腺上皮细胞β－酪蛋白编码基因(CSN2)和乙酰辅酶A羧化酶α基因(ACACA)的mRNA表达。目前国内外研究主要集中于不同氨基酸模式对乳腺乳蛋白合成的影响并寻找提高乳蛋白含量的理想氨基酸模式。有研究表明，不同氨基酸模式不仅对α－酪蛋白的合成有影响，还对脂肪合成关键酶的活性和甘油三酯的分泌有影响［33］。此外，Hopkins等［34］报道，当奶牛饲喂低纤维饲粮时，补充支链氨基酸能够减轻乳脂肪降低综合征(MFD)，可见支链氨基酸在体内除用于蛋白质合成外，还影响乳腺内脂肪酸的合成。Haque等［35］报道缬氨酸的不足引发了对其他支链氨基酸的利用不足，指出支链氨基酸之间存在的互作效应使一种支链氨基酸的不足可能干涉乳腺对其他2种支链氨基酸的利用。郑春田等［36］报道，支链氨基酸可能通过促进催乳素的分泌而刺激产奶量，乳中干物质、粗蛋白质和乳脂肪含量的提高。

2.3 β－乳球蛋白的影响

乳腺合成的乳蛋白主要是酪蛋白和乳清蛋白。乳清蛋白中的β－乳球蛋白对乳脂肪合成有一定的作用。β－乳球蛋白是乳腺上皮细胞合成的特有蛋白质，是常乳乳清蛋白中的主要蛋白质，占乳清蛋白的 50%，占总蛋白的 12%［37］。Spector等［38］通过放射标记脂肪酸发现，β－乳球蛋白在体外与脂肪酸互相影响。此外，Puyol等［39］做竞争性试验时发现:体内游离脂肪酸和视黄醇与β－乳球蛋白结合时具有竞争性，阐述了β－乳球蛋白可以与体内的部分游离脂肪酸结合，并对不同长度碳链的游离脂肪酸有不同的结合强度。这些结果提示β－乳球蛋白可能是将脂肪酸运输进乳腺的一个载体。Pérez等［40］也指出:脂肪酸与 β－乳球蛋白结合显著提高了乳腺细胞对脂肪酸的摄取。该机理还需从不同水平予以解释，所以尚需进一步验证。

3 饲粮能量载体物质的影响

当奶牛处于能量正平衡时很难动用体脂肪并将其转运入乳腺，此时，泌乳期的饲粮脂肪是乳脂肪的唯一来源。Ørskov等［41］给泌乳早期奶牛皱胃内灌注酪蛋白后发现产奶量虽然显著提高，但体重显著下降。这可以解释为泌乳早期奶牛，尤其是高产奶牛体内能量处于负平衡状态，由于泌乳需要，乳腺合成乳脂肪的脂肪酸主要来自体脂的降解和饲粮的供给，而体内脂肪酸从头合成过程减少［42］。Auldist等［43］也报道，泌乳早期的奶牛乳中长链脂肪酸(除油酸外)的含量达到最高，中短链脂肪酸(除软脂酸外)的含量达到最低。泌乳早期奶牛增加瘤胃可利用蛋白质的供应可以显著提高体脂的利用效率。当机体能量充足时，体内用于供能的氨基酸减少，使更多的氨基酸被乳腺摄取并用于合成乳蛋白，而且能量充足时，瘤胃中微生物蛋白质合成增加，氨基酸含量增加，有利于乳蛋白的合成。近年来的大量研究表明，泌乳奶牛的饲粮中添加脂肪是补充奶牛能量的理想方法。奶牛饲喂添加脂肪的饲粮可以增加奶产量，因为其增加了能量摄入，改善了能量的利用效率［44］。Palmquist等［6］指出，为了提高产奶量，应该添加脂肪来提高饲粮能量含量，同时保持足够的纤维摄入用以合成乳脂肪。

饲料中精料与粗料的比例及其组成也是影响乳蛋白和乳脂肪含量与产量的重要因素，通过不同的饲粮组成对乳蛋白和乳脂肪在乳腺内的合成及互作效应影响的研究也取得了一定的进展。有研究指出，在高精料饲粮水平下，乳脂肪前体物不仅生成不足，而且乳腺中乳脂肪的从头合成过程受到抑制，导致乳脂率降低［45］。Jenkins等［7］报道，高淀粉饲粮条件下乳脂肪降低的现象很可能是由于高淀粉摄入和较低中性洗涤纤维摄入而导致的。这可能是因为非纤维性碳水化合物，尤其是淀粉含量的增加而导致大量淀粉经消化后转化为葡萄糖，由于奶牛摄入有效纤维降低，使得乳脂肪合成前体物乙酸、丁酸的含量降低而导致的。Firkins等［46］发现，随着谷物的摄入增加，乳蛋白含量也显著增加;饲粮淀粉水平的提高显著增加了乳产量和乳蛋白含量，却显著降低了纤维的消化性、乳脂肪和尿素氮的含量;当奶牛饲喂高纤维饲粮的饲粮时，显著降低了DMI和乳蛋白的含量，却显著提高了乳脂肪含量。在采食高水平谷物饲料条件下，乳腺组织中脂肪合成会显著降低，产奶量和乳蛋白含量则显著增加［47］。此类现象也与乳腺中乳脂肪和乳蛋白合成前体物乙酸、丁酸和丙酸的浓度变化有关。乙酸和丁酸是合成乳脂肪的重要前体物，而丙酸则是葡萄糖异生的前体物，所以乙酸+丁酸与丙酸的比例直接影响乳腺合成乳脂肪和乳蛋白的效率。Latham等［48］指出，通过补充谷物饲料来提高奶牛的代谢能摄入，可以显著增加微生物蛋白质的产出比例，降低瘤胃中乙酸/丙酸，使得乳蛋白含量升高而乳脂肪含量下降。

4 激素和细胞因子的影响

随着营养因素对乳腺影响的研究，乳腺泌乳相关酶基因及信号通路的研究也取得了进展，初步探明了少数功能基因，如乳脂肪合成相关酶和基因:脂肪酸合成酶(FASN)、脂蛋白酯酶(LPL)、ACACA、硬脂酰辅酶A去饱和酶(SCD)、脂肪酸结合蛋白(FABP)等及其基因;乳蛋白合成相关基因:αS1－酪蛋白编码基因、αS2－酪蛋白编码基因、CSN2、κ－酪蛋白编码基因(CSN3)等;乳蛋白和乳脂肪合成的转录因子，如固醇调节元件结合蛋白(SREBP)、过氧化物酶体增殖物激活受体(PPAR)等。奶牛体内激素研究也在不断深入，激素在牛奶品质形成过程中具有重要的调控作用［49］。激素和细胞因子受饲粮营养因素或体内代谢因素等的影响，对泌乳相关基因表达产生促进或抑制的效应，来调节乳蛋白和乳脂肪的产出。

4.1 胰岛素

提高饲粮中碳水化合物含量，可使瘤胃中丙酸的比例显著提高，刺激胰岛素分泌，显著提高乳蛋白含量。Griinari等［50］报道，营养充足并合理饲喂的奶牛瘤胃灌注酪蛋白时血液胰岛素水平显著提升，同时乳蛋白产量显著增加了28%。乳蛋白的产出似乎并不只依赖于氨基酸的供给和乳腺对氨基酸的摄取，同样依赖于内分泌激素［51］。胰岛素提高乳蛋白含量的机理可以解释为，其与奶牛乳腺上皮细胞的受体结合后激活PI3K/Akt信号通路，促进雷帕霉素靶点(mTOR)的磷酸化，提高真核起始因子4E结合蛋白1(4E－BP1)磷酸化水平，抑制真核延伸因子(eEF2)磷酸化水平，从而促进乳蛋白的合成［52］。有研究指出，皱胃灌注胰岛素后乳脂肪含量极显著降低，乳蛋白/乳脂肪极显著增加［51］。Maxin 等［28］给奶牛瘤胃灌注丙酸和葡萄糖时发现，乳脂肪产量和含量都显著降低。这些现象可以解释为血液中葡萄糖含量的提高刺激胰岛素分泌的增加，引起更多的脂肪酸优先合成脂肪组织，而不是被乳腺摄取参与乳脂肪的合成，而胰岛素又促进了乳蛋白的合成，所以乳蛋白/乳脂肪极显著增加。然而，有学者利用葡萄糖－胰岛素方法得到的结果表明，胰岛素的理论并不能全面解释乳脂肪降低的现象［53］，因此丙酸和葡萄糖引起的乳脂肪含量降低的机理仍旧不很清楚。胰岛素与其他激素，如氢化可的松、催乳素、生长激素等的互作对乳腺利用养分合成乳起重要调控作用。王皓宇等［54］提出，体外培养的乳腺上皮细胞在催乳素和氢化可的松的基础上，外源添加的胰岛素通过 JAK2－STAT5、PI3K/Akt/mTOR和固醇调节元件结合蛋白(SREBP)信号通路调节CSN2、CSN3、ACACA和 FASN基因 mRNA的表达。这提示，胰岛素与氢化可的松和催乳素共同作用，能够调节乳脂肪和乳蛋白在乳腺内的合成。有研究表明，胰岛素与生长激素共同作用可以显著提高牛奶中总蛋白和酪蛋白的含量［55］。Brockman等［56］指出尽管胰岛素对乳腺摄取氨基酸的影响很小，但胰岛素和生长激素能够协同作用促进乳腺对氨基酸的摄取。

4.2 生长激素

有研究表明，生长激素可抑制氨基酸分解，增加乳腺血流量进而促进乳腺对氨基酸的摄取，增加乳蛋白产量，促进α－酪蛋白的合成［57］和β－酪蛋白的基因表达［58］。饲粮中补充脂肪导致乳蛋白含量降低是由于血液中脂肪酸含量的升高驱使机体释放生长激素减少，从而降低了乳腺摄取氨基酸的能力［15］。给泌乳后期奶牛注入生长激素后发现，奶牛体内游离脂肪酸含量显著上升，这可能是奶牛体贮脂肪分解增加所致［59］;生长激素也可促进脂肪组织分解的作用，因为生长激素可以促进腺苷酸环化酶的合成;随着循环中生长激素浓度的增加，脂肪组织中的腺苷酸环化酶合成也增加，由于腺苷酸环化酶能够将ATP转变成cAMP，引起细胞的信号应答，从而促进脂肪分解。生长激素与体内游离脂肪酸含量之间关系还需要进一步的研究，所以该现象暂无法合理解释。Colin等［59］分别对泌乳早期和泌乳后期荷斯坦奶牛注射生长激素，结果显示，2个泌乳阶段乳产量显著增加。所以生长激素对乳腺乳蛋白和乳脂肪合成的影响可能受更多方面的影响，暂无完整的理论来阐述，但有学者提出，生长激素可能与其他激素或细胞因子互作从而影响乳蛋白和乳脂肪的合成。王星凌等［60］提出，增加生长激素可以刺激肝脏胰岛素样生长因子Ⅰ(IGF－Ⅰ)的释放，然后通过反馈机制，IGF－Ⅰ又抑制垂体生长激素的释放，IGF－Ⅰ可以作用于乳腺上皮细胞的IGF受体，促进乳蛋白的合成。

4.3 IGF-Ⅰ

IGF－Ⅰ是一种重要的细胞因子，可以促进乳腺的生长和发育。IGF－Ⅰ能促进奶牛乳腺上皮细胞蛋白质的合成［61］。在体外，IGF－Ⅰ能够显著促进β－酪蛋白的合成，在一定浓度范围内显著促进ACACA的合成，IGF－Ⅰ对乳脂肪合成的促进作用没有对乳蛋白合成的促进作用明显，当IGF－Ⅰ接近生理浓度时，对乳脂肪合成的促进作用已经到达高峰，再增加浓度不会继续促进，但对β－酪蛋白合成的促进作用可以随着IGF－Ⅰ的浓度增加而显著提高［1］。

4.4 催乳素

催乳素的主要功能是发动并维持泌乳，在奶牛不同的泌乳阶段，催乳素的水平及其对乳腺的作用也不同。催乳素诱导cAMP激活蛋白激酶，从而促使糖原和脂肪的分解。催乳素在泌乳期对乳蛋白合成有调控作用，通过JAK2－STAT5信号通路诱导乳蛋白基因的表达［62］。最新体外研究表明:催乳素显著增加了乳腺组织中α－乳清蛋白和β－酪蛋白的基因表达量，并且极显著提高了固醇调节元件连接转录因子(SREBF1)、FASN基因、ACACA和硬脂酰辅酶A去饱和酶基因(SCD)的表达［63］，说明催乳素显著提高了乳蛋白和乳脂肪生成基因的表达。

4.5 瘦素

瘦素(leptin)主要由脂肪组织分泌，是一种脂肪分解因子，可以提高脂肪酸的氧化［64］。瘦素与其受体结合时，可以启动 JAK2－STAT和 JAK2－MAPK/ERK信号转导途径，促进乳蛋白基因表达。有研究表明，瘦素可以促进奶牛乳腺中乳脂肪酸的合成，以及上调α－酪蛋白和β－乳球蛋白的表达量［65］。Feuermann 等［66］提出，瘦素与催乳素和雌激素结合可以显著提高乳蛋白中β－乳球蛋白的表达量，但仅有瘦素时对β－乳球蛋白的表达量影响不显著。瘦素在能量代谢方面具有协调的重要作用，可以协调产乳期间的能量损耗，同时也受体内能量水平的影响，能量不足时刺激白脂肪组织合成瘦素。

4.6 细菌内毒素脂多糖(LPS)

奶牛在发生亚急性瘤胃酸中毒时，瘤胃会产生某些代谢产物，如LPS等［67］。LPS可以影响机体的代谢，有研究表明，血浆中非酯化脂肪酸含量的升高与瘤胃中内毒素含量的升高有很强的相关性［68］。LPS也对乳脂肪和乳蛋白的合成有一定的影响。LPS可动员机体氨基酸用于急性期蛋白质的合成，影响合成乳蛋白的氨基酸组成和含量，影响蛋白质合成通路mTOR和JAK2/STAT5信号通路［69］。也有研究表明，饲喂谷物饲粮诱导的LPS含量上升可以导致乳脂肪的合成受到显著抑制［70］。有前人试验结果指出，LPS主要是对某些乳腺脂肪酸合成关键酶的调控来降低乳脂肪合成，如 ACACA 和 FASN 等［71］。张养东［69］对奶牛阴外动脉灌注LPS发现，灌注LPS使乳脂肪含量和产量都有降低的趋势，但差异不显著，显著提高了乳蛋白的含量，乳蛋白产量差异不显著，显著增加了STAT5 mRNA的表达，当LPS含量上升到10 ng/mL时极显著增加了脂肪酸转运蛋白CD36的表达，但ACACA和FASN的表达受到抑制。关于LPS对乳腺内乳蛋白和乳脂肪合成互作机理的研究应放在分子水平上，学者们还需对LPS诱导的乳成分变化作进一步研究。

随着对激素研究的不断深入，大量的试验结果指出，各个激素及细胞因子之间存在一定的互作联系，可通过细胞分子、信号转导等途径对乳腺泌乳和乳蛋白、乳脂肪的产出进行调节，所以激素和细胞因子对乳腺中乳蛋白和乳脂肪的互作影响还亟需进一步综合的试验数据来证实。

5 小 结

乳腺中乳脂肪和乳蛋白的合成互作已经成为国内外研究的热点。虽然单独对乳脂肪和乳蛋白合成机理的研究已经取得了显著成果，但关于二者在乳腺内合成互作的研究才处于启始阶段。本文从饲粮营养因素和激素细胞因子因素简单地对二者的互作机理进行了阐述，得出饲粮营养水平、饲粮配比、能量载体物质组成、葡萄糖代谢、生长激素和胰岛素等激素及细胞因子(如IGF－Ⅰ)都对乳腺内乳蛋白和乳脂肪合成的互作效应有一定的影响，并且某些因素之间也存在一定的互作效应，但具体的机理还需要进一步证实，虽然饲粮营养水平的研究已经取得一定的进展，但细胞分子水平的机制还亟需进一步的研究。

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