牦牛蛋白质研究进展

王 靖，徐 芳，张婧捷，韩 迪，杨 孔

(1.农业部食物与营养发展研究所，北京 100081；2.西南民族大学生命科学与技术学院，四川 成都 610041；3.西南民族大学青藏高原研究院，四川 成都 610041)

牦牛，偶蹄目，反刍亚目，牛科，牛亚科，牦牛属.牦牛发源于中国，适应高寒生态条件，能忍受零下30～40 ℃的低温，主要生活在海拔高达3 200 ～4 800米的高原上，如我国的青海、四川、西藏、新疆等省区，因此也被称为“高原之舟”.牦牛是一种能适应我国高原地区特殊环境的优势畜种，更是高原地区特有的丰富资源.因此，牦牛是高原地区牧民赖以生存和发展的物质基础，同时也是西部牧区重点发展的优势产业，更是促进藏区经济发展和社会稳定不可或缺的部分[1].

近年来，随着对牦牛的不断深入研究，牦牛越来越多的价值被发现并利用，牦牛蛋白质便是其中之一.蛋白质是生命活动的承担者，更是人体生长发育所必须的一大营养物质. 牦牛由于生长在高寒、高海拔、无污染的环境且平时放牧都自由采食大量特色植物和多种名贵中药材[2]，所以牦牛蛋白具有极高的营养价值和利用价值. 一直以来，学者们通过利用蛋白组学相关方法和技术对牦牛的蛋白质和蛋白产品进行研究，发现了一些具有特殊功能的蛋白质，如牦牛活性蛋白、牦牛肝蛋白等，同时也揭示了多种牦牛蛋白产品的营养价值与利用价值，如牦牛的乳、肉蛋白、皮胶原蛋白、骨胶原蛋白等，以下将就这些方面作简要概述.

1 牦牛蛋白质组学

蛋白质组学是指通过大规模、高通量水平去研究机体或细胞内动态变化蛋白质的修饰后翻译、表达水平及分子组成，从而更深层次地探究细胞活动规律、蛋白质功能和蛋白质之间的关系.蛋白质组学技术的流程主要包括蛋白质的分离、鉴定、生物信息学分析这三个关键部分[3].蛋白质组学是生命科学研究进入后基因组时代的里程碑，也是后基因组时代生命科学研究的核心内容之一[4].通过蛋白质组学相关技术可以了解认识牦牛各组织蛋白的特点、结构、功能等，从而为研究牦牛的生长、繁殖、营养、价值等方面提供参考及依据.

1.1 牦牛蛋白质的化学修饰

蛋白质化学修饰是指利用相应的技术改变蛋白质的化学结构从而引起蛋白自身功能及生物活性改变.蛋白质的化学修饰可以赋予蛋白质一些新的功能及改善某些重要的功能，如在食品加工的过程中可以增强食物的稳定性，提高食品质量；在生物医药方面，可以改善药用蛋白质的免疫原性等[5].蛋白质的化学修饰在牦牛蛋白的研究中也有较多利用，以下将就牦牛蛋白质的修饰作简要介绍.

1.1.1 利用琥珀酰化技术修饰改善牦牛乳酪的蛋白胶束结构及其疏水性

科学研究中常利用琥珀酰化来改善蛋白质食品的功能性质，提高其营养价值. 牦牛乳是我国高原地区的特有资源.杨敏等人探究了琥珀酰化修饰作用对牦牛乳酪蛋白胶束结构的影响，他们首先通过动态光射散技术及傅里叶变换红外光谱分别分析了酪蛋白胶束在修饰前后其粒径和二级结构的变化，然后再通过扫描电镜对酰化修饰后的酪蛋白的表面形貌进行了观察.结果显示，经过琥珀酰化修饰后的牦牛乳酪蛋白胶束结构发生了改变，且其疏水性也显著降低.牦牛乳酪蛋白的琥珀酰化可以为其改性研究提供一定的参考依据[6].

1.1.2 牦牛血红蛋白的糖基化

牦牛血富含血红蛋白，能提供大量的蛋白及色素资源，是牦牛屠宰加工过程中的主要副产物. 但大部分牦牛血都被当作废弃物扔掉，不仅严重污染了环境还造成了资源的浪费[7]. 所以，如何充分利用挖掘牦牛血的价值，使其变为于人类有利的产品成了目前的一大迫切问题.有学者提出，可以将大量的牦牛血制成亚硝基血红蛋白，以此来取代亚硝酸盐.

相比于亚硝酸盐，牦牛亚硝基血红蛋白具有以下优点:一是可以使产品具有鲜艳的玫瑰色；二是可以让铁、蛋白质等物质在产品中的含量得到增加；三是可以减少残留在产品中的亚硝酸盐的数量[8].因为亚硝基血红蛋白的结构不稳定，所以易使产品发生降解褪色[9].贡佳欣等人通过美拉德反应让牦牛亚硝基血红蛋白与多糖生成了糖基化亚硝基血红蛋白，从而提高亚硝基血红蛋白各方面的功能特性，解决其使产品降解褪色的问题[10].

1.2 牦牛蛋白质的分离与鉴定

随着对牦牛研究的不断深入，越来越多的技术也被应用到牦牛蛋白质的分离及鉴定中，但目前应用最多且最广泛的是双向电泳质谱法.

付伟等人为了探究双性牦牛与牦牛的睾丸组织中各蛋白质的差异表达，以双性牦牛与牦牛的睾丸蛋白质为实验材料，通过双向电泳分离后，对得到的蛋白质点进行了质谱鉴定，从而推测出双性牦牛的生殖障碍是由于双性牦牛的精子发生了障碍导致的[11].郭宪等人以青海的高原牦牛血浆与卵泡液为实验对象，通过双向电泳技术将牦牛血浆与卵泡液进行分离，然后对得到的蛋白质双向电泳图进行质谱鉴定，从而分析牦牛卵泡液与血浆蛋白质组分随季节的变化[4].

1.3 牦牛蛋白质的生物信息学分析

生物信息学是一门利用生物学、数学、计算机科学的各种技术进行研究同时也囊括生物信息的获取、处理、存储、解释及分析等方面的交叉学科，其目的在于认识及解释许多生物信息学数据中所包含的生物意义[12].在牦牛蛋白质组学的研究中，主要是利用生物信息学技术对未知牦牛蛋白质结构进行分析和预测，从而对各种牦牛蛋白质进行分离和鉴定[13].

段荟芹等人以阿坝州的牦牛心脏组织为实验材料，用生物信息分析技术对牦牛转铁蛋白的结构、疏水性、理化性质、信号肽等进行研究.结果表明牦牛转铁蛋白的理论等电点为8.57，原子数为3 939，氨基酸个数为259 等生物信息，从而推测出该蛋白具有一定的稳定性和保守性.对牦牛转铁蛋白进行生物信息分析不仅为深入研究该蛋白的功能提供了科学参考，更为进一步研究该蛋白的遗传机制提供了理论依据[14].为了探究牦牛适应高原极端环境的机理，刘健锋等人以牦牛脑组织为实验材料，利用生物信息学软件对牦牛脑AQP9 蛋白质的疏水性、蛋白结构、理化性质、跨膜结构等生物信息进行了分析. 结果表明了牦牛AQP9 蛋白质是疏水性蛋白、有6 次跨膜结构、理论等电点为6.21 等生物信息，从而对研究牦牛低氧适应性提供了生物信息学理论依据[15].

2 牦牛的功能蛋白质

牦牛蛋白质具有某些特殊的功能，但目前关于牦牛功能蛋白的研究还较少，且大都还处于初步研究阶段，大量的牦牛功能蛋白还有待研究. 以下简要介绍几种牦牛功能蛋白.

2.1 牦牛蛋白质粉的功能

牦牛蛋白粉中的蛋白质可提高运动员的训练效果及其免疫功能. 蛋白质粉主要由卵黄蛋白、乳清蛋白、酪蛋白等蛋白质组成，由于含有大量的必需氨基酸和营养物质而受到运动员的青睐，是目前最常用的一种运动营养补充剂[16].研究表明，牦牛肉中含有丰富的微量元素、蛋白质、必需氨基酸等对人体有益的营养物质，可以利用酶解法将牦牛肉制备成更有利于机体吸收利用的蛋白质粉.

许小刚等人通过酶解法把藏北地区的牦牛肉制成蛋白质粉，然后再利用调配工艺将牦牛蛋白质粉加工成便于饮用的固体运动补剂，然后研究牦牛蛋白质粉对运动员的训练效果及免疫功能的影响.许小刚等人先让部分运动员连续100 天每餐服用30 克牦牛蛋白质粉，然后让服用牦牛蛋白质粉的运动员与未服用牦牛蛋白质粉的运动员进行一系列的比赛，结果表明实验组的长跑测试成绩和腿部肌肉力量都显著高于对照组.同时，对两组运动员进行免疫学指标检测，结果也表明实验组的免疫水平显著高于对照组，从而证实，牦牛蛋白质粉中的蛋白质可以提高运动的训练效果和免疫功能[17].

2.2 牦牛活性蛋白质的功能

牦牛活性蛋白是一种以健康牦牛的免疫组织为原料，利用生物工程技术及现代生化技术提取、分离、纯化后得到的富含艾克因子的小分子肽.牦牛活性蛋白营养丰富、来源广泛，代谢后会产生有益于机体的营养物质. 牦牛活性蛋白是一种具有多功能的蛋白质，能起到调节免疫系统、抑制肿瘤、升白和激活的作用[18].

2.2.1 牦牛活性蛋白对小鼠具有抗疲劳、延长抗缺氧时间、降血糖的作用

姚星辰等人将60 只健康小鼠分为6 组，每日给实验组喂食不同浓度的牦牛活性蛋白，给对照组喂食等量的生理盐水.连续喂食10 天后将小鼠进行标记，尾部负重7%体重的铅丝并置于25 ℃的游泳箱内，让小鼠自由游泳，记录小鼠游泳至竭力的时间. 实验结果表明实验组小鼠的游泳时间远远高于对照组.说明牦牛活性蛋白可以提高小鼠的体能和耐力，具有一定缓解疲劳的作用.将实验组和对照组小鼠同时放入装有15 克钠石灰的广口瓶中，并用凡士林密封，以停止呼吸为标准观察记录小鼠存活时间.实验结果表明实验组小鼠存活时间显著高于对照组，说明牦牛活性蛋白可以延长小鼠的抗缺氧时间.提高心脑组织对缺氧的耐受力[19].

2.2.2 牦牛活性蛋白对X 射线所致小鼠辐射损伤有一定的改善和保护作用.

为了探究牦牛活性蛋白对被X 射线所伤的小鼠有何影响，姚星辰等人以60 只昆明的小鼠为实验材料，将60 只小鼠随机分成了对照组和实验组.先连续14 天给实验组灌喂牦牛活性蛋白，对照组灌喂等量的生理盐水.14 天后对实验组和对照组进行全身一次性X 射线照射，照射的剂量为5Gy. 照射后的第7天观察对照组和实验组的免疫功能、外周血象、抗氧化酶、骨髓DNA 含量及相关因子的表达. 结果表明，牦牛活性蛋白对X 射线所致的损伤有一定的改善和保护作用[20].

2.3 牦牛肝蛋白质的功能

牦牛肝脏是在进行牦牛屠宰加工中出现的副产物之一.《藏药志》中记载牦牛肝脏是应用非常广泛的一种药材资源，常用于各种肝炎、贫血等疾病的辅助治疗.目前，牦牛肝脏除了用来食用外还未进行更深层次的开发利用[21]. 近来有学者发现牦牛肝蛋白(BGP)可以抑制肝癌患者体内肝癌细胞的增殖并促进其凋亡，具有显著的体外抗肝癌的作用[22].同时还发现牦牛肝蛋白具有体外抗凝血的作用[23].

2.3.1 牦牛肝蛋白具有体外抗肝癌作用

郭洁等人以人的肝癌HepG2 细胞为实验材料，研究牦牛肝蛋白BGP 对肝癌细胞增殖的影响. 结果发现实验组的肝癌细胞增殖数量显著低于对照组且实验组肝癌细胞的外貌形态发生了明显的改变.该实验结果表明牦牛肝蛋白可以抑制肝癌HepG2 细胞的增殖并可以促进其凋亡.对于肝癌的治疗具有深远的意义[22].

2.3.2 牦牛肝蛋白具有体外抗凝血作用

柳青海等人以家兔和牦牛的三种肝蛋白(BGP1、BGP2、BGP3)为实验材料，从家兔耳缘静脉抽取血液后将其置于放有3.8%的柠檬酸钠抗凝液的离心管中，离心后收集上清液，然后再加入牦牛肝蛋白后分别测定血液的各抗凝活性APTT、TT、PT. 结果表明，牦牛的三种肝蛋白都具有较显著的体外抗凝血作用[23].

上述牦牛功能蛋白大都处于动物实验阶段，还未进行人体效应研究，相信随着研究深入开展，将会有越来越多的牦牛功能蛋白被发现，并用于人类的生产生活中.

3 牦牛蛋白产品

牦牛是我国的一种珍稀动物，因其生长在无污染、高寒的地区且平时在外放牧都自由采食多样名贵药材和各种阴湿植物，所以牦牛蛋白产品在生物性能、营养成分、食品安全等方面都具有较高的利用价值[2].目前已从牦牛肉、乳、皮、骨等组织部位开发出了各种具有极高价值的牦牛蛋白产品，只是由于各方面的原因，这些产品还未大量地面向市场.

3.1 牦牛乳及其加工产品

牦牛乳是高原地区特有的一种资源，与常乳相比，牦牛乳具有高蛋白、高乳糖、高维生素、高必需氨基酸、低胆固醇、富含矿物质元素等优点，且因为牦牛生长在高海拔、无污染的高原地区，因此牦牛乳也被称为“奶中极品”[24].牦牛酸奶因具有独特的风味、多种益生功能及更高的营养价值而备受牧民的喜爱.除了将牦牛鲜奶制成酸奶外，牧民们还利用传统的方法把牦牛乳加工成生黄油、奶茶、奶酪、奶粉等食品. 所以牦牛乳不仅是牧民们日常赖以生存的基本奶源，更是牧民们的一大经济来源[25].

与其他动物乳相比，牦牛乳中的必需脂肪酸、矿物质、必需氨基酸、乳糖的含量都更接近于人乳，且牦牛乳含有的蛋白质、乳糖、维生素等营养物质都高于普通的羊牛乳.牦牛乳还含有一些特有的功能性脂肪酸，如二十二碳六烯酸和二十碳五烯酸等. 从安全性上讲，牦牛乳中特有的蛋白质更易于消化吸收且不易引起过敏[26].同时，学者从通过自然发酵的牦牛酸奶中分离出了水溶性胆固醇降解率较高的乳酸菌株，从而证实经自然发酵的牦牛酸奶具有降胆固醇的作用[27].

牦牛乳及其加工产品虽然具有极高的营养价值，但这一特色资源到目前为止都还未被完全开发和利用，大部分都是牧民自己食用，只有一小部分被销往外地.究其原因有以下几方面，一是牦牛的产奶量少，且牦牛的泌乳高峰期的期间牦牛大部分都在偏远的草场进行放牧，交通工具不容易到达. 二是由于人力及财力的缺乏，当地的乳品产业无法更好地对这一资源进行开发利用.三是牦牛乳很难保鲜[28].

3.2 牦牛胶原蛋白

胶原蛋白主要以不溶性纤维的形式广泛存在于动物的骨骼、皮肤、血管、肌腱等组织中，是一种脊椎动物富含的蛋白质[29]. 胶原蛋白具有促进机体的细胞发育、迁移，参与机体各组织的形成及功能的发挥等多种重要的作用.因为胶原蛋白具有特殊的生物学活性且与人机体的衰老、疾病、健康、生长等密不可分，所以胶原蛋白被广泛应用于化妆品、生物医学、食品及药学等领域[30].牦牛由于生长在高海拔、无污染的高原地区，其胶原蛋白具有高于普通胶原蛋白的营养价值，但由于各方面的原因，牦牛的胶原蛋白制品还未大量地面向市场.

3.2.1 牦牛皮胶原蛋白

我国具有丰富的牦牛资源，但在平时的牦牛屠宰加工过程中都忽视了牦牛皮的其他应用价值而只是把牦牛皮加工成了皮革产品. 研究表明，牦牛皮富含胶原蛋白、矿物质、及大量人体必须微量元素等.且牦牛皮里的几种成分还具有抗风湿、抗氧化等作用[31].

目前，常用酶法、盐法、酸法、碱法等来提取皮胶原蛋白，其原理是通过改变胶原蛋白外部环境而将不同特性胶原蛋白进行分离[32]. 王杉杉等人通过酶法与酸法分别提取了酶溶性胶原蛋白和酸溶性胶原蛋白并测量了其各自的提取率. 结果表明，酶溶性胶原蛋白的提取率78% ±0.42%大于酸溶性胶原蛋白提取率54% ±0.18%[2].

3.2.2 牦牛骨胶原蛋白

我国的牦牛数约占世界牦牛总数的92%以上，但大部分研究内容都主要是牦牛的产乳产肉性能、不同地区的牦牛肉营养成分、牦牛分子生物学等，很少有关于牦牛骨的研究.牦牛骨中富含氨基酸、蛋白质、微量元素等营养物质[33]. 且蛋白质含量多达20% ～30%，其中主要的蛋白质为骨胶原蛋白[34].

王晓军等人以牦牛骨为实验材料，分别通过酶法和酸法来提取牦牛骨中的胶原蛋白并通过实验结果比较两种方法的提取率. 实验结果表明，酶法和酸法提取出了典型的胶原蛋白且酶法的提取率高于酸法[35].

牦牛皮和牦牛骨是一大潜力资源，如果能合理利用牦牛皮胶原蛋白、牦牛骨胶原蛋白的价值并采用恰当的工艺技术将其加工成有利于人类生产生活的产品，这不仅可以减少牦牛皮及牦牛骨的资源浪费，更可以促进高原地区的经济发展，给牧民带来更多的利益.

4 小结及展望

牦牛是我国高原地区的一大特色资源，也是当地牧民赖以生存的主要经济来源之一.但牦牛这一潜力资源还未得到很好的开发利用.现阶段主要是对牦牛肉和牦牛乳进行简单加工利用，而文中所提及的牦牛血、牦牛内脏、牦牛皮、牦牛骨等都只是被加工成利用价值很小的产品或被直接扔弃，这样不仅造成了资源的浪费还严重污染了环境.所以如何才能合理地利用牦牛各资源，成了高原地区目前迫切需要解决的问题.

首先，相比于其他普通家畜的肉乳，牦牛肉和牦牛乳富含蛋白质且具有极高的营养价值，因此，除了直接利用外，还可以将其加工成更具商业价值的产品，如牦牛蛋白质粉、牦牛奶粉、牦牛奶酪等，并将其大量地推向市场，以此来增加牧民的收益.其次，可以利用相应的工业技术对牦牛皮、牦牛骨、牦牛血进行加工，提取其中有价值的物质，如本文所提及的利用酸法和酶法从牦牛皮和牦牛骨中提取胶原蛋白，不仅可以减少资源的浪费，还能为牧民增加经济收入. 同时，牦牛的功能蛋白具有较大的药用价值，尽管当前大多数都只是在动物试验阶段，但是随着科学技术的发展和研究深入，将来牦牛的功能蛋白可以应用于医药保健领域.