肉牛肌内脂肪的沉积机制及其营养调控的研究进展

王光辉，杨连玉，宫世平，刘 博，张庆华*

（1.吉林农业大学教研基地管理处，吉林长春 130118；2.吉林农业大学动物科学技术学院，动物生产及产品质量安全教育部重点实验，吉林省动物营养与饲料重点实验室，吉林长春 130118；3.长春海关技术中心，吉林长春 130118）

伴随着我国经济的发展，人口增长和人均收入的增加，人们对高品质牛肉的需求也将进一步增加[1]。通常，肌内脂肪（IMF）含量与牛肉的嫩度、多汁性和风味具有高度相关性，亚洲、澳洲和美洲的一些国家将IMF 含量作为牛肉品质等级划分的重要参照指标[2]。然而，牛肉品质除了受遗传因素影响外，也受到营养因素的影响，高品质牛肉通常来源于较长育肥周期和饲喂高浓度谷实类饲料的肉牛，这种高投入低产出的模式一直制约着我国高品质肉牛产业的发展[1]。肉牛胴体中，背最长肌、胸长肌、冈下肌和股二头肌的IMF 含量较为丰富，IMF 主要沉积在以上部位结缔组织中的肌纤维束之间[3]。而骨骼肌组织主要由骨骼肌纤维细胞、脂肪细胞、卫星细胞、免疫细胞以及结缔组织、细胞外基质等构成，肉牛IMF 的沉积取决于肌肉和脂肪细胞的比例，而肌纤维细胞和脂肪细胞的发育以及IMF 的合成和代谢是决定脂肪组织构成的关键因素[4-5]。因此，阐述肉牛发育阶段的肌纤维和脂肪细胞的发育机制及IMF 的合成代谢能够更好地理解IMF 在肉牛育肥期的沉积原理。近年，关于肉牛肌肉和IMF 细胞发育、IMF 合成和降解代谢以及营养类因素的IMF 沉积的影响已有深入研究。本文从肉牛IMF 沉积机制和基于营养因素对肉牛IMF 沉积的影响展开综述，以期为肉牛IMF 沉积的营养调控研究提供参考。

1 肉牛IMF 沉积机制

1.1 肉牛IMF 细胞的发育 肌纤维和脂肪细胞的发育主要包括肌发生（肌纤维细胞出现）和脂发生（脂肪细胞出现）[6]，二者分别通过肌原细胞和脂肪原细胞分化。在胎儿肌肉组织发育过程中，间充质干细胞致力于肌源性和脂肪源性细胞系的形成，其中肌源性祖细胞可进一步发育为肌纤维细胞和卫星细胞，成脂祖细胞发育为骨骼肌的基质血管部分（包括常驻成脂祖细胞、脂肪细胞、纤维母细胞等），这表明间充质干细胞从肌发生到脂发生过程中的迁移会增加肉牛发育后期的IMF 沉积[7-8]。

脂发生过程通常是间充质干细胞在一定条件诱导下向前脂肪细胞分化，在前脂肪细胞的确定和增殖后向成熟脂肪细胞转化的过程[9]。对于肉牛而言，这一过程发生在妊娠中期，其中脂肪的分化过程在胎儿阶段和产后阶段发生。而胎儿阶段的脂肪分化主要是由脂肪原性祖细胞来源的脂肪细胞增生（数量）[10]。据报道，肉牛的脂肪细胞的增生发生在整个妊娠过程，而IMF 细胞形成过程始于妊娠后期终于出生后的250 d[7]；此外，IMF细胞的肥大过程主要发展阶段为肉牛250日龄至出栏[8]。IMF 细胞的增生和肥大形成IMF 沉积，因此，上调IMF细胞的增生和肥大是改善IMF 沉积的有效途径。

犊牛出生后，脂肪组织中的基质血管细胞的某些部分仍然存在成脂肪祖细胞，后来可分化为前脂肪细胞和脂肪细胞前体物质[9]。Albrecht 等[11]报道，前脂肪细胞的增生在牛出生后的肌肉IMF 沉积（大理石花纹形成）中起到重要作用，其作用的关键是前脂肪细胞的填充和分化，形成了新大理石花纹斑点。研究还表明，肉牛胎儿阶段和出生后的早期营养和生理状况影响肌肉组织中IMF 细胞数量，表现为IMF 沉积的营养管理有效性顺序是胎儿阶段＞新生阶段＞断奶阶段＞育肥阶段[8]。因此，合理改善母牛妊娠营养是促进胎儿IMF 细胞生成的潜在途径。

1.2 IMF 的沉积和脂解代谢 肉牛的IMF 沉积和降解代谢主要过程是甘油三酯（TG）的转入、合成和降解的动态平衡，其中TG 的合成是IMF 沉积的关键因素，而合成TG 的原料主要是非酯化脂肪酸（NEFAs）和甘油聚合物的碳链[12]。研究表明，新和成的脂肪酸（FA）主要发生在肉牛的脂肪组织中，而非反刍哺乳动物主要发生在肝脏中，其中用于TG 合成的FA 来源于从头合成和日粮中降解的脂肪酸（FAs）[13]。肉牛FA 的从头合成底物为乙酸和葡萄糖（图1），乙酸为主要底物，来源于瘤胃发酵，葡萄糖（来源于丙酸/ 乳酸的糖异生和通过瘤胃旁路的小肠吸收）也可作为肉牛FA 的合成底物[14-15]。ATP-柠檬酸酶和苹果酸NADP 脱氢酶是FA 从头合成途径中利用葡萄糖的2 种关键酶，而肉牛肝脏中ATP-柠檬酸酶活性较低，以葡萄糖作为脂源性底物应用相对较少，但通过增加肉牛能量的摄入，诱导脂肪组织中IMF 关键酶表达，结果表明葡萄糖比乙酸更适合作为合成IMF 沉积的FA 底物[16-17]。也有研究表明，相对于皮下脂肪组织，IMF 具有更高活性的ATP-柠檬酸裂解酶和更高表达的葡萄糖转运体4[18]，且葡萄糖参与FA 的生成速度是乙酸参与生成IMF 速度的2 倍以上。另有报道，以谷实（玉米）为基础的日粮饲养肉牛能够增加其IMF 细胞对葡萄糖的摄取，而以饲草为基础的日粮则是通过乙酸作为底物形成FAs 来促进皮下脂肪的沉积[19]。

图1 肉牛脂肪酸合成途径（改自文献[15]）

日粮来源的FAs 是通过TG 脂蛋白转运，经过脂蛋白水解酶水解后，从血液循环摄取到组织中[20-21]。日粮提高脂肪水平能够影响IMF 沉积。据报道，在杂交安格斯公牛试验中，饲喂高油玉米（乙醚浸出物7%～8%）能够提高IMF 沉积[22]。除了FAs 供应外，TG 合成还需要葡萄糖提供的“支架”，因而葡萄糖供应增加可提高肉牛的IMF 沉积[21]。此外，提高丙酸生成量对于IMF 沉积的葡萄糖合成也很重要。因此，日本和韩国在实践生产中采用饲喂高精料来提高肉牛肌肉中IMF 的沉积。然而，肉牛IMF 高水平沉积在实际生产中需要提供过剩能耗和维护条件[12]，且IMF 的前脂肪细胞增殖潜力及生成的关键酶活性都低于皮下和腹部脂肪细胞[23]；同时，IMF 的调控发育和脂肪沉积代谢基因的表达水平较其他部位低（皮下、腹部、肝脏、肾脏）[8]，因而IMF 沉积需要更高的能量水平。肉牛在营养负平衡以及环境应激条件下会发生IMF 以及其他脂肪的脂解代谢，其机制是TG 在脂肪酶水解作用下生成NEFAs 和甘油（脂肪动员途径），同时环境应激刺激下，皮质醇激素（应激标记物）的血液循环浓度上升，进而促进脂解代谢[24]。

2 营养因素对肉牛IMF 沉积的影响

影响肉牛IMF 沉积的营养因素较多，包括蛋白质（日粮蛋白水平、日粮蛋白饲料来源等）、能量（日粮的过瘤胃脂肪的利用、日粮精粗比与淀粉生糖效率等）、微量元素和矿物质（过瘤胃维生素的利用、铜锌元素的补充等）以及肉牛生理阶段的营养供给（肉牛胚胎营养供给、肉牛生长育肥阶段特征性营养供给等）。其中，日粮能蛋白水平、肉牛胚胎营养供给、肉牛生长育肥阶段特征性营养以及矿物质供给分别受遗传、管理、环境等诸多非营养因素的干预，包括日粮蛋白水平受限于肉牛遗传和饲养条件，如婆罗门牛放牧条件饲喂高蛋白质（15%）精料补充料较低蛋白质（12%）的IMF 沉积有改善作用[25]，而舍饲安格斯肉牛的IMF 沉积不受蛋白质水平的影响[26]。胚胎营养供给受到产后营养及补偿生长干预[27]、阶段性营养供给因肉牛品种和地域限制[28]、矿物质营养（如微量元素铜、锌等）受肉牛耐受性和环境负载的限制等[29]。近些年研究表明，日粮精粗比与淀粉生糖效率、日粮过瘤胃脂肪、维生素以及其他的营养类因素（饲料蛋白来源、饲料纤维来源以及天然型添加剂等）对肉牛IMF 沉积的调控作用。且遗传、环境等非营养类因素的对其IMF 调控影响较小，因此本文从以上几方面展开综述。

2.1 日粮精粗比与淀粉生糖效率 多项研究表明，饲喂高精粗比日粮的肉牛IMF 的沉积量较高，如布兰格斯×海富特×安格斯三元杂交牛饲喂高精粗比日粮（79%玉米）具有更好的大理石花纹等级[30]，逐渐增加日粮精料比例（干物质基础60%、75%、90%）大理石花纹登记评分也逐渐递增[31]，不同饲喂模式下，以围栏模式谷食为主的肉牛背最长肌的IMF 水平高于放牧草食组，且多数品种的肉牛IMF 沉积呈现上述规律[32]，但极少数肉牛品种（如阿勒泰那公牛）日粮精粗比对IMF沉积无显著影响[26]。此外，研究表明在总可消化养分（TDN）一致情况下，高精料组（精粗比为90:10，干物质基础）较低精料组（精粗比为65:35，干物质基础）的IMF 沉积提高了38.4%（其中，高精料组IMF 水平为31.7%，低精料组的IMF 水平为22.9%，干物质基础）[33]。同时，高精粗比的IMF 和皮下脂肪中脂肪形成因子（CCAAT和PPARG）的表达量显著高于低精粗比组，这可能表明日粮较高精粗比能够刺激肉牛肌肉内前脂肪细胞分化，其机制是高精粗比日粮富含淀粉，淀粉在瘤胃和小肠中发酵降解为丙酸（葡萄糖前体物质）和葡萄糖，而较高水平的葡萄糖进入血液，血糖升高促进了胰岛素水平升高，提高用于合成FA 的净能水平，促进TG 水平形成和前脂肪细胞分化（促脂肪合成因子表达上升），进一步促进肌内脂肪合成[34]。

此外，肉牛瘤胃淀粉消化效率为小肠消化效率70% 左右[35]，而关于奶牛荟萃分析显示，玉米淀粉瘤胃消化率平均为57.4%[36]，因此，通过优化淀粉在瘤胃发酵产生丙酸，淀粉在肠道的消化和吸收的最大化可提高IMF 沉积所需的葡萄糖供给。然而，由于高精料日粮的较高投入和富含IMF 的较低产出限制了优质牛肉生产，在有限的淀粉供给日粮中（精粗比低于60%干物质基础）乙酸占比较高，而限制乙酸转换IMF 的主要因素是还原性辅酶II（NADPH）氢供体不足，且NADPH 依赖于葡萄糖氧化分解的磷酸戊糖途径；当生糖前体受限时，乙酸生成FA 的限速反应（乙酰辅酶A酰基化途径）所需ATP 进一步不足[6]，从而限制乙酸转化IMF。综上所述，可考虑肉牛日粮补充适量的瘤胃保护性葡萄糖改善IMF 沉积。

2.2 日粮过瘤胃脂肪 肉牛日粮脂肪通常含有较高不饱和脂肪酸，饲草饲料的脂肪类型主要为半乳糖脂，而谷食饲料为TG[6]。半乳糖脂和TG 一部分在瘤胃微生物脂肪酶水解作用生成FAs、甘油和半乳糖，发酵为挥发性脂肪酸（VFA），另一部分氢化为饱和脂肪酸，主要为硬脂酸[6]。研究表明，未被保护的FA 以NEFAs 形式在十二指肠吸收，但肉牛日粮中脂类含量超过干物质的3%便会抑制瘤胃微生物的代谢，限制了脂肪利用。而过瘤胃脂肪（瘤胃保护性脂肪，主要为脂肪酸钙或油料作物的籽食甲醛处理等方式合成）[6]在小肠吸收可提高脂肪的利用，促进IMF 沉积。然而，肉牛小肠前段pH 较单胃动物低，脂肪乳化功能较弱，影响了胰脂酶的水解，限制了IMF 沉积[6]。据报道，肉牛日粮中添加乳化剂和胆汁酸可促进过瘤胃脂肪的利用，提高肉牛的IMF 沉积，如硬脂酰-2-乳酸钠可促进过瘤胃脂肪乳化，胆盐和熊去氧胆酸将过瘤胃脂肪转化为TGs，胆盐的混合胶束便于胰脂肪酶更好的水解[37-38]。

2.3 维生素营养 维生素A、C、D 能够影响肉牛肌肉IMF 沉积。据报道，限制饲喂维生素A 和D 能够促进肉牛IMF 的沉积，而补充过瘤胃维生素C 的消化能够促进IMF 沉积[39]。

研究表明，维生素A 能够抑制肉牛前脂肪细胞中的甘油-3-磷酸脱氢酶（脂肪形成标记物）的活性，进而抑制脂肪细胞形成[40]。虽然多项研究证实限制视黄酮饲喂能够促进IMF 沉积，如日粮中视黄酮缺乏提高了安格斯牛的大理石花纹评分[39]，日本和牛的血清视黄酮浓度与IMF 沉积成负相关等[41]，但长期限制视黄酮饲喂会导致健康不良（肌肉水肿、关节炎等），且育肥后期对IMF 影响有限[39,42]。Kawachi[43]也指出，在13～19 月龄，肉牛肌肉中脂肪细胞数量处于持续增加阶段，因此在这一阶段摄入维生素会促进大理石花纹形成。因此，Oka 等[44]建议，视黄酮应在肉牛育肥期（14～22 月龄）选择性限制饲喂，而不是14 月龄到出栏。同时，Oka 等[44]还测量健康育肥牛血浆视黄酮浓度为100 IU/dL，而未补充视黄酮的肉牛血浆视黄酮浓度为30 IU/dL，因此，为维持肉牛健康育肥，视黄酮限饲的肉牛血浆视黄酮浓度应不低于30 IU/L。

体外试验表明，维生素D 的体内活性形式1,25-D3抑制前脂肪细胞的成脂因子PPARG基因表达[44]，进而抑制脂质积累，其机制可能是维生素D 受体（VDR）和PPARG共同竞争与类视黄素受体（RXR）结合，VDR-RXR 的形成减少了PPARG-RXR 抑制二聚体，从而抑制脂肪形成[45]。但关于维生素D 限制饲喂对肉牛肌肉大理石花纹报道较少，尚需进一步研究。

维生素C 可正向调节脂肪的形成，促进前脂肪细胞的生长和分化[46]，但维生素C 极易在瘤胃中降解，所以需要包被处理。在体内研究表明，日粮添加保护性1-抗坏血酸-2-磷酸可显著提高日本和牛肉的大理石评分和胴体IMF 含量[47]。在高硫日粮中，添加维生素C 也可显著提高安格斯杂交肉牛的IMF 百分比[48]。综上所述，限饲维生素A 和D 及补充瘤胃保护性维生素C 有利于肉牛IMF 沉积，但关于其他肉牛（如西门塔尔牛）以及不同日粮型和不同育肥阶段的维生素精准供给还需进一步研究。

2.4 其他营养类因素 近年，关于蛋白饲料原料的来源、不同粗饲料原料的组合效应以及一些添加剂的应用（如植物精油、复方中草药添加剂、微生物制剂、酶制剂、胆碱、大豆黄素等）等其他营养类因素对肉牛IMF 沉积的影响[49]也有深入的研究和应用。在蛋白饲料原料来源方面，夏志军等[50]研究表明，42%紫苏冰饼蛋白来源组较31%豆粕和36%菜籽粕蛋白来源组具有较高的IMF 沉积。不同粗饲料原料的组合效应方面，刘华等[51]报道，苜蓿干草（干物质基础24.15%）和全株玉米青贮（干物质基础27.55%）的肉牛IMF 沉积优于同比例的麦秸、花生秧与全株玉米青贮的组合效应。在天然添加剂方面报道较多，如吴道义等[52]报道，肉牛日粮中添加1.5%复方中药微生态制剂可改善IMF 沉积，提高肉品质；许兰娇等[53]研究表明，日粮中添加大豆黄素可显著改善湘中黑牛的IMF 沉积，减少腹下脂肪含量；黄文明等[54]研究表明，在肉牛育肥后期（17～21月龄），日粮中添加100 g/d 的酵母培养物可提高肉牛背最长肌的IMF 沉积；管鹏宇[55]研究表明，日粮中添加40 g/d 过瘤胃胆碱和200 g/d 过瘤胃葡萄糖可显著提高肉牛IMF 沉积；Fugita 等[56]研究发现在日粮中添加牛至油、蓖麻子和腰果精油混合物可显著改善肉牛IMF沉积。

3 小结及展望

虽然改善日粮淀粉生糖、补充多种过瘤胃能量来源（脂肪、葡糖糖）、限制维生素A、D 及补充维生素C 等能够改善IMF，但是改善程度还比较有限。肉牛早期胚胎营养对育肥阶段的IMF 沉积的影响需进一步研究。另外，微量元素铜可调控IMF 沉积、优化以饲料原料为前提的过瘤胃能量供给方案（如不同油料籽实供给及过瘤胃脂肪和葡萄糖等多种能量供给措施的组合效应等）等其他改善IMF 沉积的措施还需要进一步探究。此外，在优化日粮蛋白质和能量的供给结构（日粮原料）、过瘤胃维生素以及多种饲料添加剂的补充（中草药微生态制剂、大豆黄素、胆碱等）方面可考虑多种营养类因素的综合调控，进一步优化肉牛IMF 沉积。