山羊乳蛋白质组学研究进展

梁爱梅，何相宇，王成军，王翠娜，蒋士龙，孙玉雪

（1.黑龙江飞鹤乳业有限公司，北京100015；2.吉林省食品生产许可证审核中心，长春130022；3.吉林大学食品科学与工程学院，长春130062；4.东北农业大学食品学院乳品科学重点实验室，哈尔滨150030）

0 引言

乳制品是居民日常膳食的重要组成部分，山羊乳在我国乳品消费中占有不可或缺的位置。山羊乳中不仅含有丰富的蛋白质、脂肪等重要营养素，其中维生素、免疫球蛋白、细胞因子、生长因子、酶和生物活性肽也很丰富，除了提供营养功能外，对机体大脑、骨骼以及免疫系统的生长发育都有着重要的作用[1-2]。目前山羊乳中已被报道的营养及活性物质多达200多种[3]。其较低的致敏性及易消化性使山羊乳尤其适合对牛乳不耐受或患有胃肠道疾病的婴幼儿[4]。随着对山羊乳营养及生物学功能了解的加深，对山羊乳及其制品的研发也越来越受关注。

作为乳的主要组成成分，蛋白质是衡量乳品质量的重要指标，也一直是乳品研究领域的重点。尽管国内外学者已经对各种乳蛋白成分进行了大量的研究，但由于蛋白质本身结构的复杂性以及翻译后修饰等带来的改变，许多关于乳蛋白（特别是那些低丰度蛋白）的表达、结构以及修饰的问题仍然没有清晰的答案。“蛋白质组”一词最早是由Wasinger等人提出，指的是由基因组编码的所有蛋白质[5]。蛋白质组学则是对这一系列蛋白质的系统分离，鉴定和表征，即包括了对蛋白质的分离技术、定性分析、定量分析、差异表达分析以及糖基化、磷酸化等蛋白质翻译后修饰分析等。近年来随着蛋白质组学技术的崛起并应用于乳品领域，极大地推动了乳蛋白的研究进展。本文总结了近年来应用蛋白质组学技术对山羊乳蛋白的研究，以期为后续的研究提供思路，为山羊乳产品的开发提供参考依据。

1 山羊乳蛋白

酪蛋白、乳清蛋白和乳脂肪球膜蛋白是构成乳蛋白的三大组成部分。几乎所有乳源的乳蛋白都主要由这三大类组成，各部分所含蛋白的种类和数量又各不相同。其中少数几种是大家所熟知的，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质，也是在乳源生物活性肽的研究中研究最深入的一种蛋白质，目前已报道的来源于酪蛋白的活性肽就有几十种。山羊乳中酪蛋白的含量为2.21 g/100 g，约占总乳蛋白的70%[7-8]。酪蛋白几乎含有人体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-酪蛋白组成，这些酪蛋白在乳中通常以多种变异体的形式存在[9]。与牛乳相比，山羊乳中的αs1-酪蛋白含量较低（约0.9～7 g/L），这可能是其低致敏性的原因[10]。

乳清蛋白是一类优质蛋白，约占山羊乳中总乳蛋白的25%，被认为是具有广泛生物活性的蛋白。据报道，乳清蛋白具有广谱抑菌特性，可以起到抗菌/病毒作用[11-12]。此外，乳清蛋白还被证实与被动免疫和婴儿肠道菌群的平衡息息相关[13-14]。乳清蛋白的组成很复杂，各组分的含量组成（以牛乳为例）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，还在乳清蛋白中发现了诸如乳过氧化物酶、β-微球蛋白、乳铁蛋白、溶菌酶以及多种生长因子（EGF、IGF-1、TGF-β等）等丰度较低的活性蛋白。

表1 乳清蛋白的主要组成成分[6]

乳脂肪球膜是包裹于乳脂肪球表面的厚度为10～20 nm的膜，而乳脂肪球膜蛋白就镶嵌其中。这类蛋白的含量非常低，只占到山羊乳中总乳蛋白的5%左右。虽然含量很低，这些蛋白却因其生物学功能而备受关注。研究发现，乳脂肪球膜蛋白在诸多疾病如多发性硬化、自闭症和冠心病等的病理过程中发挥重要的作用[15]。但目前对于乳脂肪球膜蛋白的组成及功能了解的还不全面，是近几年的研究热点。乳脂肪球膜蛋白中丰度较高的组成成分主要有分别为黄嘌呤氧化还原酶、黏蛋白-1、黏蛋白-15、血小板糖蛋白4、嗜乳脂蛋白、乳凝集素、脂肪酸结合蛋白等。Zamora等人[16]在山羊乳乳脂肪球膜蛋白的一维电泳图谱上确定了32条蛋白条带，其中19条在所有山羊乳样品中都被检测到，这些蛋白的名称及含量见表2。与牛乳相比，山羊乳的乳脂肪球膜蛋白图谱显示出较大的个体特异性，且其中黄嘌呤氧化还原酶与几种次要蛋白的含量明显高于牛乳。

表2 乳脂肪球膜蛋白的组成成分

2 山羊乳蛋白质组学

乳源、品种、泌乳天数、生理状况以及加工处理等都会对乳蛋白产生影响。近年来，应用蛋白质组学技术对山羊乳蛋白的研究主要集中在乳清蛋白质组和乳脂肪球膜蛋白质组，对酪蛋白质组的报道较少。但在很多对乳清蛋白质组和乳脂肪球膜蛋白质组中的研究中都发现了酪蛋白的存在[17-19]。

2.1 乳清蛋白质组学

乳清蛋白作为乳蛋白的主要成分之一，目前已经被商业化应用于多种食品中。随着蛋白质组学技术的发展完善，基于液相色谱分离串联质谱的组学技术被越来越多地应用于乳蛋白的研究，越来越多的乳清蛋白被鉴定出来。

我们之前在关中羊的乳清中鉴定出283种蛋白，这些蛋白主要参与了ERK1和ERK2级联正调控的生物过程，在补体与凝血级联的代谢通路发挥作用[20]。各种动物乳的乳清蛋白组成相似但也存在不同，其中补体蛋白在山羊乳中有较高的表达[21]。Yang等人[22]在山羊乳、牛乳、牦牛乳、水牛乳和骆驼乳的乳清中共鉴定出211种蛋白，其中血清淀粉样蛋白A、双糖链蛋白聚糖和C-X-C基序趋化因子6在山羊乳中的表达与其他物种间存在显著差异，且双糖链蛋白聚糖可能作为一种潜在的山羊乳的物种特异标记物。即使是相同物种，不同品种间的乳清蛋白组成也存在差异。Anagnostopoulos等人[17]在两个不同品种希腊山羊（Capra prisca和Skopelos）的乳清中分别鉴定出595和486种蛋白，其中仅有257种为两者共有的。泌乳天数也是影响乳清蛋白组成的一个因素。研究报道，山羊初乳中含有更多与疾病相关的蛋白，而常乳则显示出更多与代谢相关的蛋白[23]。

2.2 乳脂肪球膜蛋白质组学

乳脂肪球膜蛋白的组成以及性质与乳脂肪球的形成、转运以及分泌等密切相关，这些蛋白质大部分是未知的且易受到乳源动物的品种、生理状况、泌乳天数、胎次、季节气候等诸多因素的影响。

山羊乳的乳脂肪球膜蛋白主要聚集在氧化还原过程的生物过程，发挥聚（A）RNA结合的分子功能，主要参与代谢过程相关的通路[20]。乳脂肪球膜蛋白中参与脂质合成和分泌的蛋白质（如黄嘌呤脱氢酶/氧化酶、红细胞膜整合蛋白和CD 36）在山羊乳与其他物种乳如人乳、牛乳、牦牛乳中显示出不同的表达模式，而与囊泡介导转运、乳脂肪球分泌的相关的多达50种蛋白则无明显差异[24]。研究还表明除了乳源之外，胎次、泌乳天数的不同也会引起乳脂肪球膜蛋白的差异[25-26]。Lu等人[27]对我国关中奶山羊初乳及常乳的乳脂肪球膜蛋白质组进行了比较，共鉴定出189种显著差异蛋白，其中181种在初乳中表达丰度明显高于常乳。初乳中富集了诸如β-1,4-半乳糖基转移酶、凝血酶原、补体C3、纤连蛋白同工型X 13等的急性期蛋白，而黄嘌呤脱氢酶/氧化酶、红细胞膜整合蛋白和黏蛋白15则在常乳中显示较高的表达丰度。我们对西农萨能羊初乳及常熟的研究显示，尽管两者的乳脂肪球膜蛋白质组成存在差异，但都聚集了大量与“磷蛋白”、“乙酰化”相关的蛋白[28]。

2.3 加工处理对乳蛋白的影响

热处理和均质是乳品加工过程中的必不可少的工序，而这些操作已被证实会对乳蛋白产生影响。研究表明，热处理的工艺可提高山羊乳蛋白质的消化率，高温瞬时灭菌（85±5℃，15 s）处理对山羊乳蛋白的影响与超巴氏灭菌（125±5℃，4 s）和超高温瞬时灭菌（135±2℃，4 s）类似，而低温长时间的巴氏灭菌（65±2℃，30 min）却与以上3种热处理差异较大[7]。巴氏灭菌对人乳、牛乳和山羊乳中乳脂肪球膜蛋白的影响因物种而异，但却不会影响乳脂肪球的尺寸分布。人乳和山羊乳中乳脂肪球膜蛋白的热敏性高于牛乳的乳脂肪球膜蛋白，巴氏灭菌后发生显著变化的这些蛋白主要涉及脂质的合成和分泌以及免疫反应的过程[29]。陈笛等人[30]应用非标记定量的蛋白质组学技术研究了均质前后山羊乳中乳蛋白的变化，共鉴定出16个显著差异蛋白，其中山羊乳中的黄嘌呤脱氢酶和天冬酰胺酶经过均质工艺后其表达丰度明显降低，而果糖二磷酸醛缩酶、κ-酪蛋白和β-酪蛋白的表达丰度变化则相反。代谢途径的分析结果显示这些差异蛋白均参与糖代谢相关的代谢通路。

2.4 消化过程中乳蛋白的变化

乳蛋白在机体胃肠道的消化过程中也会发生变化。Hodgkinson等人[31]比较了山羊乳与牛乳在婴儿体外消化模型中的消化特性。经胃液消化后的水解物中共鉴定出350余种肽。其中大部分肽来源于酪蛋白，山羊乳的消化产物中含有更多的κ-酪蛋白衍生肽，牛乳的消化产物中含有更多的αs1-酪蛋白衍生肽。来源于不同泌乳天数山羊乳的消化特性也存在差异。Sun等人[32]报道了西农萨能羊初乳与常乳在婴儿体外胃肠消化过程中乳蛋白的变化。结果显示初乳的消化产物中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。初乳的消化率较低，但比常乳含有更多的生物活性肽（分子量＜10 ku）。初乳与常乳中生物活性肽的差异主要存于在αs1-酪蛋白衍生肽中，且这些生物活性肽可能在新生儿的生长中起重要作用。也有研究构建了成人胃肠消化的体外模型，以此研究山羊乳清蛋白在消化过程中的变化。研究结果表明，与经过胃肠消化的终消化产物相比，仅经胃消化的产物中肽段的数量较少、抗菌作用较低[33]。

3 结 论

随着蛋白质组学技术的崛起，其作为一种新兴技术应用于乳蛋白质的研究，山羊乳中已经有数百种乳蛋白被鉴定出来。乳源动物的品种、泌乳天数、胎次以及季节气候等因素都会对山羊乳蛋白的组成产生影响。乳品加工中的常见工序如均质和灭菌等也会对乳蛋白产生影响。山羊乳摄入后在肠消化阶段释放出更多的生物活性肽。随着研究的深入，山羊乳蛋白更多的功能特性被发现。但与牛乳相比，山羊乳蛋白质组的研究还很少，其成果在山羊乳及其制品上的应用也很缺乏。针对山羊乳蛋白质组的组成、作用机制等一系列的问题还需要进一步的研究探索。