泛酸和叶酸对公牛生长性能和肌肉蛋白质代谢的影响

2023-03-16上官秉喆成采遥何金川霍文婕

饲料工业 2023年4期

■上官秉喆武琪成采遥何金川郭刚霍文婕王聪刘强

（山西农业大学动物科学学院，山西太谷 030801）

泛酸（PA）和叶酸（FA）是反刍动物和瘤胃微生物必需的营养因子。PA 以辅酶A（CoA）和酰基载体蛋白的形式参与碳水化合物、氨基酸和脂肪酸的代谢以及mRNA 的合成[1]。FA是一碳单位的载体，以5,10-亚甲基四氢叶酸、10-甲酰基四氢叶酸和5-甲基四氢叶酸的形式参与DNA、RNA和蛋白质的合成，其中10-甲酰基四氢叶酸合成嘌呤的过程需要泛酸化修饰才能被激活[2-3]。日粮中添加的PA 或FA 分别约78%或97%在瘤胃中被微生物降解或破坏，因此，成年反刍动物应使用包被PA（CPA）或包被FA（CFA）添加剂[4-5]。研究发现，公牛日粮中添加CPA 或CFA，日增重（ADG）、日粮氮利用率和血液总蛋白浓度提高[6-7]，瘤胃总挥发性脂肪酸浓度、主要纤维分解菌和淀粉分解菌数量增加[7-8]。补充CFA 公牛肝脏磷脂酰肌醇激酶（P13K）、雷帕霉素靶蛋白（mTOR）和核糖体S6 激酶（P70S6K）mRNA 的表达量增加[7]。奶牛试验发现，补充包括PA 和FA 的瘤胃保护B 族维生素，奶牛泌乳性能的改善可能与能量和蛋白质代谢效率的提高有关[10]。基于现有研究提出假设，补充PA 或FA 后，公牛ADG 的增加，可能与PA 或FA 对蛋白质合成代谢的调控有关，且PA 和FA 共同添加比二者单独添加对提高ADG 更有效。因此，试验研究日粮中添加CPA 或/和CFA 对公牛生长性能、养分消化和肌肉组织蛋白质合成代谢关键基因表达的影响，以期为B 族维生素在反刍动物生产中的应用提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验用PA 和FA 由某公司生产，饲料级，纯度99%。CPA 和CFA 由课题组依据Wang 等[9]的方法制备，CPA和CFA的瘤胃释放率分别为30.4%和27.3%，小肠释放率分别为64.6%和70.1%。

1.2 试验动物与设计

选用90日龄、体重为（123.0±8.5）kg的中国荷斯坦公牛32头，按照2×2因子设计，随机分为4组：对照组（基础日粮）、CPA组[基础日粮+50 mg/kg干物质（DM）CPA]、CFA组（基础日粮+8.5 mg/kg DM CFA）与CPA+CFA 组（基础日粮+50 mg/kg DM CPA+8.5 mg/kg DM CFA）。试验期为80 d，包括预试期20 d 和正试期60 d。

1.3 试验日粮与饲养管理

试验日粮依据NRC（2001）[4]配制（见表1），试验牛单栏饲养、自由饮水和采食，每日饲喂3次（07：00、14：00和19：00）。晨饲时，先将添加剂与少量精料混合后饲喂，待牛全部采食完毕后，再饲喂其他饲料。

表1 日粮组成和营养水平（干物质基础，%）

1.4 样品采集与分析

1.4.1 体重与采食量

正试期的第1天和第60天，晨饲前对每头试验牛称重，计算ADG。记录每头牛每日饲喂量和剩料量，测定饲料和剩料的DM 含量，计算干物质采食量（DMI）和料重比。

1.4.2 饲料样和粪样

正试期的第54～59 d，每天采集每头牛所喂的饲料和剩料样品；采用直肠取粪法收集每头牛粪便样品约300 g，每天4 次，每次间隔6 h，粪样中加入占鲜粪重1/4 的10%酒石酸溶液。饲料、剩料和粪便样品保存于-20 ℃，试验结束后，分别以牛为单位按比例混匀，65 ℃烘干至恒重，粉碎（1 mm），依据实验室常规方法[10]测定样品中DM、有机物（OM）、蛋白质（CP）、粗脂肪（EE）、酸性洗涤纤维（ADF）和中性洗涤纤维（NDF）的含量。

1.4.3 血液和肌肉样品

正试期的第60 d，晨饲前，颈静脉采集每头牛血液样品20 mL，3 000 r/min 离心15 min 以分离血清，-40 ℃保存。根据上海笃玛生物有限公司生产的ELISA 试剂盒说明书，采用酶标仪（Synergy H1 酶标仪，美国伯腾仪器有限公司）测定血清中葡萄糖（Glu）、总蛋白（TP）、白蛋白（Alb）、泛酸（PA）、叶酸（FA）、同型半胱氨酸（Hcy）和胰岛素样生长因子-1（IGF-1）的含量。采用体外穿刺技术采集每头牛背最长肌样品约0.5 g，-80 ℃保存。用相对定量PCR法测定肌肉样品中IGF-1、胰岛素样生长因子1受体（IGF-1R）、PI3K、mTOR和P70S6K mRNA的表达。

1.5 数据处理与统计分析

试验数据依据2×2 因子试验设计，采用SAS 9.0统计软件中的混合模型进行统计分析。

2 结果与分析

2.1 生长性能

由表2 可知，日粮添加CPA 或CFA，DMI 无显著变化（P＞0.05）；ADG 显著增加（P＜0.05），料重比显著降低（P＜0.05）。公牛ADG 和料重比，CPA 和CFA 互作效应显著（P＜0.05），公牛ADG，CPA+CFA 组最高，CPA 组和CFA 组次之，对照组最低；料重比，CPA+CFA组最低，CPA组和CFA组次之，对照组最高。

表2 包被泛酸和包被叶酸对公牛采食量、平均日增重和饲料转化率的影响

2.2 日粮养分表观消化率

由表3 可知，CPA 和CFA 的互作效应不显著（P＞0.05）。日粮添加CPA 或CFA，DM、OM、CP 和NDF 的表观消化率显著增加（P＜0.05），EE、ADF 的表观消化率没有显著变化（P＞0.05），但ADF 的表观消化率随CFA的添加显著增加（P＜0.05）。

表3 包被泛酸和包被叶酸对公牛养分表观消化率的影响（%）

2.3 血液代谢产物

由表4可知，公牛血液TP含量，CPA和CFA的互作效应显著（P＜0.05），CFA组和CFA组显著高于对照组（P＜0.05）。日粮添加CPA或CFA，血液Glu和IGF-1浓度显著增加（P＜0.05）。日粮添加CPA，血液Alb、FA和Hcy浓度不变（P＞0.05），PA浓度显著增加（P＜0.05）。日粮添加CFA，血液Alb和FA浓度显著增加（P＜0.05），Hcy浓度显著降低（P＜0.05），PA浓度无显著变化（P＞0.05）。

表4 包被泛酸和包被叶酸对公牛血液代谢产物的影响

2.4 肌肉蛋白质代谢基因表达

由表5可知，公牛肌肉组织蛋白质代谢相关基因mRNA 的表达，CPA 和CFA 的互作效应不显著（P＞0.05），且不受添加CPA 的影响（P＞0.05）。日粮添加CFA，显著上调了肌肉组织中IGF-1、IGF-1R、PI3K、mTOR和P70S6K的表达（P＜0.05）。

表5 包被泛酸和包被叶酸对公牛背最长肌蛋白质代谢相关基因mRNA表达的影响(拷贝数/mg)

3 讨论

日粮补充CPA 对公牛的DMI 无显著影响，因此，ADG 的提高和FCR 的降低与日粮养分表观消化率和氮利用率的提高有关。血液TP和IGF-1浓度可作为反映日粮蛋白质利用率的指标[12-13]。血液TP和IGF-1浓度的提高，表明添加CPA 可能改善了日粮氮利用率。另外，奶牛试验发现，补充包括PA的瘤胃保护B族维生素，奶牛泌乳性能的提高可能与能量和蛋白质代谢效率的提高有关[10]。PA 以CoA 的形式参与细胞的蛋白质和能量代谢。肌肉组织IGF-1、IGF-1R、PI3K、mTOR 和P70S6K mRNA 表达量无显著变化，表明添加CPA 对公牛肌肉蛋白质合成代谢调控的影响不显著。但是，添加CPA 后血液PA 和Glu 浓度的提高，表明公牛PA 的状态改善，能量利用率可能提高，这也是ADG 增加的原因之一。而且，Liu 等[6-8]报道，公牛日粮添加CPA，氮利用率、血液TP 和PA 浓度提高，ADG 和饲料利用率提高。添加CPA，日粮DM、OM、CP 和NDF 表观消化率提高，表明CPA 促进了养分在瘤胃和肠道的消化。消化道中一些种类的细菌和真菌可以合成PA，但是大部分微生物要依赖外源PA 的补充[14]。试验发现，日粮中添加CPA，公牛瘤胃主要纤维分解菌和淀粉分解菌的数量增加，DM、CP和NDF 瘤胃降解率提高[8]；添加PA，鸡肠道微生物数量增多[15]。前期研究同样发现，补充CPA，公牛全消化道养分消化率提高[6，8]。

日粮添加CFA，公牛DMI无显著变化，但是，ADG提高，料重比降低。试验结果与日粮养分表观消化率的提高相一致，与CFA 对蛋白质合成代谢的调控有关。公牛血液TP、Alb 和IGF-1 浓度，以及肌肉组织IGF-1、IGF-1R、PI3K、mTOR 和P70S6K mRNA 表达量的提高表明，添加CFA可能促进了公牛肌肉蛋白质的合成。血液FA 浓度提高、Hcy 浓度降低的结果进一步表明，添加的FA被有效吸收，参与了Hcy向蛋氨酸的转化，参与了蛋白质合成代谢的调控。FA 作为一碳单位的载体，参与DNA、RNA 和蛋氨酸的合成，Hcy 接受5-甲基四氢叶酸的甲基转化为蛋氨酸[2]。IGF-1/PI3K/mTOR 是调控细胞生长和蛋白质合成代谢的关键信号通路[15]。肌肉组织中，IGF-1和IGF-1R结合，刺激PI3K、mTOR 和P70S6K mRNA 的表达，进而促进蛋白质的合成和动物生长[16]。其他研究同样发现，FA 通过激活IGF-1/PI3K/mTOR 通路关键基因的表达，促进C1C12 细胞的分化和生长[17]；日粮添加CFA，公牛肝脏组织蛋白质合成代谢关键基因mRNA的表达上调[7]。全消化道DM、OM、CP、NDF和ADF消化率提高的结果表明，添加CFA促进了瘤胃和瘤胃后养分的消化。FA是瘤胃微生物生长和纤维降解的必需营养因子[18]，能改善单胃动物小肠的结构和功能[19]。Wang 等[9]同样发现，肉牛日粮补充CFA，DM、CP 和NDF 在瘤胃和全消化道的消化率提高。体外试验表明，补充FA，DM在瘤胃和全消化道的消化率提高[20]。

日粮养分表观消化率和背最长肌蛋白质代谢关键基因的表达，CPA 和CFA 互作效应不显著。因此，阐明公牛ADG和料重比存在显著CPA和CFA正互作效应的原因还需要进一步研究。血液TP 含量，CPA和CFA互作效应显著，CPA和CFA共同添加组与CPA或CFA单独添加组无显著差异。试验结果表明，CPA的添加可能提高了FA的利用效率。研究发现，10-甲酰基四氢叶酸合成嘌呤的过程需要泛酸化修饰才能被激活[3]。