摘要： 熱應激不僅影響奶牛健康，同時影響奶牛泌乳性能和牛奶品質。乳蛋白作為影響牛奶品質的主要成分，其含量和產量受到基因、環境、內分泌激素等因素綜合作用的影響。而現有關于熱應激對奶牛乳蛋白含量及產量的影響的研究報道結果不相一致。因此，本文從熱應激引起奶牛內分泌激素變化導致營養重分配的基因網絡、乳蛋白合成的應答與轉錄調控機制改變層面，綜述了其對奶牛乳腺酪蛋白合成的影響，為進一步的機理研究提供一些思路。
乳蛋白的含量是構成牛奶重要營養品質的主要物質基礎之一。大量研究表明，乳成分(乳脂肪、乳蛋白和乳糖)的合成是基因、環境、內分泌激素等因素綜合作用的結果，其中乳脂肪的含量和組成最容易受飼糧營養的影響，而乳蛋白的含量和組成相對比較穩定。熱應激是影響乳蛋白合成重要環境因素。近期的研究表明，牛奶的合成對于高熱環境非常敏感，熱應激不僅會影響奶牛泌乳性能、牛奶品質和奶牛健康，降低產奶量和乳蛋白含量，同時增加了生產成本。
目前各國奶業科研人員研究已經建立了關于緩解奶牛熱應激的各類控制技術。我國學者在調查分析我國不同地區奶牛熱應激類型的基礎上，系統研究了熱應激環境下奶牛瘤胃發酵、氣血酸堿平衡、機體能量平衡、乳腺功能變化，確立了通過飼糧飽和脂肪酸、過瘤胃淀粉、陰陽離子平衡和有機微量元素為核心緩解奶牛熱應激的營養調控技術途徑，開發了《牧場緩解熱應激自動控制系統》 軟件，對降低奶牛熱應激帶來的損失起到了一定的作用，在熱應激奶牛營養代謝理論及其緩解技術方面取得了新進展。目前國際上對于有關熱應激對奶牛乳蛋白含量及產量的研究結果不相一致，Bernabucci等的研究結果顯示，在夏季熱應激條件下，奶牛合成乳酪蛋白的含量降低進而導致乳蛋白含量降低，但通過環控倉設定熱應激環境的研究結果顯示，乳蛋白含量不受熱應激影響，但由于熱應激導致乳產量下降，使得乳蛋白的產量下降，因此，本文從熱應激引起奶牛內分泌激素變化導致營養重分配的基因網絡、乳蛋白合成的應答與轉錄調控機制改變層面，綜述了其對奶牛乳腺酪蛋白合成的影響，為進一步研究熱應激對乳蛋白合成影響機制的研究提供研究思路。
1 熱應激奶牛通過內分泌激素變化引起營養重分配改變而影響乳腺蛋白質的合成
1.1 營養和內分泌是調控乳蛋白合成的重要因素
酪蛋白占乳蛋白含量的80%，其中90%以上是在乳腺中由氨基酸(AA)從頭合成。在過去40多年關于消化道層次和組織代謝層次研究證明，進入乳腺的AA水平是制約乳蛋白合成的主要營養制約因素，其中賴氨酸(Lys)和蛋氨酸(Met)是乳蛋白合成的限制性氨基酸，但近期的一些研究表明，飼糧能量水平在調控乳蛋白的合成能力方面比AA更敏感。調控奶牛飼糧能量水平不僅能為乳蛋白合成提供能量物質［三磷酸腺苷(ATP)、三磷酸鳥苷(GTP)、煙酰胺腺嘌呤二核苷酸(NADH)和還原型煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸(NADPH)］，同時通過增加胰島素的分泌還可促進乳蛋白的合成。內分泌一方面可以通過改變乳腺的血流量和氨基酸的轉運能力來影響乳腺對氨基酸的吸收和利用，另一方面可以通過其受體激活調控乳蛋白生成的信號轉導通路，完成對乳蛋白合成的調控。經證實，促乳素、生長激素、甲狀腺激素、糖皮質激素等在乳蛋白合成發中揮直接作用，而胰島素發揮間接作用。催乳素通過與靶細胞膜表面的催乳素受體結合，啟動Ja-nus激酶2(JAK2)/信號轉導和轉錄活化蛋白5(STAT5)信號轉導途徑，最終激活反式作用因子STAT5，使其作用于乳蛋白基因啟動子區的靶序列，啟動或增強以乳蛋白基因啟動子為作用元件的靶基因表達。生長激素可提高乳蛋白的合成，改善乳腺組織氨基酸的利用，對乳蛋白合成的調控點主要是在轉錄和轉錄后。糖皮質激素在體內能夠影響乳腺的功能，β－酪蛋白基因轉錄水平的表達主要通過催乳素和糖皮質激素的調節。盡管胰島素對乳蛋白的調節并未受到重視，但是近期的研究表明，胰島素不僅參與乳蛋白基因表達，而且在轉錄、轉錄后調控和AA攝取與利用方面對乳蛋白合成發揮重要調節作用。
1.2 營養和內分泌參與調控乳蛋白合成的基因網絡
乳蛋白合成調控是一個協同過程，涉及AA的水平、胰島素水平、葡萄糖水平及下游各信號轉導途徑，這些因素之間的網絡關系對于乳蛋白的合成發揮關鍵作用。已經證實很多信號通路在調控乳生成過程中發揮作用。隨著牛全基因組測序工作的完成和營養基因組學在畜禽營養生理研究中的不斷應用，在mRNA或蛋白質水平上研究與乳蛋白合成相關的功能基因表達和基因調控網絡研究結果陸續得以報道。營養素(如AA)可通過整合應激反應(ISR)和雷帕霉素靶點(mTOR)參與調節乳蛋白基因的表達和蛋白質的翻譯。目前，Bionaz等利用活體取樣，驗證了在AA轉運、葡萄糖轉運、胰島素通路、mTOR途徑、JAK2/STAT5信號通路和蛋白合成基因相關的44個基因的表達，初步構建了奶牛泌乳期乳蛋白合成基因網絡，暗示了AA的攝取、葡萄糖的轉運以及胰島素信號通過mTOR途徑對酪蛋白合成的重要性。但是熱應激這一環境因素具體通過何種信號轉導通路上調或下調某些基因的表達，而這些基因表達的變化最終又如何影響乳蛋白的合成仍不清晰。
1.3 熱應激改變奶牛營養分配與內分泌平衡
泌乳早期奶牛因營養攝入不足，生長激素增加，抑制了胰島素介導的脂肪合成和葡萄糖利用，促進脂肪組織釋放非酯化脂肪酸(NEFA)，增加了飼糧和體組織來源的養分向乳腺組織分配；同時降低胰島素的敏感性伴隨著血液胰島素水平的降低，從而使脂肪組織分解和NEFA的動員，奶牛處于能量負平衡狀態。普遍認為，熱應激條件下，因奶牛干物質采食量不足導致奶牛處于能量負平衡而引起牛奶合成降低，改變了奶牛體內參與養分合成與分解代謝的激素水平，激活相應的細胞信號轉導通路，引起乳蛋白合成相關基因的表達，從而調控乳蛋白合成代謝。但近期的研究表明，熱應激奶牛干物質采食量下降僅能解釋牛奶合成降低的35%～50%。近期的研究提示，與泌乳早期不同，奶牛在熱激條件下卻增高了胰島素水平。奶牛在正常生產條件下，機體胰島素水平升高會增加乳蛋白的含量，但是目前關于熱應激條件下胰島素水平升高與乳蛋白含量降低之間的矛盾仍沒有得到科學的解釋，是否與熱應激條件下乳蛋白合成所需前體物質的重分配改變有直接關系尚需進一步研究探明。
（中國農業科學院北京畜牧獸醫研究所，動物營養國家重點實驗室 馬露、卜登攀、高勝濤、郭江、權素玉；中國農業科學院與世界農用林業中心農用林業與可持續畜牧業聯合實驗室 馬露、卜登攀、高勝濤、郭江、權素玉；東北農業大學食品安全與營養協同創新中心 卜登攀）
熱應激影響奶牛乳腺酪蛋白合成的機制（2）
