摘要： 热应激不仅影响奶牛健康，同时影响奶牛泌乳性能和牛奶品质。乳蛋白作为影响牛奶品质的主要成分，其含量和产量受到基因、环境、内分泌激素等因素综合作用的影响。而现有关于热应激对奶牛乳蛋白含量及产量的影响的研究报道结果不相一致。因此，本文从热应激引起奶牛内分泌激素变化导致营养重分配的基因网络、乳蛋白合成的应答与转录调控机制改变层面，综述了其对奶牛乳腺酪蛋白合成的影响，为进一步的机理研究提供一些思路。
乳蛋白的含量是构成牛奶重要营养品质的主要物质基础之一。大量研究表明，乳成分(乳脂肪、乳蛋白和乳糖)的合成是基因、环境、内分泌激素等因素综合作用的结果，其中乳脂肪的含量和组成最容易受饲粮营养的影响，而乳蛋白的含量和组成相对比较稳定。热应激是影响乳蛋白合成重要环境因素。近期的研究表明，牛奶的合成对于高热环境非常敏感，热应激不仅会影响奶牛泌乳性能、牛奶品质和奶牛健康，降低产奶量和乳蛋白含量，同时增加了生产成本。
目前各国奶业科研人员研究已经建立了关于缓解奶牛热应激的各类控制技术。我国学者在调查分析我国不同地区奶牛热应激类型的基础上，系统研究了热应激环境下奶牛瘤胃发酵、气血酸碱平衡、机体能量平衡、乳腺功能变化，确立了通过饲粮饱和脂肪酸、过瘤胃淀粉、阴阳离子平衡和有机微量元素为核心缓解奶牛热应激的营养调控技术途径，开发了《牧场缓解热应激自动控制系统》 软件，对降低奶牛热应激带来的损失起到了一定的作用，在热应激奶牛营养代谢理论及其缓解技术方面取得了新进展。目前国际上对于有关热应激对奶牛乳蛋白含量及产量的研究结果不相一致，Bernabucci等的研究结果显示，在夏季热应激条件下，奶牛合成乳酪蛋白的含量降低进而导致乳蛋白含量降低，但通过环控仓设定热应激环境的研究结果显示，乳蛋白含量不受热应激影响，但由于热应激导致乳产量下降，使得乳蛋白的产量下降，因此，本文从热应激引起奶牛内分泌激素变化导致营养重分配的基因网络、乳蛋白合成的应答与转录调控机制改变层面，综述了其对奶牛乳腺酪蛋白合成的影响，为进一步研究热应激对乳蛋白合成影响机制的研究提供研究思路。
1 热应激奶牛通过内分泌激素变化引起营养重分配改变而影响乳腺蛋白质的合成
1.1 营养和内分泌是调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)从头合成。在过去40多年关于消化道层次和组织代谢层次研究证明，进入乳腺的AA水平是制约乳蛋白合成的主要营养制约因素，其中赖氨酸(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，饲粮能量水平在调控乳蛋白的合成能力方面比AA更敏感。调控奶牛饲粮能量水平不仅能为乳蛋白合成提供能量物质［三磷酸腺苷(ATP)、三磷酸鸟苷(GTP)、烟酰胺腺嘌呤二核苷酸(NADH)和还原型烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸(NADPH)］，同时通过增加胰岛素的分泌还可促进乳蛋白的合成。内分泌一方面可以通过改变乳腺的血流量和氨基酸的转运能力来影响乳腺对氨基酸的吸收和利用，另一方面可以通过其受体激活调控乳蛋白生成的信号转导通路，完成对乳蛋白合成的调控。经证实，促乳素、生长激素、甲状腺激素、糖皮质激素等在乳蛋白合成发中挥直接作用，而胰岛素发挥间接作用。催乳素通过与靶细胞膜表面的催乳素受体结合，启动Ja-nus激酶2(JAK2)/信号转导和转录活化蛋白5(STAT5)信号转导途径，最终激活反式作用因子STAT5，使其作用于乳蛋白基因启动子区的靶序列，启动或增强以乳蛋白基因启动子为作用元件的靶基因表达。生长激素可提高乳蛋白的合成，改善乳腺组织氨基酸的利用，对乳蛋白合成的调控点主要是在转录和转录后。糖皮质激素在体内能够影响乳腺的功能，β－酪蛋白基因转录水平的表达主要通过催乳素和糖皮质激素的调节。尽管胰岛素对乳蛋白的调节并未受到重视，但是近期的研究表明，胰岛素不仅参与乳蛋白基因表达，而且在转录、转录后调控和AA摄取与利用方面对乳蛋白合成发挥重要调节作用。
1.2 营养和内分泌参与调控乳蛋白合成的基因网络
乳蛋白合成调控是一个协同过程，涉及AA的水平、胰岛素水平、葡萄糖水平及下游各信号转导途径，这些因素之间的网络关系对于乳蛋白的合成发挥关键作用。已经证实很多信号通路在调控乳生成过程中发挥作用。随着牛全基因组测序工作的完成和营养基因组学在畜禽营养生理研究中的不断应用，在mRNA或蛋白质水平上研究与乳蛋白合成相关的功能基因表达和基因调控网络研究结果陆续得以报道。营养素(如AA)可通过整合应激反应(ISR)和雷帕霉素靶点(mTOR)参与调节乳蛋白基因的表达和蛋白质的翻译。目前，Bionaz等利用活体取样，验证了在AA转运、葡萄糖转运、胰岛素通路、mTOR途径、JAK2/STAT5信号通路和蛋白合成基因相关的44个基因的表达，初步构建了奶牛泌乳期乳蛋白合成基因网络，暗示了AA的摄取、葡萄糖的转运以及胰岛素信号通过mTOR途径对酪蛋白合成的重要性。但是热应激这一环境因素具体通过何种信号转导通路上调或下调某些基因的表达，而这些基因表达的变化最终又如何影响乳蛋白的合成仍不清晰。
1.3 热应激改变奶牛营养分配与内分泌平衡
泌乳早期奶牛因营养摄入不足，生长激素增加，抑制了胰岛素介导的脂肪合成和葡萄糖利用，促进脂肪组织释放非酯化脂肪酸(NEFA)，增加了饲粮和体组织来源的养分向乳腺组织分配；同时降低胰岛素的敏感性伴随着血液胰岛素水平的降低，从而使脂肪组织分解和NEFA的动员，奶牛处于能量负平衡状态。普遍认为，热应激条件下，因奶牛干物质采食量不足导致奶牛处于能量负平衡而引起牛奶合成降低，改变了奶牛体内参与养分合成与分解代谢的激素水平，激活相应的细胞信号转导通路，引起乳蛋白合成相关基因的表达，从而调控乳蛋白合成代谢。但近期的研究表明，热应激奶牛干物质采食量下降仅能解释牛奶合成降低的35%～50%。近期的研究提示，与泌乳早期不同，奶牛在热激条件下却增高了胰岛素水平。奶牛在正常生产条件下，机体胰岛素水平升高会增加乳蛋白的含量，但是目前关于热应激条件下胰岛素水平升高与乳蛋白含量降低之间的矛盾仍没有得到科学的解释，是否与热应激条件下乳蛋白合成所需前体物质的重分配改变有直接关系尚需进一步研究探明。
（中国农业科学院北京畜牧兽医研究所，动物营养国家重点实验室 马露、卜登攀、高胜涛、郭江、权素玉；中国农业科学院与世界农用林业中心农用林业与可持续畜牧业联合实验室 马露、卜登攀、高胜涛、郭江、权素玉；东北农业大学食品安全与营养协同创新中心 卜登攀）
热应激影响奶牛乳腺酪蛋白合成的机制（2）
