热应激影响奶牛乳腺酪蛋白合成的机制（1）
2 热应激条件下奶牛乳腺酪蛋白合成的应答与转录调控机制
2.1 热应激影响乳腺上皮细胞的合成能力
乳的质量取决于乳腺上皮细胞的数量和分泌能力，而这些因素会受到不同的环境和管理措施的影响。利用表达谱芯片分析热应激诱导的奶牛乳腺上皮细胞应激响应，发现热应激会下调参与乳腺上皮细胞生物合成、代谢和形态相关基因表达。研究证明，奶牛乳腺上皮细胞在高温42℃处理的初期(3h)，乳腺上皮细胞产生了快速应答，细胞凋亡数量增加，凋亡标志性基因B淋巴细胞瘤－2(Bcl-2)显著上调，而促凋亡基因Bax表达显著下调，热休克因子(hsf)1、hsf27、hsf70和hsf90mRNA转录水平显著上调;随应激时间的延长(5～24 h)，细胞产生热耐受；而在整个高温条件下，不同程度抑制了αs1－酪蛋白和β酪蛋白基因表达，以及嗜乳脂蛋白(BTN)基因的表达。当奶牛机体代谢异常时不仅牛奶品质降低，而且会影响乳腺细胞合成乳成分的正常功能，甚至引起细胞发生“重编程”，但目前关于热应激影响乳腺上皮细胞酪蛋白合成的应答机制仍不清楚。
2.2 表观遗传修饰的改变影响乳蛋白的生成
表观遗传学是指由于DNA或其周围染色体化学修饰改变而非DNA序列变化所造成的基因组功能改变。DNA甲基化是最广泛研究的表观调节因素。奶牛生产环境和不同的饲养管理措施均能诱导乳蛋白合成基因DNA甲基化从而影响乳蛋白的生成。啮齿类动物研究表明，泌乳过程中αs1－酪蛋白、κ－酪蛋白、β－酪蛋白和γ－酪蛋白基因均能发生甲基化。已经有多项针对不同生理时期和疾病发生时奶牛乳腺中酪蛋白基因的甲基化和表达情况的研究，结果表明奶牛αs1－酪蛋白基因在泌乳期低甲基化，Vanselow等更深一步证实STAT5结合泌乳增强子附近DNA甲基化和染色体结构存在关联，主要发生在αs1－酪蛋白编码基因的大概10kb位置，该区域的DNA处于低甲基化状态。而当奶牛乳腺受到感染时，αs1－酪蛋白基因甲基化水平也会发生改变，甲基化水平提高31%～45%。当奶牛受大肠杆菌或链球菌感染发生乳房炎时，αs1－酪蛋白基因甲基化发生在转录激活子和增强子区域，这一区域的甲基化程度与αs1－酪蛋白mRNA和蛋白质水平呈负相关，与正常健康奶牛相比，关闭了αs1－酪蛋白基因的合成，使mRNA水平和乳蛋白含量降低。另有研究表明，奶牛挤奶后24～36h，催乳素/STAT5信号通路基因和乳蛋白基因表达均发生了甲基化。虽然至今没有关于酪蛋白基因是否对热应激产生应答而发生甲基化，但是甲基化这一最普遍的表观遗传修饰，可能会在奶牛泌乳过程中发挥作用。
2.3 miRNA对乳成分的合成发挥重要的调控作用
研究证实，miRNA主要是通过与脂类代谢相关基因靶位点的结合参与调节脂类代谢，而关于miRNA调节乳蛋白的研究鲜有报道。已有的研究证据表明miRNA能够通过靶向激素受体或编码乳成分的基因，参与乳蛋白生成的调控，例如bta-miR-15a抑制奶牛乳腺上皮中酪蛋白的表达，同时抑制乳腺上皮细胞的活力和生长激素受体(GHR)mRNA和蛋白质的表达，而miR-126-3p能够直接以孕酮受体(PGR)为靶基因，影响乳腺上皮细胞的增殖、β－酪蛋白的生成从而在小鼠乳腺发育和泌乳过程中发挥重要作用。小鼠体内的研究证实，热应激能够改变miRNA的表达，使小肠mRNA和miRNA的表达均受到显著影响；热应激不仅能够诱导miRNA的表达变化，生成新的内源性miRNA，而且对细胞应激应答过程发挥作用，但目前还没有针对奶牛的相关研究。随着RNA测序(RNA-seq)技术的在转录调控研究中的不断应用，将为揭示热应激条件下miRNA的表达和可能的调控途径提供依据。
3 小结
乳蛋白的合成是基因、营养和环境共同作用的结果。奶牛在热应激条件下通过降低干物质采食量和驱动机体内分泌激素的平衡以适应热应激状态。但乳蛋白合成的基因调控网络研究刚刚起步，乳蛋白合成对各种激素和中间代谢产物的信号转导途径、关键调控因子及其相互作用模式仍不了解，尤其针对热应激条件下奶牛泌乳的转录调控机制尚属空白。因此，根据生产实践中奶牛热应激条件建立奶牛热应激模型，通过分析血液代谢产物、激素和牛奶成分，结合实时定量 PCR、RNA-seq和DNA甲基化分析等方法，在筛选获得差异表达mRNA、miRNA以及验证以关键信号分子为靶基因相关miRNA作用的基础上，构建奶牛乳腺应答热应激的酪蛋白合成关键基因调控网络，进一步探索热应激条件下乳蛋白合成的表观遗传调控机制，将会为缓解奶牛热应激和提高奶牛合成乳蛋白的效率提供新的研究思路和方法。
（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）
