脂肪酸的組合效應對奶牛乳脂合成的影響及機制

白 晨 敖長金 哈斯額爾敦 趙亞波

(內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學動物科學學院，動物營養(yǎng)與飼料科學自治區(qū)高等學校重點實驗室，呼和浩特 010018)

牛奶中的十八碳不飽和脂肪酸(C18 unsaturated fatty acid，C18 UFA)，如油酸(C18∶1cis-9)、亞油酸(C18∶2cis-9,12)和亞麻酸(C18∶3cis-9,12,15)具有多種生物學功能[1]。由于存在廣泛的瘤胃氫化作用和獨特的體內(nèi)代謝特性且脂肪酸(FA)在體內(nèi)的代謝存在交互組合效應[2]，通過飼糧途徑提高乳脂中上述FA含量的方法并不高效，提高程度并不能達到預期。

FA之間的組合效應對乳脂F(xiàn)A的組成具有較大影響[3-4]，如外源補充不飽和脂肪酸(unsaturated fatty acid, UFA)對乳腺中短鏈脂肪酸(short and medium-chain fatty acid，SMCFA)合成產(chǎn)生的抑制作用。生產(chǎn)實踐中，在飼糧中補充的油料籽實或油脂，其FA種類并不單一，所以FA之間的組合效應影響乳脂合成的現(xiàn)象廣泛存在[5]。因此，了解FA之間的組合效應有利于在飼糧中合理添加脂肪，本文就FA之間的組合效應對奶牛乳脂合成的影響進行綜述并闡述其機制。

1 乳FA來源及乳脂的合成

泌乳奶牛乳腺合成乳脂所需的FA主要依賴從血液中攝取FA前體物。其中攝取的乙酸和β-羥丁酸主要用于從頭合成SMCFA，包括4～14碳鏈長的FA和近1/2的16碳FA，而血液中脂蛋白所攜帶的脂類或白蛋白所攜帶的長鏈脂肪酸(long-chain fatty acid，LCFA)則可以部分被乳腺特異性識別并攝取利用。

乳中的脂類大約96%為甘油三酯。乳脂甘油三酯在乳腺的合成大致可以分解為：血液攝取前體物，SMCFA的從頭合成及LCFA的轉運，形成酯酰輔酶A，部分飽和脂肪酸(saturated fatty acid，SFA)的去飽和，酯化為甘油三酯，形成脂滴。上述過程需要大量的酶、轉錄因子的協(xié)同調控[6-8]且調控網(wǎng)絡較為復雜，如過氧化物酶體增殖物激活受體γ調控途徑的上、下游基因均對乳脂合成具有重要調控作用，而該途徑中的任何微小變化均會影響乳脂F(xiàn)A[9-10]。

2 FA之間的組合效應對乳脂組成的影響

2.1 SMCFA與LCFA的組合效應

從頭合成的SMCFA對乳脂合成的貢獻高于LCFA[11]。飼糧直接添加SMCFA可以提高乳脂率[12]，供給SMCFA的前體物乙酸和β-羥丁酸也可促進乳脂合成[3]。然而當外源供給SMCFA以增加乳脂產(chǎn)出時，雖然增加了乳SMCFA產(chǎn)量，卻常伴隨著LCFA含量的異常變化。飼糧添加十六烷酸(C16∶0)雖然增加了乳中C16∶0的含量，但降低了C18∶1cis-9的含量[13-14]。因為乳中C16∶0有一部分來自于乳腺從血液中直接攝取，所以有研究固定C16∶0的添加量，即各組C16∶0添加量保持一致時在奶牛飼糧中增量添加其他SMCFA混合物，雖然顯著增加了乳十四烷酸(C14∶0)產(chǎn)量，但對C18∶1cis-9和C18∶3cis-9,12,15的產(chǎn)量呈顯著抑制作用，而C18∶2cis-9,12的產(chǎn)量并未受到顯著影響[12]。

外源供給LCFA對SMCFA的合成也具有抑制作用[15]。有學者總結分析并指出飼糧C18∶1cis-9的含量與乳中SMCFA的產(chǎn)量呈負相關關系[5]。飼糧添加試驗表明，葵花籽或葵花籽油(富含C18∶2cis-9,12)的飼喂降低了放牧奶牛乳中SMCFA尤其是十二烷酸(C12∶0)、C14∶0、C16∶0的含量[16]。富含C18∶1cis-9和C18∶2cis-9,12的大豆油是常用的飼糧LCFA補充劑。飼糧添加4%的豆油降低了乳脂中SMCFA的含量[17]。進一步研究表明，飼糧添加大豆油對乳SMCFA產(chǎn)生的抑制作用具有廣泛性[18]。避開瘤胃“發(fā)酵”可以避免UFA在瘤胃的大量氫化，從而在一定程度上提高了飼糧UFA向乳UFA的轉化效率，然而瘤胃LCFA的供給對SMCFA的產(chǎn)出同樣具有顯著抑制作用。在灌注試驗中，泌乳中期奶牛皺胃增量灌注游離C18∶1cis-9或富含C18∶1cis-9的菜籽油，線性提高了乳中C18∶1cis-9的含量，顯著降低了C14∶0和C16∶0的含量，而十八烷酸(C18∶0)含量無顯著變化[19]。十二指腸灌注C18∶3cis-9,12,15或皺胃灌注C18∶2cis-9,12時[20-21]，在提高目標FA含量的同時，均降低了乳中SMCFA的含量。不同的C18 UFA所產(chǎn)生的抑制效應不盡相同，C18∶2cis-9,12對SMCFA的抑制程度比C18∶1cis-9更顯著，且當二者混合供給時對SMCFA的影響存在交互效應[22]。近年來，有學者提出飼糧中的UFA對SMCFA的抑制不僅發(fā)生在外源額外補充，而且廣泛存在。換言之，即便不額外補充UFA，飼糧本身包含的UFA也可能對SMCFA的合成具有一定的抑制作用，且這種抑制作用隨飼糧中脂肪含量的增加而增加[5]。

2.2 LCFA之間組合效應

奶牛乳中含量較高的FA是C16∶0、C18∶0和C18∶1cis-9，盡管在奶牛體內(nèi)具有不同的功能和代謝途徑，上述FA之間可能具有競爭或互補的互作關系[23]，主要體現(xiàn)在影響奶牛體內(nèi)能量的分配[24]，同時互作調控乳脂的合成[25]。也有學者證實，不同C18 UFA在乳腺的代謝雖不相同，但其對乳脂合成的貢獻并不獨立，可能存在互作效應[26-27]。目前關于提高乳C18 UFA的研究，主要聚焦于提高單一目標FA的產(chǎn)出[28-29]，但在增加目標FA的同時卻常常伴隨著其他C18 UFA含量的不規(guī)律變化。瘤胃增量灌注高油酸葵花籽油，灌注劑量從0 g/d升高到500 g/d時，線性提高乳中C18∶1cis-9含量的同時也線性降低了其他FA的含量，但C18∶2cis-9,12的含量并沒有受到顯著影響，且乳脂產(chǎn)量無顯著變化[30]。皺胃增量灌注高亞油酸大豆油脂線性提高了乳中C18∶2cis-9,12的含量，盡管大豆油脂中同時包含了23.60%的C18∶1cis-9，但并沒有改變?nèi)橹蠧18∶1cis-9的含量[21]。有研究給奶牛頸靜脈混合灌注等量的C18∶1cis-9、C18∶2cis-9,12、C18∶3cis-9,12,15并逐一回撤，發(fā)現(xiàn)外源供給的C18∶2cis-9,12降低了乳脂中C18∶1cis-9的含量，盡管同時灌注了C18∶1cis-9，因此提出C18∶2cis-9,12可能對C18∶1cis-9具有抑制效應[4]。也有研究指出，乳C18∶3cis-9,12,15的產(chǎn)出受飼糧補充C18∶2cis-9,12和魚油的交互作用影響[16]。

飼糧C18 UFA在瘤胃氫化的中間產(chǎn)物，如不同構型的反式C18∶1或不同構型的共軛亞油酸(CLA)，代謝至乳腺后，對乳脂的正常合成產(chǎn)生較大影響。研究表明，奶牛皺胃持續(xù)6周單獨灌注逐步增量的必需脂肪酸(富含C18∶2cis-9,12和C18∶3cis-9,12,15)、CLA(C18∶2cis-9,trans-11和C18∶2trans-10,12)或二者的混合油脂，在灌注第6周時混合灌注組乳中C18∶3cis-9,12,15的含量顯著高于單獨灌注必需脂肪酸組，而在第2、4周無此現(xiàn)象。而乳中C18∶2cis-9,12的含量在灌注第4周時，即呈現(xiàn)混合灌注顯著高于單獨灌注的現(xiàn)象并且持續(xù)到第6周。結果提示C18∶2cis-9,12和C18∶3cis-9,12,15含量與CLA含量之間存在互作效應[31]，但上述研究無法區(qū)分C18∶2cis-9,12含量與CLA含量、C18∶3cis-9,12,15含量與CLA含量或C18∶2cis-9,12含量與C18∶3cis-9,12,15含量之間可能存在的互作效應。此外，有報道指出，C18 UFA之間的互作效應影響FA在體內(nèi)的進一步碳鏈延長和去飽和過程，研究指出，C18∶2cis-9,12攝入過高會抑制C18∶3cis-9,12,15向超長鏈n-3 FA的轉化，同樣的，C18∶3cis-9,12,15也會抑制C18∶2cis-9,12向超長鏈n-6 FA的轉化[32]，但此報道針對單胃動物豬，而在奶牛的相關研究中未見上述現(xiàn)象的報道，因此需進一步探究。

3 FA之間組合效應的可能機制

3.1 瘤胃氫化過程

飼糧中的UFA會改變瘤胃的發(fā)酵和氫化過程，這與參與氫化的菌群豐度變化或FA氫化途徑改變有關，進而影響氫化產(chǎn)物的組成[22]。有學者提出UFA在瘤胃的氫化過程存在交互作用[33]，如C18∶1cis-9可以降低C18∶3cis-9,12,15在瘤胃的氫化率，C18∶2cis-9,12對二十碳五烯酸(C20∶5)和二十二碳六烯酸(C22∶6)的氫化具有抑制作用。上述研究提示若混合供給多種UFA，則氫化產(chǎn)物的組成可能并非遵循多供給即多氫化的預期。氫化過程中的UFA交互作用的機制可能與氫化菌群的變化有關，瘤胃細菌對UFA的氫化作用可能是一種“減毒”行為，且瘤胃細菌對不同UFA如C18∶2cis-9,12和C18∶3cis-9,12,15的氫化，具有“菌株特異性”[34]。研究指出，與單獨添加C18∶3cis-9,12,15相比，C18∶1cis-9和C18∶3cis-9,12,15的混合添加降低了氫化C18∶3cis-9,12,15的菌群豐度，進而增加了C18∶3cis-9,12,15的瘤胃流出率[35]。但也有研究指出，奶牛飼糧混合供給魚油和植物油，與單獨供給魚油相比改變了UFA的氫化途徑，但關鍵細菌種群并未發(fā)生改變[36]。由于涉及氫化的菌群結構復雜，且氫化過程的中間產(chǎn)物繁多，因此瘤胃氫化過程中UFA的交互作用機制需深入全面研究。

3.2 乳腺攝取利用環(huán)節(jié)

乳腺對血液中FA的攝取具有選擇性[37]，乳腺脂蛋白脂酶識別血液LCFA時，對乳糜微粒和極低密度脂蛋白所攜帶的甘油三酯上的FA特異性識別。在多數(shù)情況下，飼糧中的C18∶2cis-9,12等多不飽和脂肪酸被腸道吸收后在血液中更多的是以磷脂或膽固醇酯的形式通過脂蛋白運輸。然而，當外源額外添加C18 UFA時，則會改變腸道吸收的形式，使進入小腸的C18 UFA在腸上皮細胞更多地被酯化為甘油三酯進而被吸收[38]。此時不同C18 UFA被酯化為甘油三酯的效率并不可知，因此當乳腺特異性識別血液中脂類時，可能因額外供給的不同C18 UFA酯化在甘油三酯的比例不同而出現(xiàn)攝取量不一的情況。此外，乳腺脂蛋白酯酶對血液中脂類sn-1和sn-3位點的FA具有立體選擇性[38]，而植物油脂中的UFA則更多的存在于脂類的sn-2位點，因此更易被乳腺舍棄進而以殘留脂滴的形式被運輸至肝臟或肝臟外組織[39]。不僅如此，乳腺對乳脂前體物的攝取還與FA本身有關。如n-3和n-6系列的多不飽和脂肪酸在乳腺上皮細胞攝取時的細胞表面受體、通路等并不相同[40]，但無法明確不同攝取機制之間是否存在交互關系。由于飼糧添加的脂類中FA種類多且脂類類型不同，因此上述機制均可能影響乳腺對其的攝取利用，但尚需多方面研究證實。

此外，有學者提出，不適宜的飼糧FA組成，即便供給量很少，也可能會誘導乳脂產(chǎn)出降低，若優(yōu)化飼糧FA組成，則可能有效降低乳脂降低綜合征的發(fā)生[41]。這表明乳腺在攝取利用前體物合成乳脂的過程可能存在最優(yōu)攝取利用模式，若外源額外供給大量FA，則會打破該模式進而出現(xiàn)乳中FA非目標性變化。已有研究表明，供給與乳脂F(xiàn)A組成相同的黃油，乳中FA的組成并無顯著差異[12,42]。

3.3 乳腺內(nèi)乳脂合成環(huán)節(jié)

雖然大量研究提出供給C18 UFA對SMCFA具有抑制作用，但尚無一致的結論來解釋其機理?？赡艿臋C制是：1)改變了瘤胃發(fā)酵狀態(tài)。飼糧額外供給油脂會抑制瘤胃微生物對纖維的利用，降低了乙酸的產(chǎn)出進而降低了乳腺SMCFA的從頭合成[18,43]。2)油脂中富含的C18 UFA在瘤胃的氫化產(chǎn)生的不完全氫化產(chǎn)物如異構化的反式油酸和亞油酸，其在乳腺通過抑制乙酰輔酶A羧化酶(ACACA)、脂肪酸合成酶(FASN)和固醇調節(jié)元件結合蛋白-1進而降低SMCFA的從頭合成[44]。有研究側面證實了SMCFA的受抑制現(xiàn)象發(fā)生于乳腺內(nèi)部，并非血液中SMCFA的前體物(乙酸和β-羥丁酸)供給不足[45]。而且瘤胃后供給試驗同樣呈現(xiàn)C18 UFA對SMCFA的抑制效應，因此第2種機制得到了較多學者的支持。體外研究也指出，在奶牛乳腺上皮細胞中添加LCFA時，從頭合成重要調控基因ACACA和FASN的mRNA表達量顯著下調[7]。不僅如此，外源的C18 UFA不僅抑制SMCFA在乳腺的從頭合成，還抑制SMCFA酯化為乳甘油三酯[11]。值得注意的是,有學者指出丁酸(C4∶0)在乳腺的合成獨立于從頭合成過程，因此外源LCFA通過抑制從頭合成關鍵酶基因而抑制SMCFA時并不影響C4∶0的產(chǎn)出[46]。

乳腺硬脂酰輔酶A去飽和酶(SCD)位于乳腺上皮細胞內(nèi)質網(wǎng)，對甘油三脂合成和維持乳脂流動性具有重要貢獻，因此被認為是調控乳FA合成的核心基因之一[6]。細胞中添加C18∶1cis-9對SCD基因的表達具有顯著下調作用，這可能是因為產(chǎn)物增加所發(fā)生的負反饋調節(jié)機制所致[7]。然而另有研究報道，奶牛乳腺中SCD對飼糧供給的C18∶2cis-9,12較為敏感，強于C18∶1cis-9和C18∶3cis-9,12,15[47]，相比于飼糧供給菜籽油和亞麻籽油，供給大豆油顯著下調了SCD的mRNA表達量。但此現(xiàn)象可能與FA的添加劑量有關，也可能與添加形式有關。飼糧中的UFA在瘤胃的不完全氫化產(chǎn)物C18∶2trans-10,cis-12對乳腺SCD基因具有明顯的抑制作用，進而降低SCD所介導的SFA去飽和，如降低乳腺C18∶1cis-9的產(chǎn)出，反向增加C18∶0的積聚[44]。此外，添加混合C18 UFA對SCD的影響較添加單一C18 UFA更為復雜，混合添加時，SCD基因表達的變化可能與FA之間的互作效應有關[48]。

乳腺進行甘油三酯合成時，不同F(xiàn)A在甘油三酯不同位點的酯化順序并不一致且具有一定規(guī)律，同時存在不同F(xiàn)A競爭性酯化在同一位點的現(xiàn)象。如C18∶0、C18∶1cis-9易酯化在sn-1,3位點[49]，而C18∶2cis-9,12和C18∶3cis-9,12,15在3個位點均易酯化但更多酯化在sn-1,3位點[50]。絕大部分C4∶0和己酸(C6∶0)酯化在sn-3位點[49]。因此，若外源供給額外的FA，則在乳腺甘油三酯酯化環(huán)節(jié)易出現(xiàn)競爭性的互作效應。C16∶0在酯化過程中扮演重要角色，作為在sn-1位酯化的首選FA，C16∶0優(yōu)先于C18∶0和C18∶1cis-9在該位點的酯化[25]，其還具有刺激甘油-3-磷酸?；D移酶的活性進而刺激甘油三酯第1步合成的作用[11,42]，這也是外源供給C16∶0常能提高乳脂合成的原因之一。由于UFA抑制SMCFA的從頭合成，若將C16∶0與UFA混合添加，可以有效抵消由于UFA帶來的乳脂合成降低的現(xiàn)象[51]。

乳腺合成乳脂可能具有自平衡機制，當某些FA如LCFA含量過高時，會自平衡調節(jié)SMCFA的產(chǎn)出，其機制可能是為了保持乳的理化特性[52-53]。乳脂熔點的高低可能直接影響乳脂的產(chǎn)出，當乳脂中FA組成變化而導致熔點升高時，可能導致維持乳脂流動性的能力降低進而降低乳脂的合成[34]。乳腺的自平衡機制受LCFA添加劑量的影響，當LCFA含量過高時，平衡機制被打破，則乳中目標LCFA的含量可無限量增加[30]，從而影響乳的基本理化特性。有研究表明，給泌乳奶牛陰外動脈供給混合C18 UFA可以顯著改變?nèi)橹現(xiàn)A組成，但乳中C18∶1cis-9含量對血液低劑量額外供給表現(xiàn)較不敏感，表觀轉運效率較低，而C18∶2cis-9,12含量則表現(xiàn)極為敏感，表現(xiàn)為供給即增加的現(xiàn)象[54]。這樣的變化可能是由于乳腺對不同F(xiàn)A的耐受劑量不同導致，給奶牛灌注高劑量(500 g/d)富含C18∶1cis-9的植物油后，乳中含量可增加至39.23%且乳脂產(chǎn)量無顯著變化，該結果提示C18∶1cis-9的產(chǎn)出在乳腺生理范圍內(nèi)可能是不受限制的[30,55]。乳腺可能存在某種閾值，在低于此閾值時，C18∶1cis-9攝取的增加并不會改變其合成和分泌，而當攝取量超過此閾值，則其在乳中的含量可以增加到一個較高的水平。

4 小 結

在實際生產(chǎn)中，為提高乳中功能性FA產(chǎn)量而在飼糧中額外添加油脂或油料籽常發(fā)生FA之間的組合效應，該效應廣泛存在但關于其機制的研究較少。奶牛乳腺乳脂的合成過程較為復雜，該組合效應的機制研究還需將各環(huán)節(jié)因素結合起來系統(tǒng)、深入地分析。