氨基酸供給與內分泌互作調控乳蛋白合成的研究進展

徐連彬　林雪彥　胡志勇　王　云　王中華

(山東農業大學動物科技學院，泰安271018)

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氨基酸供給與內分泌互作調控乳蛋白合成的研究進展

徐連彬林雪彥胡志勇王云王中華*

(山東農業大學動物科技學院，泰安271018)

限制性氨基酸研究是泌乳奶牛研究的熱點之一，關于其影響乳蛋白合成途徑而進行的一系列體內外研究表明：底物效應可能不是主要原因，更重要的是氨基酸及其構成作為信號因子對神經內分泌和細胞內信號通路的影響。本文從乳蛋白合成的影響因素入手，概括了氨基酸供給、激素分泌及二者相互作用對乳蛋白合成的調節，以期為闡明氨基酸供給影響乳蛋白合成的途徑提供一定理論參考。

氨基酸；內分泌；互作調控；乳蛋白合成；研究進展

氨基酸供給包括氨基酸種類、比例和水平3個方面，其對乳蛋白合成有重要的影響。有關改變必需氨基酸(EAA)供給影響乳蛋白產量的試驗已證實了這一點[1-2]。傳統的氨基酸營養理論用“木桶原理”來解釋氨基酸構成對乳蛋白合成的影響。該理論認為，相對于需要量供給最為短缺的EAA在補充到一定水平前，補充其他氨基酸沒有效果。事實上，無論在生長動物還是泌乳動物上，均發現存在“共限制”氨基酸現象，即補充不同EAA均促進了乳蛋白的合成，從而證實了該理論的局限性[3-5]。與生長動物不同，泌乳反芻動物對單一EAA供給變化響應不敏感。Bequette等[6]發現，奶山羊真胃灌注混合氨基酸中缺失組氨酸(His)，其動脈濃度下降了近90%，而乳蛋白產量卻變化不顯著。盡管如此，作為構成乳蛋白的基本單位，氨基酸的底物功能仍然不能忽視。Appuhamy等[7]觀察到，蛋氨酸(Met)和蘇氨酸(Thr)不影響乳腺上皮細胞內的信號途徑，但影響酪蛋白合成速度，其作用途徑可能是底物效應。Eif等[8]研究表明，限制單一EAA供給量，所限制EAA的細胞內受體tRNA載荷可降至零，而其他氨基酸的受體tRNA仍滿載荷，各密碼子的翻譯速度因可利用底物數量的變化出現很大差異。乳腺氨基酸代謝研究表明，單一EAA缺乏可以通過提高乳腺血流量(MBF)和缺乏EAA的乳腺提取效率來增加對乳腺組織的供應[6]。因此，限制性氨基酸乳腺供給量減少可能不是引起乳蛋白產量下降的主要原因，已有的研究表明存在2種其他的途徑。一是氨基酸供給影響乳腺上皮細胞內調節蛋白質合成的信號通路，主要包括：1)哺乳動物雷帕霉素靶蛋白(mammalian target of rapamycin,mTOR)通路。細胞氨基酸營養改變信號刺激該途徑對核糖體S6蛋白激酶1(ribosomal protein S6 kinase 1,rpS6K1)和真核細胞翻譯啟動因子4E結合蛋白1(eukaryotic translation initiation factor 4E binding protein 1,4EBP1)的磷酸化，從而促進胞內蛋白質合成的翻譯過程[9]。2)整合應激(integrated stress response,ISR)網絡。細胞氨基酸營養不足時，增加的空載tRNA刺激真核細胞翻譯啟動因子2(eukaryotic translation initiation factor 2,eIF2)的磷酸化，從而抑制胞內蛋白質合成的翻譯起始[10]。二是限制或增加EAA供給引起血漿激素濃度的變化，后者可通過組織代謝、細胞增殖和轉錄翻譯等多個水平調控乳蛋白合成。一個比較一致的規律是限制單一或一組EAA供給，血漿胰島素(INS)和胰高血糖素(GLN)濃度同時升高。2006—2012年發表的6個相關研究[1,11-15]都觀察到了這一現象。因此，內分泌變化是影響乳蛋白合成的重要因素，EAA供給-內分泌變化-乳蛋白合成是一個值得關注的EAA供給影響乳蛋白合成的途徑，本文將對與此相關的研究進行綜述。

1　氨基酸供給對內分泌激素的影響及作用途徑

泌乳奶牛的下丘腦-垂體系統及乳腺細胞分泌的激素影響體內游離氨基酸的利用，反之游離氨基酸也可能對神經內分泌系統產生反饋性調節。陳智梅[16]根據氨基酸平衡指數調整培養基中Met、賴氨酸(Lys)和亮氨酸(Leu)的比例，結果發現不同氨基酸模式影響離體乳腺組織中激素的合成與分泌。體外一系列的EAA灌注試驗支持這一結論，例如：靜脈灌注分別缺失Met、Lys、His和支鏈氨基酸(BCAA)的混合氨基酸顯著改變了泌乳奶牛血漿中幾種激素的濃度[1]；小鼠腹腔注射精氨酸(Arg)后，INS和GLN的分泌量均顯著增加[12]。由此看出，激素分泌的刺激效果與氨基酸種類存在一定的關系。Kuhara等[17]通過綿羊靜脈灌注試驗發現，酸性氨基酸主要促進生長激素(GH)的分泌，中性直鏈氨基酸主要促進INS和GLN的分泌，而BCAA趨于抑制GLN的分泌。除作用于分泌外，氨基酸還能影響激素的組織敏感性及其受體的表達。Xiao等[18]發現，BCAA缺乏可以提高肝臟INS的敏感性。EAA缺乏未必影響血漿GH和胰島素樣生長因子Ⅰ(IGF-Ⅰ)的濃度，但可以影響肝細胞GH和IGF-Ⅰ受體的表達[19]。

無論是缺失還是增加EAA，均可引起氨基酸的不平衡，因而可能是氨基酸不平衡而非單一氨基酸信號刺激了激素的分泌。關于氨基酸調節激素分泌機制的報道較少，根據前人的研究結果概括如下：首先，某些特殊氨基酸本身作為底物參與小分子質量激素的合成。酪氨酸(Tyr)和苯丙氨酸(Phe)是腎上腺素和甲狀腺激素合成的前體。其次，氨基酸可能通過細胞內信號途徑直接調節激素的分泌。研究表明氨基酸混合物對INS分泌的刺激作用50%以上通過谷氨酰胺(Gln)來實現，其胞內信號途徑為環磷酸腺苷-蛋白激酶A(cyclic adenosine monophosphate-protein kinase A,cAMP-PKA)通路[20-21]。馬秀玲[22]指出，Arg可以在轉錄和翻譯水平對肝臟IGF-Ⅰ的合成進行調節，涉及的可能環節包括轉錄速率、核-胞漿運輸以及轉錄后的加工修飾。Xiao等[18]發現，BCAA缺乏通過mTOR和腺苷酸活化蛋白激酶(adenosine monophosphate activated protein kinase,AMPK)通路增加肝臟中INS的敏感性。在組織細胞感受氨基酸信號的過程中，氨基酸載體可能起到關鍵的作用，即所謂的“轉運感受子”(transceptor)[23]，如Leu等中性氨基酸載體可與胞內mTOR通路發生交互作用而傳遞信號[24]。最后，單一氨基酸或氨基酸平衡可能通過血漿代謝物間接發揮調節作用。王建發[25]體外培養奶牛垂體細胞時發現，Arg通過生成一氧化氮(NO)促進胞外Ca2+內流，從而調節GH的分泌；Tyr通過生成多巴胺并以自分泌或旁分泌的方式抑制催乳素(PRL)的分泌。與外源灌注速率增加相比，肝臟對EAA的利用速率增幅更大，其糖異生的代謝產物葡萄糖對INS和GLN的分泌具有直接的刺激作用[26-27]。此外，有研究報道氨基酸供給可能通過增加腸道細胞分泌胃饑餓素(ghrelin)來促進INS和GH的分泌[11]。ghrelin是一種由胃黏膜內分泌細胞分泌的腦腸肽，當其與GH分泌細胞膜表面的生長激素促分泌物受體(growth hormone secretagogue receptor,GHSR)結合后激活蛋白激酶C(protein kinase C,PKC)并提高核內環磷腺苷效應元件結合蛋白(cAMP response element binding protein,CREB)的磷酸化水平，后者與GH基因的啟動子區特異性結合后促進GH基因的轉錄[28]。

2　內分泌激素對乳蛋白合成的影響及作用途徑

Cant等[29]對乳腺氨基酸代謝的相關研究進行了綜述，并指出：乳蛋白合成速度決定于動物的生理狀態、營養狀況和擠奶制度，而非胞外氨基酸濃度。大量數據證實，泌乳奶牛體內存在一系列針對氨基酸缺乏而優先滿足泌乳的機制，其中內分泌系統是一個重要的方面。綜合以往的研究結果，我們發現激素對乳蛋白合成的調控是在細胞、組織、器官和機體各個層次的集成調控，其具體途徑可能包括：1)調節機體代謝并促進營養物質向乳腺的分配。奶牛機體自身存在營養調控功能，當氨基酸缺乏時，其可以通過協調分配在一定時間內保持穩態，激素在維護機體這一功能方面起到非常重要的作用。吳慧慧等[30]指出，反芻動物泌乳期營養分配的主要調節因子是激素，其影響穩態信號應答的機制可能包括改變組織受體及其動力學、細胞內信號傳導體系及生化通路中關鍵酶的表達和活性；此外，不同組織在氨基酸補償調控這一過程中可以相互協調，共同促進營養物質向乳腺的轉移。2)促進乳腺的發育并維持泌乳過程。3)調節氨基酸載體的表達和活性[31]。4)促進乳蛋白合成相關基因的轉錄和翻譯，如圖1所示。下面以PRL、INS、IGF-Ⅰ、GH和GLN為例，從分子、細胞、組織、器官和機體多個水平對其具體的作用機制加以論述。

IGFBP：胰島素樣生長因子結合蛋白 insulin-like growth factor binding protein；TGFα：轉化生長因子α transforming growth factor α；TGFβ：轉化生長因子β transforming growth factor β；Leptin：瘦素；FGF：纖維母細胞生長因子 fibroblast growth factor；stromal cells：基質細胞；IRS-1：胰島素受體底物1 insulin receptor substrate 1；RAS：大鼠肉瘤蛋白 rat sarcoma protain；β-Catenin：β-連環蛋白；Cell survival：細胞存活；Cell proliferation：細胞增殖；SOCS：細胞信號因子抑制因子 suppressors of cytokine signaling；JAK/STAT5 Signaling：Janus激酶/信號轉導與轉錄激活子5信號；Prl：催乳素 prolactin；GH：生長激素 growth hormone；Milk Protein Gene Expression：乳蛋白基因表達；KEY：圖例；Prl or GH receptor：催乳素或生長激素受體；IGF-Ⅰ receptor：胰島素樣生長因子Ⅰ受體；Hybrid receptor：混合受體；Insulin receptor：胰島素受體；Fibroblast or adipocyte：纖維母細胞或脂肪細胞；ECM protain：細胞外基質蛋白 extracellular matrix proteins。

圖1IGF-Ⅰ、PRL、GH和其他生長因子對奶牛乳腺上皮細胞的作用

Fig.1Actions of IGF-Ⅰ, PRL, GH and selected growth factors in a bovine mammary epithelial cell[42]

2.1PRL

PRL是由腺垂體催乳素細胞合成并分泌的一類單鏈多肽類蛋白激素，由199個氨基酸組成，廣泛分布于垂體以外的組織器官。PRL在發動并維持泌乳、刺激乳腺生長發育和促進乳蛋白合成方面具有十分重要的作用。楊建英等[32]發現，泌乳奶牛乳蛋白含量增加的同時會伴隨著血漿PRL濃度的升高。添加PRL顯著提高了離體奶牛乳腺上皮細胞的乳蛋白分泌量[33]。Boutinaud等[34]采用PRL抑制劑處理泌乳奶牛，發現κ-酪蛋白和PRL受體(PRLR)的mRNA表達豐度均顯著下降。

PRL調控乳蛋白合成的機理可能有以下幾個方面：一是PRL促進乳腺發育并影響泌乳的維持。妊娠末期，PRL通過增加基因轉錄和延長mRNA壽命控制小葉腺泡的發育及小葉上皮細胞的增殖[35]，參與調控該過程的是細胞內絲裂原活化蛋白激酶(mitogen activated protein kinase,MAPK)信號通路。喹高利特，一種PRL抑制劑，可以顯著降低泌乳高峰期奶牛的產奶量[36],這可能與PRL功能抑制阻礙了乳腺上皮細胞的增殖，使正常泌乳細胞數減少有關。二是PRL與受體結合后通過胞內磷脂酰肌醇3激酶-絲氨酸/蘇氨酸激酶(phosphatidylinositol 3 kinase-serine/threonine kinase,PI3K-Akt)通路和Janus激酶-信號轉導與轉錄激活子5(Janus kinases-signal transducer and activator of transcription 5,JAK-STAT5)通路誘導乳蛋白基因的轉錄[37]。PRLR是具有細胞因子受體超家族結構特性的跨膜蛋白，包括膜外域、跨膜域和胞內域3個部分。當PRLR與PRL結合后發生二聚化，其胞內結構域與酪氨酸激酶進行交叉磷酸化并激活Janus激酶(Janus kinases,JAK)和信號轉導與轉錄激活子(signal transducer and activator of transcription,STAT)，后者進入細胞核后與乳蛋白基因上的特定序列相結合，啟動基因的轉錄[38]。三是PRL可以調節氨基酸的轉運[39]。Lacasse等[36]發現，PRL調節L-氨基酸轉運載體的活性。研究發現，用PRL阻斷劑溴隱亭處理泌乳高峰期的大鼠后改變了幾種氨基酸的乳腺動靜脈濃度差，而且這種差異可被外源性的PRL處理所恢復[40]。此外，PRL與INS、孕激素、糖皮質激素和雌激素等多種激素存在協同作用，共同調節乳蛋白的合成[41]。

2.2INS

INS是一種由胰臟內胰島β細胞分泌的蛋白質激素，分子質量為5 808 ku。作為體內唯一降低血糖濃度的激素，其對乳蛋白合成有重要的影響。研究表明，乳蛋白合成的內分泌調控主要是INS起作用[42]。Mackle等[43]采用高胰島素-正常葡萄糖鉗夾技術使血漿INS濃度增加4倍而血糖濃度維持恒定，并發現乳蛋白產量增加了15%，若再額外灌注酪蛋白，則乳蛋白產量進一步提高。小鼠靜脈灌注Leu后，血漿INS濃度短暫升高，且這種變化促進了Leu誘導的蛋白質合成[44]。Menzies等[45]通過全基因表達分析篩選出了28個受INS刺激并與乳蛋白合成直接相關的基因，并證實INS在細胞內通過多個水平刺激乳蛋白合成。以上這些結果說明INS可以促進乳腺對氨基酸的利用，進一步發揮奶牛的泌乳潛能。

關于INS促進蛋白質合成的機理可以從2個角度加以闡述。細胞分子水平上，INS通過刺激胰島素受體底物1(insulin receptor substrate 1，IRS-Ⅰ)并借助配體的約束力和磷酸化誘導INS受體蛋白位點的生成，進而促進胞內蛋白質的合成[46]。首先，INS與乳腺上皮細胞上的INS受體結合后激活PI3K-Akt-mTOR信號通路促進蛋白合成的翻譯[47]。mTOR對下游信號通路的作用具體表現為：刺激rpS6K1磷酸化并促進蛋白質翻譯的起始和延伸過程[48]；刺激4EBP1磷酸化并促進真核生物起始因子4F(eukaryotic translation initiation factor 4F,eIF4F)復合物的形成，進而啟動含帽子結構的mRNA翻譯起始[49]；刺激真核細胞翻譯延長因子2(eukaryotic elongation factor 2,eEF2)磷酸化并促進蛋白翻譯的延伸過程[50]。泌乳發動后，乳腺乳蛋白基因mRNA表達量穩定，但Akt基因表達上調，提高了INS促進mRNA翻譯的效率[51]。其次，INS通過JAK-STAT5信號通路誘導相關基因的轉錄[52]。作為一種重要的泌乳信號轉導因子，STAT5可與激素介導和磷酸化的JAK信號通路偶聯，活化的STAT以二聚體的形式進入細胞核內與乳蛋白基因上的啟動子結合，啟動基因的轉錄，從而把細胞外信號與基因表達調控直接聯系起來[53]。組織器官水平上，INS通過對機體物質代謝、能量平衡及流向乳腺的底物濃度和轉運進行調節，間接影響乳蛋白合成[39]。其中MBF的變化是一個重要途徑，Mackle等[43]報道，INS可以提高MBF。Cant等[29]在其綜述中認為MBF的改變可以解釋為乳腺面對機體循環血液中能量底物濃度不足時，嘗試恢復細胞內ATP平衡的結果。吳慧慧等[30]證實，INS可以通過增加肝臟葡萄糖的合成滿足泌乳的能量需要，從而促進乳蛋白合成。此外，INS還與其他激素如GH、PRL等存在信號轉導交叉，共同構成一個信號網絡參與調控乳蛋白的合成。

2.3IGF-Ⅰ

IGF-Ⅰ是由GH誘導靶細胞產生的一種與INS有高度同源性的多功能堿性多肽，由70個氨基酸組成，分子質量為7.5 ku，是細胞增殖與分化的重要調控因子。循環血液中95%的IGF-Ⅰ由肝臟分泌，其合成依賴于垂體分泌的GH和機體營養狀況。IGF-Ⅰ通過與血液中的胰島素樣生長因子結合蛋白(insulin-like growth factor binding protein，IGFBP)結合后被運輸到外周組織發揮作用。Rose等[54]發現，血液中IGF-Ⅰ濃度通常與泌乳量呈正相關，提示其對乳蛋白合成有一定的促進作用。Prosser等[55]向泌乳山羊陰外動脈注射IGF-Ⅰ后發現乳分泌速率提高了25%。

已經證實乳腺組織中存在IGF-Ⅰ受體，提示其可直接作用于乳腺發揮作用[56]。IGF-Ⅰ調控泌乳的機理可能包括：1)調控乳腺上皮細胞的增殖、分化和凋亡。IGF-Ⅰ可以加快細胞周期進程，促進細胞分裂并刺激細胞的生長[34]。青春期至成熟期的小鼠IGF-Ⅰ基因的過表達促進了乳腺導管分支和腺泡的形成[57]。關于其作用途徑，Forsyth等[58]發現，IGF-Ⅰ以內分泌、自分泌和旁分泌的方式調控細胞的生長與分化。當IGF-Ⅰ與其受體的α亞基結合時，引起β亞基的磷酸化并激活下游信號轉導通路，包括PI3K-Akt和MAPK通路[59]。MAPK在靜止期細胞處于去磷酸化狀態，當IGF-Ⅰ與其受體結合后解除了β亞基上的酪氨酸激酶抑制，促使MAPK激活并將信號傳遞到核內，啟動有絲分裂過程[60]。2)促進乳蛋白合成的轉錄和翻譯過程。Burgos等[61]證實，IGF-Ⅰ通過PI3K-Akt通路促進細胞內mRNA的翻譯，且其作用效果與濃度相關。季昀等[62]向不含血清的奶牛乳腺上皮細胞培養液中補充IGF-Ⅰ，發現其可單獨通過影響關鍵激酶及調節因子基因的轉錄來調控乳蛋白合成。3)促進動物體內營養物質向乳腺的分配。例如，IGF-Ⅰ能通過增加MBF來促進泌乳奶牛乳汁的分泌[63]。

2.4GH

GH是由動物腦垂體前葉嗜酸性細胞產生的一種不含糖的單鏈多肽，由191個氨基酸構成。GH在哺乳動物乳腺發育和泌乳維持方面同樣具有促進作用。Eppard等[64]發現，腦垂體中GH濃度與奶牛泌乳量呈正相關。GH可以顯著促進離體奶牛乳腺上皮細胞系中αs1-酪蛋白和α-乳白蛋白mRNA的表達[65]。用GH處理泌乳早期奶牛，產奶量與對照組相比提高了36%[66]。Flint等[67]同時抑制大鼠PRL和GH并給予外源GH處理，發現泌乳量顯著增加，證實GH在促進乳蛋白合成方面具有獨立的調控作用。

GH促進泌乳的途徑大致分為2類：一是GH通過與其受體(GHR)結合而直接作用于乳腺上皮細胞[68-69]。GHR是單次跨膜蛋白質，屬于Ⅰ類細胞因子受體超家族。Glimm等[70]運用Northern雜交發現了奶牛乳腺中GHR的存在，并證實GHR基因主要在腺泡上皮細胞中表達。二是GH通過刺激肝臟細胞產生IGF-Ⅰ，進而通過其內分泌和旁分泌的介導發揮作用[71]。Kleinberg等[72]發現GH可以促進乳腺組織自身IGF-Ⅰ mRNA的表達。因此，GH促進乳蛋白合成的作用機制與IGF-Ⅰ相類似，包括：1)促進乳腺細胞的增殖和發育[73]。GH可以誘導小鼠乳腺腺泡的發育[74]。青年母牛注射GH后乳腺細胞數增加了近50%[75]。2)促進乳蛋白合成相關基因的轉錄和翻譯。Hayashi[53]發現，GH介導PI3K-Akt通路和胞外信號調節激酶(extracellular signal regulated kinases,ERK)通路影響胞內mTOR的磷酸化。Malewski等[76]發現，GH通過JAK-STAT5信號通路促進乳蛋白基因的表達。3)促進體內營養物質向乳腺的分配[77]。一方面，GH通過調節其他組織的代謝過程滿足奶牛泌乳的需求。Knapp等[78]指出，GH可以提高肝臟糖異生和氧化速率來支持乳蛋白合成的能量需要。另一方面，GH通過提高MBF促進乳腺對前提物的提取。Chaiyabutr等[79]發現，注射GH可以改變奶牛的MBF。

2.5GLN

GLN是一種由胰腺胰島α細胞分泌、29個氨基酸構成的直鏈多肽。與INS相反，GLN是一種促進分解代謝并增加血糖濃度的激素，其可以通過刺激磷酸化酶促進肝臟對循環氨基酸的攝取和利用。已有研究證實GLN對乳蛋白合成有抑制作用，例如：Bobe等[80]發現，無論限制飼喂還是自由飼喂，給泌乳奶牛靜脈灌注GLN均極顯著降低了乳蛋白產量；She等[81]給產后21 d的奶牛連續14 d靜脈灌注GLN，乳產量顯著降低。

有報道奶牛泌乳的發動與循環GLN濃度升高有一定的關系[82]。Donkin等[83]指出，GLN可以促使肝臟攝取更多的氨基酸用于糖異生和尿素循環，因此肝臟游離氨基酸濃度下降，從而降低了乳蛋白產量。以往的研究很少關注GLN對乳蛋白合成的具體影響，但有趣的是，單一EAA缺乏試驗多數情況下觀察到了INS和GLN濃度的同時升高，目前還不清楚GLN濃度升高是否會干擾INS對乳蛋白合成的促進作用，有關這方面的內容值得進一步探究。

3　小結與展望

綜上所述，氨基酸及其構成可以作為信號分子參與各種代謝過程。PRL、INS、IGF-Ⅰ、GH和GLN在調控乳蛋白合成方面具有重要作用，其分泌受到氨基酸供給的調節。關于氨基酸構成影響激素分泌及激素影響乳蛋白合成的機制，目前的研究雖建立了一定基礎，但還不是十分明確。未來的研究可采用體外法從分子水平關注這2個方面，重點是已經報道的幾種信號氨基酸。其結果有助于構建氨基酸影響乳蛋白合成的神經內分泌調控網絡，為探索飼糧理想氨基酸構成及提高奶牛氮泌乳轉化效率提供一定的幫助。

[1]WEEKES T L,LUIMES P H,CANT J P.Responses to amino acid imbalances and deficiencies in lactating dairy cows[J].Journal of Dairy Science,2006,89(6):2177-2187.

[2]DOEPEL L,LAPIERRE H.Changes in production and mammary metabolism of dairy cows in response to essential and nonessential amino acid infusions[J].Journal of Dairy Science,2010,93(7):3264-3274.

[3]KAPOOR A C,GUPTA Y P.Biological evaluation of soybean protein and effect of amino acid supplementation[J].Journal of Food Science,1975,40(6):1162-1164.

[4]CLARK R M,CHANDLER P T,PARK C S.Limiting amino acids for milk protein synthesis by bovine mammary cells in culture[J].Journal of Dairy Science,1978,61(4):408-413.

[5]HANIGAN M D,FRANCE J,CROMPTON L A,et al.Evaluation of a representation of the limiting amino acid theory for milk protein synthesis[M]//MCNAMARA J P,FRANCE J,BEEVER D E.Modelling nutrient utilization in farm animals.Wallingford:CABI,2000:127-144.

[6]BEQUETTE B J,HANIGAN M D,CALDER A G,et al.Amino acid exchange by the mammary gland of lactating goats when histidine limits milk production[J].Journal of Dairy Science,2000,83(4):765-775.

[7]APPUHAMY J A D R N,KNOEBEL N A,NAYANANJALIE W A D,et al.Isoleucine and leucine independently regulate mTOR signaling and protein synthesis in MAC-T cells and bovine mammary tissue slices[J].The Journal of Nutrition,2012,142(3):484-491.

[8]EIF J,NILSSON D,TENSON T,et al.Selective charging of tRNA isoacceptors explains patterns of codon usage[J].Science,2003,300(5626):1718-1722.

[9]KIMBALL S R,JEFFERSON L S,NGUYEN H V,et al.Feeding stimulates protein synthesis in muscle and liver of neonatal pigs through an mTOR-dependent process[J].American Journal of Physiology:Endocrinology and Metabolism,2000,279(5):E1080-E1087.

[10]PROUD C G.eIF2 and the control of cell physiology[J].Seminars in Cell & Developmental Biology,2005,16(1):3-12.

[11]FUKUMOR R,YOKOTANI A,SUGINO T,et al.Effects of amino acids infused into the vein on ghrelin-induced GH,insulin and glucagon secretion in lactating cows[J].Animal Science Journal,2011,82(2):267-273.

[12]ISHIZUKA N,TANAKA K,SUZUKI Y,et al.Masked function of amino acid sensors on pancreatic hormone secretion in ventromedial hypothalamic (VMH) lesioned rats with marked hyperinsulinemia[J].Obesity Research & Clinical Practice,2012,6(3):e225-e232.

[13]LEMOSQUET S,DELAMAIRE E,LAPIERRE H,et al.Effects of glucose,propionic acid,and nonessential amino acids on glucose metabolism and milk yield in Holstein dairy cows[J].Journal of Dairy Science,2009,92(7):3244-3257.

[14]BERTHIAUME R,THIVIERGE M C,PATTON R A,et al.Effect of ruminally protected methionine on splanchnic metabolism of amino acids in lactating dairy cows[J].Journal of Dairy Science,2006,89(5):1621-1634.

[15]KIM C H,KIM T G,CHOUNG J J,et al.Effects of intravenous infusion of amino acids and glucose on the yield and concentration of milk protein in dairy cows[J].Journal of Dairy Research,2001,68(1):27-34.

[16]陳智梅.不同氨基酸模式對奶牛α-酪蛋白合成和激素分泌及脂肪合成影響的研究[D].碩士學位論文.呼和浩特:內蒙古農業大學,2009.

[17]KUHARA T,IKEDA S,OHNEDA A,et al.Effects of intravenous infusion of 17 amino acids on the secretion of GH,glucagon,and insulin in sheep[J].American Journal of Physiology:Endocrinology and Metabolism,1991,260(1):E21-E26.

[18]XIAO F,YU J J,GUO Y J,et al.Effects of individual branched-chain amino acids deprivation on insulin sensitivity and glucose metabolism in mice[J].Metabolism,2014,63(6):841-850.

[19]BRAMELD J M,GILMOUR R S,BUTTERY P J.Glucose and amino acids interact with hormones to control expression of insulin-like growth factor-Ⅰ and growth hormone receptor mRNA in cultured pig hepatocytes[J].The Journal of Nutrition,1999,129(7):1298-1306.

[20]KELLY A,LI C,GAO Z,et al.Glutaminolysis and insulin secretion:from bedside to bench and back[J].Diabetes,2002,51(Suppl.3):S421-S426.

[21]LI C H,BUETTGER C,KWAGH J,et al.A signaling role of glutamine in insulin secretion[J].The Journal of Biological Chemistry,2004,279(14):13393-13401.

[22]馬秀玲.精氨酸對肝臟IGF-Ⅰ分泌的調控及其促進免疫作用機制的研究[D].博士學位論文.天津:中國人民解放軍軍事醫學科學院,2003.

[23]PONCET N,TAYLOR P M.The role of amino acid transporters in nutrition[J].Current Opinion in Clinical Nutrition & Metabolic Care,2013,16(1):57-65.

[24]TAYLOR P M.Role of amino acid transporters in amino acid sensing[J].The American Journal of Clinical Nutrition,2014,99(1):223S-230S.

[25]王建發.乳脂肪和乳蛋白主要前體物對DCAPCs中GH和PRL的影響及機制研究[D].博士學位論文.長春:吉林大學,2013.

[26]ZARRIN M,WELLNITZ O,BRUCKMAIER R M.Conjoint regulation of glucagon concentrations via plasma insulin and glucose in dairy cows[J].Domestic Animal Endocrinology,2015,51:74-77.

[27]BERTHIAUME R,THIVIERGE C,LOBLEY G E,et al.Effect of a jugular infusion of essential amino acids on splanchnic metabolism in dairy cows fed a protein deficient diet[J].Journal of Dairy Science,2002,85(Suppl.1):72-73.

[29]CANT J R,BERTHIAUME R,LAPIERRE H,et al.Responses of the bovine mammary glands to absorptive supply of single amino acids[J].Canadian Journal of Animal Science,2003,83(3):341-355.

[30]吳慧慧,劉建新,張才喬.反芻動物泌乳期的營養分配及其調控機制[J].中國畜牧雜志,2005,41(5):64-66.

[31]HANIGAN M D,CALVERT C C,DEPETERS E J,et al.Kinetics of amino acid extraction by lactating mammary glands in control and sometribove-treated Holstein cows[J].Journal of Dairy Science,1992,75(1):161-173.

[32]楊建英,張勇法,王艷玲,等.大豆黃酮對奶牛產奶量和乳中常規成分的影響[J].飼料研究,2005(6):30-31.

[33]佟慧麗,高學軍,李慶章,等.胰島素、催乳素對奶山羊乳腺上皮細胞泌乳功能的影響[J].畜牧獸醫學報,2008,39(6):721-725.

[34]BOUTINAUD M,LOLLIVIER V,FINOT L,et al.Mammary cell activity and turnover in dairy cows treated with the prolactin-release inhibitor quinagolide and milked once daily[J].Journal of Dairy Science,2012,95(1):177-187.

[35]苗培,楊國宇,惠永華.催乳素及其受體對乳腺發育研究進展[J].畜牧獸醫雜志,2007,26(1):36-38.

[36]LACASSE P,LOLLIVIER V,BRUCKMAIER R M,et al.Effect of the prolactin-release inhibitor quinagolide on lactating dairy cows[J].Journal of Dairy Science,2011,94(3):1302-1309.

[37]JAHCHAN N S,WANG D,BISSELL M J,et al.SnoN regulates mammary gland alveologenesis and onset of lactation by promoting prolactin/Stat5 signaling[J].Development,2012,139(17):3147-3156.

[38]DEVITO W J,STONE S.Ethanol inhibits prolactin-induced activation of the JAK/STAT pathway in cultured astrocytes[J].Journal of Cellular Biochemistry,1999,74(2):278-291.

[39]文靜,卜登攀,王建發,等.激素調控乳蛋白合成的作用及其分子機制[J].華北農學報,2012,27(Suppl.1):111-115.

[41]生冉,閆素梅.催乳素與其他激素對乳腺內乳成分合成的協同調節作用[J].動物營養學報,2014,26(6):1435-1443.

[42]SPORNDLY E.Effects of diet on milk composition and yield of dairy cows with specical emphasis on milk protein content[J].Swedish Journal of Agricultural Research,1989,19(2):99-106.

[43]MACKLE T R,DWYER D A,INGVARTSEN K L,et al.Effects of insulin and postruminal supply of protein on use of amino acids by the mammary gland for milk protein synthesis[J].Journal of Dairy Science,2000,83(1):93-105.

[44]ANTHONY J C,LANG C H,CROZIER S J,et al.Contribution of insulin to the translational control of protein synthesis in skeletal muscle by leucine[J].American Journal of Physiology:Endocrinology and Metabolism,2002,282(5):E1092-E1101.

[45]MENZIES K K,LEFVRE C,MACMILLAN K L,et al.Insulin regulates milk protein synthesis at multiple levels in the bovine mammary gland[J].Functional & Integrative Genomics,2009,9(2):197-217.

[46]APPUHAMY J A D R N.Regulatory roles of essential amino acids,energy,and insulin in mammary cell protein synthesis[D].Ph.D.Thesis.Virginia:Virginia Polytechnic Institute and State University,2010.

[47]AKERS R M.Major advances associated with hormone and growth factor regulation of mammary growth and lactation in dairy cows[J].Journal of Dairy Science,2006,89(4):1222-1234.

[48]MAGNUSON B,EKIM B,FINGAR D C.Regulation and function of ribosomal protein S6 kinase (S6K) within mTOR signalling networks[J].Biochemical Journal,2012,441(1):1-21.

[49]FINGAR D C,SALAMA S,TSOU C,et al.Mammalian cell size is controlled by mTOR and its downstream targets S6K1 and 4EBP1/eIF4E[J].Genes & Development,2002,16(12):1472-1487.

[50]WANG X M,PROUD C G.The mTOR pathway in the control of protein synthesis[J].Physiology,2006,21(5):362-369.

[51]LEMAY D G,NEVILLE M C,RUDOLPH M C,et al.Gene regulatory networks in lactation:identification of global principles using bioinformatics[J].BMC Systems Biology,2007,1:56.

[52]王皓宇,秦彤,郝海生,等.胰島素對體外培養奶牛乳腺上皮細胞乳蛋白、乳脂肪合成相關基因mRNA表達的影響[J].畜牧獸醫學報,2013,44(5):710-718.

[53]HAYASHI A A.Regulation of protein synthesis in the mammary gland[D].Ph.D.Thesis.Palmerston North:Massey University,2007.

[54]ROSE M T,WEEKES T E C,ROWLINSON P.Correlation of blood and milk components with the milk yield response to bovine somatotropin in dairy cows[J].Domestic Animal Endocrinology,2005,28(3):296-307.

[55]PROSSER C G,FLEET I R,CORPS A N,et al.Increase in milk secretion and mammary blood flow by intra-arterial infusion of insulin-like growth factor-Ⅰ into the mammary gland of the goat[J].Journal of Endocrinology,1990,126(3):437-443.

[56]WALL E H,MCFADDEN T B.The effects of milk removal or four-times-daily milking on mammary expression of genes involved in the insulin-like growth factor-Ⅰ axis[J].Journal of Dairy Science,2010,93(9):4062-4070.

[57]JONES R A,CAMPBELL C I,GUNTHER E J,et al.Transgenic overexpression of IGF-ⅠR disrupts mammary ductal morphogenesis and induces tumor formation[J].Oncogene,2007,26(11):1636-1644.

[58]FORSYTH I A.The insulin-like growth factor and epidermal growth factor families in mammary cell growth in ruminants:action and interaction with hormones[J].Journal of Dairy Science,1996,79(6):1085-1096.

[59]SAMANI A A,YAKAR S,LEROITH D,et al.The role of the IGF system in cancer growth and metastasis:overview and recent insights[J].Endocrine Reviews,2007,28(1):20-47.

[60]DENLEY A,CARROLL J M,BRIERLEY G V,et al.Differential activation of insulin receptor substrates 1 and 2 by insulin-like growth factor-activated insulin receptors[J].Molecular and Cellular Biology,2007,27(10):3569-3577.

[61]BURGOS S A,CANT J P.IGF-1 stimulates protein synthesis by enhanced signaling through mTORC1 in bovine mammary epithelial cells[J].Domestic Animal Endocrinology,2009,38(4):211-221.

[62]季昀,龐學燕,田青,等.生長激素和胰島素樣生長因子Ⅰ對奶牛乳蛋白合成關鍵激酶及調節因子mRNA表達量的影響[J].動物營養學報,2013,25(1):198-207.

[63]王春陽,王秋芳.胰島素樣生長因子與泌乳[J].動物醫學進展,1999,20(1):16-19.

[64]EPPARD P J,BAUMAN D E,MCCUTCHEON S N.Effect of dose of bovine growth hormone on lactation of dairy cows[J].Journal of Dairy Science,1985,68(5):1109-1115.

[65]JOHNSON T L,FUJIMOTO B A S,JIMéNEZ-FLORES R,et al.Growth hormone alters lipid composition and increases the abundance of casein and lactalbumin mRNA in the MAC-T cell line[J].Journal of Dairy Research,2010,77(2):199-204.

[66]MACRINA A L,KAUF A C W,KENSINGER R S.Effect of bovine somatotropin administration during induction of lactation in 15-month-old heifers on production and health[J].Journal of Dairy Science,2011,94(9):4566-4573.

[67]FLINT D J,GARDNER M.Evidence that growth hormone stimulates milk synthesis by direct action on the mammary gland and that prolactin exerts effects on milk secretion by maintenance of mammary deoxyribonucleic acid content and tight junction status[J].Endocrinology,1994,135(3):1119-1124.

[68]TONNER E,QUARRIE L,TRAVERS M,et al.Does an IGF-binding protein (IGFBP) present in involuting rat mammary gland regulate apoptosis?[J].Progress in Growth Factor Research,1995,6(2/3/4):409-414.

[69]ILKBAHAR Y N,THORDARSON G,CAMARILLO I G,et al.Differential expression of the growth hormone receptor and growth hormone-binding protein in epithelia and stroma of the mouse mammary gland at various physiological stages[J].Journal of Endocrinology,1999,161(1):77-87.

[70]GLIMM D R,BARACOS V E,KENNELLY J J.Molecular evidence for the presence of growth hormone receptors in the bovine mammary gland[J].Journal of Endocrinology,1990,126(3):R5-R8.

[71]SAKAMOTO K,YANO T,KOBAYASHI T,et al.Growth hormone suppresses the expression of IGFBP-5,and promotes the IGF-Ⅰ-induced phosphorylation of Akt in bovine mammary epithelial cells[J].Domestic Animal Endocrinology,2007,32(4):260-272.

[72]KLEINBERG D L,RUAN W F,CATANESE V,et al.Non-lactogenic effects of growth hormone on growth and insulin-like growth factor-Ⅰ messenger ribonucleic acid of rat mammary gland[J].Endocrinology,1990,126(6):3274-3276.

[73]BALDI A,MODINA S,CHELI F,et al.Bovine somatotropin administration to dairy goats in late lactation:effects on mammary gland function,composition and morphology[J].Journal of Dairy Science,2002,85(5):1093-1102.

[74]KUMARESAN P,TURNER C W.Effect of growth hormone and thyroxine on mammary gland growth in the rat[J].Journal of Dairy Science,1965,48(5):592-595.

[75]RADCLIFF R P,VANDEHAAR M J,CHAPIN L T,et al.Effects of diet and injection of bovine somatotropin on prepubertal growth and first-lactation milk yields of Holstein cows[J].Journal of Dairy Science,2000,83(1):23-29.

[76]MALEWSKI T,GAJEWSKA M,ZEBROWSKA T,et al.Differential induction of transcription factors and expression of milk protein genes by prolactin and growth hormone in the mammary gland of rabbits[J].Growth Hormone & IGF Research,2002,12(1):41-53.

[77]MOLENTO C F M,BLOCK E,CUE R I,et al.Effects of insulin,recombinant bovine somatotropin,and their interaction on insulin-like growth factor-Ⅰ secretion and milk protein production in dairy cows[J].Journal of Dairy Science,2002,85(4):738-747.

[78]KNAPP J R,FREETLY H C,REIS B L,et al.Effects of somatotropin and substrates on patterns of liver metabolism in lactating dairy cattle[J].Journal of Dairy Science,1992,75(4):1025-1035.

[79]CHAIYABUTR N,BOONSANIT D,CHANPONGSANG S.Effects of cooling and exogenous bovine somatotropin on hematological and biochemical parameters at different stages of lactation of crossbred Holstein Friesian cow in the tropics[J].Asian-Australasian Journal of Animal Sciences,2011,24(2):230-238.

[80]BOBE G,HIPPEN A R,SHE P,et al.Effects of glucagon infusions on protein and amino acid composition of milk from dairy cows[J].Journal of Dairy Science,2009,92(1):130-138.

[81]SHE P,HIPPEN A R,YOUNG J W,et al.Metabolic responses of lactating dairy cows to 14-day intravenous infusions of glucagon[J].Journal of Dairy Science,1999,82(6):1118-1127.

[82]SARTIN J L,CUMMINS K A,KEMPPAINEN R J,et al.Glucagon,insulin,and growth hormone responses to glucose infusion in lactating dairy cows[J].American Journal of Physiology:Endocrinology and Metabolism,1985,248(1):E108-E114.

[83]DONKIN S S,ARMENTANO L E.Insulin and glucagon regulation of gluconeogenesis in preruminating and ruminating bovine[J].Journal of Animal Science,1995,73(2):546-551.

(責任編輯菅景穎)

, professor, E-mail: zhwang@sdau.edu.cn

Recent Advances in Regulating Milk Protein Synthesis by Interaction of Amino Acid Supply and Endocrine

XU LianbinLIN XueyanHU ZhiyongWANG YunWANG Zhonghua*

(College of Animal Science and Technology, Shandong Agricultural University, Tai’an 271018, China)

Limiting amino acid is one of hot topics in dairy cows studies. Previous researches, bothinvitroandinvivo, show that amino acid supply and profile play a major role in milk protein synthesis by endocrine and intracellular signaling pathways rather than substrate. Focusing on the influencing factors of milk protein synthesis, this paper reviewed the regulation of amino acid supply, hormone secretion and their interaction on milk protein synthesis, which might provided a theoretical reference for elucidating the pathways of milk protein synthesis affected by amino acid supply.[ChineseJournalofAnimalNutrition, 2016, 28(8)：2324-2333]

amino acid; endocrine; regulation of interaction; milk protein synthesis; recent advances

10.3969/j.issn.1006-267x.2016.08.002

2016-03-03

國家自然科學基金面上項目(31372340)

徐連彬(1988—)，男，山東莒南人，博士研究生，從事反芻動物營養與生理研究。E-mail: lbxu0814@163.com

王中華，教授，博士生導師，E-mail: zhwang@sdau.edu.cn

S852.2

A

1006-267X(2016)08-2324-10