基于典型相關分析探究阿拉善雙峰駝血清激素水平與泌乳性能的相關性

道勒瑪，郭麗麗，杜海波，張文廣，5，曾亞英

（1.阿拉善盟畜牧研究所，內蒙古 阿拉善左旗 750306；2.內蒙古農業大學生命科學學院，內蒙古 呼和浩特 010018；3.內蒙古自治區農業基因組大數據工程研究中心，內蒙古 呼和浩特 010018；4.內蒙古阿拉善盟阿拉善孿井灘生態移民示范區綜合執法局，內蒙古 阿拉善左旗 750306；5.內蒙古農業大學動物科學學院，內蒙古 呼和浩特 010018；6.阿拉善盟農畜產品質量安全中心，內蒙古 阿拉善左旗 750306）

乳用經濟家畜泌乳性能的評價指標通常包括乳產量和乳成分。 乳蛋白率、乳脂肪率、乳糖率和乳干物質含量是評價乳成分的主要指標。 研究表明， 乳產量與乳蛋白率及乳脂肪率之間存在負相關關系。 阿拉善雙峰駝兼乳用、 肉用和毛用于一體， 能夠將其他家畜難以利用的含鹽量高的植物轉化為珍貴的畜產品， 成為荒漠和半荒漠地區人類重要的蛋白質來源［1］。 與牛乳相比，駝乳的營養成分更接近母乳，雙峰駝乳中蛋白質、脂肪、礦物質和總干物質含量均顯著高于單峰駝乳、 山羊乳和馬乳［2］。 此外，駝乳具有較低的膽固醇含量、較高的維生素含量以及高比例的無機鹽離子和生物活性物質［3-4］，這些營養物質和活性成分，不僅有利于人類健康，也在抗病毒、抗菌、抗腫瘤、抗真菌、抗氧化、降血糖和抗癌過程中發揮著重要作用［5］，使得駝乳近年來的需求逐漸增長。

血液不僅為乳腺上皮細胞提供前體物質用于乳汁合成［6］，同時也是各類調控因子的輸送媒介及調節生理狀態的生物傳感器庫［7］。 大部分激素在分泌細胞中合成后進入血液， 隨血液轉移至靶細胞發揮作用。 血清激素水平的改變反映了機體的健康狀況，常用于監測個體的生理狀態［8］。 隨著家畜泌乳期的開始，血清激素水平發生顯著變化，包括雌激素、孕酮、卵泡刺激素、促黃體素、生長激素、皮質醇、催乳素、胰島素等在內的幾十種激素共同作用，調控泌乳過程［9］。 例如，孕酮在分娩前1～2 d 開始下降，同時皮質醇和雌激素濃度迅速增加［10］。催乳素的產生依賴于雌激素、胰島素等［11］的調控， 臨近分娩時血液中高濃度的雌激素刺激腺垂體分泌催乳素進入血液，啟動泌乳［12］。雌激素還可以通過刺激神經內分泌生長軸，使生長激素含量升高，調節乳腺組織的生長發育［13］。 此外，雌激素的分泌還受到卵泡刺激素和促黃體素的調節［14］。血清激素水平與泌乳生理緊密相關，在乳腺發育、啟動泌乳和維持泌乳方面， 內分泌系統可能比任何其他生理系統更能發揮核心作用［15］，然而目前泌乳相關激素研究主要集中于個別激素對生理和飼養條件改變后指示性指標的測定，鮮見激素生物標記輔助泌乳生產管理的相關研究。 激素生物標記輔助生產管理的前提是要挖掘生產性能與血清激素之間的相關性。 典型相關分析是一種利用綜合變量研究兩組指標之間的相關關系， 以反映兩組指標之間整體相關性的多元統計學分析方法，能夠從總體上把握兩組指標之間的內在聯系［16］。

本研究選取65 峰處于泌乳初期的阿拉善雙峰駝，測定了主要泌乳性能指標和15 個與泌乳相關的血清激素水平， 并利用典型相關分析探究阿拉善雙峰駝泌乳性能與血清激素水平之間的相關性，挖掘與泌乳性能相關的血清激素生物標志物，以期為泌乳雙峰駝提供更精準的飼養方案， 同時為優秀乳用個體的選育提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗動物及樣品采集

從內蒙古阿拉善盟雙峰駝養殖基地選取65峰體型、體況相近的健康成年阿拉善雙峰駝，胎次為3～5 胎，均處于泌乳初期。所有阿拉善雙峰駝日糧及管理條件一致， 采用半舍飼半放牧的飼養方式，飲水充足。 乳汁的采集時間在4:00—5:00。 采集乳汁前，分別用酒精和RNAzap 噴霧擦拭乳頭，棄掉擠奶前2～3 次的乳汁， 然后將新鮮的乳汁存儲于50 mL 試管中置于-20 ℃冰柜保存，用于后續試驗。 同時，對試驗雙峰駝進行頸靜脈采血，用于血清激素水平的測定。

1.2 乳產量及乳成分測定

以3 d 平均產乳量作為該乳駝實際日產乳量。使用FOSS 多功能近紅外分析儀測定駝乳中乳蛋白率、乳脂肪率、乳糖率以及灰分含量。

1.3 血清激素水平測定

使用加有促凝劑的血清管采集乳駝靜脈血，冰上靜置分層，分層后立刻在4 ℃下以3 000 g 離心15 min 得到血清， 分裝并凍存于-80 ℃超低溫冰箱。 取500 μL 血清， 使用華衛德朗DR-200BS型酶標分析儀配合商品化血清激素檢測試劑盒在450 nm 處測定反應液吸光度， 通過標準曲線計算血清中的皮質醇 （ng/mL）、 去甲腎上腺素（pg/mL）、5-羥色胺（ng/mL）、腎上腺素（pg/mL）、生長激素（ng/mL）、催乳素（μIU/mL）、卵泡刺激素（mIU/mL）、促黃體素（mIU/mL）、雌二醇（pg/mL）、孕 酮（ng/mL）、胰 島 素（μIU/mL）、胰 高 血 糖 素（pg/mL）、瘦 素（ng/mL）、雌 三 醇（ng/mL）、雌 酮（pmol/L）的濃度。

1.4 相關分析

產乳性狀與血清激素水平內部變量相關性分析使用R 語言ggcor 包計算并可視化。 典型相關分析使用在線網站SPSSPRO（https：//www.spsspro.com/）完成分析。 分別在兩組變量中提取有代表性的兩個綜合變量V1 和W1（分別為兩個變量組中各變量的線性組合），將兩組變量的關系轉換為兩個變量線性函數相關問題進行討論， 通過計算相關系數度量相關關系的強度。 本研究以泌乳性狀為X 組變量，對應的綜合變量為V；以血清激素水平為Y 組變量，對應的綜合變量為W，利用這兩個綜合變量之間的相關關系反映兩組指標之間的整體相關性。Wilks 檢驗用于檢驗兩組變量之間的典型相關性是否顯著，采用雙側假設檢驗，顯著性水平ɑ 均取0.05。

2 結果與分析

2.1 阿拉善雙峰駝泌乳性能與血清激素兩組變量的內部變異情況

65 峰泌乳初期阿拉善雙峰駝泌乳性能和血清激素水平的檢測指標見表1 和表2。 阿拉善雙峰駝的泌乳性能X 組中有5 個相關變量， 即5 個泌乳性狀指標，包括乳產量、乳蛋白率、乳脂肪率、乳糖率和灰分含量；血清激素水平Y 組有15 個相關變量，包括皮質醇、去甲腎上腺素、5-羥色胺、腎上腺素、生長激素、催乳素、卵泡刺激素、促黃體素、雌二醇、孕酮、胰島素、胰高血糖素、瘦素、雌三醇、雌酮。 在泌乳性能X 組中，乳產量的變異程度最大，其次是乳脂肪率，灰分含量、乳蛋白率、乳糖率的變異系數較小。在血清激素水平Y 組中，變異系數最大的是孕酮，其次是雌二醇，然后依次是促黃體素、去甲腎上腺素、卵泡刺激素、5-羥色胺、皮質醇、雌酮、催乳素、腎上腺素、胰島素、雌三醇、生長激素、瘦素、胰高血糖素。

表1 泌乳性能X 組5 個變量的統計分析

表2 血清激素水平Y 組15 個變量的統計分析

2.2 血清激素水平內部變量間的相關性

對15 個血清激素指標進行兩兩之間相關性的分析（見圖1），發現E3 與E1 之間極顯著強相關（r=0.88，P<0.001）， 同時雌三醇也與促黃體素（r=0.70，P<0.001）、催乳素（r=0.59，P<0.001）、胰高血糖素（r=0.52，P<0.001）、卵泡刺激素（r=0.49，P<0.001）、孕酮（r=0.45，P<0.001）、胰島素（r=0.44，P<0.001）、雌二醇（r=0.42，P<0.001）、瘦素（r=0.35，P<0.01） 極顯著正相關； 與5-羥色胺 （r=-0.51，P<0.001）、腎上腺素（r=-0.38，P<0.01）極顯著負相關。 雌激素的另外兩種形式雌二醇和雌酮與雌三醇具有相似的相關模式。 此外，免疫激素5-羥色胺和胰高血糖素、雌酮、促黃體素、胰島素以及催乳素等激素均呈極顯著負相關（r=-0.56，r=-0.55，r=-0.53，r=-0.48，r=-0.45，P<0.001）。 生長激素與皮質醇（r=-0.45，P<0.001）和去甲腎上腺素（r=-0.35，P<0.01）具有極顯著負相關。

圖1 血清激素的相關系數矩陣熱圖

2.3 泌乳性能指標與血清激素水平的典型相關分析

因血清激素水平指標有15 個相關變量，泌乳性狀有5 個相關變量， 所以結果共抽取5 對典型相關變量來代替原始變量研究泌乳性能與血清激素水平之間的相關關系。結果如表3 所示，兩組變量的第1 對典型變量與第2 對典型變量相關分析認為泌乳性狀與血清激素水平之間分別具有極顯著（r=0.904，P<0.01）、顯著（r=0.701，0.01

表3 阿拉善雙峰駝泌乳性能與血清激素典型相關性

V1=X1+21.661×X2-30.192×X3+0.685×X4-11.36×X5；

W1=0.01×Y1+0.003×Y2-0.006×Y3-0.016×Y4+0.055×Y5+0.002×Y6+0.154×Y7+0.02×Y8-0.002×Y9+0.027×Y10+0.109×Y11-0.018×Y12-0.088×Y13+0.257×Y14-0.019×Y15。

第2 對典型變量（V2、W2）的構成如下：

V2=X1-1.683×X2-7.383×X3-0.944×X4+45.074×X5；

W2=0.005×Y1-0.001×Y2+0.002×Y3+0.01×Y4+0.459×Y5+0.004×Y6-0.01×Y7-0.022×Y8+0.011×Y9-0.282×Y10+0.296×Y11-0.021×Y12+0.3×Y13-0.157×Y14+0.014×Y15。

在泌乳性狀與血清激素的第1 對典型變量中，V1（泌乳性能）以X3（乳蛋白率）的系數絕對值最大，代表X3 對V1 的貢獻最大；W1（血清激素水平）以Y14（雌三醇）的系數絕對值最大，代表Y14對W1 的貢獻最大， 說明在泌乳初期乳蛋白率與雌三醇的血清水平具有較大的相關性。

在泌乳性狀與血清激素的第2 對典型變量中，V2（泌乳性能）以X5（灰分含量）的系數絕對值最大，代表X5 對V2 的貢獻最大。W2（血清激素水平）以Y5（生長激素）的系數絕對值最大，代表Y5對W2 的貢獻最大，說明在泌乳初期，乳中灰分含量與血清中生長激素的水平具有較大的相關性。

3 討論

乳產量和乳成分中的乳蛋白、乳糖、乳脂和灰分含量是評價乳用家畜生產性能的主要指標。 本研究泌乳初期阿拉善雙峰駝泌乳性能指標的測定結果顯示，阿拉善雙峰駝乳產量指標變異較大，這與其泌乳易受刺激影響有關， 我國雙峰駝養殖標準化程度低，且雙峰駝對幼駝的吸吮刺激敏感，易受外界影響而停止泌乳， 導致駝乳產量非常不穩定。 乳成分含量的變異系數均小于0.2。 血清激素水平指標中，變異系數最大的是孕酮，其次是雌二醇，其余激素變異水平均小于0.4。 孕酮是維持妊娠的重要激素，但其對α-乳清蛋白和乳的形成具有一定的抑制作用，分娩后孕酮含量進一步降低［17］。黃兆春等研究發現［18］，孕酮濃度在小尾寒羊乳腺發育時期呈現先升后降的趨勢， 在妊娠末期緩慢下降。本研究中孕酮的變異程度較大，可能是因為所選乳駝雖然均處于泌乳初期，但非同一天產犢，由此引起血清孕酮水平下降程度不一。

本研究表明，在雙峰駝泌乳初期，乳蛋白率與雌三醇存在密切關系。 目前發現的雌激素主要包括雌酮、雌二醇和雌三醇［19］，循環系統中含量最多的是雌三醇，效力最強的是雌二醇。雌激素主要由卵巢的卵泡分泌， 其對乳成分合成的調控主要通過刺激雌激素受體進而調控泌乳相關基因表達和促進蛋白激酶激活［20］。 當雌激素結合到其受體上時，會形成一個激活的雌激素-受體復合物，該復合物隨后轉移到細胞核，并與特定的DNA 序列結合，促進或抑制乳蛋白合成相關基因的表達。 Delbecchi 等［21］研究表明，給泌乳期奶牛注射雌二醇后，α-乳白蛋白分泌能力顯著提高。楊建英等［22］和艾曉杰等［23］研究表明，給荷斯坦奶牛飼喂大豆黃酮（植物類雌激素）能顯著提高牛奶中的乳蛋白含量。金亞亞等［24］研究表明，組合添加雌激素和催乳素可顯著增加奶牛乳腺上皮細胞中α-酪蛋白和β-酪蛋白的表達量。 給泌乳不足的小鼠注射雌激素類似物后， 小鼠乳腺發育得到促進， 泌乳量增加，這是由于雌激素類似物通過體外激活AKT 信號通路促進乳腺上皮細胞增殖， 刺激催乳素的表達和釋放， 誘導乳腺上皮細胞中催乳素受體的表達， 在轉錄水平上提高乳腺組織中α-酪蛋白和β-酪蛋白的表達［25］。然而，泌乳期雙峰駝體內雌激素對泌乳功能的調控作用機制暫未有相關研究。本研究初步探究了雙峰駝血清激素水平與泌乳性能的相關性， 在團隊的后續研究中將繼續利用組學技術探索其影響乳蛋白合成的分子機制。

在雙峰駝泌乳初期駝乳中灰分含量與生長激素水平存在密切關系。乳灰分主要是無機物，包括鉀、鈉、鎂、磷、銅、鐵、鋅等礦物質。 生長激素對乳腺組織的生長和分化起到關鍵作用。此外，生長激素可以直接影響乳腺上皮細胞的代謝， 生長激素會刺激肝臟產生胰島素樣生長因子-1， 與乳腺上皮細胞的胰島素樣生長因子受體結合影響鈣、磷和鎂的代謝［26］。

4 結論

首次將典型相關分析應用于阿拉善雙峰駝血清激素水平與泌乳性能的相關性研究中。 阿拉善雙峰駝泌乳初期的乳蛋白率與雌三醇、雌酮、促黃體素和催乳素的血清水平具有相關性。