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中图分类号：S814.7 文献标志码：C 文章编号：1001-0769（2018）04-0084-03
2 哺乳期乳腺中的氨基酸代谢
蛋白质可以调节整个机体体内平衡的代谢途径，而氨基酸是构成蛋白質的基础材料[70]。在哺乳期，动物需要大量的氨基酸，通过乳腺组织来合成乳汁[79]。对于在营养上的必需氨基酸来说，支链氨基酸（Branched-Chain AA，BCAA）近年来已经获得了人们极大的关注[67-69]。例如，母猪乳腺摄入的支链氨基酸在数量上远多于乳汁中的这些氨基酸的含量，而谷氨酰胺的情况则相反[69，79-80]。人们已经证实，在泌乳的乳腺组织中支链氨基酸进行着大量的分解代谢，以便为其他氨基酸（如谷氨酸和谷氨酰胺）的生物合成提供氨基[69]，而谷氨酸和谷氨酰胺是新生幼畜生长和消化道成熟所必需的营养素[67]。最新的研究证明，支链氨基酸在调节乳腺代谢中有着重要的作用。例如，亮氨酸通过激活TOR细胞信号通路可以促进蛋白质在牛乳腺上皮细胞（Mammary Epithelial Cells，MEC）中的合成[70]。
在有α-酮戊二酸存在时，乳腺和MEC对支链氨基酸的代谢可由支链氨基酸转氨酶激活，以形成支链α-酮酸（Branched-Chain α-Keto Acids，BCKA）和谷氨酸[69]。因此，BCKA在乳汁中的浓度可能相对较高，而且由乳汁生成的BCKA可作为哺乳的新生幼畜小肠的能量底物。包括猪、羊和牛在内的动物小肠细胞和内脏细胞大量利用BCKA的事实也证明了这一观点[70]。支链氨基酸转氨酶以线粒体异构体和胞质异构体的形式存在。这两种异构体在MEC中都有表达，并且被辛酸酯激活[68]。在研究支链氨基酸的转氨基作用时，应该测定它们利用支链氨基酸转氨酶的净通量[67]，因为这种酶在热力学平衡上发挥一定的作用。
起源于支链氨基酸的BCKA在线粒体BCKA脱氢酶复合物（BCKA Dehydrogenase Complex，BCKAD）的作用下发生氧化脱羧[70]。这种酶复合物由BCKA脱羧酶（需焦磷酸硫胺素作为辅因子的E1）、二氢硫辛酰胺酰基转移酶（需硫辛酸和辅酶A作为辅因子的E2）和二氢硫辛酰胺脱氢酶[需黄素腺嘌呤二核苷酸（FAD）和烟酰胺腺嘌呤二核苷酸（NAD）作为辅因子的E3]。BCKAD E1有两个亚基：E1a和E1b。BCKAD在细胞中受磷酸化作用和去磷酸化作用的调控。亮氨酸可增强支链氨基酸转氨酶和BCKAD E1α的蛋白质水平以及BCKAD E1α的去磷酸化作用。当细胞外亮氨酸浓度从0.5 mmol/L增加至2 mmol/L时，可分别使线粒体中的支链氨基酸转氨酶和总BCKAD E1α的蛋白质水平分别增加39%和42%，而在培养的牛MEC中磷酸化BCKAD E1α的总量降低33%[67]。因此，这些细胞中磷酸化BCKAD E1α与总BCKAD E1α（PE1α比总E1α的值）的比率降低了51%[68]。事实或通常情况下，哺乳期大鼠的乳腺组织支链氨基酸转氨酶的活性升高，并且使BCKAD复合体维持在完全活化的状态[67]。相比之下，非哺乳期大鼠的乳腺组织中只有20%的BCKAD处于活性状态[81]。体外[69]和体内[80]研究的结果表明，哺乳期间乳腺是支链氨基酸分解代谢的一个在数量极为重要的位点。
在动物细胞中，起源于支链氨基酸的谷氨酸要么被酰胺化后形成谷氨酰胺，要么被丙酮酸盐（或草酰乙酸酯）转氨基化后形成丙氨酸（或天冬氨酸）[69]（图2）。当细胞外亮氨酸浓度从0增加至5 mmol/L时，牛MEC中支链氨基酸合成丙氨酸、天冬氨酸、天冬酰胺、谷氨酸和谷氨酰胺的速率升高，其中谷氨酰胺最高，谷氨酸、天冬氨酸、丙氨酸和天冬酰胺的合成率按降序排列[67]。谷氨酰胺合成酶和磷酸盐依赖的谷氨酰胺酶是大多数动物细胞中分别参与谷氨酰胺合成和降解的两种关键酶[70]。有趣的是，哺乳期的乳腺没有谷氨酰胺酶，因此，MEC会最大限度地提高谷氨酰胺的生产和释放[69]。谷氨酸和谷氨酰胺的从头合成有助于解释乳汁中存在着的大量游离氨基酸和肽结合氨基酸[82]。因此，支链氨基酸很可能在MEC合成乳汁方面起着重要的作用。例如，在哺乳母猪的乳腺中，约30 g/d的支链氨基酸会降解形成20 g/d的谷氨酰胺。谷氨酰胺的碳骨架主要来自MEC中的葡萄糖代谢[69]。
尽管精氨酸在营养上是仔猪的必需氨基酸，但它在母猪、母牛、人类和许多哺乳动物的乳汁中明显不足[70]。这是由猪乳腺组织中精氨酸广泛分解代谢引起的[83]。例如，在哺乳第14 天，母猪乳腺摄入的精氨酸数量为31 g/d，但乳汁中精氨酸的产量仅为6 g/d[79]。因此，在来自动脉血，被哺乳期的乳腺吸收的精氨酸中，其中的81%在本地被降解了。相反，乳腺摄入的脯氨酸数量比乳汁中的脯氨酸的产量低得多。通过酶学和代谢研究，我们发现，猪乳腺组织能够表达高活性的，能将精氨酸水解为鸟氨酸和尿素的I型（细胞质）和II型（线粒体）精氨酸酶[83]。起源于精氨酸的鸟氨酸大部分通过鸟氨酸转氨酶和吡咯啉-5-羧酸酯酶的作用被转化为脯氨酸[70]。乳腺组织不含吡咯啉-5-羧酸酯脱氢酶或不具备脯氨酸氧化酶活性，因此，乳腺组织不能将精氨酸、鸟氨酸或脯氨酸转化为谷氨酸或谷氨酰胺[83]。这就解释了为什么乳汁蛋白中存在着大量脯氨酸。精氨酸分解代谢的另一产物是一氧化氮，它是一种重要的内皮依赖性舒张因子，可以增加血流量，从而可增加哺乳期乳腺对营养物质的吸收[66]。由于MEC中精氨酸受精氨酸酶的作用被大量降解，抑制这种酶的活性也许可提供一种有效提高母猪泌乳性能、进而提高仔猪生长速度和存活率的新方法。
3 乳腺发育
乳腺是哺乳动物机体中在生长、功能分化和退化方面具有周期性循环的少数组织之一（图2）。乳腺结构的发育被称为乳腺发育（mammogenesis），其始于胚胎发育的早期，并且在哺乳期开始后继续发育。绝大部分乳腺发育发生在妊娠期，一些妊娠激素，如雌激素和孕激素负责乳腺的生长和成熟[87]。 不同物种在其哺乳期如何适应生殖周期上的差异是泌乳生物学中众多有趣的研究领域之一。例如，母猪通常在12月齡左右首次配种（妊娠期约114 d）。乳腺发育大部分发生在这114 d内。分娩后立即进入哺乳期。通常情况下，仔猪在21日龄断奶时，母猪的乳腺开始退化并停止泌乳[48]。
很多哺乳动物会出现泌乳乏情期，也就是说在哺乳期的早期它们不会发情。哺乳乏情期的长短因物种而异，例如母猪的妊娠期为114 d，仔猪在断奶前将吮乳数周（通常3～4周）。母猪在哺乳期会抑制正常的发情，并在仔猪断奶几天后发情以进入下一个生产周期。事实上，这种调控方法通常用于下一胎产仔的同步发情和繁殖。在现代生产管理程序下，哺乳期只是整个繁殖过程的一部分，但仍然是新生幼畜存活和生长的关键时期[88]。
哺乳动物的哺乳期和繁殖过程密切相关。在发情期中，乳腺只轻微发育，而当母畜怀孕并为新生幼畜准备子宫外营养时，乳腺才显著发育。一些参与妊娠维持的因素在调节怀孕期间的乳腺发育上也起着重要的作用。例如，重要的妊娠激素（如雌激素和黄体酮）是乳腺组织生长的重要刺激物。另外，生长激素、催乳素和糖皮质激素（主要是皮质醇）也能促进乳腺的发育。同样，伴随分娩的发生，在出生时重要激素的变化对乳腺组织启动乳汁合成和分泌至关重要[89]。
在怀孕期间，母畜通过子宫内的胎盘与胎儿相连。出生后，它们间的相互关系发生在子宫外，通过乳腺产生的乳汁建立联系。在哺乳期间，母畜的新陈代谢发生巨大的变化，以应对乳汁合成的高需求。从这个角度来看，在为后代的生长发育提供营养和保护因子方面，乳腺取代了胎盘-子宫的作用[63]。随着胎盘的进化，胚体在子宫内加速发育，子代从子宫中排出后的泌乳能力成为哺乳动物物种繁殖策略的关键部分。
我们对泌乳生理学的了解（包括乳腺的结构发育和对乳腺营养供应的控制）大部分来自对奶牛的研究[89]。这是由高效的产奶量和人类为生长和健康而消耗牛奶的重要性决定的，另一个原因是挤奶设备的商品化供应可以让人们精确且方便地测量奶牛的总产奶量以评估它的乳腺代谢情况[79]。
乳腺的结构发育通常分五个阶段，这些阶段分别是胎儿期、青春前期、青春后期、妊娠期和哺乳期[63]。图2概述了乳腺在母畜出生后的发育情况。奶牛和小鼠的乳腺形态学变化非常明显且具有强烈的特征性，这种变化主要由氨基酸的供应决定的[64，67]。本文我们将回顾乳腺发育的激素调控。
未完，待续。
（参考文献，略）
2 哺乳期乳腺中的氨基酸代谢
蛋白质可以调节整个机体体内平衡的代谢途径，而氨基酸是构成蛋白質的基础材料[70]。在哺乳期，动物需要大量的氨基酸，通过乳腺组织来合成乳汁[79]。对于在营养上的必需氨基酸来说，支链氨基酸（Branched-Chain AA，BCAA）近年来已经获得了人们极大的关注[67-69]。例如，母猪乳腺摄入的支链氨基酸在数量上远多于乳汁中的这些氨基酸的含量，而谷氨酰胺的情况则相反[69，79-80]。人们已经证实，在泌乳的乳腺组织中支链氨基酸进行着大量的分解代谢，以便为其他氨基酸（如谷氨酸和谷氨酰胺）的生物合成提供氨基[69]，而谷氨酸和谷氨酰胺是新生幼畜生长和消化道成熟所必需的营养素[67]。最新的研究证明，支链氨基酸在调节乳腺代谢中有着重要的作用。例如，亮氨酸通过激活TOR细胞信号通路可以促进蛋白质在牛乳腺上皮细胞（Mammary Epithelial Cells，MEC）中的合成[70]。
在有α-酮戊二酸存在时，乳腺和MEC对支链氨基酸的代谢可由支链氨基酸转氨酶激活，以形成支链α-酮酸（Branched-Chain α-Keto Acids，BCKA）和谷氨酸[69]。因此，BCKA在乳汁中的浓度可能相对较高，而且由乳汁生成的BCKA可作为哺乳的新生幼畜小肠的能量底物。包括猪、羊和牛在内的动物小肠细胞和内脏细胞大量利用BCKA的事实也证明了这一观点[70]。支链氨基酸转氨酶以线粒体异构体和胞质异构体的形式存在。这两种异构体在MEC中都有表达，并且被辛酸酯激活[68]。在研究支链氨基酸的转氨基作用时，应该测定它们利用支链氨基酸转氨酶的净通量[67]，因为这种酶在热力学平衡上发挥一定的作用。
起源于支链氨基酸的BCKA在线粒体BCKA脱氢酶复合物（BCKA Dehydrogenase Complex，BCKAD）的作用下发生氧化脱羧[70]。这种酶复合物由BCKA脱羧酶（需焦磷酸硫胺素作为辅因子的E1）、二氢硫辛酰胺酰基转移酶（需硫辛酸和辅酶A作为辅因子的E2）和二氢硫辛酰胺脱氢酶[需黄素腺嘌呤二核苷酸（FAD）和烟酰胺腺嘌呤二核苷酸（NAD）作为辅因子的E3]。BCKAD E1有两个亚基：E1a和E1b。BCKAD在细胞中受磷酸化作用和去磷酸化作用的调控。亮氨酸可增强支链氨基酸转氨酶和BCKAD E1α的蛋白质水平以及BCKAD E1α的去磷酸化作用。当细胞外亮氨酸浓度从0.5 mmol/L增加至2 mmol/L时，可分别使线粒体中的支链氨基酸转氨酶和总BCKAD E1α的蛋白质水平分别增加39%和42%，而在培养的牛MEC中磷酸化BCKAD E1α的总量降低33%[67]。因此，这些细胞中磷酸化BCKAD E1α与总BCKAD E1α（PE1α比总E1α的值）的比率降低了51%[68]。事实或通常情况下，哺乳期大鼠的乳腺组织支链氨基酸转氨酶的活性升高，并且使BCKAD复合体维持在完全活化的状态[67]。相比之下，非哺乳期大鼠的乳腺组织中只有20%的BCKAD处于活性状态[81]。体外[69]和体内[80]研究的结果表明，哺乳期间乳腺是支链氨基酸分解代谢的一个在数量极为重要的位点。
在动物细胞中，起源于支链氨基酸的谷氨酸要么被酰胺化后形成谷氨酰胺，要么被丙酮酸盐（或草酰乙酸酯）转氨基化后形成丙氨酸（或天冬氨酸）[69]（图2）。当细胞外亮氨酸浓度从0增加至5 mmol/L时，牛MEC中支链氨基酸合成丙氨酸、天冬氨酸、天冬酰胺、谷氨酸和谷氨酰胺的速率升高，其中谷氨酰胺最高，谷氨酸、天冬氨酸、丙氨酸和天冬酰胺的合成率按降序排列[67]。谷氨酰胺合成酶和磷酸盐依赖的谷氨酰胺酶是大多数动物细胞中分别参与谷氨酰胺合成和降解的两种关键酶[70]。有趣的是，哺乳期的乳腺没有谷氨酰胺酶，因此，MEC会最大限度地提高谷氨酰胺的生产和释放[69]。谷氨酸和谷氨酰胺的从头合成有助于解释乳汁中存在着的大量游离氨基酸和肽结合氨基酸[82]。因此，支链氨基酸很可能在MEC合成乳汁方面起着重要的作用。例如，在哺乳母猪的乳腺中，约30 g/d的支链氨基酸会降解形成20 g/d的谷氨酰胺。谷氨酰胺的碳骨架主要来自MEC中的葡萄糖代谢[69]。
尽管精氨酸在营养上是仔猪的必需氨基酸，但它在母猪、母牛、人类和许多哺乳动物的乳汁中明显不足[70]。这是由猪乳腺组织中精氨酸广泛分解代谢引起的[83]。例如，在哺乳第14 天，母猪乳腺摄入的精氨酸数量为31 g/d，但乳汁中精氨酸的产量仅为6 g/d[79]。因此，在来自动脉血，被哺乳期的乳腺吸收的精氨酸中，其中的81%在本地被降解了。相反，乳腺摄入的脯氨酸数量比乳汁中的脯氨酸的产量低得多。通过酶学和代谢研究，我们发现，猪乳腺组织能够表达高活性的，能将精氨酸水解为鸟氨酸和尿素的I型（细胞质）和II型（线粒体）精氨酸酶[83]。起源于精氨酸的鸟氨酸大部分通过鸟氨酸转氨酶和吡咯啉-5-羧酸酯酶的作用被转化为脯氨酸[70]。乳腺组织不含吡咯啉-5-羧酸酯脱氢酶或不具备脯氨酸氧化酶活性，因此，乳腺组织不能将精氨酸、鸟氨酸或脯氨酸转化为谷氨酸或谷氨酰胺[83]。这就解释了为什么乳汁蛋白中存在着大量脯氨酸。精氨酸分解代谢的另一产物是一氧化氮，它是一种重要的内皮依赖性舒张因子，可以增加血流量，从而可增加哺乳期乳腺对营养物质的吸收[66]。由于MEC中精氨酸受精氨酸酶的作用被大量降解，抑制这种酶的活性也许可提供一种有效提高母猪泌乳性能、进而提高仔猪生长速度和存活率的新方法。
3 乳腺发育
乳腺是哺乳动物机体中在生长、功能分化和退化方面具有周期性循环的少数组织之一（图2）。乳腺结构的发育被称为乳腺发育（mammogenesis），其始于胚胎发育的早期，并且在哺乳期开始后继续发育。绝大部分乳腺发育发生在妊娠期，一些妊娠激素，如雌激素和孕激素负责乳腺的生长和成熟[87]。 不同物种在其哺乳期如何适应生殖周期上的差异是泌乳生物学中众多有趣的研究领域之一。例如，母猪通常在12月齡左右首次配种（妊娠期约114 d）。乳腺发育大部分发生在这114 d内。分娩后立即进入哺乳期。通常情况下，仔猪在21日龄断奶时，母猪的乳腺开始退化并停止泌乳[48]。
很多哺乳动物会出现泌乳乏情期，也就是说在哺乳期的早期它们不会发情。哺乳乏情期的长短因物种而异，例如母猪的妊娠期为114 d，仔猪在断奶前将吮乳数周（通常3～4周）。母猪在哺乳期会抑制正常的发情，并在仔猪断奶几天后发情以进入下一个生产周期。事实上，这种调控方法通常用于下一胎产仔的同步发情和繁殖。在现代生产管理程序下，哺乳期只是整个繁殖过程的一部分，但仍然是新生幼畜存活和生长的关键时期[88]。
哺乳动物的哺乳期和繁殖过程密切相关。在发情期中，乳腺只轻微发育，而当母畜怀孕并为新生幼畜准备子宫外营养时，乳腺才显著发育。一些参与妊娠维持的因素在调节怀孕期间的乳腺发育上也起着重要的作用。例如，重要的妊娠激素（如雌激素和黄体酮）是乳腺组织生长的重要刺激物。另外，生长激素、催乳素和糖皮质激素（主要是皮质醇）也能促进乳腺的发育。同样，伴随分娩的发生，在出生时重要激素的变化对乳腺组织启动乳汁合成和分泌至关重要[89]。
在怀孕期间，母畜通过子宫内的胎盘与胎儿相连。出生后，它们间的相互关系发生在子宫外，通过乳腺产生的乳汁建立联系。在哺乳期间，母畜的新陈代谢发生巨大的变化，以应对乳汁合成的高需求。从这个角度来看，在为后代的生长发育提供营养和保护因子方面，乳腺取代了胎盘-子宫的作用[63]。随着胎盘的进化，胚体在子宫内加速发育，子代从子宫中排出后的泌乳能力成为哺乳动物物种繁殖策略的关键部分。
我们对泌乳生理学的了解（包括乳腺的结构发育和对乳腺营养供应的控制）大部分来自对奶牛的研究[89]。这是由高效的产奶量和人类为生长和健康而消耗牛奶的重要性决定的，另一个原因是挤奶设备的商品化供应可以让人们精确且方便地测量奶牛的总产奶量以评估它的乳腺代谢情况[79]。
乳腺的结构发育通常分五个阶段，这些阶段分别是胎儿期、青春前期、青春后期、妊娠期和哺乳期[63]。图2概述了乳腺在母畜出生后的发育情况。奶牛和小鼠的乳腺形态学变化非常明显且具有强烈的特征性，这种变化主要由氨基酸的供应决定的[64，67]。本文我们将回顾乳腺发育的激素调控。
未完，待续。
（参考文献，略）