泌乳母豬乳腺對(duì)乳汁前體物的攝取及其乳汁成分的分泌

雷 劍 張中岳 左建軍 馮定遠(yuǎn)* 伍國(guó)耀，2

(1.華南農(nóng)業(yè)大學(xué)動(dòng)物科學(xué)學(xué)院，廣州 510630；2.德州農(nóng)工大學(xué)動(dòng)物科學(xué)學(xué)院，科利奇站 77843)

乳汁成分含量在很大程度上決定哺乳仔豬的生長(zhǎng)性能，而且仔豬斷奶重影響其后期生長(zhǎng)速度與達(dá)到上市體重所需時(shí)限。采用人工飼喂代乳料方式發(fā)現(xiàn)，仔豬在1～21日齡的最大生長(zhǎng)潛力至少為400 g/d，高于同期母體飼養(yǎng)仔豬方式的230 g/d［1］。產(chǎn)生這種差異的重要原因是母豬乳腺不能分泌足夠養(yǎng)分來滿足仔豬最大生長(zhǎng)潛力，尤其是在泌乳期第8天后。依據(jù)動(dòng)靜脈營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)濃度差的檢測(cè)和乳汁成分的分析，可推知乳汁前體物質(zhì)在乳腺的合成和分解代謝情況［1－4］。本文從這一角度出發(fā)，試圖闡明養(yǎng)分在“進(jìn)—出”乳腺時(shí)所經(jīng)歷的生化代謝途徑，為利用營(yíng)養(yǎng)策略調(diào)控乳汁成分提供一定的理論依據(jù)。

1 泌乳母豬乳腺對(duì)葡萄糖的攝取和乳糖分泌

1.1 泌乳母豬乳腺對(duì)葡萄糖的攝取

在泌乳期，母豬乳腺對(duì)葡萄糖的攝取和代謝利用能力很強(qiáng)。動(dòng)靜脈濃度差表明，在泌乳期第6～7周，處于清醒狀態(tài)的母豬乳腺可從每100 mL動(dòng)脈血中攝取37.5 mg葡萄糖，占其在動(dòng)脈血流量的31%［2］。按照Fick原理測(cè)得每天流經(jīng)乳腺的血流量為4 275 L［3］，根據(jù)血流量 × 乳腺從每100 mL動(dòng)脈血中攝取葡萄糖量這個(gè)公式，可估測(cè)泌乳中后期乳腺可攝取1.2～1.6 kg葡萄糖，這與利用Linzell等［4］所得數(shù)據(jù)計(jì)算得到的數(shù)值近似。乳腺所利用的這部分葡萄糖占機(jī)體利用總量的54%［4］。在所攝取的營(yíng)養(yǎng)素中，葡萄糖在數(shù)量上為最大，因而其被認(rèn)為是泌乳乳腺合成乳汁的第一限制性養(yǎng)分物質(zhì)［1］。從營(yíng)養(yǎng)角度維持機(jī)體葡萄糖穩(wěn)態(tài)對(duì)母豬泌乳性能有重要意義。

影響乳腺利用葡萄糖的因素很多，包括母體肝臟糖異生合成量(肝臟是除腎臟以外具有糖異生作用的器官)、泌乳生理相關(guān)激素水平(包括胰島素、促乳素和可的松等)、乳腺上皮細(xì)胞葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白1(GLUT1)的表達(dá)豐度以及乳腺上皮細(xì)胞的乳汁合成能力等［1，5］。目前認(rèn)為，泌乳生理相關(guān)激素通過調(diào)節(jié)組織器官的轉(zhuǎn)運(yùn)載體表達(dá)豐度和細(xì)胞合成能力，進(jìn)而影響體成分動(dòng)員和養(yǎng)分(包括葡萄糖)在組織器官中的分配情況［1］。

迄今為止，在泌乳生理?xiàng)l件下，關(guān)于母體糖代謝(尤其是肝臟的糖異生作用和糖原分解)規(guī)律的研究報(bào)道很少。值得注意的是，肝臟糖異生作用可為機(jī)體貢獻(xiàn)40%～70%的葡萄糖生理需要量［6］。不過，直接提高飼糧中碳水化合物水平并不是維持血糖穩(wěn)態(tài)的最有效營(yíng)養(yǎng)策略。有研究表明，給2個(gè)人群分別食用等能，但組成不同的食物，即高碳水化合物食物(10 g蛋白質(zhì)和57 g碳水化合物)和高蛋白質(zhì)食物(尤其是亮氨酸含量較高；33 g蛋白質(zhì)和39 g碳水化合物)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在餐后2 h，高蛋白質(zhì)食物組血液中亮氨酸、丙氨酸+谷氨酰胺、葡萄糖含量比高碳水化合物組分別提高 87、183 μmol/L 和 0.57 mmol/L［6］。相對(duì)谷氨酰胺、谷氨酸和丙氨酸等氨基酸而言，食糜中支鏈氨基酸(亮氨酸、異亮氨酸、纈氨酸)被腸道利用比例很小(＜30%)，故增加食物中亮氨酸含量可明顯提高血液中亮氨酸水平。支鏈氨基酸在肌肉中分解生成丙氨酸和谷氨酰胺，兩者經(jīng)由血液循環(huán)進(jìn)入肝臟，并通過“葡萄糖—丙氨酸”循環(huán)調(diào)節(jié)肝臟糖異生作用，增加血液中丙氨酸+谷氨酰胺和葡萄糖的含量［6］?？梢姡叩鞍踪|(zhì)飼糧可維持機(jī)體葡萄糖穩(wěn)態(tài)。這提示，適當(dāng)提高泌乳母豬飼糧氨基酸含量(尤其是支鏈氨基酸)對(duì)于維持泌乳母豬機(jī)體葡萄糖穩(wěn)態(tài)尤為重要。

Linzell等［4］采用同位素示蹤法研究了葡萄糖在乳腺的代謝去向。結(jié)果表明，34%的葡萄糖用于氧化代謝，其產(chǎn)生的CO2占乳腺呼吸產(chǎn)生總量的54%；53%用于合成乳糖，占乳腺合成乳糖總量的59%(按照碳價(jià)化學(xué)當(dāng)量計(jì)算)；剩下的13%用于合成乳脂。泌乳后期乳腺呼吸熵(RQ)值為1.09～1.63，這亦表明葡萄糖是母豬乳腺能量的重要供體［4］。

1.2 泌乳母豬乳腺中乳糖的合成和分泌

乳糖是哺乳仔豬的一個(gè)重要能量來源。在泌乳初期，乳糖含量較低，為3.1%，至第3天升至4.8%，隨后含量穩(wěn)定，約為5.5%［7］。乳糖分泌不足可能是哺乳仔豬生長(zhǎng)性能不能達(dá)到最佳生長(zhǎng)潛力的一個(gè)原因，這可能與仔豬獨(dú)特的產(chǎn)熱機(jī)制相關(guān)。由于仔豬沒有棕色脂肪細(xì)胞(主要產(chǎn)熱器官)存在，與牛、羊等哺乳動(dòng)物相比，它維持體溫能力較差。因此，提高母豬乳腺合成乳糖能力，對(duì)于增加仔豬的能量攝入，提高仔豬存活能力和生長(zhǎng)性能有重要意義。

乳糖由乳腺上皮細(xì)胞內(nèi)高爾基體上的乳糖合成酶催化合成，該酶由β－1，4半乳糖基轉(zhuǎn)移酶及調(diào)控其活性的α－乳白蛋白組成。半乳糖基轉(zhuǎn)移酶廣泛存在于各種細(xì)胞的高爾基體中，并且在無α－乳白蛋白存在的情況下，此酶不能催化半乳糖與葡糖糖以β－1，4糖苷鍵形成乳糖，但可催化半乳糖與乙酰氨基葡萄糖以β－1，4糖苷鍵與蛋白質(zhì)結(jié)合而形成糖蛋白；而在α－乳白蛋白存在的情況下，此酶活性位點(diǎn)被調(diào)控，即具備合成乳糖的活性［8］。合成乳糖所需的葡萄糖和磷酸尿苷(UTP)－半乳糖分別由高爾基體膜上GLUT1和UDP－半乳糖轉(zhuǎn)運(yùn)載體從細(xì)胞質(zhì)攝取。值得注意的是，GLUT1為乳腺上皮細(xì)胞中高爾基體膜所特有，在其他細(xì)胞高爾基體膜上并不存在，這個(gè)轉(zhuǎn)運(yùn)載體活性可被泌乳生理相關(guān)激素(如催乳素)調(diào)節(jié)［9－10］。然而，乳腺上皮細(xì)胞中高爾基體膜不存在UDP－葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)載體?？傊?，乳腺乳糖合成受胞質(zhì)中葡萄糖、UDP－半乳糖豐度及其轉(zhuǎn)運(yùn)載體活性、α－乳白蛋白表達(dá)量等因素的調(diào)控。

乳寡糖合成是在乳糖基礎(chǔ)上在高爾基體中合成，其成分主要包括四碳乳寡糖(占乳寡糖中的50% ～70%)和唾液酸化寡糖(約占20%)。目前尚未弄清楚母豬乳汁中乳糖含量隨泌乳期變化的規(guī)律。通常，初乳中寡糖含有量較常乳高，如人初乳含有20～23 g/L寡糖，而常乳中僅為5～8 g/L［10］。目前尚不清楚寡糖在乳腺的合成生化途徑，其中一個(gè)重要原因是乳寡糖種類繁多和結(jié)構(gòu)復(fù)雜［10］?？纱_定的是，乳糖豐度為限制高爾基體合成乳寡糖的一個(gè)重要因素。乳寡糖作為刺激腸道益生菌繁殖的益生素，影響初生仔豬腸道原住菌群建立、抵御有害菌黏附、修飾腸道糖基化形態(tài)等腸道健康特征。寡糖這些營(yíng)養(yǎng)生理作用與其本身單糖數(shù)相關(guān)，比如，嬰兒雙歧桿菌(Bifidobacterium infantis)對(duì)4～6個(gè)單糖的寡糖利用能力很強(qiáng)，但隨著單糖數(shù)的增加，其利用能力逐漸降低［11］。

2 泌乳母豬乳腺對(duì)脂肪酸的攝取和乳脂分泌

在整個(gè)泌乳期，乳脂含量較為穩(wěn)定，為5.0% ～5.5%［8］。40%乳脂由乳腺利用葡萄糖等前體物內(nèi)源合成［4］。葡萄糖經(jīng)磷酸戊糖途徑氧化所產(chǎn)生的NADPH亦為合成乳脂所必需［4］。如前所述，乳汁中能量物質(zhì)對(duì)維持仔豬體溫具有重要作用，故利用營(yíng)養(yǎng)措施調(diào)控乳脂含量也是提高仔豬存活能力和生長(zhǎng)性能的一個(gè)有效途徑。

2.1 泌乳母豬乳腺對(duì)脂肪酸的攝取

2.1.1 短鏈脂肪酸

由于母豬與反芻動(dòng)物的消化生理不同，故血液中揮發(fā)性脂肪酸濃度較低，致使母豬乳腺利用這些揮發(fā)性脂肪酸合成乳脂的比例很小［4］。泌乳中后期乳腺每天可從動(dòng)脈血中攝取19 g乙酸、7 g β－羥基丁酸和44 g乳酸，但對(duì)乙酰乙酸、檸檬酸攝取甚微［2，4］。乳腺上皮細(xì)胞膜不存在檸檬酸和乙酰乙酸的轉(zhuǎn)運(yùn)載體，并且細(xì)胞膜對(duì)它們不具有通透性，故乳腺不能利用它們作為合成乳脂的底物［5］。至于乳腺從動(dòng)脈血中攝取利用乙酸、乳酸和β－羥基丁酸，推測(cè)乳腺上皮細(xì)胞膜對(duì)它們具有通透性或者存在轉(zhuǎn)運(yùn)載體。

2.1.2 中鏈脂肪酸

中鏈脂肪酸是含有6～12碳原子的脂肪酸。Linzell等［4］報(bào)道，母豬乳腺對(duì) 6碳、10碳和 12碳的中鏈脂肪酸的攝取甚微。中鏈脂肪酸不需酯化而直接由腸上皮細(xì)胞吸收進(jìn)入肝門靜脈系統(tǒng)；相比之下，長(zhǎng)鏈脂肪酸則需經(jīng)酯化而進(jìn)入淋巴系統(tǒng)，而后經(jīng)心臟血液循環(huán)系統(tǒng)進(jìn)入肝門靜脈系統(tǒng)。因而，中鏈脂肪酸被認(rèn)為在吸收速度和效率方面優(yōu)于長(zhǎng)鏈脂肪酸［12］。在泌乳母豬飼糧中添加中鏈脂肪酸，可迅速增加其在血液中的含量［12］，并提高其在乳汁中的含量［13］。這表明，母豬乳腺對(duì)中鏈脂肪酸利用很少的原因可能是母體血液中鏈脂肪酸含量低，而非乳腺上皮細(xì)胞對(duì)其轉(zhuǎn)運(yùn)能力的問題。迄今為止，關(guān)于乳腺上皮細(xì)胞膜中鏈脂肪酸轉(zhuǎn)運(yùn)載體的研究仍未見報(bào)道。

2.1.3 長(zhǎng)鏈脂肪酸

在泌乳期，乳腺對(duì)甘油酯合長(zhǎng)鏈脂肪酸攝取很活躍，但對(duì)游離形式的長(zhǎng)鏈脂肪酸攝取較少［2，4］。根據(jù) Spincer 等［2］所得數(shù)據(jù)估算，泌乳后期母豬乳腺每天可從動(dòng)脈血中攝取67.0 g棕櫚酸(甘油酯形式，下同)、6.4 g棕櫚油酸、16.0 g硬脂酸、102.0 g油酸和38.3 g亞油酸。類似地，根據(jù)Linzell等［4］所得結(jié)果估算，乳腺對(duì)甘油酯合長(zhǎng)鏈脂肪酸攝取量為256 g/d。泌乳期乳腺上皮細(xì)胞膜上長(zhǎng)鏈脂肪酸轉(zhuǎn)移載體(轉(zhuǎn)運(yùn)酯合脂肪酸)表達(dá)豐富，故乳腺可從動(dòng)脈血中攝取大量的長(zhǎng)鏈脂肪酸［2，4－5］。目前，在人和牛乳腺上皮細(xì)胞膜上，長(zhǎng)鏈脂肪酸轉(zhuǎn)移載體基因已得到克隆鑒定，編碼糖蛋白 CD36［5］。

2.2 泌乳母豬乳腺中乳脂的合成和分泌

母豬乳腺將所攝取的揮發(fā)性脂肪酸用于合成長(zhǎng)鏈脂肪酸，而非直接分泌于乳汁中［4］。不過，它們對(duì)乳脂合成貢獻(xiàn)有限。Linzell等［4］估測(cè)葡萄糖對(duì)乳腺重新合成乳脂的貢獻(xiàn)至少是乙酸的5倍。此外，母豬乳汁短鏈脂肪酸含量很少，其中初乳為0.3%(以重量計(jì))，常乳中為 0.7%［14］。

母豬初乳中，中鏈脂肪酸所占乳脂比例為0.1%(以重量計(jì))，常乳中為0.5%，且主要為月桂酸和羊蠟酸組成［14］。大鼠乳汁卻含有豐富的中鏈脂肪酸，可達(dá)30%。這與其乳腺存在中鏈S－?；舅岷铣擅噶蝓ッ赣嘘P(guān)［15］。與Ⅰ型硫酯酶相對(duì)應(yīng)，中鏈S－?；舅岷铣擅噶蝓ッ敢喾Q為Ⅱ型硫酯酶。Ⅰ型和Ⅱ型硫酯酶主要作用是在脂肪酸合成酶巰基處將合成的脂肪酸水解，產(chǎn)生相應(yīng)碳鏈數(shù)的脂肪酸。Ⅰ型水解產(chǎn)生16碳脂肪酸，而Ⅱ型水解產(chǎn)生2～12碳的脂肪酸?？赏茰y(cè)，母豬乳腺主要表達(dá)Ⅰ型硫酯酶，而非Ⅱ型硫酯酶。利用轉(zhuǎn)基因手段將Ⅰ型硫酯酶轉(zhuǎn)入乳腺上皮細(xì)胞中并使其表達(dá)活性酶，這是增加母豬乳汁中鏈脂肪酸含量的一種方法。

在泌乳中后期，乳汁每天可分泌180.0 g棕櫚酸、52.0 g棕櫚油酸、20.0 g硬脂酸、183.3 g油酸、13.0 g 亞油酸［2，14］。如上所述，母豬乳腺每天攝取67.0 g棕櫚酸、6.4 g棕櫚油酸、16.0 g硬脂酸、102.0 g油酸和38.3 g亞油酸。可推算泌乳中后期乳腺每天需重新合成250～300 g脂肪(占乳脂的50% ～60%)?？梢?，乳腺重新合成脂肪能力很強(qiáng)，尤其是棕櫚酸和油酸。如前所述，母豬乳脂中短鏈和中鏈脂肪酸含量很少。此外，乳腺中脂肪酸合成酶中硫酯酶主要為Ⅰ型硫酯酶，因而乳腺利用短鏈脂肪酸和葡萄糖等前體物合成棕櫚酸和硬脂酸。之前認(rèn)為，脂肪酸碳鏈越長(zhǎng)，其在乳腺所重新合成的量占相應(yīng)乳脂比例越少，而從動(dòng)脈血中所攝取的量比例越大。然而，脂肪酸碳鏈數(shù)與乳腺合成能力并非必然相關(guān)。母豬乳腺在泌乳中后期能合成110 g棕櫚酸和60 g不飽和脂肪酸(分別占乳脂中棕櫚酸的60%和不飽和脂肪酸的25% ～ 30%)［2，16］，這表明相當(dāng)一部分的長(zhǎng)鏈脂肪酸(而非短鏈脂肪酸和中鏈脂肪酸)是在乳腺中合成的。脂肪酸延伸和去飽和主要在滑面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上進(jìn)行。與線粒體呼吸鏈的電子傳遞過程類似，去飽和也實(shí)為一個(gè)電子傳遞過程，主要由NADH－細(xì)胞色素b5還原酶、細(xì)胞色素b5、脂?；鵆oA去飽和酶組成。乳汁中油酸主要由乳腺上皮細(xì)胞利用硬脂酸合成而來，這可能是乳汁中硬脂酸豐度相對(duì)較少，而油酸相對(duì)較多的一個(gè)重要原因［16］。

3 泌乳母豬乳腺對(duì)氨基酸的攝取和乳蛋白分泌

3.1 泌乳母豬乳腺對(duì)氨基酸的攝取

為滿足乳蛋白合成和乳腺增大需要，泌乳期乳腺對(duì)氨基酸需求量很大。與此相對(duì)應(yīng)，乳腺上皮細(xì)胞膜幾乎存在所有的氨基酸轉(zhuǎn)運(yùn)載體，包括鈉依賴轉(zhuǎn)運(yùn)載體、非鈉依賴轉(zhuǎn)運(yùn)載體和陽離子轉(zhuǎn)運(yùn)載體，以及小肽轉(zhuǎn)運(yùn)載體，如PepT1和PepT2［5］。然而，在泌乳中后期，母豬乳腺對(duì)各種氨基酸的攝取量卻變化不大［3］，這可能與上皮細(xì)胞膜上的轉(zhuǎn)運(yùn)載體表達(dá)豐度有關(guān)。

根據(jù)Trottier等［3］的結(jié)果和每天流經(jīng)乳腺血流量(4 275 L)×動(dòng)靜脈濃度差×氨基酸分子質(zhì)量的計(jì)算公式，在泌乳中后期，母豬乳腺每天可攝取游離形式的谷氨酸、谷氨酰胺、天冬氨酸+天冬酰胺、甘氨酸、脯氨酸、丙氨酸、酪氨酸和絲氨酸分別為51.0、24.0、13.6、11.2、26.6、21.0、14.7 和15.8 g；可攝取游離形式的亮氨酸、異亮氨酸、纈氨酸、精氨酸、苯丙氨酸、組氨酸、賴氨酸、蛋氨酸、蘇氨酸和色氨酸分別為 36.4、18.4、21.3、31.3、15.5、7.6、23.3、6.5、16.0 和 8.6 g。這些結(jié)果與Spincer等［2］所得結(jié)果相近似。

由上述數(shù)據(jù)可算得，母豬乳腺在泌乳中后期每天可攝取游離氨基酸總量較為穩(wěn)定，為335 g［3］。然而，乳汁中約有5%的乳蛋白，在泌乳高峰期乳腺每天可合成450～500 g乳蛋白。可推測(cè)，約有30%的氨基酸是通過小肽形式進(jìn)入乳腺上皮細(xì)胞而代謝合成乳蛋白。鑒于測(cè)定方法上的困難，目前關(guān)于乳腺對(duì)小肽攝取的報(bào)道較少。不過，乳腺上皮細(xì)胞的小肽轉(zhuǎn)運(yùn)載體已得到克隆鑒定，為 PepT1 和 PepT2［5］。

3.2 泌乳母豬乳腺中氨基酸的合成和代謝

在泌乳中后期，泌乳母豬乳腺每天可分泌谷氨酸、谷氨酰胺、天冬氨酸+天冬酰胺、甘氨酸、脯氨酸、丙氨酸、酪氨酸和絲氨酸分別為37.0、45.0、30.1、10.1、50.3、18.0、17.8 和 21.2 g，可分泌亮氨酸、異亮氨酸、纈氨酸、精氨酸、苯丙氨酸、組氨酸、賴氨酸、蛋氨酸、蘇氨酸和色氨酸分別為24.6、11.1、13.2、18.0、13.2、8.7、23.3、6.0、10.6 和8.3 g［2－3，17］。對(duì)比乳腺攝取的非必需氨基酸和必需氨基酸數(shù)據(jù)，可知必需氨基酸，如支鏈氨基酸、精氨酸、蘇氨酸和苯丙氨酸在乳腺中分解活躍，而非必需氨基酸，如谷氨酰胺、天冬酰胺、脯氨酸、絲氨酸和酪氨酸可在乳腺重新合成。Wu［17］通過計(jì)算發(fā)現(xiàn)，不能滿足仔豬體蛋白質(zhì)沉積需要的氨基酸為乳汁中谷氨酰胺、天冬酰胺、甘氨酸、脯氨酸、丙氨酸等非必需氨基酸。因此，本文主要集中討論必需氨基酸在乳腺中的降解以及非必需氨基酸的合成。

3.2.1 支鏈氨基酸

支鏈氨基酸包括亮氨酸、異亮氨酸和纈氨酸。如上所述，在泌乳期每天約有30 g的支鏈氨基酸在母豬乳腺中分解，重要原因是乳腺組織中支鏈氨基酸轉(zhuǎn)氨酶和支鏈酮酸脫羧酶(2種分解支鏈氨基酸的主要酶，后者被認(rèn)為是關(guān)鍵酶)的表達(dá)量和酶活被極大提高［18－19］。支鏈氨基酸在乳腺分解代謝時(shí)經(jīng)轉(zhuǎn)氨作用生成谷氨酸、谷氨酰胺、天冬氨酸和丙氨酸［18］。利用同位素跟蹤支鏈氨基酸代謝途徑發(fā)現(xiàn)，在0.5 mmol/L培養(yǎng)條件下，乳腺組織對(duì)亮氨酸的分解速率為每小時(shí)每毫克組織0.43 nmol，對(duì)異亮氨酸和纈氨酸為每小時(shí)每毫克組織0.30 nmol，將濃度提高至2.0 mmol/L，它們的分解速率相應(yīng)提高。60%支鏈氨基酸經(jīng)轉(zhuǎn)氨作用后進(jìn)入脫羧氧化途徑，其中70%被氧化為CO2，剩余的40%支鏈氨基酸生成相應(yīng)的酮體。相對(duì)應(yīng)地，組織生成谷氨酰胺、谷氨酸、天冬酰胺、天冬氨酸和丙氨酸的速率亦顯示出與支鏈氨基酸轉(zhuǎn)氨速率相似的變化。進(jìn)一步酶學(xué)檢測(cè)結(jié)果顯示，乳腺組織存在酶活較高的支鏈氨基酸轉(zhuǎn)氨酶、支鏈酮酸脫羧酶、谷氨酰胺合成酶、谷草轉(zhuǎn)氨酶、谷丙轉(zhuǎn)氨酶和天冬酰胺合成酶［18］。從而證明了乳腺利用支鏈氨基酸合成這些非必需氨基酸的生化機(jī)制，同時(shí)也提供了乳汁中含有豐富谷氨酰胺和天冬氨酸的解釋。這對(duì)我們采用營(yíng)養(yǎng)策略調(diào)控乳汁中谷氨酰胺、天冬氨酸和丙氨酸含量是一個(gè)很好的啟發(fā)。

據(jù)估測(cè)，乳汁中需含有54 g/L谷氨酸和5.5 g/L谷氨酰胺才能滿足仔豬發(fā)揮生長(zhǎng)潛能時(shí)對(duì)蛋白質(zhì)沉積的需要，而在目前飼養(yǎng)管理?xiàng)l件下，母乳只含有4.6 g/L谷氨酸和4.8 g/L谷氨酰胺［17］。乳汁中谷氨酰胺和谷氨酸在仔豬體內(nèi)參與許多生理生化過程。首先，谷氨酰胺和谷氨酸是初生仔豬小腸重要能量物質(zhì)來源［20］。相對(duì)應(yīng)地，仔豬小腸對(duì)通過肝門靜脈系統(tǒng)流量中的外源性谷氨酰胺和谷氨酸(包括肝臟、胰腺、脾臟、腸道等)的利用分別占總流量的66%和95%［21］。其次，仔豬腸道利用谷氨酰胺和谷氨酸合成脯氨酸，并最終合成精氨酸［22］。精氨酸為豬幼年期的一種必需氨基酸，乳汁中精氨酸含量只能滿足其40%的需要量，因而，乳汁精氨酸缺乏是限制仔豬達(dá)到最佳生長(zhǎng)潛能的一個(gè)因素［23］。最后，谷氨酰胺是仔豬腸道合成谷胱甘肽、嘌呤、嘧啶和氨基糖(如N－乙酰氨基葡萄糖和N－乙酰氨基半乳糖)的重要原料，這些產(chǎn)物對(duì)于維持腸道先天免疫屏障功能發(fā)揮重要作用［21］。重要的是，谷氨酰胺能激活一系列與腸道上皮細(xì)胞增殖、存活、緊密連接、抗炎癥和抗凋亡等相關(guān)基因的表達(dá)［24］。先前的研究報(bào)道，利用甲硫氨酸亞礬胺(一種不可逆的谷氨酰胺合成酶抑制劑)處理Caco－2上皮細(xì)胞后，其蔗糖酶－異麥芽糖酶酶活、微絨毛密度和電阻抗明顯降低，表明除外源性谷氨酰胺外，內(nèi)源性谷氨酰胺同樣重要［25］。從這些營(yíng)養(yǎng)作用來看，谷氨酰胺是一種功能性氨基酸，其作用不僅限于合成蛋白質(zhì)之用［17］。

谷氨酰胺合成酶和磷酸依賴谷氨酸酶(分解谷氨酰胺的起始關(guān)鍵酶)對(duì)腸道谷氨酰胺穩(wěn)態(tài)起關(guān)鍵作用。至今為止，這2種酶在豬腸道的發(fā)生學(xué)尚未得到關(guān)注。在人和鼠上發(fā)現(xiàn)，胃腸道谷氨酰胺合成酶酶活在動(dòng)物新生階段很低，且90%酶活(從口腔至直腸)主要分布在胃底部，而只有2%酶活分部在小腸；相反，超過胃腸道80%的谷氨酰胺酶集中分布于小腸［26－28］。這種合成與消耗位點(diǎn)的矛盾現(xiàn)象表明，乳汁谷氨酰胺對(duì)于維持仔豬腸道健康十分重要。

對(duì)于新生動(dòng)物而言，超過96%的外源性天冬氨酸被腸道作為能量物質(zhì)利用［21］。天冬酰胺對(duì)大腦發(fā)育有重要作用［11］。仔豬體蛋白質(zhì)沉積需攝食含有32.0 g/L天冬氨酸的乳汁，而實(shí)際乳汁只含有2.6 g/L天冬氨酸［17］。從這一層面來說，天冬氨酸是哺乳仔豬的必需氨基酸。此外，仔豬體蛋白質(zhì)沉積需攝食含有3.0 g/L丙氨酸的乳汁，而實(shí)際乳汁只含有2.0 g/L，即缺乏33%［17］。

3.2.2 精氨酸

如前所述，從單體氨基酸來說，母豬乳腺對(duì)精氨酸分解在數(shù)量上為最大，為13.3 g/d(即攝取量31.3 g/d，分泌量 18.0 g/d)［3］。精氨酸在乳腺分解主要用于合成脯氨酸和精胺，后者對(duì)泌乳生理過程，如增加血流量、刺激乳腺增生等極為重要［29］。由于乳腺線粒體中不存在吡咯啉－5－羧酸脫氫酶，因而精氨酸的碳架經(jīng)分解代謝途徑生成谷氨酰胺有限，但胞質(zhì)中存在吡咯啉－5－羧酸還原酶，故主要用于合成脯氨酸［29］。對(duì)于哺乳仔豬而言，乳腺合成脯氨酸是個(gè)極為重要的生化過程。如前所述，精氨酸是幼齡動(dòng)物的一種必需氨基酸，乳腺合成脯氨酸分泌至乳汁后，再在新生動(dòng)物腸道重新合成精氨酸，滿足其生長(zhǎng)需要［23，29］。這種母體與幼畜之間的“精氨酸—脯氨酸”循環(huán)過程，在一定程度上挽救了精氨酸在乳腺的降解對(duì)新生動(dòng)物生長(zhǎng)所帶來的負(fù)面影響。同時(shí)，這也為乳腺脯氨酸攝取量少于分泌量提供了生化解釋。

3.2.3 蘇氨酸

在泌乳中后期，母豬乳腺每天從動(dòng)脈血中攝取蘇氨酸16.0 g，乳汁排出10.6 g，故有5.4 g在乳腺代謝分解［3］。從 KEGG(Kyoto encyclopedia of genes and genomes)上檢測(cè)可知，L－蘇氨酸在L－蘇氨酸醛縮酶的作用下生成甘氨酸，后者在甘氨酸羥甲基轉(zhuǎn)移酶作用下生成絲氨酸。這2種酶均存在于胞質(zhì)中，且普遍存在于多種細(xì)胞類型中，包括乳腺上皮細(xì)胞［30］。乳汁中甘氨酸分泌量為11.2 g/d，近似于乳腺攝取量10.1 g/d，而絲氨酸的乳汁分泌量為21.1 g/d，大于乳腺攝取量15.8 g/d，即乳腺重新合成絲氨酸5.3 g/d。按照上述生化代謝途徑，可推測(cè)由蘇氨酸合成而來的甘氨酸進(jìn)一步生成了絲氨酸。有必要證實(shí)乳腺上皮細(xì)胞可將蘇氨酸代謝生成為甘氨酸和絲氨酸，這個(gè)生化機(jī)制對(duì)于調(diào)控乳汁中甘氨酸含量很重要，因?yàn)樽胸i體蛋白質(zhì)沉積需攝食含有4.5 g/L甘氨酸的乳汁，而實(shí)際乳汁只含有1.1 g/L［17］。

3.2.4 苯丙氨酸

在泌乳中后期，母豬乳腺每天從動(dòng)脈血中攝取苯丙氨酸15.5 g，乳汁排出13.2 g，故有2.3 g在乳腺代謝分解；相比之下，乳腺每天可合成3.1 g的酪氨酸［3］。目前認(rèn)為，苯丙氨酸在乳腺分解后合成了酪氨酸［30］。乳汁中酪氨酸可滿足仔豬最大生長(zhǎng)潛力時(shí)用于體蛋白質(zhì)沉積的需要［17］。

3.2.5 其他

按照Trottier等［3］所得數(shù)據(jù)估算，母豬乳腺對(duì)組氨酸、蛋氨酸和賴氨酸的攝取量和分泌量基本相等。然而，這種結(jié)果并不排除是因作者所用飼糧的組氨酸添加量不足所致，其中一個(gè)重要理由就是乳腺肥大細(xì)胞和上皮細(xì)胞中存在組氨酸脫羧酶，并且能合成組胺［31］。在妊娠期和泌乳期，組胺可刺激乳腺細(xì)胞增殖、分化，維持乳腺增生過程，并可刺激血管生成和增加通過乳腺的血流量，從而對(duì)泌乳生理發(fā)揮重要作用。此外，乳腺可利用蛋氨酸合成半胱氨酸，但對(duì)賴氨酸的分解作用很小。

3.3 泌乳母豬乳腺中乳蛋白的分泌

乳汁中氨基酸主要是由蛋白質(zhì)形式分泌，游離形式較少。乳蛋白主要以酪蛋白和清蛋白組成，占90%以上，其余為球蛋白，如免疫球蛋白和鐵傳遞蛋白等。母豬乳蛋白含量在整個(gè)泌乳期較為穩(wěn)定，約為5%，因此在泌乳高峰期(泌乳期第14天)，乳腺每天可合成450～500 g乳蛋白，顯示出乳腺具有很強(qiáng)的蛋白質(zhì)合成能力［14，32］。

4 泌乳母豬乳腺對(duì)維生素、礦物質(zhì)的攝取及其分泌

4.1 泌乳母豬乳腺對(duì)維生素、礦物質(zhì)的攝取

目前尚未有關(guān)于乳腺攝取維生素和礦物質(zhì)的研究報(bào)道。通常認(rèn)為，維生素和礦物質(zhì)不在乳腺中降解，因而乳腺攝取量近似于排出量。然而，泌乳期維生素和礦物質(zhì)仍會(huì)潴留在乳腺中以滿足乳腺細(xì)胞增殖分化需要［33］，故攝取量應(yīng)大于排出量。

4.2 泌乳母豬乳腺中維生素、礦物質(zhì)的分泌

乳汁中脂溶性維生素，如維生素A、維生素D、維生素E和維生素K隨著泌乳期進(jìn)行而逐漸降低。初乳中維生素A、維生素D、維生素E和維生素 K 相對(duì)較高，分別為 1 320、150、3 690和920 μg/L，常乳中分別為初乳的 1/5、1/2、2/3 和5/6［32，34］。水溶性維生素，如核黃素和維生素 C 在初乳中也較高，分別為1 650和20 μg/L，常乳中含量分別為初乳的1/3和1/2［34］。有意思的是，常乳中泛酸和煙酸含量卻比初乳中的高，即常乳含泛酸2 800 mg/L、煙酸5 700 mg/L，而初乳含泛酸2 200 mg/L、煙酸2 500 mg/L。

乳汁中鈣水平隨著泌乳期進(jìn)行而逐漸升高，即從初乳的1.0 g/L上升至常乳的1.9 g/L，磷和鎂水平在整個(gè)泌乳期基本不變，分別維持在1.4和0.1 g/L。初乳中鉀、鈉、硫、氯含量分別為1.3、0.8、1.0和0.9 g/L，但隨著泌乳期進(jìn)行呈現(xiàn)出35%～45%的降低。初乳中微量元素含量，如鐵、鋅、錳、銅、硒分別為 2.2、16.1、1.1、1.4 和0.2 mg/L，但隨著泌乳期進(jìn)行而呈現(xiàn)出35% ～88% 的降低［35］。

5 小結(jié)

乳汁營(yíng)養(yǎng)成分調(diào)控是一個(gè)有潛在研究?jī)r(jià)值的領(lǐng)域。首先，泌乳期葡萄糖供給是乳腺產(chǎn)奶量的第一限制性因素，因而，有必要弄清楚泌乳期母體葡萄糖穩(wěn)態(tài)和穩(wěn)恒機(jī)制。早在20世紀(jì)70年代，合成乳糖的生化機(jī)制已得到闡述，然而，尚不清楚調(diào)控乳腺合成乳糖的營(yíng)養(yǎng)措施和乳腺合成4～6碳寡糖的生化機(jī)制。其次，作為能量物質(zhì)，中鏈脂肪酸相對(duì)于長(zhǎng)鏈脂肪酸具有吸收快和吸收效率高的特點(diǎn)，利用現(xiàn)代分子生物學(xué)方法將Ⅱ型硫酯酶基因轉(zhuǎn)入乳腺上皮細(xì)胞并使其表達(dá)，預(yù)期可調(diào)控乳汁中鏈脂肪酸水平和改善仔豬存活能力。再次，乳腺利用支鏈氨基酸通過轉(zhuǎn)氨作用合成谷氨酰胺、谷氨酸和天冬酰胺、天冬氨酸以及丙氨酸，利用精氨酸合成脯氨酸，利用蘇氨酸合成甘氨酸和絲氨酸，利用苯丙氨酸合成酪氨酸。因而，在母豬飼糧中添加支鏈氨基酸、精氨酸、蘇氨酸和苯丙氨酸可調(diào)節(jié)乳腺合成谷氨酰胺等這些傳統(tǒng)定義的非必需氨基酸，用以滿足仔豬的最大生長(zhǎng)潛力需要。最后，有必要弄清楚乳腺攝取維生素和礦物質(zhì)的基本過程，如檢測(cè)這些物質(zhì)的轉(zhuǎn)運(yùn)載體表達(dá)豐度，反映乳腺的攝取規(guī)律，對(duì)于調(diào)控乳汁含量有啟發(fā)意義，尤其是乳鐵含量。

［1］BOYD R D，KENSIGER R S，HARRELL R J，et al.Nutrient uptake and endocrine regulation of milk synthesis by mammary tissue of lactating sows［J］.Journal of Animal Science，1995，73(Suppl.2):36－56.

［2］SPINCER J，ROOK J A F，TOWERS K G.The uptake of plasma constituents by the mammary gland of the sow［J］.The Biochemical Journal，1969，111(5):727－732.

［3］TROTTIER N L，SHIPLEY C F，EASTER R A.Plasma amino acid uptake by the mammary gland of the lactating sow［J］.Journal of Animal Science，1997，75(5):1266－1278.

［4］LINZELL J L，MEPHAM T B，ANNISON E F，et al.Mammary metabolism in lactating sows:arteriovenous differences of milk precursors and the mammary metabolism of［14C］glucose and［14C］acetate［J］.British Journal of Nutrition，1969，23(2):319－332.

［5］SHENNAN D B，PEAKER M.Transport of milk constituents by the mammary gland［J］.Physiological Review，2000，80(3):926－951.

［6］LAYMAN D K.The role of leucine in weight loss diets and glucose homeostasis［J］.The Journal of Nutrition，2003，133(1):261S－267S.

［7］KLOBASA F，WERHAHN E，BULTER J E.Composition of sow milk during lactation［J］.Journal of Animal Science，1987，64(5):1458－1466.

［8］TRAYER I P，HILL R L.The purification and properties of the A protein of lactose synthetase［J］.Journal of Biological Chemistry，1971，246(21):6666－6675.

［9］SASAKI M，EIGEL W N，KEENAN T W.Lactose and major milk proteins are present in secretory vesicle－rich fractions from lactating mammary gland［J］.Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America，1978，75(10):5020－5024.

［10］KUNZ C，RUDLOFF S，BAIER W，et al.Oligosaccharides in human milk:structural，functional，and metabolic aspects［J］.Annual Review of Nutrition，2000，20:699－722.

［11］PETHERICK A.Development:mother’s milk:a rich opportunity［J］.Nature，2010，468(7327):S5－S7.

［12］WIELAND T M，LIN X，ODE J.Utilization of medium－chain triglycerides by neonatal pigs:effects of emulsification and dose delivered［J］.Journal of Animal Science，1993，71(7):1863－1868.

［13］AZAIN M J.Effects of adding medium－chain triglycerides to sow diets during late gestation and early lactation on litter performance［J］.Journal of Animal Science，1993，71(11):3011－3019.

［14］DEMAN J M，BOWLAND J P.Fatty acid composition of sow’s colostrum，milk and body fat as determined by gas－liquid chromatography［J］.Journal of Dairy Research，1963，30(3):339－343.

［15］NAGGERT J，WILLIAMS B，CASHMAN D P，et al.Cloning and sequencing of the medium－chain S－acyl fatty acid synthetase thioester hydrolase cDNA from rat mammary gland［J］.Biochemical Journal，1987，243(2):597－601.

［16］GARTON G A.The composition and biosynthesis of milk lipids［J］.Journal of Lipid Research，1963，4:237－254.

［17］WU G.Functional amino acids in growth，reproduction，and health［J］.Advances in Nutrition，2010，1(1):31－37.

［18］LI P，KNABE D A，KIM S W，et al.Lactating porcine mammary tissue catabolizes branched－chain amino acids for glutamine and aspartate synthesis［J］.The Journal of Nutrition，2009，139(8):1502 －1509.

［19］DESANTIAGO S，TORRES N，SURYAWAN A，et al.Regulation of branched－chain amino acid metabolism in the lactating rat［J］.The Journal of Nutrition，1998，128(7):1165－1171.

［20］STOLL B，BURRIN D G，HEBRY J，et al.Substrate oxidation by the portal drained viscera of fed piglets［J］.The American Journal of Physiology，1999，277:E168－E175.

［21］REEDS P J，BURRIN D G.Glutamine and the bowel［J］.The Journal of Nutrition，2001，131:2505S －2508S.

［22］WU G，KNABE D A.Arginine synthesis in enterocytes of neonatal pigs［J］.The American Journal of Physiology，1995，269:R621－R629.

［23］WU G，KNABE D A，KIM S W.Arginine nutrition in neonatal pigs［J］.The Journal of Nutrition，2004，134:2783S－2790S.

［24］MARC R J，WU G.Glutamine，arginine，and leucine signaling in the intestine［J］.Amino Acids，2009，37(1):111－122.

［25］WEISS M D，DEMARCO V，STRAUSS D M，et al.Glutamine synthetase:a key enzyme for intestinal epithelial differentiation? ［J］.Journal of Parenteral and Enteral Nutrition，1999，23(3):140－146.

［26］JAMES L A，LUNN P G，ELIA M.Glutamine metabolism in the gastrointestinal tract of the rat assess by the relative activities of glutaminase(EC 3.5.1.2)and glutamine synthetase(EC 6.3.1.2)［J］.British Journal of Nutrition，1998，79(4):365 －372.

［27］JAMES L A，LUNN P G，MIDDLETON S，et al.Distribution of glutaminase and glutamine synthetase activities in the human gastrointestinal tract［J］.Clinical Science，1998，94(3):313－319.

［28］SHENOY V，ROIG J C，CHAKRABARTI R，et al.Ontogeny of glutamine synthetase in rat small intestine［J］.Pediatric Research，1996，39:643－648.

［29］O'QUINN P R，KNABE D A，WU G.Arginine catabolism in lactating porcine mammary tissue［J］.Journal of Animal Science，2002，80(2):467－474.

［30］VERBEKE R，ROETS E，MASSART A M，et al.Metabolism of［U－14C］－l－threonine and ［U－14C］－lphenylalanine by the isolated perfused udder［J］.Journal of Dairy Science，1972，39:239－250.

［31］WANGER W，ICHIKAWA A，TANAKA S，et al.Mouse mammary epithelial histamine system［J］.Journal of Physiology and Pharmacology，2003，54(2):211－223.

［32］BRAUDE R，COATES M E，HENRY K M，et al.A study of the composition of sow’s milk［J］.British Journal of Nutrition，1947，1(1):64－77.

［33］KIM S W，HURLEY W L，HAN I K.Changes in tissue composition associated with mammary gland growth during lactation in sows［J］.Journal of Animal Science，1999，77(9):2510－2516.

［34］HEIDEBRECHT A A，MACVICAR R，ROSS O B，et al.Composition of swine milk.Ⅰ.Major constituents and carotene，vitamin A and vitamin C［J］.The Journal of Nutrition，1951，44(1):43－50.

［35］PETERS J C，MAHAN D C，WISEMAN T G，et al.Effect of dietary organic and inorganic micromineral source and level on sow body，liver，colostrum，mature milk，and progeny mineral compositions over six parities［J］.Journal of Animal Science，2010，88(2):626－637.