牛乳脂肪球粒徑研究進(jìn)展

黃啟雪，邢智洋，張夢(mèng)璐，朱河水，韓立強(qiáng)*

（河南農(nóng)業(yè)大學(xué)牧醫(yī)工程學(xué)院，河南 鄭州 450000）

牛乳中的脂肪以小液滴形式存在，稱為乳脂肪球（milk fat globule，MFG），MFG的組成結(jié)構(gòu)包括一個(gè)甘油三酯（triglyceride，TG）核心，外面包裹由磷脂和蛋白質(zhì)組成的膜，稱為乳脂肪球膜（milk fat globule membrane，MFGM）。在各種哺乳動(dòng)物乳汁中，MFG的粒徑大小從200 nm到超過(guò)15 μm[1-2]，MFGM的磷脂組成與MFG的粒徑密切相關(guān)[3-4]。MFGM已被證明對(duì)機(jī)體具有營(yíng)養(yǎng)和健康意義。本文綜述MFG相關(guān)研究進(jìn)展，主要關(guān)注MFGM的組成成分、不同粒徑MFG的功能及其調(diào)控機(jī)制。

1 MFG的合成及調(diào)控

要想了解MFG粒徑，需要知道乳腺細(xì)胞合成和分泌MFG的過(guò)程。如圖1所示，脂肪酸運(yùn)輸?shù)饺橄偕掀ぜ?xì)胞后，首先在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)合成TG液滴，然后釋放到細(xì)胞質(zhì)中，并在向質(zhì)膜轉(zhuǎn)運(yùn)的過(guò)程中包裹磷脂和多種蛋白質(zhì)后形成脂滴，在此過(guò)程中體積逐漸增大，小脂滴相互融合形成大脂滴，運(yùn)輸?shù)郊?xì)胞頂漿質(zhì)膜，通過(guò)出胞過(guò)程分泌到乳汁中，形成MFG[5]。與機(jī)體內(nèi)的肝臟和脂肪細(xì)胞相比，乳腺細(xì)胞分泌脂滴形成MFG的過(guò)程具有其特殊性。一般來(lái)說(shuō)，肝細(xì)胞分泌到血漿中的脂蛋白復(fù)合體的顆粒粒徑范圍很窄，任何偏離正常范圍的脂蛋白都預(yù)示著功能障礙，而乳腺細(xì)胞分泌的MFG粒徑范圍超過(guò)3 個(gè)數(shù)量級(jí)，從0.2 μm到超過(guò)15.0 μm[1-2]。人乳中MFG的平均粒徑為3.5～5.0 μm，牛乳中為3.0～4.0 μm，山羊乳中為3.4 μm，綿羊乳中為5.0 μm，水牛乳中為5.0 μm，MFG的平均粒徑受到動(dòng)物種類、遺傳傾向、季節(jié)和營(yíng)養(yǎng)等多種因素影響[6-9]。多項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)，MFGM結(jié)構(gòu)中的磷脂在調(diào)控MFG粒徑中發(fā)揮重要作用。Logan等[10]分析不同季節(jié)的牛乳MFG粒徑，發(fā)現(xiàn)春季、夏季和秋季的MFG平均粒徑從3.0 μm到4.6 μm不等，并且較小粒徑MFG中PC含量更高。Mesilati-Stahy等[3]采用重力法把MFG分成大小不同的6 種粒徑，分析發(fā)現(xiàn)各個(gè)粒徑MFG的PC、PS及磷脂酰肌醇含量均有較大差異。Couvreur等[11]研究發(fā)現(xiàn)，營(yíng)養(yǎng)元素對(duì)奶牛MFG粒徑會(huì)產(chǎn)生較大影響，高精料日糧能使MFG平均粒徑從3.51 μm減小到3.30 μm，同時(shí)增加牛乳中PC含量，減少PE含量。事實(shí)上，MFG的粒徑影響其自身表面積，從而決定了脂肪球膜成分的數(shù)量，MFG的分泌需要在細(xì)胞脂滴生成過(guò)程中包裹不同的磷脂分子，因此對(duì)于不同粒徑MFG來(lái)說(shuō)，磷脂的生物利用效率可能是影響MFG粒徑的一個(gè)主要因素[12-13]。

2 MFGM組成

MFG核心主要由TG組成，外圍由MFGM包裹，保護(hù)MFG核心免受脂解和氧化。牛乳MFGM的組成包括69%～73%極性脂質(zhì)和22%～24%蛋白質(zhì)，以及少量脂溶性維生素（圖2）[14]。

2.1 MFGM中的脂質(zhì)

牛乳中的極性脂質(zhì)約占總脂肪含量的1%，主要由M F G M中的磷脂和鞘脂組成[15]，包括P C（19.2%～37.3%）、PE（19.8%～42.0%）、鞘磷脂（sphingomyelin，SM，18%～34%）、PI（0.6%～13.6%）和PS（1.9%～16.0%），這些磷脂組分在反芻動(dòng)物乳汁中的比例大致相似[16-17]。SM一般由鞘氨醇、PE或PC基團(tuán)和長(zhǎng)鏈不飽和脂肪酸組成[18]。牛乳MFGM中也發(fā)現(xiàn)少量乳糖基和葡萄糖基神經(jīng)酰胺[19]。羊乳和牛乳的磷脂組分脂肪酸組成相似，主要差別在于羊乳中飽和中短鏈脂肪酸含量較低，長(zhǎng)鏈脂肪酸含量較高[18]。在牛乳和山羊乳中，由于MFGM中極性脂含量很高，所以與MFG的TG核心相比，MFGM的不飽和脂肪酸含量更豐富[20]。

2.2 MFGM中的蛋白質(zhì)

MFGM中的蛋白質(zhì)（占總蛋白質(zhì)1%～4%）以連接蛋白和跨膜蛋白的形式存在于MFGM內(nèi)側(cè)和外側(cè)[21-23]。在反芻動(dòng)物乳汁中發(fā)現(xiàn)200多種MFGM蛋白，其中有8 種含量最豐富的蛋白質(zhì)，分別為MUC1、XDH/XO、CD36、BTN、PLIN2、FABP4、MUC15和MFGE8（圖2）。這些蛋白的功能與調(diào)控乳腺細(xì)胞乳脂肪合成相關(guān)。敲除XDH和BTN1A1蛋白基因會(huì)引起小鼠乳腺合成乳脂肪障礙，在乳腺細(xì)胞中超表達(dá)或沉默PLIN2蛋白基因會(huì)引起脂滴直徑的變化[5,23]。MFGM中其他痕量蛋白是否有重要的乳腺生物學(xué)調(diào)控功能還有待研究。

2.3 MFGM中的脂溶性維生素

MFG中主要有4 種脂溶性維生素（VA、VD、VE和VK），以及幾種類胡蘿卜素，MFGM中存在極少量乳核黃素（VB2），含量約為100 μg/L[4]。MFG中的VA主要以酯化視黃醇形式存在，特別是視黃棕櫚酸酯和視黃油酸酯，分別占視黃醇活性當(dāng)量的41.7%和34.4%，游離視黃醇只占總視黃醇活性當(dāng)量的6.1%。在VE中α-生育酚占主導(dǎo)地位，主要位于MFGM，被認(rèn)為是具有最高生物活性的VE形式，具有抗氧化作用并參與維持膜完整性。VD家族的30 種成分中，天然牛乳中只含有膽鈣化醇D3，能夠結(jié)合MFGM，并且其含量與β-乳球蛋白遺傳多態(tài)性具有相關(guān)性；MFG還含有少量VK1（0.6 μg/100 g）和極低含量的其他VK[24]。

3 MFG粒徑對(duì)牛乳營(yíng)養(yǎng)和乳制品加工的影響

粒徑越小的MFG比表面積越大，所含的MFGM成分越多，因此不同粒徑MFG的功能不同。粒徑大于7 μm的牛乳MFG與小粒徑MFG（3.2 μm）相比具有更高的宿主防御蛋白含量，表明通過(guò)控制MFG粒徑可以增強(qiáng)牛乳對(duì)機(jī)體的保護(hù)功能[25]。MFGM是磷脂的豐富來(lái)源，已有不同研究證明了MFGM在動(dòng)物模型、人體發(fā)育和健康中的作用。在嬰兒喂養(yǎng)中，用MFGM的主要成分SM強(qiáng)化牛乳替代普通牛乳，可以改善嬰兒18 月齡時(shí)的智力認(rèn)知發(fā)展[26]。喂養(yǎng)富含MFGM配方乳粉的嬰兒，6 月齡時(shí)的微生物感染率低于喂養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn)配方乳粉的嬰兒[27-28]。此外，在大鼠配方乳粉中添加牛乳MFGM制劑，能夠促進(jìn)腸上皮和微生物群的發(fā)育，并防止由革蘭氏陽(yáng)性細(xì)菌引起的結(jié)腸炎。

MFG粒徑對(duì)于乳制品下游加工也具有重要意義。牛乳中的脂質(zhì)成分決定了許多乳制品的結(jié)構(gòu)特征，MFG粒徑會(huì)影響乳制品的理化和感官特性，還會(huì)影響干酪成熟及乳制品保質(zhì)期[29-30]。不同粒徑MFG表現(xiàn)出不同的熱力學(xué)和生理學(xué)特性[28]。給奶牛喂食魚粉后獲得粒徑減小的MFG，制成黃油后具有更好的冷卻性能[8]。采用小粒徑MFG生產(chǎn)的干酪具有較高熔點(diǎn)和較強(qiáng)彈性，流動(dòng)性好，色澤較淡[8,29]。在工業(yè)上為減小MFG的粒徑差異通常會(huì)進(jìn)行均質(zhì)化，均質(zhì)化結(jié)束時(shí)，新形成的脂肪小球與原來(lái)相比具有不同的物理和化學(xué)特性，均質(zhì)化后僅10%的MFGM被原始MFGM材料覆蓋[31-32]。

4 細(xì)胞脂滴大小的調(diào)控因素

調(diào)控MFG粒徑的主要因素是乳腺上皮細(xì)胞的脂滴，使用乳腺上皮細(xì)胞原代培養(yǎng)或細(xì)胞系研究脂滴大小的調(diào)節(jié)機(jī)制可以闡明MFG調(diào)控的細(xì)胞機(jī)制。此外，脂滴合成的初始步驟對(duì)于許多細(xì)胞類型都通用，包括乳腺、脂肪、肌肉和肝臟。因此了解其他組織中脂滴大小調(diào)節(jié)機(jī)制的研究進(jìn)展可以增加對(duì)乳腺中MFG粒徑調(diào)節(jié)機(jī)制的理解。

4.1 細(xì)胞內(nèi)TG水平對(duì)脂滴的影響

細(xì)胞內(nèi)TG水平及其合成與水解過(guò)程中參與的酶均可影響細(xì)胞中脂滴的大小。其中TG水平與脂滴大小呈正相關(guān)，細(xì)胞內(nèi)較高含量的TG可形成較大脂滴[33]。TG合成過(guò)程中所需酶的活性也可影響脂滴大小，如甘油-3-磷酸酰基轉(zhuǎn)移酶的過(guò)表達(dá)最終誘導(dǎo)了酵母等生物中超大脂滴的形成[34]。直接為TG合成酶提供能量和煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸的線粒體也可以影響脂滴大小。與棕櫚酸處理相比，經(jīng)油酸處理的乳腺上皮細(xì)胞（mammary epithelial cells，MEC），脂滴大小發(fā)生變化時(shí)線粒體數(shù)量增加[35]。若在泌乳早期增加線粒體數(shù)量和活性[36]，可影響膜組成及膜穩(wěn)定性，從而影響脂滴融合，最終影響所分泌MFG的大小。線粒體不僅參與脂滴形成還在脂滴大小調(diào)節(jié)過(guò)程中起中心作用。TG水解也可調(diào)節(jié)脂滴大小，其水解過(guò)程包括細(xì)胞質(zhì)中的中性脂解和溶酶體中的酸性脂解，這些過(guò)程由不同的脂肪酶催化[37]。增加分化脂肪細(xì)胞中的環(huán)磷酸腺苷水平可誘導(dǎo)中性脂解并減小脂滴粒徑。中性脂解是由脂滴結(jié)合蛋白CGI-58執(zhí)行的，它激活脂肪甘油三酯脂肪酶（adipose triacylglyceride lipase，ATGL），而抑制ATGL可影響脂滴蛋白的合成，如G0/G1期開(kāi)關(guān)蛋白和Perilipin 5[38]。脂滴膜蛋白Adipophilin缺陷小鼠未能在其乳腺中產(chǎn)生大的脂滴，這表明Adipophilin調(diào)節(jié)ATGL依賴的脂解，可能有助于調(diào)節(jié)MEC中脂滴的大小[36]。

4.2 膜磷脂對(duì)脂滴大小的調(diào)控

細(xì)胞內(nèi)包裹脂滴膜的主要成分是磷脂，其生物利用效率可調(diào)節(jié)脂滴大小。PC合成能力的降低可能改變細(xì)胞內(nèi)磷脂的組成，從而改變膜的穩(wěn)定性，最終導(dǎo)致細(xì)胞器之間的融合，也會(huì)導(dǎo)致脂滴大小變化[38]。抑制PC合成基因CHO2和OPI3在酵母中的表達(dá)，降低了磷脂酰膽堿胞苷轉(zhuǎn)移酶α（phosphatidylcholine cytidine transferase α，CCTα）在小鼠巨噬細(xì)胞中的表達(dá)，而敲除果蠅S2細(xì)胞中CCT1基因或線蟲中SAMS1基因后，PC水平均下降，最終均導(dǎo)致脂滴增大[39]。

4.3 脂滴膜融合的調(diào)控

脂滴融合是導(dǎo)致脂滴大小改變的主要途徑。用游離油酸處理MEC細(xì)胞后，與棕櫚酸處理相比，脂滴參與融合的百分比增加4 倍[40]。推測(cè)脂滴融合過(guò)程包括以下幾個(gè)階段：1）分隔2 個(gè)原始脂滴的水膜被耗盡，導(dǎo)致其非常接近；2）在膜上打開(kāi)一個(gè)孔通道，直接連接2 個(gè)脂滴的核心；3）2 個(gè)脂滴隨孔隙的擴(kuò)張發(fā)生完全融合，最終形成1 個(gè)更大的脂滴。其中孔通道可暫時(shí)存在，而不會(huì)導(dǎo)致液滴融合，孔通道是否膨脹并導(dǎo)致脂滴融合取決于磷脂組分的物理性質(zhì)。膜的穩(wěn)定性也影響脂滴融合，PE能促進(jìn)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)衍生的過(guò)渡小泡與高爾基體的融合，它是一種彎曲的錐狀磷脂，具有一個(gè)小的頭部基團(tuán)，這種膜的不穩(wěn)定性一定程度上誘導(dǎo)了脂滴融合。而PC是一種圓柱形磷脂，因其較穩(wěn)定抑制了脂滴融合[41]。在脂質(zhì)體合成體系中，PC、PE、PS三者的不同組成可影響膜的穩(wěn)定性與融合性。在鈣誘導(dǎo)的脂質(zhì)體融合實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，與純PS囊泡相比，不同PC、PS組成的脂質(zhì)體中PC含量越高，融合受到抑制的程度越嚴(yán)重，當(dāng)PC、PE物質(zhì)的量為35∶30時(shí)，融合和斷裂之間表現(xiàn)為最佳平衡；PS到PE的轉(zhuǎn)換通過(guò)磷脂酰絲氨酸脫羧酶在線粒體中進(jìn)行，有助于調(diào)節(jié)脂滴的穩(wěn)定性，在細(xì)胞環(huán)境中，線粒體亦參與其中，且在調(diào)節(jié)細(xì)胞膜的磷脂組成方面起中心作用[42]。

5 結(jié) 語(yǔ)

MFGM已被證實(shí)是牛乳中一種具有較強(qiáng)生物活性的成分，對(duì)于新生兒健康和發(fā)育具有重要的營(yíng)養(yǎng)作用。牛乳中MFGM的含量可以通過(guò)分泌MFG粒徑的大小來(lái)控制，這一過(guò)程受脂肪合成、TG水解和細(xì)胞膜組成的調(diào)節(jié)，因此研究乳腺分泌MFG粒徑的調(diào)控機(jī)制，對(duì)乳品營(yíng)養(yǎng)及乳制品加工十分必要。