游离脂肪酸在奶牛乳腺细胞膜界面的吸附机理及其调控乳脂合成研究

The milk fat is originated from the exogenous uptake of the plasma free fatty acids(FFAs) and endogenous de novo synthesis in the mammary cells of dairy cows.The composition and content of FFAs affect the component of milk fat and the quality of milk.Plasma FFAs enter into mammary cells through at least three steps:adsoption, tranport movement and desorption.It is unclear to date that the adsorption characteristics of plasma FFAs on the membrane interface of mammary cells, the changes of cell membrane induced by the adsorption of FFAs and the mechanism of FFAs on the synthesis of milk fat in mammary epithelial cells.Therefore, we will use the cell membrane of mammary gland in dairy cows and the mammary epithelial cells as experimental materials.We will firstly conduct the dynamic adsorption equilbrium experiments to investigate the adsorption characteristics and mechanism of different carbon chain length and saturation degree of FFAs (representing exogenous uptake and de novo synthesis)on the membrane interface of mammary gland in dairy cows. The effects of different FFAs on the structure of cell membrane are also been studied.On the basis of privous research,we will then cultivate the mammary epithelial cells of dairy cows with different carbon chain length and saturation degree of FFAs to investigate the effects of FFAs on the morphology,physilogical characteristics of cell membrane and the proteome of cell membrane and cytoplasm, finally to reveal the regulatory mechanism of different FFAs on the morphology and function of mammary epithelial cell membrane and the synthesis of milk fat. All the experients are aimed at providing scientific biasis for improving the milk fat content and composition of fatty acids by nutritional regulation.

牛奶中乳脂来源于乳腺细胞对血浆中游离脂肪酸（FFAs）的外源摄取和内源从头合成，FFAs的组成和含量影响乳脂的组成和牛奶品质。血浆FFAs进入乳腺细胞内至少经历吸附、跨膜转运和解吸附三个过程。而血浆FFAs在乳腺细胞膜界面的吸附特征、吸附引发的细胞膜功能变化以及对乳脂合成的调节机理尚不清楚。为此，本项目拟分别采用奶牛乳腺组织细胞膜和乳腺上皮细胞为试验材料，首先模拟不同链长与饱和度（同时可代表外源摄取和从头合成）的FFAs在乳腺组织细胞膜的动态吸附，解析不同FFAs的吸附特征和吸附机理，探讨不同FFAs对细胞膜结构的影响；在此基础上，以乳腺上皮细胞为模型进行不同链长和饱和度FFAs处理试验，考察其对细胞膜形态和物理特性、细胞膜和胞浆蛋白表达的影响，揭示不同FFAs跨膜转运对乳腺上皮细胞膜形态和功能以及乳脂合成的调控机理，为通过营养调控手段提高牛奶乳脂率及改善脂肪酸组成提供科学依据。

血液中的游离脂肪酸是动物体内的重要能量来源，同时也是重要的信号分子。奶牛阴外动脉血中的游离脂肪酸是牛奶中乳脂的唯一来源。然而游离脂肪酸转运进入乳腺细胞内至少经历吸附、跨膜运动和解吸附三个过程。细胞膜是游离脂肪酸与乳腺细胞作用的第一道屏障，了解不同链长和饱和度的游离脂肪酸在乳腺细胞膜界面的吸附特性和吸附动力学过程对于研究其跨膜机理和下游信号转导等生理学过程具有重要意义。因此，本项目采用从奶牛乳腺组织分离的细胞膜组分和体外培养的奶牛乳腺上皮细胞为实验材料，研究了不同链长和饱和度的游离脂肪酸（乙酸、β -羟基丁酸、硬脂酸和tran10,cis12 CLA）在乳腺组织细胞膜界面的吸附过程及其机理，以及调控奶牛乳腺上皮细胞乳脂合成机理。研究发现，奶牛乳腺组织细胞膜对短链脂肪酸的结合量大于长链脂肪酸，尤其是对乙酸的结合量最大，对不同饱和度的硬脂酸和trans10,cis12 CLA 的结合能力无显著差别。不同链长和饱和度脂肪酸在奶牛乳腺组织细胞膜界面上的吸附均可引起细胞膜磷脂含量和蛋白质二级结构（β-折叠、无规则卷曲、α-螺旋和β-转角）发生变化。不同链长和饱和度脂肪酸在奶牛乳腺组织细胞膜界面上的吸附与跨膜是通过与膜蛋白发生结合，改变磷脂头部极性和膜表面pH值，同时自身被质子化从而实现跨膜。游离脂肪酸在奶牛乳腺组织细胞膜界面上的吸附与跨膜可引起细胞膜磷脂过氧化和蛋白质构象的变化，同时自身被质子化从而实现跨膜。进一步的研究发现，乙酸主要激活核糖体信号，抑制氧化磷酸化和丙酮酸代谢等信号通路；β-羟基丁酸可增加乳腺上皮细胞膜表面的微绒毛，同时激活脂肪酸代谢、内质网蛋白加工和丙酮酸代谢等信号通路；硬脂酸抑制氨基酸生物合成和糖原异生等信号通路；trans10,cis12 CLA可减少细胞表面的微绒毛，提高细胞膜的流动性，抑制氧化磷酸化、TCA循环、丙酮酸代谢等信号通路。不同链长和饱和度的游离脂肪酸对乳腺上皮细胞乳脂合成的调控方式存在差异。本项目的研究结果可为通过营养调控手段提高牛奶乳脂率及改善脂肪酸组成提供科学依据。