限制性氨基酸调节乳蛋白合成的代谢调节途径研究

Emerging evidences indicated that substrate effect may not be the major way of deficient amino acid to limit milk protein synthesis, though these evidences are not strong enough to negate the possibility. Previous studies reveled that insulin, glucagon, and IGF-I secretion and mTOR signal pathway in mammary epithelial cells could be stimulated by some individual essential amino acids (EAA), which proposed the possibility that there might be a suitable circulating EAA profile that could promote milk protein synthesis. It is not fully clear at present about which amino acids and how these amino acids affect relevant hormone secretion and intracellular mTOR signal pathway. Research data accumulated is insufficient to evaluate whether the endocrine or the intracellular pathway is more important for limiting amino acids to regulate milk protein synthesis, or they have similar importance. Aimed at the above questions, the relative importance of substrate effect, endocrine pathway, and intracellular pathway in mediating the effects of limiting amino acids on milk protein synthesis in lactating bovine mammary epithelial cells will be investigated employing both in vitro and in vivo methods in the present study. The effects of individual EAA on insulin, glucagon, and IGF-I secretion and on mTOR signal pathway will also be examined.

越来越多的试验证据表明，底物效应可能不是限制性氨基酸影响乳蛋白合成的主要途径，但已有试验证据还不能否定底物效应的作用。已有研究证实，胰岛素、胰高血糖素、IGF-I的分泌和乳腺上皮细胞内mTOR信号途径受到单一必需氨基酸(EAA)的刺激，由此提出了可能存在一个适宜的血浆EAA构成，能够促进乳蛋白合成的可能性。对于刺激相关激素分泌和细胞内mTOR信号途径的氨基酸种类、刺激途径还不是很清楚。已有的研究还不能评估限制性氨基酸主要通过内分泌还是细胞内信号途径影响乳蛋白合成，或者两种具有相似的重要性。针对以上问题，本研究采用体外与体内研究相结合的方法，评估底物效应、内分泌和细胞内信号途径在限制性氨基酸影响牛乳腺上皮细胞蛋白质合成上的相对重要性，并对胰岛素、胰高血糖素、IGF-I分泌和mTOR途径对单一EAA供给的响应进行研究。研究结果有助于改进泌乳反刍动物氨基酸需要量评定策略。

现行动物氨基酸营养理论基于底物效应模型，认为只有最为短缺的必需氨基酸在限制蛋白的合成，但实际上存在共限制性氨基酸现象。之前的研究表明，吸收氨基酸构成通过内分泌、乳腺上皮细胞mTORC1信号途径等调控乳蛋白的合成。本研究采用体外与体内相结合的方法研究了必需氨基酸构成对胰腺激素合成分泌、乳腺上皮细胞mTORC1信号途径的影响及单一必需氨基酸在影响乳蛋白合成上的叠加效应。. 在0~100%的范围内梯度缺失Leu、Ile、Met或Thr，对乳腺上皮MAC-T细胞系的mTORC1途径蛋白因子磷酸化有影响，但受影响的蛋白因子在四种氨基酸间有差别，为四种氨基酸影响乳蛋白合成上的叠加效应提供了生物学基础。随后用奶牛进行的拉丁方试验证实了Met与Leu和Ile间有叠加效应，但与Thr间无叠加效应。用小鼠进行的试验表明，提高日粮蛋白水平，肝脏细胞质丙酮酸羧基酶基因表达量上调、线粒体丙酮酸羧基酶基因表达量下调，表明增加蛋白供给有促进肝脏糖异生作用。随着日粮蛋白水平的升高，血浆胰腺激素（胰岛素和胰高血糖素）水平升高，但胰腺组织中的激素含量降低，表明增加日粮蛋白主要是促进胰腺激素的分泌而不是胰腺激素的合成。进一步的组织学研究表明，胰腺α和β细胞的数量在饲喂高、低蛋白日粮蛋白时均降低，表明过高或过低的日粮蛋白供给均有损胰腺激素的合成。回归分析表明，血浆或胰腺组织胰腺激素含量仅与少数EAA存在显著相关，提示EAA在影响胰腺激素合成与分泌上的差异可能是氨基酸构成影响乳蛋白合成的生物学基础之一。. 综上所述，本研究证实，mTORC1途径和胰腺激素合成与分泌是吸收氨基酸构成影响乳蛋白合成的重要生物学途径，EAA在影响乳蛋白合成上存在叠加效应。氨基酸平衡日粮技术研究的重点不应是寻求所谓“理想蛋白”，而是评估单一EAA通过mTORC1和内分泌途径调控蛋白合成的效能。