迷迭香提取物通过“瘤胃-血清-乳汁”代谢通路提升三河奶牛产奶量的多组学机制解析

本刊推荐：为探究植物源性饲料添加剂对奶牛生产性能的调控机制，研究人员开展了迷迭香提取物（RE）对三河奶牛补饲效应的多组学研究。结果表明，日粮添加20 g/d RE可显著提升产奶量（P=0.022）和乳脂合成，降低血清与乳汁尿素氮水平（P<0.05），并通过调控瘤胃微生物群落结构（如提升g_Acetobacter和g_Prevotella丰度）增强抗氧化能力（T-AOC、SOD活性显著升高）。该研究揭示了RE通过“瘤胃-血清-乳汁”代谢轴调控乳脂合成的多组学机制，为植物提取物在奶牛精准营养中的应用提供理论依据。

　　

随着畜牧业集约化发展，如何进一步提升奶牛生产性能和乳品质已成为行业核心挑战。三河奶牛作为中国优良地方乳畜品种，虽具备较强的适应性和抗逆性，但其泌乳性能的调控机制仍有待深入探索。近年来，天然植物提取物因其绿色安全性和多重生物活性成为饲料添加剂研究热点。迷迭香提取物（Rosemary Extract, RE）富含迷迭香酸、熊果酸等活性成分，具有抗氧化、抗炎和调节微生物群落等功能，在单胃动物中已展现良好效果，但其对反刍动物特别是泌乳奶牛的作用机制尚不明确。尤为关键的是，饲料添加剂的作用通常涉及“瘤胃-血清-乳汁”多体液通路协同调控，而现有研究多局限于特定组织或单一组学层面，缺乏对RE活性成分代谢轨迹及多组学联动的系统解析。

为此，研究人员在《Animal Nutrition》发表了题为“Multi-omics analysis reveals the mechanism of rosemary extract supplementation in increasing milk production in Sanhe dairy cows via the ‘rumen-serum-milk’ metabolic pathway”的研究论文。该研究通过多组学整合分析，揭示RE提升奶牛产奶量的作用路径和关键靶点，为植物源性添加剂在奶牛生产中的精准应用提供理论支撑。

本研究主要采用以下技术方法：选取30头产奶日龄相近（171±17天）的三河奶牛随机分为对照组（CON）和RE组（基础日粮+20 g/d RE），进行57天饲养试验；采集瘤胃液、血清和乳汁样本，通过UPLC-MS/MS非靶向代谢组学分析三类体液的代谢物谱；利用宏基因组测序解析瘤胃微生物群落结构和功能；采用气相色谱、酶联免疫吸附测定（ELISA）和生化分析仪检测瘤胃发酵参数、血清抗氧化及免疫指标。

3.1. 生产性能与乳品质

RE补饲显著提升产奶量（23.07 vs. 21.01 kg/d, P=0.022）和3.5%脂肪校正乳（25.21 vs. 21.58 kg/d, P=0.009），乳脂率呈升高趋势（4.14% vs. 3.71%, P=0.071），乳汁尿素氮显著降低（17.74 vs. 21.73 mg/dL, P=0.003）。表明RE在维持饲料利用率不变前提下有效提升泌乳性能。

3.2. 瘤胃发酵参数

RE组丁酸浓度显著升高（13.84 vs. 11.28 mmol/L, P=0.035），戊酸呈上升趋势（P=0.080），氨氮和pH无显著变化。提示RE可能通过调控微生物代谢促进短链脂肪酸生成。

3.3. 血清指标

RE组血清尿素氮（5.71 vs. 6.55 mmol/L, P=0.013）、胆固醇和低密度脂蛋白呈下降趋势；总抗氧化能力（T-AOC）、超氧化物歧化酶（SOD）活性和免疫球蛋白（IgA、IgG）显著升高（P<0.01），丙二醛（MDA）含量降低（P<0.001）。表明RE系统性增强机体抗氧化和免疫状态。

3.4.-3.6. 多体液代谢组学

瘤胃、血清和乳汁分别鉴定到154、190和63个差异代谢物。瘤胃中熊果酸（ursolic acid）、大麻色原烯（cannabichromevarin）等RE特征成分显著富集；血清中磷脂酰胆碱（PC）、鞘磷脂（SM）等脂质代谢物上调；乳汁中甘油酯、甘油磷脂和鞘脂类含量显著升高。通路分析显示瘤胃中类固醇激素合成、TCA循环，血清中氨基酸代谢和花生四烯酸代谢，乳汁中酪氨酸代谢通路被激活。

3.7. 共代谢物分析

13个瘤胃-血清共有的差异代谢物中，熊果酸、大麻色原烯等4种成分在血清中显著富集，ROC曲线下面积（AUC）>0.9，提示其为RE代谢的关键生物标志物。乳汁脂质代谢物与血清呈显著正相关，证实“瘤胃-血清-乳汁”代谢轴的存在。

3.8.-3.9. 瘤胃微生物组与功能

RE组瘤胃微生物ACE多样性指数显著升高（P=0.040），PCoA显示组间明显分离（P=0.001）。g_Acetobacter和g_Prevotella丰度显著增加，随机森林分析将其列为RE组生物标志物。KEGG功能富集显示RE组微生物在“脂肪酸生物合成”“甘油磷脂代谢”等脂质合成通路中活性显著增强。

3.10.-3.11. 微生物-代谢物-表型关联

网络分析发现g_Acetobacter和g_Prevotella与瘤胃丁酸、血清熊果酸及乳汁甘油二酯（DAG）、鞘磷脂（SM）等显著相关（Spearman’s r>0.7）。Mantel检验进一步证实这些微生物与产奶量、乳脂合成及抗氧化指标密切相关。

本研究通过多组学整合揭示RE补饲通过三条核心路径提升奶牛生产性能：其一，RE活性成分（如熊果酸）经瘤胃吸收进入血清，调控肝脏代谢功能，降低氮损失和胆固醇水平，增强全身抗氧化与免疫状态；其二，RE重塑瘤胃微生物群落结构，促进g_Prevotella和g_Acetobacter等有益菌增殖，加速丁酸等短链脂肪酸生成，为乳脂合成提供前体；其三，微生物-宿主互作通过“瘤胃-血清-乳汁”代谢轴协同上调甘油酯、磷脂和鞘脂类代谢，直接推动乳脂合成和泌乳量提升。该研究不仅阐明RE多靶点调控机制，也为植物提取物在反刍动物营养中的精准应用提供多组学证据链支持。未来研究可进一步聚焦RE活性成分在乳腺组织中的直接作用机制，以及通过肝脏代谢组学深化对脂氮代谢调控的理解。