BCAA（支链氨基酸）补充剂能够增强伊犁马 mare 的乳脂合成，并通过改善肠道氨基酸代谢来促进驹子的生长

《Frontiers in Microbiology》：BCAA supplementation enhances milk fat synthesis in Yili mares and promotes foal growth through remodeling of intestinal amino acid metabolism

本研究通过补充不同剂量支链氨基酸（BCAAs）探究其对母马泌乳性能及幼驹生长的影响。结果显示，中剂量（76 g/d）和高压（114 g/d）BCAAs显著提高乳脂产量及母马血清GH和PROG水平，同时促进幼驹生长激素（GH、INS、IGF-1）升高。高剂量虽增强效应但导致尿素氮升高，中剂量平衡营养与代谢。粪便微生物组分析表明，BCAAs通过调控微生物氨基酸降解与合成途径影响幼驹代谢，其中支链氨基酸降解相关菌群丰度与幼驹血清氨基酸水平呈负相关。研究揭示了“BCAAs-乳脂合成-微生物代谢-幼驹生长”的调控轴，为优化母马营养策略提供依据。

　　本研究探讨了在哺乳期母马中分级补充支链氨基酸（BCAAs）对乳汁产量、乳汁成分、幼驹生长以及代谢反应的影响。研究对象为20对母马与幼驹，分为对照组（DG）、低剂量组（LG，38克/天）、中剂量组（MG，76克/天）和高剂量组（HG，114克/天）。实验过程中，通过采集乳汁、血液和粪便样本，进行成分、激素及代谢组学分析，并对幼驹的肠道菌群进行检测。研究旨在揭示BCAAs在哺乳期母马营养调控中的作用机制，为改善乳汁质量和幼驹发育提供理论依据和实践指导。

### BCAAs的生物学功能与代谢作用

支链氨基酸（BCAAs）包括亮氨酸（Leu）、异亮氨酸（Ile）和缬氨酸（Val），它们是哺乳动物必需的疏水性氨基酸，其分子结构中含有分支的烷基侧链。由于哺乳动物无法自行合成BCAAs，必须通过饮食摄取。相比之下，大多数细菌、真菌和植物可以通过自身代谢合成这些氨基酸。BCAAs不仅是蛋白质合成的原料，还参与酮体和糖异生途径，从而在碳水化合物、脂类和蛋白质代谢中发挥调节作用。此外，BCAAs还能维持促炎和抗炎细胞因子之间的平衡，具有免疫调节、抗氧化和保护作用。

已有研究表明，外源性BCAAs补充可以提升哺乳期乳汁产量和乳汁中蛋白质与脂肪含量。在免疫方面，BCAAs能够增强宿主的防御机制，调节细胞、体液和黏膜免疫反应，而饮食缺乏则会导致淋巴细胞和白细胞数量减少，从而削弱先天免疫功能。同时，BCAAs展现出显著的抗氧化活性，既可以清除自由基，又可以提升抗氧化酶的活性。它们还为肠道营养运输和细胞内蛋白质周转提供重要能量来源，同时调控营养转运蛋白的表达，支持肠道屏障的完整性。越来越多的证据表明，BCAAs与肠道菌群之间存在双向互动，为理解其多种功能提供了新的视角。

### 实验设计与实施

本实验在新疆伊犁哈萨克自治州的昭苏马场进行，选取了20对哺乳期母马及其哺乳的幼驹（2~3个月龄）。初始体重方面，幼驹为97.60 ± 13.24公斤，母马为392.90 ± 12.18公斤。幼驹被随机分配到四个组（每组5头）：对照组（DG）、低剂量组（LG）、中剂量组（MG）和高剂量组（HG）。母马与幼驹被分组管理，以确保实验结果的可比性。所有组别均在相同条件下进行管理，包括7天的适应期和随后60天的喂养试验。在试验期间，每头母马每日提供2公斤浓缩饲料，同时根据组别分别补充不同剂量的BCAAs混合物（Ile:Leu:Val = 1:2:1.2）。

每日的奶产量记录使用弹簧秤进行，乳汁样本在试验第0、15、30、45和60天采集。每头母马每天进行四次挤奶（分别在11:00、12:30、14:00和15:30），每次挤奶后采集25毫升乳汁，合并后保存于-20℃以备成分分析。在第60天，额外采集5毫升合并样本，放入液氮中快速冷冻后保存于-80℃，用于目标氨基酸定量和非目标代谢组学分析。

幼驹的血液样本在试验第0天和第60天采集，每次采集前幼驹需禁食2小时。10毫升血液通过真空血清管收集，离心后提取血清用于激素、免疫和抗氧化指标的检测。粪便样本在第60天采集，每份约5克，置于液氮中快速冷冻后保存于-80℃，用于16S rRNA测序分析。

### 乳汁成分与激素变化

研究结果表明，BCAAs的补充与哺乳期阶段之间存在显著的相互作用，影响乳汁脂肪产量和某些激素水平。中剂量和高剂量组的乳汁脂肪产量在第30天开始显著增加，并在第45天达到峰值。尽管随后略有下降，但到第60天时，这两组的脂肪产量仍显著高于低剂量组和对照组，表明BCAAs对乳汁脂肪代谢具有持续增强作用。此外，高剂量组的生长激素（GH）和孕酮（PROG）水平也呈现剂量依赖性上升，这可能与乳汁脂肪合成的调控机制有关。

通过多元统计分析（如PCA和OPLS-DA），研究发现高剂量组与对照组在代谢组学分析中表现出明显的差异。这些差异主要体现在有机酸及其衍生物上，表明BCAAs干预显著影响了脂类代谢、能量代谢和碳水化合物代谢等关键代谢通路。同时，代谢组学分析还揭示了BCAAs对氨基酸代谢的影响，包括某些非必需氨基酸的水平变化，以及与激素（如GH和PROG）之间的相关性。

### 幼驹血清激素、抗氧化和免疫指标变化

研究发现，母马BCAAs补充显著影响了幼驹的血清激素水平。在第60天时，中剂量和高剂量组的幼驹血清生长激素（GH）、胰岛素（INS）和胰岛素样生长因子-1（IGF-1）水平显著升高，呈现出剂量依赖性。这表明母马的营养状态通过乳汁成分传递给幼驹，进而影响其生长和代谢过程。值得注意的是，这些激素的变化与幼驹的生长速率和身体发育密切相关，进一步支持了BCAAs在促进幼驹发育中的作用。

然而，血清尿素氮（BUN）的水平则呈现出非线性变化，中剂量组的BUN最低，而高剂量组最高。这一现象可能反映了高剂量BCAAs补充对氮代谢的影响。尽管高剂量组的幼驹摄入了更多的BCAAs，但其血清中多种氨基酸的水平显著降低，这可能与肠道菌群对未被利用的氨基酸进行代谢有关。研究还发现，中剂量组的幼驹表现出更优的氮保留和利用效率，而高剂量组则可能因氮代谢负担增加导致尿素氮水平上升。

### 幼驹肠道菌群结构与功能变化

通过16S rRNA测序分析，研究发现BCAAs补充显著改变了幼驹肠道菌群的结构和多样性。在门水平上，厚壁菌门（Firmicutes）和拟杆菌门（Bacteroidota）是主要的菌群，但在不同剂量组中，它们的相对丰度有所变化。在属水平上，某些特定菌群如瘤胃球菌属（Ruminococcus）和颤螺菌属（Treponema）在高剂量组中显著增加，而低剂量组中则以其他菌群为主。在种水平上，一些与氨基酸代谢相关的微生物种类在高剂量组中出现显著富集，表明BCAAs补充可能通过促进微生物对氨基酸的降解来影响宿主的代谢状态。

进一步的功能预测分析显示，高剂量组的微生物代谢功能主要集中在氨基酸降解和合成、短链脂肪酸（SCFAs）代谢以及能量代谢等关键通路。这些代谢产物不仅为宿主提供能量，还通过调控肠道上皮细胞信号传导和微生物基因表达，对宿主的营养吸收、能量代谢和合成信号产生影响。此外，BCAAs补充还增加了微生物合成SCFAs的能力，这些SCFAs在维持肠道健康和调节免疫反应中发挥重要作用。

### 母子代谢与菌群的关联性

研究发现，母马BCAAs补充不仅影响自身乳汁成分和激素水平，还通过乳汁传递影响幼驹的代谢状态和肠道菌群结构。通过相关性分析，BCAAs的代谢与宿主血清中氨基酸水平之间存在显著关联。例如，高剂量组的亮氨酸和缬氨酸水平显著下降，而它们的代谢产物如α-酮戊二酸和琥珀酸则有所上升。这表明BCAAs可能通过促进代谢通路中的中间产物生成，从而影响宿主的能量代谢和氮代谢平衡。

此外，研究还发现，肠道菌群的代谢功能变化与宿主血清中氨基酸水平的变化存在显著相关性。微生物的降解通路丰度与宿主血清氨基酸水平呈负相关，而合成通路则呈正相关。这表明肠道菌群在维持宿主氨基酸稳态中发挥关键作用。同时，BCAAs补充还增强了微生物对短链脂肪酸的合成能力，进一步支持了其在宿主代谢中的积极作用。

### 研究意义与局限性

本研究通过多组学方法系统揭示了母马BCAAs补充对乳汁脂肪合成和幼驹生长的调控机制，提出了一个“乳汁成分-肠道菌群-宿主代谢”的轴线模型。研究结果不仅加深了对马科动物哺乳期生理机制的理解，还为优化母马营养策略、提高幼驹生长性能提供了科学依据。

然而，研究也存在一定的局限性。例如，样本量可能限制对低丰度代谢物的统计分析能力，而基于16S rRNA测序和PICRUSt2的功能推断也存在一定的局限性。因此，未来的研究可以考虑采用更精细的剂量梯度，以更精确地确定BCAAs的最佳补充水平。此外，结合粪便菌群移植（FMT）等方法，可以进一步验证微生物功能的因果关系，并深入探索BCAAs在母子代谢调控中的分子机制和实际应用价值。