支链氨基酸与酮酸补充对泌乳初期奶牛氨基酸和酮酸代谢谱的差异性调控研究

为解决泌乳初期奶牛因负氮平衡导致的产奶量下降和代谢紊乱问题，研究人员通过真胃灌注支链氨基酸(BCAA)和支链酮酸(BCKA)，系统评估了其对20种蛋白源性氨基酸和BCKA代谢谱的影响。研究发现BCAA和BCKA通过差异调节肝脏BCKDH复合体基因表达，分别促进产奶性能和肝脏抗氧化能力，为精准营养干预提供了新依据。

　　

在奶牛生产中，泌乳初期是代谢挑战最严峻的阶段。随着乳腺对营养物质需求的急剧增加，而干物质采食量(DMI)却显著降低，奶牛往往陷入严重的负氮平衡状态。这种代谢失衡不仅限制了产奶潜力，还会诱发脂肪肝等代谢性疾病。尽管机体通过动员体组织储备来部分弥补氨基酸(AA)的不足，但传统营养策略仍难以满足高产奶牛对支链氨基酸(BCAA，包括缬氨酸Val、亮氨酸Leu和异亮氨酸Ile)的特殊需求——这些必需氨基酸不仅是乳蛋白的重要组成(占酪蛋白总量的20-25%)，其代谢产物支链酮酸(BCKA)还参与调控多种代谢通路。

针对这一关键问题，密歇根州立大学(Michigan State University)动物科学系的研究团队开展了一项创新性研究。他们采用随机区组设计，对36头经产荷斯坦奶牛进行产后21天的真胃持续灌注实验：对照组(CON)灌注生理盐水，BCAA组(BCA)灌注含Val 67g、Leu 50g和Ile 34g的混合液，BCKA组(BCK)则灌注等摩尔量的相应酮酸钙盐。通过液相色谱-串联质谱(LC-MS/MS)技术动态监测血浆20种氨基酸和BCKA浓度，并结合肝脏活检样本的实时定量PCR分析，系统揭示了两种补充策略对代谢网络的差异化调控机制。

主要技术方法

研究采用真胃插管技术实现营养素精准递送，通过LC-MS/MS定量血浆氨基酸和BCKA代谢谱；利用超声引导的肝脏穿刺活检获取组织样本，采用SYBR Green荧光定量检测BCKDHA、MUT等7个BCAA/BCKA分解代谢关键基因的表达；统计分析采用SAS 9.4的GLIMMIX程序处理重复测量数据。

BCAA与BCKA：循环浓度的差异升高

尽管BCAA和BCKA以等摩尔量灌注，但BCA组血浆总BCAA浓度(889 μM)显著高于BCK组(624 μM)，而BCK组总BCKA浓度(249 μM)则远超BCA组(79 μM)。这种不对称分布揭示了体内BCAT催化的可逆转氨反应存在底物浓度依赖性调控。值得注意的是，BCK组血浆亮氨酸(Leu)未显著增加，提示不同BCKA可能存在代谢命运的分流。

氨基酸"节约"效应

BCA组仅苯丙氨酸(Phe)持续升高，而BCK组则表现出更广泛的氨基酸积累，包括甲硫氨酸(Met)、组氨酸(His)和苏氨酸(Thr)等。这种差异可能与BCA组更高的乳蛋白产量(日均增加0.21kg)消耗了更多氨基酸有关。特别引人注目的是，BCK组血浆含硫氨基酸(SAA)总量(158 μM)显著提升，与其先前报道的肝脏谷胱甘肽(GSH)水平升高相呼应。

BCAA/BCKA分解代谢基因表达

在肝脏基因表达层面，BCA组在第7天显著上调了所有BCKDH复合体亚基(BCKDHA、DBT等)及下游MCCC1、MUT等基因，而BCK组仅在第14天轻微激活MCCC1和MUT。这种时序差异暗示BCAA可能通过系统性代谢需求(如支持增加的乳糖和乳脂合成)间接调控肝脏代谢程序。

讨论与意义

该研究首次系统揭示了BCAA和BCKA在泌乳奶牛中的代谢分流机制：BCAA优先流向乳腺组织支持产奶，而BCKA则通过提升SAA池增强抗氧化防御。这种"代谢选择"特性为精准营养干预提供了新思路——针对产奶性能或代谢健康的不同需求，可差异化选择BCAA或BCKA补充策略。研究结果发表在《Journal of Dairy Science》上，不仅完善了反刍动物AA代谢理论，更为开发改善奶牛围产期代谢健康的营养方案提供了分子靶点。未来研究需结合同位素示踪技术，进一步解析BCAA/BCKA在组织间的代谢通量分配规律。