牛初乳代谢组学解析：膳食与季节性对功能性乳成分的影响机制

本研究通过UHPLC-HRMS非靶向代谢组学技术，揭示了季节性和饲喂方式对牛初乳中磷脂、生物活性肽及核苷酸等22种代谢物的显著影响，发现甘氨酰天冬氨酸和D-赤型咪唑甘油磷酸酯可作为季节性标志物，为优化功能性乳制品开发提供新依据。

　　

牛初乳作为新生儿免疫支持和营养供给的关键物质，近年来在功能性食品领域备受关注。然而，尽管其宏量营养素变异已被广泛研究，季节性和饮食对初乳中生物活性小分子代谢物的影响仍不明确。这种认知缺口直接影响了初乳基产品的一致性和功效评价。尤其值得注意的是，商业初乳产品的生物活性存在高达六倍的波动，这与初乳采集时间和环境因素密切相关。

爱尔兰科克大学食品与营养科学学院（University College Cork）的研究团队针对这一科学问题，通过比较秋季和春季分娩奶牛初乳的代谢谱，揭示了季节因素对初乳功能成分的深刻影响。研究发现秋季初乳中22种代谢物含量是春季的两倍，包括关键磷脂、有机酸衍生物和核苷酸。这项发表于《Food Chemistry》的研究，为季节性初乳的精准利用提供了代谢组学依据。

研究采用超高效液相色谱-高分辨质谱（UHPLC-HRMS）技术，对90份初乳样本进行非靶向代谢组分析。样本来自爱尔兰Teagasc冬季牛奶研究农场46头秋季产犊和44头春季产犊的荷斯坦奶牛，采集后立即冷冻保存。通过超声辅助提取结合乙腈-甲酸溶剂系统处理样本，采用Zorbax Eclipse Plus C₁₈色谱柱分离，正离子模式下以70,000分辨率进行全扫描。数据经MS-DIAL软件处理，通过主成分分析（PCA）和正交偏最小二乘判别分析（OPLS-DA）等多元统计方法解析代谢差异。

3.1 牛初乳代谢组特征

研究鉴定出944种代谢物，非极性化合物占47%，其中甘油磷脂（GPL）占比最高（32%）。有机酸及其衍生物占25%，包含77%的氨基酸及肽类。这种复杂的代谢网络为初乳功能多样性提供了物质基础。

3.2 季节性差异代谢物

PCA分析显示秋季样本存在显著组内变异，而春季样本聚类紧密。OPLS-DA模型（R²Y=0.857，Q²=0.519）鉴定出23种差异代谢物，其中22种在秋季显著富集。值得注意的是，甘油磷脂如LysoPA（18:0）和LysoPC（20:4）在秋季含量更高，而PC（15:0/15:0）在春季增加两倍。这些发现揭示了季节对膜脂重构的显著影响。

3.2.1 脂质代谢季节性差异

单酰基甘油MG（0:0/20:3）等内源性大麻素在秋季增加，反映脂质吸收增强。3α,7α,12α-三羟基-5β-胆甾烷酸作为胆汁酸前体，秋季含量增加4.9倍，提示胆固醇代谢的季节性调节。

3.2.2 氨基酸与蛋白代谢

差异肽Gly-Asp和Leu-Arg-Leu-Ile在秋季显著积累。D-赤型咪唑甘油磷酸作为组氨酸合成前体，可能通过调节氮代谢影响初乳品质。

3.2.3 核苷酸变化

黄素单核苷酸（FMNH）和尿苷二磷酸（UDP）在秋季增加两倍，前者参与能量代谢，后者介导糖基化反应，对新生儿免疫发育至关重要。

3.3 环境与遗传因素关联

PLS-DA分析表明，产前饲喂方式（放牧vs青贮）是代谢差异的主因。温度与生物标志物Gly-Asp和D-赤型咪唑甘油磷酸呈正相关，而经济育种指数（EBI）与甘油三酯代谢相关，对季节性代谢模式影响有限。

该研究首次系统揭示了季节通过饮食和环境温度调控牛初乳代谢组的机制，确立Gly-Asp和D-赤型咪唑甘油磷酸作为季节性标志物。这些发现不仅为优化犊牛饲养提供依据，更重要的是为功能性乳制品开发提供了质量控制新靶点。未来研究可拓展至不同气候区验证这些发现，并探索特定代谢物（如咪唑衍生物）在肠道免疫调节中的作用机制。