血浆锌浓度与植入状态对肉牛背最长肌代谢组的影响及其在能量代谢中的调控作用

本研究通过分析不同血浆锌浓度（Zn）和植入状态（IMP）的安格斯肉牛背最长肌（LT）代谢组，揭示了锌营养状况对肌肉能量代谢关键代谢物（如β-丙氨酸、3-羟基丁酸/BHB、甘氨酸等）的调控作用，为解释锌补充（ZnSO4）提升育肥牛生长性能的分子机制提供了新证据。研究采用气相色谱-质谱（GC-MS）非靶向代谢组学技术，发现高锌组（HI, 1.6 mg Zn/L）和植入组（TE-200）显著改变TCA循环中间产物，提示锌可能通过调节卫星细胞增殖和细胞外基质（ECM）重塑促进肌肉生长。

　　

1 引言

锌（Zn）作为300多种酶的辅助因子，在动物生长中发挥核心作用。尽管现行标准建议肉牛日粮锌添加量为30 mg/kg干物质（DM），但现代养殖实践中常超量补充至300%标准量。这种现象可能与过去30年肉牛平均日增重（ADG）提升44%的需求相关。近期研究发现，植入激素（如200 mg醋酸群勃龙+20 mg雌二醇的TE-200）的肉牛补充锌至150 mg/kg DM时，生长性能显著改善，但其分子机制尚不明确。特别值得注意的是，植入会导致血浆锌浓度下降，而补充锌能逆转这种现象，暗示循环锌水平可能在生长调控中起关键作用。

2 方法

研究选用144头安格斯杂交阉牛（525±30 kg），采用2×3因子设计：植入处理（NO/TE-200）和锌补充水平（0/30/100 mg Zn/kg DM）。通过电感耦合等离子体发射光谱（ICP-OES）测定血浆锌浓度后，按五分组选取高低极端值样本（LO=1.1 mg Zn/L，HI=1.6 mg Zn/L），每组12头。采用气相色谱-质谱（GC-MS）分析背最长肌活检样本的非靶向代谢组，检测到包括糖酵解、TCA循环和氨基酸代谢在内的48种代谢物。

3 结果

高锌组（HI）肌肉中β-丙氨酸、3-羟基丁酸（BHB）和甘氨酸显著升高（P≤0.05）。植入组（TE-200）则表现出BHB、2,3,4-三羟基丁酸和甘氨酸的增加（P≤0.03），乳酸和苹果酸也有升高趋势（P≤0.10）。β-丙氨酸作为肌肽合成前体，其浓度提升暗示锌可能通过调节细胞内pH值和抗氧化能力影响肌肉功能。甘氨酸作为胶原蛋白合成原料，其水平变化反映了植入和锌对细胞外基质（ECM）重塑的影响。BHB作为能量代谢标志物，其浓度变化提示锌补充可能通过酮体代谢途径增强肌肉能量供应。

4 讨论

研究发现的高锌组β-丙氨酸增加特别值得关注。肌肽作为II型肌纤维的特征性物质，其前体水平提升可能与卫星细胞（PAX7⁺/MyoD⁺）增殖相关。在猪卫星细胞实验中，肌肽确实显示出激活Akt/mTOR通路促进增殖的作用。这为解释锌增强类固醇植入效果提供了潜在机制——锌可能通过调节肌肽合成促进卫星细胞融合至肌纤维。

甘氨酸水平的双重提升（高锌组和植入组）揭示了锌与激素的协同作用。作为胶原蛋白主要成分，甘氨酸浓度变化与基质金属蛋白酶（MMP-2/9）活性相关。前期研究已发现锌补充能提升肌肉MMP-9表达，这可能促进ECM降解，为肌肉生长创造微环境。特别有趣的是，STAT3/MMP-2/9通路已知参与卫星细胞激活，而锌能直接调控该通路。

能量代谢方面，BHB和TCA循环中间产物的变化揭示了锌对肌肉能量重编程的影响。在应激状态下，锌补充牛的肌肉BHB水平更高，表明其具备更强能量储备能力。植入组乳酸和苹果酸的变化则暗示激素可能促使肌肉代谢向糖酵解方向偏移，这与现代肉牛肌肉快速生长的能量需求相符。

5 结论

本研究首次系统揭示了血浆锌浓度与植入状态对肉牛肌肉代谢组的协同调控。锌通过影响肌肽合成、ECM重塑和能量代谢三大通路，可能从分子层面优化了肌肉生长微环境。特别是β-丙氨酸-BHB-甘氨酸代谢轴的变化，为解释锌补充提升肉牛生长性能提供了全新视角。未来研究可聚焦锌对卫星细胞特异性代谢重编程的作用，以及不同锌源（如氨基酸螯合锌）对肌肉代谢的影响。