《The Veterinary Journal》：Integrated multi-omics analyses reveal impaired energy homeostasis underlying tongue-rolling behavior in dairy cattle
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张雷|袁淼|段道伟|李春芳|马亚斌|李建明|周传社|张俊鹏|张欢|张书义中国辽宁省沈阳市110866，沈阳农业大学动物科学与兽医学院摘要牛的舌头卷动行为是一种刻板行为，其生物学机制目前尚不完全清楚。本研究发现，该行为与血液矿物质水平的变化无关，但表现为血清葡萄糖水平显著降低，表明
张雷|袁淼|段道伟|李春芳|马亚斌|李建明|周传社|张俊鹏|张欢|张书义
中国辽宁省沈阳市110866，沈阳农业大学动物科学与兽医学院
摘要
牛的舌头卷动行为是一种刻板行为，其生物学机制目前尚不完全清楚。本研究发现，该行为与血液矿物质水平的变化无关，但表现为血清葡萄糖水平显著降低，表明能量平衡出现紊乱。多组学分析显示，相关分子发生了协同变化：转录组分析中Rap1和Ras信号通路相关基因表达增加，蛋白质组分析中脂质代谢及与能量相关的过程相关基因表达上升。参与葡萄糖平衡调控的关键基因（RAP1A/B）以及脂肪酸氧化相关基因（如MCAD）表达升高，这说明动物发生了适应性代谢重编程。尽管有补偿性通路被激活，但葡萄糖供应仍然不足。这些研究结果表明，舌头卷动行为是由慢性能量失衡及能量感知途径紊乱所导致的代谢表型，而非单纯的营养缺乏所致。
引言
动物的行为在某种程度上反映了它们的健康状况和福利水平（Radkowska等人，2020）。奶牛的舌头卷动行为在学术上被称为“舌头卷动行为”。有研究显示，18%的家养牛存在这种行为（Sun等人，2022）。刻板行为可出现在多种物种和不同环境下（Mason等人，2007）。通常情况下，动物的异常行为被认为与营养缺乏有关，比如矿物质缺乏（?Ss?等人，2009）、处于压力状态（Binev，2023）或患病（Jurkovich等人，2024）。此外，这种行为也可能受遗传因素调控（Webb等人，2017）。作为这些因素的潜在影响，血液矿物质平衡和血清生化指标就成为了需要进一步研究的重点。
已有研究表明，矿物质缺乏是导致舌头卷动行为的原因之一。具体而言，该行为与铜和锰含量显著降低有关（?Ss?等人，2009）。还有研究提出，镁缺乏可能通过干扰调节口腔刻板行为的多巴胺能神经传导而引发舌头卷动行为（Prodanovi?等人，2013）。
除了血液矿物质外，反映动物代谢状态的血清生化指标变化也被认为与舌头卷动行为相关。有舌头卷动行为的牛，其血清葡萄糖、甘油三酯、总蛋白、白蛋白和总胆固醇水平往往会出现一定变化（Sun等人，2022）。其中，血清葡萄糖作为维持机体能量供应和代谢平衡的关键指标，受到了广泛关注（Han等人，2016）。例如，那些血清葡萄糖水平显著降低的奶牛会出现舌头卷动行为，这表明代谢紊乱，尤其是在产后时期，可能是导致这种刻板行为的原因（Prodanovi?等人，2013）。
多种矿物质转运蛋白在维持机体矿物质平衡中起着关键作用。例如，细胞内的铁转运蛋白受体（TfR1、TfR2）和DMT1能够调节锰的含量，而ZIP8、ZIP14和SLC30A10也能对锰的水平产生影响（Nyarko-Danquah等人，2020）。锰对于维持血清葡萄糖平衡至关重要（Umair和Alfadhel，2019）。值得注意的是，锰不仅是重要的微量元素，还是多种参与代谢和抗氧化防御的酶的辅因子，这类酶包括超氧化物歧化酶、异柠檬酸脱氢酶、丙酮酸羧化酶和磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶（Umair和Alfadhel，2019；Nyarko-Danquah等人，2020）。其中，丙酮酸羧化酶和磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶参与糖异生过程，这说明锰的平衡与葡萄糖相关的代谢调控之间存在潜在联系（Umair和Alfadhel，2019）。因此，血液中矿物质元素的变化，尤其是锰含量的变化，不仅可能与转运蛋白介导的矿物质调节机制有关，还可能与能量代谢和葡萄糖相关途径的异常有关。同样，血清葡萄糖的平衡主要受糖酵解、糖异生和糖原代谢的调控（Pan等人，2025；Shah和Wondisford，2023）。相关基因（PCK1、G6PC、PCK2和FOXO1）在葡萄糖的合成、分解和利用过程中起着核心作用（Chen等人，2023）。然而，迄今为止，从矿物质元素、血清葡萄糖水平、调控通路以及基因调控网络的角度来研究牛舌头卷动行为的调控机制，尤其是基于转录组和蛋白质组技术的研究还相对较少。
因此，本研究假设牛的舌头卷动行为是由于矿物质元素缺乏或血清生化指标紊乱所致，这一过程是通过关键基因的差异表达以及随之而来的矿物质、生化指标和代谢途径的改变来实现的。为验证这一假设，本研究系统地检测了牛的血液矿物质浓度、血清生化指标水平以及基因和蛋白质的表达情况，旨在阐明舌头卷动行为的根本原因。
章节节选
动物伦理
本实验已获得沈阳农业大学动物伦理与福利委员会的批准（编号24031802）。
实验动物
舌头卷动行为的观察是按照Sun等人的方法进行的（Sun等人，2023a）。简而言之，两名经过专业培训的观察员在7天内记录同一牛舍中母牛的该行为表现（观察期间舌头卷动行为的出现频率阈值设定为5%）。之后，经过患病率校正后
血液矿物质和血清生化指标的描述性统计
如表1所示，TRBG组中磷、锌、锰、铁、镁、钙、铜和钾的平均值均低于CTLG组。CTLG组与TRBG组之间的数值差异范围为：铁的差异为24,516.40μg/L，钠的差异则为?28,175.82μg/L。
血清生化指标的统计数据见表1下方。可以看出，这些指标平均值的范围为：甘油三酯的平均值为0.26mmol/L，总蛋白的平均值为50.80g/L；而TRBG组中总胆固醇、高密度脂蛋白胆固醇、低密度脂蛋白胆固醇和总蛋白的平均值则更高
讨论
血液矿物质浓度的变化范围与以往的研究结果一致（Hussein等人，2022；Lane等人，1968；Mylrea和Bayfield，1968），说明CTLG组的牛处于正常的生理状态。总蛋白的标准差相对较小（4.31g/L），这也表明不同个体间的差异较小。此外，血清生化指标也与已有报道的值相近，甘油三酯的浓度与之前观察到的值相差0.15mmol/L，即13mg/dL（Long
结论
本研究证明，牛的舌头卷动行为主要与全身性代谢失衡有关，而非单纯的矿物质缺乏。血清葡萄糖水平的持续下降表明能量平衡出现紊乱，这是该行为的核心生理特征；而多组学分析则揭示了包括Rap1和Ras信号通路、PPAR信号通路、脂肪酸代谢以及糖异生在内的多个关键代谢途径都发生了协同变化。这些发现为该行为的发生机制提供了理论支持
未引用参考文献
(K?rm?z?gül等人，2019)
资助情况
本研究得到了中国国家自然科学基金（项目编号32472853，北京）的部分资助，同时也有中国博士后科学基金（项目编号2022MD723805，北京）以及河北省农业研究体系（项目编号HBCT2024230204）的资助。
CRediT作者贡献说明
张欢：写作——审阅与编辑，验证，项目管理，方法学，资金获取，概念设计。张书义：写作——审阅与编辑，验证，监督，项目管理，资金获取。张雷：写作——审阅与编辑，写作——初稿撰写，软件应用，方法学，正式分析，数据整理，概念设计。袁淼：写作——审阅与编辑，写作——初稿撰写，软件应用，方法学，正式分析，数据整理，
利益冲突声明
作者声明不存在任何可能影响本文研究结果的已知利益冲突或个人关系。
致谢
作者感谢“河北嘉诚奶牛场”的所有工作人员，同时也感谢农场经理胡先生在样本收集方面给予的帮助。
