基于蛋白质组学与代谢组学的黄芪粉对敖湖杂交公羊背最长肌肉质及分子谱影响研究

《Animals》：Proteomics- and Metabolomics-Based Investigation of the Effects of Astragalus membranaceus Powder on Meat Quality and Molecular Profiles of Longissimus dorsi Muscle in Ao-Hu Crossbred Rams

　　

黄芪(Astragalus membranaceus)是一种传统中草药，常作为畜禽生产中的饲料添加剂，但其影响羊肉品质的分子机制仍知之甚少。本研究将96只敖湖(Ao-Hu)杂交公羊随机分配至四个日粮处理组，分别饲喂含0%、2%、4%或6%黄芪粉(AMP，占全混合日粮风干基础百分比)的日粮，试验期70天。试验结束时，每栏选1只羊(n=6每处理)，采集背最长肌(longissimus dorsi)进行肉质性状、蛋白质组学和代谢组学分析。表型上，仅6% AMP组显著降低了cooking loss，其余品质性状无变化。代谢组学分析分别在低、中、高剂量组鉴定出24、33和86种差异代谢物，高剂量组额外富集精氨酸-脯氨酸代谢、泛酸/CoA生物合成及cAMP/cGMP信号通路。蛋白质组学分析分别鉴定出11、7和19种差异表达蛋白(differentially expressed proteins, DEPs)，胶原家族成员(COL1A1、COL1A2、COL3A1)仅在高剂量组下调，但shear force未受影响。相关性分析提示cooking loss与脂肪酸氧化及氧化还原平衡相关代谢物存在关联。这些发现为理解AMP对肉质的影响提供线索，并为未来机制研究提供候选通路与蛋白靶点。

研究背景方面，全球对高品质羊肉需求增长，敖湖杂交公羊因生长快、胴体性能好在中国肉羊产业占据重要位置，但在集约化养殖下提升肉质与动物健康并减少抗生素依赖仍是挑战。植物源饲料添加剂因天然、低残留和多功能受关注，黄芪含黄芪多糖、黄芪皂苷和黄酮类，具免疫调节、抗氧化和代谢调控作用，既往研究报道其改善肉色稳定性、提高持水性(water-holding capacity, WHC)、降低cooking loss、改变肌内脂肪酸谱，但分子调控网络不清，尤其缺乏整合蛋白质组与代谢组在羊肌肉中的系统研究。为此，研究人员以敖湖杂交公羊为对象，设0%、2%、4%、6% AMP四个日粮水平，70天饲养后取背最长肌，联合常规肉质测定、LC-MS/MS代谢组与Orbitrap Astral DIA蛋白质组及多组学相关分析，探究AMP调控肌肉分子谱的机制，论文发表于《Animals》。

关键技术方法上，样本来自甘肃临夏绿原鑫肉羊产业园96只80日龄澳白×湖羊杂交公羔（平均初重24.36±0.82 kg），分4处理各6栏每栏4只，正式期70天，屠宰时每栏近均重选1只共24头取背最长肌。肉质测定含肉色(L、a、b*)、shear force、pH、drip loss、press loss、cooking loss；代谢组用75%甲醇:氯仿(9:1,v/v)提取后经UHPLC-Orbitrap Exploris 120正负离子LC-MS/MS检测，XCMS定峰、HMDB/KEGG等库注释，OPLS-DA筛选(|log₂FC|>1,VIP>1,p<0.05)；蛋白质组用SDT裂解、DIA-NN检索UniProt Ovis aries库，同阈值定DEP；并以Spearman(|r|>0.6,p<0.05)做蛋白-代谢-肉质三元相关网络。

研究结果部分，3.1肉质性状显示仅6% AMP显著降cooking loss(p<0.05)，肉色、shear force、pH、drip loss、press loss均无差异，表型响应具剂量特异性。3.2代谢组学中PCA/OPLS-DA表明AMP组与对照分离，H vs C模型Q²=0.682最优；差异代谢物数随剂量上升(24→33→86)，高剂量富集精氨酸-脯氨酸代谢、泛酸/CoA生物合成、cAMP/cGMP信号等14条通路，低中剂量以苯丙氨酸-酪氨酸-色氨酸、赖氨酸生物合成为主。3.3蛋白质组学PCA重叠较大但OPLS-DA中H组分离明显(Q²=0.383)，DEP数11/7/19；COL1A1、COL1A2、COL3A1仅高剂量下调，低剂量富集relaxin signaling与insulin secretion，中剂量富集氨基糖苷生物合成与碳水吸收，高剂量无显著KEGG通路。3.4相关性分析显示高剂量下cooking loss与glutathionylspermidine、palmitoylcarnitine、phytosphingosine正相关，与FA 16:3;O、meperidine负相关，牵涉脂肪酸β-氧化与氧化还原平衡。

讨论部分指出，cooking loss改善可能源于热变性时蛋白热稳定性与结合水能力改变而非游离水迁移；高剂量日摄入AMP约87.0 g/d才引发表型与分子变化。代谢重编程以CoA中心能量代谢、精氨酸-NO-胶原微循环、cAMP能量状态为线索，但属假设生成。蛋白响应弱于代谢，因结构蛋白周转慢，胶原下调未伴shear force下降，系交联密度与热溶解度未测、肌原纤维蛋白降解主导嫩度且24 h成熟不足。多组学相关网络将cooking loss联至棕榈酰肉碱(脂肪酸氧化中间体)与谷胱甘肽精胺( redox )，支持膜磷脂热相变促水损机制，但相关性非因果。局限含单肌肉、单时点、无功能验证、仅一性状显著。

结论部分翻译：本研究提供敖湖杂交公羊背最长肌对梯度AMP响应的整合蛋白质组与代谢组特征。表型上仅6% AMP显著降低cooking loss，余无变。代谢组低中高组分别24/33/86差异代谢物，高组富集精氨酸-脯氨酸代谢、泛酸/CoA生物合成、cAMP/cGMP信号；蛋白质组11/7/19 DEPs，胶原家族仅高组下调而shear force未变；相关分析示cooking loss与脂肪酸氧化及氧化还原代谢物关联。这些发现为AMP影响肉质提供分子线索，效应以最高6%最显。但因仅一肉质性状显著且无功能验证，机制解释仍属假设，需靶向代谢物验证、基因表达与功能实验确认。