《Journal of Dairy Science》：Parity-dependent plasma and milk metabolomic remodeling across hyperketonemia in Holstein cows
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胎次是过渡期奶牛代谢负荷和疾病易感性的主要决定因素，然而高酮血症筛查通常采用统一的β-羟基丁酸（BHB）截断值，而不考虑胎次。本研究的目标是确定与高酮血症相关的血浆和乳代谢组重塑在不同胎次的早期泌乳荷斯坦奶牛之间是否存在差异。处于5至7天泌乳期且在常规牧场观察
胎次是过渡期奶牛代谢负荷和疾病易感性的主要决定因素，然而高酮血症筛查通常采用统一的β-羟基丁酸（BHB）截断值，而不考虑胎次。本研究的目标是确定与高酮血症相关的血浆和乳代谢组重塑在不同胎次的早期泌乳荷斯坦奶牛之间是否存在差异。处于5至7天泌乳期且在常规牧场观察中无明显临床疾病的奶牛，按胎次[1（P1）、2（P2）或3（P3）]和全血BHB状态分为对照组（CON；BHB <1.2 mmol/L）、亚临床高酮血症组（SCK；1.2 ≤ BHB ≤3.0 mmol/L）或生化高酮血症组（HK；BHB >3.0 mmol/L），共形成9组（每组n = 9；共n = 81）。使用非靶向液相色谱-串联质谱（LC–MS/MS）代谢组学对配对的血浆（早晨）和乳（同一天）进行谱分析。在每个胎次内，将SCK对CON、HK对CON以及HK对SCK的差异分析与胎次×状态交互筛选相结合，以量化胎次条件化反应，并总结阶段间轨迹（例如早期、晚期、进行性或逆转模式）。非靶向分析检测到5,259个血浆特征和8,423个乳特征。在总体水平上，由BHB状态（CON、SCK和HK）定义的组比胎次组分离更清晰，表明BHB状态主导了总体方差；然而，代谢组重塑的时间和幅度强烈依赖于胎次。血浆和乳代谢组特征中BHB相关变化的时间和幅度因胎次和基质而异。P2奶牛在SCK阶段表现出相对有限的变化，但在HK阶段表现出更广泛的重塑；而P3奶牛在若干汇总指标上表现出更明显的早期和进行性变化。血浆通路富集突出了卵巢类固醇生成和初级胆汁酸生物合成，提示早期泌乳期间内分泌-肝脏模块的胎次条件化参与。在乳中，高酮血症与复杂脂质和分泌相关代谢的胎次依赖性重塑相关，富集了鞘脂代谢、胆碱代谢、泛酸和辅酶A（CoA）生物合成以及嘧啶/核苷酸通路。血浆-乳关联模式因胎次而异：P1有更多满足预设筛选标准的跨基质相关性，而P2和P3的相关性较少，且脂质相关枢纽特征的贡献更大。总之，这些发现表明，相似的BHB浓度可能与不同的胎次依赖性代谢特征相关。这些结果表明，在解释BHB相关代谢组谱时，应考虑胎次，特别是与酰基肉碱代谢、胆汁酸代谢、复杂脂质重塑和核苷酸代谢相关的候选血浆和乳特征。
论文解读
奶牛的产奶量通常随胎次增加而上升，但高胎次奶牛被淘汰的风险也更高，这种生产力与存活的权衡被认为与胎次相关的代谢和内分泌变化密切相关。围产期是奶牛从妊娠过渡到泌乳的关键阶段，常伴随负能量平衡（negative energy balance, NEB）、内分泌信号改变和系统性炎症压力。高酮血症（hyperketonemia）通常定义为早期泌乳期血液β-羟基丁酸（BHB）高于操作阈值，在商业牛群中普遍存在，并与产后真胃变位、子宫炎、胎衣不下、临床乳房炎和跛行等疾病风险增加相关。然而，高酮血症与产奶量的关系在不同研究中并不一致，部分研究发现高酮血症奶牛反而具有更高的305天产奶量，提示高酮血症反映的是代谢适应的变异而非单纯的BHB浓度。此外，高酮血症风险随胎次增加而升高，但临床筛查常对所有胎次采用统一的BHB截断值，这可能掩盖不同胎次奶牛潜在的代谢异质性。尽管胎次常作为协变量纳入疾病、生存和繁殖分析，但其作为代谢重塑的主要生物学修饰因子的作用仍鲜有系统研究。因此，该研究利用非靶向代谢组学，平行分析血浆和乳代谢物，旨在阐明胎次对高酮血症相关代谢反应的修饰作用，为解释BHB相关代谢组学特征和开发胎次特异性指标提供依据。该论文发表于《Journal of Dairy Science》。
研究人员选取中国西北农林科技大学实验牧场约1,500头5至7天泌乳的荷斯坦奶牛进行筛选，排除临床疾病后，按胎次（P1、P2、P3）和全血BHB状态（对照组CON、亚临床高酮血症SCK、生化高酮血症HK）分层，随机选取每组9头，共81头，形成3×3平衡因子设计。采集早晨血浆和同日乳汁样本，采用非靶向液相色谱-串联质谱（LC–MS/MS）进行代谢组学分析，检测到血浆5,259个特征和乳8,423个特征。数据分析使用limma线性模型进行胎次内差异分析，结合胎次×状态交互筛选，并对特征进行轨迹分类（早期、晚期、进行性、逆转）、通路富集分析（MetaboAnalystR）和血浆-乳跨基质相关网络分析。
研究结果如下：
1. 群体水平BHB和产奶量：基于2019至2021年牛群记录，全血BHB浓度从P1到P3逐渐升高，且胎次、BHB状态及其交互对产奶量有显著影响。在泌乳早期（DIM 1–20），HK奶牛产奶量最低，且HK相对CON的产奶量降幅随胎次增加而增大（P1、P2、P3分别约为7%、14%、15%）。
2. 乳成分与品质：乳脂率和脂蛋白比随高酮血症严重程度增加而升高（CON
3. 代谢组学概貌：主成分分析显示样品按BHB状态分离清晰，而非按胎次分离，表明BHB状态主导总体方差，但代谢重塑的时间和幅度显著依赖胎次。
4. 胎次内差异特征：在血浆中，P2在SCK阶段仅有37个显著差异特征，而在HK阶段有176个；P3在SCK阶段有625个差异特征，且早期变化比例较高。在乳中，HK对比CON的显著特征数在P2最多（1,121个），P1和P3分别为718和740个。轨迹分类显示，血浆中P1和P3以早期型为主，P2以晚期型为主；乳中晚期型在各胎次均占优势。
5. 胎次×状态交互：交互筛选显示，HK对CON对比下交互显著的等离子体特征数最多（如P2 vs P1为413个）。典型胎次依赖模式包括：丙酰肉碱在P2/P3中下降而在P1中几乎不变；鞘氨醇在P2中显著上升；某些神经节苷脂在P1和P3中呈现相反变化。
6. 通路富集：血浆中显著富集卵巢类固醇生成和初级胆汁酸生物合成；乳中富集鞘脂代谢、胆碱代谢、泛酸和CoA生物合成、嘧啶/核苷酸通路，表明高酮血症乳脂重塑与乳腺分泌结构和核苷酸代谢的胎次依赖性改变相关。
7. 血浆-乳关联网络：P1中满足|R|≥0.7且P≤0.01的跨基质相关性数量最多，且枢纽代谢物多为酰基肉碱和胆汁酸相关分子；P2和P3中相关性减少，而复杂甘油酯和鞘脂相关分子成为枢纽，例如DG(10:0/20:4(8Z,11Z
