089 研究快报 | 牛磺酸促进肉牛体内蛋白质的更新和积累

动物体内蛋白质的周转与积累是影响动物健康与生产的关键因素。蛋氨酸（Met）是哺乳动物蛋白质合成所必需的氨基酸，补充足够的Met可以改善蛋白质合成和积累，提高动物的生产性能。牛磺酸（Taurine），一种含硫的β-氨基酸，虽然不是体蛋白的组成部分或合成前体，但在动物体内广泛存在：约占体重的0.1 %，并以游离状态存在于各种组织和体液中。

动物源饲料和海产品中往往含有高浓度的牛磺酸，而植物源饲料中几乎不含。目前，牛日粮中不可使用含动物源性饲料。牛体内的牛磺酸（RPT）供应完全依靠自身合成，消耗了大量的蛋氨酸，然而这些蛋氨酸本可以直接用于合成体内蛋白质。这可能也是反刍动物氮利用率低于其他动物的重要原因之一。

牛磺酸在大多数哺乳动物的肝脏中内源性合成，然而这不足以满足哺乳动物的需求，故牛通常处于牛磺酸缺乏状态。因此，补充牛磺酸可以提升肉牛氮利用率和体内蛋白质的周转率。

本实验旨在研究日粮中补充牛磺酸对肉牛氮利用效率 (NUE) 和全身蛋白质周转的影响，并通过血浆代谢组学和全血细胞基因转录组学进一步分析探究其作用机制。

图示：牛磺酸粉末与结构图

依据体重、日龄相近原则选取8头西门塔尔公牛作为试验对象，设置四个过瘤胃牛磺酸补充水平：0、25、50、75 g/d，采用4×4拉丁方设计。试验周期为20天。

收集尿样、粪样和血液样本，并在每个取样期开始向每头牛静脉注射¹⁵N甘氨酸以追踪氮代谢。分析饲料、粪便和尿液中的干物质、灰分、有机物、中性洗涤纤维、酸性洗涤纤维、总氮等成分。

使用高效液相色谱法(HPLC)分析尿液中的牛磺酸。测定血浆总蛋白、白蛋白、尿素、甘油三酯、总氨基酸和总抗氧化能力等指标。利用液相色谱-质谱联用技术(LC-MS)分析血浆样本，使用主成分分析（PCA）和正交最小偏二乘判别分析（OPLS-DA）进行统计分析。

提取RNA并构建靶向转录组库，进行测序和数据分析，识别差异表达基因(DEGs)。构建基因网络模块(GNMs)，分析其与蛋白质代谢参数的关系，并筛选标志基因。计算氮保留量(NR)和NUE，量化全身蛋白质周转、合成和降解。

氮平衡、全身蛋白质周转和 ADG

结果显示，日粮中添加RPT线性增加了肉牛体内蛋白质的合成（P < 0.001）和降解（P < 0.001），并使全身蛋白质的周转提升（P < 0.001）。此外，日粮中添加RPT也线性增加了氮保留（NR）、NUE和日增重（ADG）。

血浆生化指标

日粮中添加RPT线性降低了血浆中白蛋白（ALB）的浓度，增加了生长激素(GH)浓度，并二次影响了胰岛素样生长因子-1(IGF-1)浓度。

尿含氮化合物

补充 RPT 不影响尿液中尿素（P = 0.213）、尿酸 （P = 0.985）、尿囊素 （P = 0.798）、肌酐 （P = 0.545）、马尿酸 （P = 0.432）、嘌呤衍生物的总尿液排泄物 （尿酸 + 尿囊素） （P = 0.845） 和估计的瘤胃微生物氮供应量 （P = 0.589）

血浆代谢组

结果共检测到 844 种代谢物和 514 个 KEGG 通路。代谢物涵盖范围广泛，包括脂质 （41.97%）、有机酸 （17.31%）、有机杂环化合物 （12.33%）、有机氧化合物 （8.59%）、苯类化合物 （7.85%） 和其他代谢物。

根据 OPLS-DA 分析观察到的 VIP 值对血浆代谢物的数据进行统计分析。当 P < 0.05 且 VIP > 1 时，处理间代谢物的差异被认为是存在的。血浆样品中差异代谢物的量随着 RPT 剂量的增加而增加。

添加 25 g RPT/d 组22 种代谢物上调， 12 种代谢物下调；50 g RPT/d 组62 种代谢物上调，下调 29 种代谢物；75 g RPT/d组分别上调血浆样品中的 118 种代谢物和 43 种代谢物。

补充 25 g RPT/d 会影响与硫代谢、苯丙氨酸代谢和甘油磷脂代谢相关的途径；补充50 g RPT/d 组富集了甘油磷脂代谢、酪氨酸代谢、色氨酸代谢、精氨酸、脯氨酸代谢、半胱氨酸和蛋氨酸代谢相关的途径；而补充 75 g RPT/d 组富集了与色氨酸代谢、赖氨酸降解、酪氨酸代谢、果糖和甘露糖代谢以及甘油磷脂代谢相关的途径。

全血细胞的转录组学特征

KEGG 分析表明，补充 25、50 和 75 g RPT/d 可丰富蛋白质消化和吸收途径。

加权基因共表达网络分析(WGCNA)

在添加 25、50和75 g RPT/d的组中共鉴定出14 种常见DEGs，在添加50和75 g RPT/d的组中共鉴定出18种常见DEGs。

在14种常见的 DEGs中，随着RPT剂量的增加，与蛋白质降解相关的PRSS42基因的表达上调。

通过将5、17、19和18线性上调的谱中的共同DEGs相交，鉴定了两个新的候选标记基因，包括ENSBTAG00000013055和ENSBTAG00000038159。

结果表明，补充50和75 g RPT/d上调了阉牛全血细胞中 RPS6KB1和COL1A2的表达，而不影响mTOR、AKT1、EIF4EBP1、IRS1、UBA1 和 UBA6 的表达。

总体而言，共鉴定出5个候选标记基因，包括RPS6KB1、PRSS42、ENSBTAG00000013055、ENSBTAG00000038159和COL1A2。

标记基因与血浆代谢物之间的相关性分析

RPS6KB1与血浆中牛磺酸和 L-赤藓醇-4-羟基精氨酸的浓度呈正相关。PRSS42与血浆中酪氨酸、N-胆酰甘氨酸、甘胆酸的浓度呈负相关，与血浆中牛磺酸的浓度呈正相关。COL1A2与血浆中N-亚油酰-组氨酸和牛磺酸的浓度呈正相关。ENSBTAG00000013055与血浆中酪氨酸的浓度呈负相关，而ENSBTAG00000038159与血浆中酪氨酸和甘胆酸的浓度呈负相关。

新基因编码的蛋白质的结构和功能的预测

ENSBTAG00000013055编码的蛋白质是不稳定的蛋白质，而ENSBTAG00000038159 编码的蛋白质是稳定的蛋白质。

蛋白质结构的预测表明，ENSBTAG00000038159和ENSBTAG00000013055编码的蛋白质的二级和三级结构主要由α螺旋和无规则卷曲组成。蛋白质相互作用分析显示，ENSBTAG00000038159编码的蛋白质与TFP1、SPINT2、ELANE、MST1R和MET等蛋白质密切相关，而ENSBTAG00000013055编码的蛋白质与 DFFA、PAPR4、LMNB1、CASP3、CASP7、PARP1、BID、CASP8 和 LMNA 等蛋白质密切相关。

结果与展望

日粮中补充RPT改善了肉牛的蛋白质合成、蛋白质降解，进而增强了全身蛋白质周转和蛋白质积累。补充RPT对蛋白质代谢的影响可能归因于牛磺酸对血浆代谢组和全血细胞转录组的修饰作用，以及提高血浆中IGF-1和GH浓度。发现两个新基因：ENSBTAG00000013055和ENSBTAG00000038159，与肉牛的体蛋白降解有关。

本实验表明，补充牛磺酸可以增强细胞活力，改善动物的生长和健康状况。未来对多种动物物种和人类进行进一步研究，以验证牛磺酸对机体蛋白质更新的影响，并阐明ENSBTAG00000013055和ENSBTAG00000038159编码的新蛋白在动物体内的功能。

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