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    初乳是分娩后前7d由母体乳腺分泌的乳汁,初乳中不仅含有新生儿生长所需的各种营养物质,而且富含多种生物活性物质[1],对新生儿生长发育和免疫系统成熟等至关重要。母乳中的脂肪在乳腺的分泌细胞内形成[2][3][4],分泌过程中逐渐形成具有独特3层膜结构包裹的乳脂肪球(Milk fat globule, MFG),且以乳脂肪球的形式均匀分散在乳汁中,包裹脂肪球的膜性结构被称为乳脂肪球膜(Milk fat globule membrane, MFGM)。MFGM是由蛋白质、磷脂、酶及矿物质等组分组成的复杂混合物,具有乳化作用,既能防止脂肪球聚集,又能够防止酶的作用,使之在乳汁中乳化分散,以维持乳脂的特殊状态[5]。乳脂肪球膜蛋白即MFGM蛋白(Milk fat globule membrane proteins,MFGMP)作为乳蛋白中的一部分,在机体内发挥着重要的生物学作用。近年来,国内外对MFGM蛋白的研究越来越多,但是对人初乳与牛初乳MFGM蛋白的差异蛋白质组学研究仍较少。鉴定MFGM蛋白时,传统的生化研究方法效率低、灵敏度不高,而同位素相对和绝对定量标记(iTRAQ)技术鉴定蛋白灵敏度高,对结果蛋白可进行定性、定量分析。

 

    新近发表于European Food Research and Technology的一项研究[6]旨在利用iTRAQ技术对人初乳与牛初乳中MFGM蛋白进行差异蛋白质组学分析。研究人员采集了人初乳(产后0-5天)和牛初乳样本各30份。采集的乳样通过离心、洗涤、静置、分离、沉淀等操作提取MFGM。应用iTRAQ结合LC-MS/MS的方法对得到的MFGM进行分析。

 

    研究结果显示,人乳和牛乳中共鉴定出411种乳脂肪球膜蛋白;经基因本体(Gene Ontology)分析后可分为生物过程蛋白(Proteins in biological processes,图1A)、细胞组成蛋白(Proteins in cellular components,图1B)和分子功能蛋白(Proteins in molecular functions,图1C)。在生物过程蛋白中,有19%的MFGM蛋白参与应激反应(Response to stimulus);在细胞组成蛋白中,19%的MFGM蛋白参与细胞内组成(Intracellular);在分子功能蛋白中,46%的MFGM蛋白具有结合作用(Protein binding)。

 

图1. 根据GO分析,人初乳与牛初乳中MFGM蛋白可分为三类

Fig.1 Colostrum MFGM-enriched proteins in humans and bovines are categorized according to the gene ontology. They are biological processes (a), cellular components (b), molecular functions (c)

 

    通过聚类分析对人初乳和牛初乳MFGM蛋白进行定量分析后发现,人初乳和牛初乳MFGM蛋白在表达量上具有一定的差异差异表达蛋白种类较多,结果见图2。

 

  图2. 人初乳与牛初乳MFGM蛋白表达量的聚类分析

Fig.2 Hierarchical clustering is used for the quantitative analysis of colostrum MFGM protein expression in humans and bovines. Bar color was considered as a logarithmic scale from −3.00 to 3.00

 

    相比牛初乳,人初乳MFGM中存在26种差异表达蛋白(表1),并且主要参与三条通路:钙信号通路、吞噬作用和FcγR介导的吞噬作用。与牛初乳MFGM蛋白相比,人初乳中有9种蛋白表达量上调,17种蛋白表达量下调。在表达量上调的MFGM蛋白中,人初乳中性粒细胞防御素1表达量是牛初乳的5.26倍,中性粒细胞防御素1在天然免疫中具有重要的作用,也参与适应性免疫应答反应,是机体防御屏障的重要组成部分。三种S100蛋白,人初乳中的表达量分别是牛初乳的4.76、4.54和3.88倍,S100蛋白具有调节钙等生理功能。吞噬作用是机体天然防御的重要机制之一,吞噬体是其中的重要组成部分,在天然免疫中起着关键作用。此外,FcγR介导的吞噬作用也在免疫系统中起着作用的作用。

 

    综上,牛初乳MFGM与人初乳MFGM在蛋白质组成上存在一定差异;相比牛初乳,人初乳MFGM差异表达蛋白具有特殊的生物功能,参与多条免疫和生物功能通路。通过差异蛋白质组学分析,有助于进一步认识和了解初乳MFGM蛋白的组成和表达量,可能为乳品行业提供有用的信息和潜在的发展方向。

 

参考文献:

[1]Quigley JD 3rd, Drewry JJ. Nutrient and immunity transfer from cow to calf pre- and postcalving. J Dairy Sci, 1998, 81(10): 2779-90.

[2]Mather IH, Keenan TW. Origin and secretion of milk lipids. J Mammary Gland Biol Neoplasia, 1998, 3(3): 259-73.

[3]Keenan TW. Milk lipid globules and their surrounding membrane: a brief history and perspectives for future research. J Mammary Gland Biol Neoplasia, 2001, 6(3): 365-71.

[4]Heid HW, Keenan TW. Intracellular origin and secretion of milk fat globules. Eur J Cell Biol, 2005, 84(2-3): 245-58.

[5]乔发东.乳脂肪球膜的组成与应用研究进展.中国乳品工业, 2011年第11期: 35-8.

[6]Yang M, Peng X, Wu J, et al. Differential proteomic analysis of milk fat globule membrane proteins in human and bovine colostrum by iTRAQ‑coupled LC‑MS/MS. Eur Food Res Technol. Published online: 02 November 2016.

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