奶牛围产期包括围产前期(产前21 d)和围产后期(产后21 d)2个阶段，是奶牛泌乳周期中的关键时期。此阶段奶牛经历妊娠-分娩-泌乳的生理转变，涉及多个组织的协调变化，营养需要量显著增加，而干物质采食量(dry matter intake，DMI)急剧下降，营养摄入严重不足，奶牛往往处于多种营养物质的负平衡状态，其中能量负平衡(negative energy balance, NEB)尤为突出^[1]。围产期奶牛通过动员体脂缓解NEB，产生的非酯化脂肪酸(nonesterified fatty acids，NEFA)主要进入肝脏进行代谢，主要有3条代谢途径：1)完全氧化形成CO₂和H₂O，高效供能；2)不完全氧化生成酮体，供能效率低，并易诱发酮病；3)酯化反应形成甘油三酯(triglycerides, TG)，其在肝脏蓄积可导致脂肪肝的发生^[2]。酮病和脂肪肝严重威胁奶牛围产期健康，并继发一系列营养代谢病，造成奶牛过早淘汰。蛋氨酸(methionine，Met)是维持动物生长发育和各项生理活动的必需氨基酸，也是机体重要的甲基供体，在肝脏一碳单位循环及相关代谢过程中发挥重要作用^[3]。研究表明，Met可调控围产期奶牛能量和脂质代谢，维持肝脏健康^[4]，改善机体抗氧化和免疫功能^[5-6]，且母体的部分调控效应可在犊牛中有所体现^[7]。本文概述了Met理化性质和生物学功能及瘤胃降解特性，综述了过瘤胃蛋氨酸(rumen-protected methionine, RPM)调控奶牛围产期相关代谢的研究进展，并探讨了围产期奶牛饲粮RPM的适宜添加量，旨在为Met在奶牛围产期的基础研究及应用提供科学依据和技术参考。

1 Met营养概述

Met的分子式为C₅H₁₁O₂NS，化学结构式如图 1，相对分子质量149.21，是人类和动物体内的含硫必需氨基酸。Met与细胞信号转导、核酸和蛋白质合成等许多生理生化过程密切相关。Met营养平衡对奶牛生长发育、生理代谢、机体健康和泌乳性能的高效发挥至关重要，除构成细胞蛋白质外，还具有以下功能：1)作为底物和调控物质，参与奶牛机体蛋白质合成，其中泌乳牛乳腺蛋白质合成尤其关键。Met和赖氨酸(lysine, Lys)是奶牛泌乳最重要的2种限制性氨基酸，其限制性排位由基础饲粮的类型决定^[8]；2)其代谢产物S-腺苷甲硫氨酸(S-adenosylmethionine, SAM)是机体重要的甲基供体，参与和调控多种生理生化过程^[9]；3)与胆碱类似，Met可促进肝脏极低密度脂蛋白(very-low-density lipoprotein, VLDL)和肉毒碱合成，调控肝细胞脂质代谢^{[2, 10]}；4)合成部分抗氧化物质(如牛磺酸)，维持奶牛机体氧化还原状态^[11]；5)调控奶牛免疫细胞活性和功能，增强机体免疫力^[11-12]。此外，对产毛动物而言，Met还可转化为半胱氨酸，促进绒毛生长，增加绒毛产量^[13]。

在瘤胃微生物的作用下，Met可在瘤胃大量降解，并在瘤胃参与相关代谢过程，到达小肠的Met较少，限制了奶牛对饲粮Met的利用^[10]。在瘤胃中，Met一部分用于合成菌体蛋白，还有一部分进入其他代谢通路。例如，Met可作为甲基供体，与瘤胃微生物产生的氢结合，产生甲烷，造成能量和氨基酸损失。因此，需在奶牛饲粮中添加RPM，以保证充足的Met在小肠被吸收，随血液循环进入靶器官，发挥相应生理功能^[3]。

2 Met对奶牛围产期生理代谢和健康的调控

在奶牛体内，Met和胆碱的代谢过程相互关联，且二者间互相转化。以奶牛机体一碳单位循环为理论基础，Met和胆碱均具有促进围产期奶牛肝脏健康和代谢、增强抗氧化和免疫功能以及降低代谢性疾病的发生等功能^{[11, 14]}。Met还可调控奶牛围产期消化道功能，提高饲粮氮素利用率，降低氮排放，改善产后泌乳性能^[15-16]，Met亦可作为底物和调控物质，通过哺乳动物雷帕霉素靶蛋白(mTOR)等通路促进奶牛机体蛋白质合成^{[8, 17]}。

2.1 Met对围产期奶牛肝脏的调节功能

RPM可调控围产期奶牛肝脏功能，促进肝细胞脂质和碳水化合物代谢，提高肝脏能量和其他物质的输出。脂质代谢异常或超载是威胁奶牛围产期肝脏健康和功能的主要诱因，通过营养调控促进NEFA完全氧化、TG转运和糖异生是保障肝脏能量高效转化和代谢以及重要蛋白质(如白蛋白和代谢酶类)合成的重要技术思路。

由于Met在一碳单位循环(图 2)和蛋白质合成中的重要作用，饲粮RPM对奶牛围产期肝脏功能和营养代谢的调控及其机理已成为研究热点。奶牛围产期饲粮添加RPM可上调肝脏过氧化物酶体增殖物激活受体α(peroxisome proliferator-activated receptor α, PPARα)的表达，进而提高丙酮酸羧化酶(pyruvate carboxylase, PC)、微粒体甘油三酯转运蛋白(microsomal triglyceride transfer protein, MTTP)和磷酸烯醇式丙酮酸激酶(phosphoenolpyruvate carboxykinase, PEPCK)的表达量，表明RPM可促进肝细胞脂蛋白组装，并增强糖异生^[18]。进一步研究发现，这可能与一碳单位循环及某些基因的启动子甲基化有关^[18-19]。Li等^[4]研究发现，饲粮添加RPM提高了血液VLDL含量，且肝组织TG含量有所降低(4.70% vs. 3.40%，湿重基础)，这说明RPM可促进TG转运，降低肝脏脂质沉积；同时，血液NEFA含量下降，这提示奶牛体脂动员减少，可能是由于NEB有所缓解。RPM可调控奶牛围产期肝脏脂质和能量代谢及转化，降低脂质沉积，但其信号网络、内分泌和其他可能机制等尚待阐明。一些关键通路和调控因子，如腺苷一磷酸激活的蛋白激酶[adenosine 5′-monophosphate (AMP)-activated protein, AMPK]、PPARα和固醇调节元件结合蛋白1c(sterol regulatory element binding protein 1c，SREBP-1c)等在饲粮甲基营养物质(Met、胆碱、甜菜碱和叶酸)调控奶牛围产期肝脏代谢和健康过程中扮演何种角色？其作用机理又是什么？尚待阐明。

2.2 Met对围产期奶牛机体健康的影响

RPM通过奶牛机体一碳单位循环合成抗氧化物质，减少自由基对奶牛细胞的氧化损伤，并可增强机体免疫力，降低代谢性疾病和其他疾病的发生。研究表明，饲粮添加RPM可促进谷胱甘肽等抗氧化物质的从头合成，提高血浆氧自由基的清除能力，降低氧化应激和肝脏炎症反应，增强机体免疫功能^[5-6]。Met供应与免疫反应密切相关，RPM影响奶牛免疫功能的原因有很多，如促进奶牛T淋巴细胞增殖^[21]，增强血液中性粒细胞的功能^[22]，降低氧化应激对免疫细胞的损伤^[12]，改变外周血T淋巴细胞亚群比例(CD4⁺/CD8⁺)等^{[3, 11]}。此外，利用奶牛原代肝细胞培养技术，发现高含量NEFA和β-羟基丁酸(β-hydroxybutyric acid，BHBA)可导致肝细胞氧化应激，引起炎症反应，造成细胞损伤，降低肝细胞功能，并诱发细胞凋亡^{[3, 23-26]}。可以推测，RPM可能通过缓解奶牛围产期NEB，减少体脂动员，增强肝脏功能，降低血液NEFA和BHBA含量，减轻NEFA和BHBA对免疫细胞的损伤，间接提高奶牛围产期免疫功能，这已在部分研究得到证实^[27-29]。综上可知，Met在维持奶牛围产期机体氧化还原状态和免疫功能方面具有重要作用。

围产期奶牛饲粮添加RPM可提高肝脏甜菜碱-同型半胱氨酸-S-甲基转移酶(betaine-homocysteine S-methyltranferase, BHMT)、磷脂酰乙醇胺N-甲基转移酶(phosphatidylethanolamine N-methyltransferase, PEMT)、蛋氨酸腺苷转移酶1A(methionine adenosyltransferase 1A, MAT1A)、S-腺苷高半胱氨酸水解酶(S-adenosylhomocysteine hydrolase, SAHH)和胱硫醚β合成酶(cystathionine β-synthase, CBS)的基因表达量，降低5-甲基四氢叶酸-同型半胱氨酸甲基转移酶(5-methyltetrahydrofolate-homocysteine methyltransferas, MTR)的活性，表明RPM影响肝脏一碳单位循环，促进肝脏磷脂酰胆碱和一些抗氧化剂(牛磺酸和谷胱甘肽)的合成，这可能是RPM有利于奶牛肝脏和机体健康，并提高生产性能的重要原因^{[7, 19-20, 30]}。还有研究发现，RPM影响肝脏全基因组和PPARα基因启动子区特定位点的甲基化，并上调PPARα等一系列能量和脂质代谢相关靶基因的表达，进而促进肝细胞脂质代谢和转运，降低TG沉积，并增强碳水化合物的代谢和转化^[18]。

2.3 Met对犊牛生理的调控作用

RPM经小肠消化、吸收进入奶牛体内后，Met可转化为SAM，提供游离甲基，引起肝脏和其他器官关键基因启动子区的甲基化，上调或下调部分基因和调控因子的表达，调控相关代谢，且部分变化可遗传给后代^[7]。

奶牛围产前期补充RPM，可提高新生犊牛提高肝脏DNA甲基转移酶1[DNA (cytosine-5)-methyltransferase 1, DNMT1]基因的表达量^[7]，但这并不能证明母体肝脏的表观遗传学变化传代给犊牛，也可能是母体补充RPM提高了血液Met含量，进而通过胎盘血液循环进入胚胎，使得胚胎获得的Met或其他甲基供体增加，自身发生上述变化。在新生犊牛原代肝细胞培养试验中，提高培养基中Met和氯化胆碱含量，均可不同程度影响肝细胞甲基转移、转硫及相关过程，促进VLDL合成，并降低培养基中自由基积累^[20]。因此，关于奶牛围产前期甲基供体供应对犊牛肝脏代谢及机体健康的影响，仍需进一步研究、确证，最终构建RPM调控奶牛围产期肝脏功能、主要营养物质的代谢和转化以及机体健康的机制网络，为甲基供体在奶牛上的营养实践提供理论基础。

3 围产期奶牛RPM的适宜添加量

作为奶牛泌乳重要的限制性氨基酸之一，泌乳奶牛Met的相关研究较多，多集中于Met对奶牛乳腺上皮细胞蛋白质合成的调控及其机理，且一般与Lys一起研究^{[8, 15, 31-33]}，而对围产期奶牛的研究较少。制定泌乳奶牛Met需要量时，以保证饲粮代谢蛋白质(metabolizable protein, MP)满足需要为前提，在此基础上考虑不同氨基酸在MP中的含量及氨基酸间的比例关系，一般认为泌乳奶牛饲粮Lys : Met≈3 : 1，NRC(2001)推荐量为MP 7.2%和MP 2.4%。因此，通常根据基础饲粮MP、Lys和Met等含量的实测值，按照上述比例推算RPM添加量。现有营养标准和相关研究尚未给出奶牛围产期RPM建议添加量，基于本课题组研究并综合分析他人研究结果(表 1)，建议围产期奶牛RPM添加量为10~20 g/d(以Met计)。

4 小结

奶牛围产期的营养与管理对胎儿发育、奶牛健康、泌乳和繁殖性能十分关键，甚至影响奶牛整个泌乳生涯。RPM在调控奶牛围产期肝脏健康及营养代谢中发挥重要作用，其生理和分子机制并未完全明确，且添加量及添加形式尚无统一标准，有待研究。未来研究应主要关注以下4点：1)RPM精准添加量及添加方式的标准化。以饲粮MP、能氮和氨基酸平衡为基础，充分考虑Met形式、过瘤胃和利用率、效价等因素，规范添加方式；2)明确RPM调控奶牛围产期肝脏功能、代谢和健康的关键信号通路，并探寻神经内分泌和其他生理机制，系统解析其调控机制，并整合胆碱相关研究和机理，构建一碳单位调控奶牛围产期肝脏代谢的机理和技术网络；3)以核因子κB(nuclear factor kappa B, NF-κB)、Toll样受体4(Toll like receptor, TLR4)和红系衍生的核因子2相关因子2(nuclear factor erythroid 2-related factor 2, Nrf2)等通路为核心，研究RPM调控奶牛抗氧化和免疫功能的机理；4)进一步挖掘母体Met供应对胚胎发育、代谢和犊牛健康的影响，并探寻相关生理机制和信号传导，以及可能的表观遗传学机理。