萨能奶山羊是中国重要的奶山羊品种之一，具有产奶量高、奶质好、繁殖快和抗病能力强等特点。相比牛乳，山羊乳以低致敏性和易消化吸收的特点，深受人们的重视。代谢组学是“组学”科学的一个新分支，研究特定有机体中代谢物组成和相关代谢通路分析的一门学科，主要技术手段包括核磁共振（NMR）、气相色谱-质谱（GC-MS）联用及液相色谱-质谱联用技术。

　　齐齐哈尔大学食品与生物工程学院的康佳欣、李萌、刘宁*等采用超高效液相色谱-四极杆静电场轨道阱质谱（UPLC-QE-orbitrap-MS）非靶向代谢组学方法，对萨能奶山羊初乳和常乳中的代谢物进行综合表征，进一步分析相关的代谢通路，筛选出它们的标志性代谢物。此研究全面了解萨能奶山羊初乳和常乳的小分子代谢物成分变化，结果将有助于羊乳营养的进一步研究，并为分析不同泌乳期的其他物种原料乳提供基础数据支持。

　　采用UPLC-QE-orbitrap-MS法分别在正、负离子模式下对初乳和常乳进行信息采集，由图1可知，在正、负离子模式下初乳和常乳的总离子流图基线平稳，说明仪器的稳定性良好。出峰时间、响应强度以及出峰数量存在差异，但是不能直观获取到样品的小分子代谢物信息，所以需要对原始数据进一步处理。

　　图2A、B分别为正负离子模式下初乳和常乳的PCA得分图，正离子模型参数为＝0.581＞0.5（为模型对

　　X变量的解释性），负离子模型参数为 ＝0.633＞0.5，说明拟合性较好，模型较稳定。由图2可知，所有样品均在95%置信区间内，初乳大多数集中在置信区间上侧；常乳大部分集中在置信区间下侧，这说明初乳和常乳能够区分开，存在组间差异，但是两组组内差异较大，这可能是因为PCA是一种无监督的分析方法，不能忽略组内差异 ，因此需要采用一种有监督的方法进一步分析。

　　图3A、B分别为正负离子模式下初乳和常乳的OPLS-DA得分图，在正离子模式下＝0.398，＝0.94，

　　Q2 ＝0.648（ 为模型对Y变量的解释性，Q2 为模型的可预测性）；在负离子模式下 ＝0.38， ＝0.959，Q2 ＝0.739。这两个模型的 和Q2 都大于0.5，说明模型的稳定性较好，所有样品都处于95%置信区间内，初乳全部分布在置信区间左侧，常乳全部分布在置信区间右侧，初乳和常乳组间区分显著，OPLS-DA结果优于PCA。从分布形态上看，初乳样品较分散，常乳样品较集中，这可能是由于初乳中萨能奶山羊个体差异较大，导致组内差异较大。虽然萨能奶山羊个体差异会对初乳内代谢物产生一定影响，但是两组样品组间区分显著，这说明不同泌乳期的影响大于个体差异影响。图3C、D分别为正负离子模式下初乳和常乳的OPLS-DA置换检验图，通过置换检验判断OPLS-DA是否出现过度拟合。 和Q2 的回归线，说明模型可靠。置换检验随机模型的Q2 值均小于原模型的Q2 值，说明原模型有较好的稳定性，不存在过度拟合现象。

　　t检验的P＜0.05，同时满足VIP＞1的数据，与BiotreeDB（V2.1）二级质谱数据库进行匹配得到118 个差异性代谢物（表2、3），其中初乳中有62 个代谢物相对含量高于常乳，有56 个代谢物相对含量低于常乳。在这些差异性代谢物中脂质代谢物的种类较为丰富，包括磷脂酰胆碱（PC）、二酯（DG）、鞘磷脂（SM）、磷脂酰乙酰胺（PE）、神经酰胺（Cer）、磷脂酰肌醇（PI）。已有研究表明初乳和常乳中脂质的含量和种类不同 ，此研究证实了这一点。初乳中有9 个脂质代谢物分别为3 个PC、2 个DG、2 个SM、1 个PE和1 个Cer；常乳中有10 个脂质代谢物分别为5 个Cer、3 个PC、1 个DG、1 个PE和1 个PI，可以看出SM在初乳中相对含量高于常乳，PI在初乳中相对含量低于常乳 。在初乳的脂质差异性代谢物中，PC(22:0/P-16:0)的差异倍数最大，在初乳中相对含量是常乳中的6.14 倍，它又称卵磷脂，研究表明在大脑中PC在乙酰化酶的作用下与乙酰辅酶A反应生成乙酰胆碱，乙酰胆碱具有强化大脑神经突触发育的功效 ，因此PC在初乳中相对含量升高可能与新生羊羔的大脑神经发育有关。

　　常乳中2′-岩藻糖基乳糖（2′-FL）的相对含量高于初乳，是常乳中差异倍数最大的代谢物，它在常乳中相对含量是初乳的12.97 倍。2′-FL是人乳中最重要的低聚糖之一，具有增强婴儿免疫、促进肠道菌群生长等作用，一些商家已经把2′-FL应用于婴儿配方食品中使得成分和营养价值更接近人乳，这可能是羊乳更适合婴幼儿食用的原因之一。初乳中存在一些相对含量高于常乳的二肽，如

　　-谷氨酰胺基亮氨酸、苏氨酸精氨酸、天冬氨酸-脯氨酸和N-鸟氨酸-L-牛磺酸，它们在初乳中的相对含量是常乳的3.52、2.85、2.00、1.37 倍，在体内二肽可以参与蛋白质的合成，进一步被组织利用合成蛋白质。初乳中的牛磺酸除了二肽形式外还有多种存在形式，如牛磺酸、牛磺脱氧胆酸、牛磺胆酸、亚牛磺酸、牛磺熊去氧胆酸，它们在初乳中相对含量是常乳的5.46、5.24、4.35、4.19、1.86 倍，其中牛磺酸是初乳中差异倍数排名第2的代谢物，它是一种含硫的半必需氨基酸，可以提高神经元的存活率、促进海马神经元的生长、具有调节下丘脑-垂体-肾上腺轴以及脑组织中miRNA表达的作用。牛磺酸还可以与脱氧胆酸或胆酸结合生成牛磺脱氧胆酸或牛磺胆酸，后两者在羊羔体内起到促进脂质类物质吸收的作用。由此可见，初乳可以为新生羊羔的生长发育提供充足的营养。初乳中一些核苷类代谢物的相对含量高于常乳，如鸟苷、肌苷、N6 -甲基腺苷，它们在初乳中相对含量是常乳的2.50、2.40、1.71 倍，前两者在与磷酸结合后合成鸟苷酸和肌苷酸，它们是核苷酸类化合物参与了生物体内几乎所有的生物化学反应，如多种单体核苷酸经过脱水缩合后合成DNA和RNA。此外，核苷酸也可以提高婴儿的免疫调节功能和记忆力。

　　初乳和常乳对比的关键代谢通路分析结果（表4）表明，共筛选出9 条代谢通路，1号为正负离子模式下共同检测出的通路，2～7号为正离子模式，8～9号为负离子模式，分别为牛磺酸和亚牛磺酸代谢、苯丙氨酸酪氨酸和色氨酸生物合成、柠檬酸循环、烟酸和烟酰胺代谢、淀粉和蔗糖代谢、半乳糖代谢、酪氨酸代谢、甘氨酸丝氨酸和苏氨酸代谢、一次性胆汁酸生物合成。为了更直观地看出这些代谢通路在富集分析中的富集显著情况以及拓扑分析中的影响程度，将上述9 条代谢通路以气泡图展示（图4A）。气泡图中每一个气泡代表一条代谢通路，气泡颜色表示该通路在富集分析中的

　　P值，颜色越深P值越小，富集程度越显著；气泡大小表示拓扑分析的影响因子大小，气泡越大影响因子越大 。从图4A可以看出，牛磺酸和亚牛磺酸代谢的颜色最深且气泡最大，说明这条代谢通路富集程度最显著且影响因子最大，且命中代谢物数量最多，分别为牛磺酸、亚牛磺酸和牛磺胆酸，它们在初乳中的差异倍数较大，显著高于常乳中的相对含量（P＜0.05），这可能是该通路富集程度最显著且影响因子最大的原因之一。 实验还观察到半乳糖代谢气泡大小仅次于牛磺酸和亚牛磺酸代谢，说明这条代谢通路的影响因子较大，这可能是与该通路的命中代谢物差异倍数有关，初乳中-乳糖的相对含量是常乳的4.16 倍，显著高于常乳中的相对含量（P＜0.05），可能导致该通路影响因子较大 。

　　为了更系统地了解泌乳期间的代谢通路之间的相关性，参考KEGG代谢物数据库中代谢通路图谱将这9 条关键代谢通路连接在一起（图4B）。图4B中红色表示该代谢物在初乳中相对含量高于常乳，蓝色表示该代谢物在初乳中相对含量低于常乳，黑色表示未匹配到的代谢物，由此可知初乳中相对含量高的代谢物为牛磺酸、亚牛磺酸、牛磺胆酸、

　　L-苯丙氨酸、L-酪氨酸、琥珀酸、异柠檬酸、D-麦芽糖、-乳糖、4-羟基苯基丙酮酸、甘氨酸，常乳中相对含量高的代谢物为N1-甲基-4-吡啶酮-3-羧酰胺，它们可作为这种萨能奶山羊初乳和常乳中潜在的标志性代谢物。从图4B可以看出，除N1-甲基-4-吡啶酮-3-羧酰胺外，其他代谢物都经过一系列的代谢通路后最终进入柠檬酸循环，如亚牛磺酸、牛磺胆酸、L-苯丙氨酸、L-酪氨酸、D-麦芽糖、-乳糖转换为乙酰辅酶A进入柠檬酸循环，4-羟基苯基丙酮酸转换为琥珀酸进入柠檬酸循环，因此可以推测在泌乳初期柠檬酸循环起到桥梁作用，为新生羊羔健康生长提供充足的能量。在12 个命中代谢物中，仅有N1 -甲基-4-吡啶酮-3-羧酰胺在初乳中的相对含量低于常乳，这可能是因为初乳中大部分烟酸生成琥珀酸，使得生成N1 -甲基-4-吡啶酮-3-羧酰胺的相对含量降低。

　　以萨能奶山羊初乳和常乳为研究对象，采用UPLCQE-orbitrap-MS的非靶向代谢组学方法，研究泌乳期对萨能奶山羊乳中代谢物的影响。结果表明：初乳中脂质代谢物、二肽类代谢物、核苷类代谢物、牛磺酸及其衍生物等62 个差异性代谢物的相对含量显著高于常乳（

　　P＜0.05），2′-FL等56 个差异性代谢物的相对含量显著低于常乳（P＜0.05）。筛选出与差异性代谢物匹配最高的9 条关键通路，它们共同表征萨能奶山羊的泌乳过程的代谢物差异，这些代谢通路的命中差异性代谢物数量为12 个，初乳中相对含量高的代谢物为牛磺酸、亚牛磺酸、牛磺胆酸、L-苯丙氨酸、L-酪氨酸、琥珀酸、异柠檬酸、D-麦芽糖、-乳糖、4-羟基苯基丙酮酸、甘氨酸，常乳中相对含量高的代谢物为N1 -甲基-4-吡啶酮-3-羧酰胺，它们可作为萨能奶山羊初乳和常乳中潜在的标志性代谢物，在更多样本测定中加以验证。本研究结果有利于了解在不同泌乳期间萨能奶山羊乳中小分子营养成分的变化，为鉴别不同泌乳期的其他物种乳提供相应的参考。

　　刘宁，教授，博士生导师，主要从事功能性食品、特殊膳食、营养与食品安全和乳制品加工等的研究与开发，先后主持、参加国家自然科学基金、国家“863”、“支撑”项目、黑龙江省攻关课题32 项，其中主持完成“十五”国家重大科技专项课题、国家“863”课题、“十二五”国家科技支撑课题和国家自然科学基金面上项目各一项，主持“十三五”国家重点研发计划课题。IDF(国际乳品联合会)乳品科学与技术委员会中方专家，黑龙江省食品科学会常务理事，黑龙江省食品工业协会理事、食品安全专家。国家发明专利30 项，实用新型专利8 项，出版著作5 部，国家规划教材1 部，发表学术论文280余篇，其中SCI文章50 篇，EI 30 篇。

　　本文《萨能奶山羊初乳和常乳的代谢组学分析》来源于《食品科学》2023年44卷24期88-96页. 作者：康佳欣，李萌，廖敏和，商佳琦，任皓威，卢玺丞，刘 宁*.DOI:10.7506/spkx1210-107. 点击下方阅读原文即可查看文章相关信息。

　　实习编辑：栾文莉；责任编辑：张睿梅。点击下方阅读原文即可查看全文。图片来源于文章原文及摄图网

　　为了帮助食品及生物学科科技人员掌握英文科技论文的撰写技巧、提高SCI期刊收录的命中率，综合提升我国食品及生物学科科技人员的高质量科技论文写作能力。《食品科学》编辑部拟定于2024年8月1—2日在武汉举办“第11届食品与生物学科高水平SCI论文撰写与投稿技巧研修班”，为期两天。

　　为提高我国食品营养与安全科技自主创新和食品科技产业支撑能力，推动食品产业升级，助力‘健康中国’战略，北京食品科学研究院、中国食品杂志社、国际谷物科技学会（ICC）将与湖北省食品科学技术学会、华中农业大学、武汉轻工大学、湖北工业大学、中国农业科学院油料作物研究所、中南民族大学、湖北省农业科学院农产品加工与核农技术研究所、湖北民族大学、江汉大学、湖北工程学院、果蔬加工与品质调控湖北省重点实验室、武汉食品化妆品检验所、国家市场监管实验室（食用油质量与安全）、环境食品学教育部重点实验室共同举办“第五届食品科学与人类健康国际研讨会”。会议时间：2024年8月3—4日，会议地点：中国 湖北 武汉。