肉牛肌內脂肪的沉積機制及其營養調控的研究進展

王光輝，楊連玉，宮世平，劉 博，張慶華*

（1.吉林農業大學教研基地管理處，吉林長春 130118；2.吉林農業大學動物科學技術學院，動物生產及產品質量安全教育部重點實驗，吉林省動物營養與飼料重點實驗室，吉林長春 130118；3.長春海關技術中心，吉林長春 130118）

伴隨著我國經濟的發展，人口增長和人均收入的增加，人們對高品質牛肉的需求也將進一步增加[1]。通常，肌內脂肪（IMF）含量與牛肉的嫩度、多汁性和風味具有高度相關性，亞洲、澳洲和美洲的一些國家將IMF 含量作為牛肉品質等級劃分的重要參照指標[2]。然而，牛肉品質除了受遺傳因素影響外，也受到營養因素的影響，高品質牛肉通常來源于較長育肥周期和飼喂高濃度谷實類飼料的肉牛，這種高投入低產出的模式一直制約著我國高品質肉牛產業的發展[1]。肉牛胴體中，背最長肌、胸長肌、岡下肌和股二頭肌的IMF 含量較為豐富，IMF 主要沉積在以上部位結締組織中的肌纖維束之間[3]。而骨骼肌組織主要由骨骼肌纖維細胞、脂肪細胞、衛星細胞、免疫細胞以及結締組織、細胞外基質等構成，肉牛IMF 的沉積取決于肌肉和脂肪細胞的比例，而肌纖維細胞和脂肪細胞的發育以及IMF 的合成和代謝是決定脂肪組織構成的關鍵因素[4-5]。因此，闡述肉牛發育階段的肌纖維和脂肪細胞的發育機制及IMF 的合成代謝能夠更好地理解IMF 在肉牛育肥期的沉積原理。近年，關于肉牛肌肉和IMF 細胞發育、IMF 合成和降解代謝以及營養類因素的IMF 沉積的影響已有深入研究。本文從肉牛IMF 沉積機制和基于營養因素對肉牛IMF 沉積的影響展開綜述，以期為肉牛IMF 沉積的營養調控研究提供參考。

1 肉牛IMF 沉積機制

1.1 肉牛IMF 細胞的發育 肌纖維和脂肪細胞的發育主要包括肌發生（肌纖維細胞出現）和脂發生（脂肪細胞出現）[6]，二者分別通過肌原細胞和脂肪原細胞分化。在胎兒肌肉組織發育過程中，間充質干細胞致力于肌源性和脂肪源性細胞系的形成，其中肌源性祖細胞可進一步發育為肌纖維細胞和衛星細胞，成脂祖細胞發育為骨骼肌的基質血管部分（包括常駐成脂祖細胞、脂肪細胞、纖維母細胞等），這表明間充質干細胞從肌發生到脂發生過程中的遷移會增加肉牛發育后期的IMF 沉積[7-8]。

脂發生過程通常是間充質干細胞在一定條件誘導下向前脂肪細胞分化，在前脂肪細胞的確定和增殖后向成熟脂肪細胞轉化的過程[9]。對于肉牛而言，這一過程發生在妊娠中期，其中脂肪的分化過程在胎兒階段和產后階段發生。而胎兒階段的脂肪分化主要是由脂肪原性祖細胞來源的脂肪細胞增生（數量）[10]。據報道，肉牛的脂肪細胞的增生發生在整個妊娠過程，而IMF 細胞形成過程始于妊娠后期終于出生后的250 d[7]；此外，IMF細胞的肥大過程主要發展階段為肉牛250日齡至出欄[8]。IMF 細胞的增生和肥大形成IMF 沉積，因此，上調IMF細胞的增生和肥大是改善IMF 沉積的有效途徑。

犢牛出生后，脂肪組織中的基質血管細胞的某些部分仍然存在成脂肪祖細胞，后來可分化為前脂肪細胞和脂肪細胞前體物質[9]。Albrecht 等[11]報道，前脂肪細胞的增生在牛出生后的肌肉IMF 沉積（大理石花紋形成）中起到重要作用，其作用的關鍵是前脂肪細胞的填充和分化，形成了新大理石花紋斑點。研究還表明，肉牛胎兒階段和出生后的早期營養和生理狀況影響肌肉組織中IMF 細胞數量，表現為IMF 沉積的營養管理有效性順序是胎兒階段＞新生階段＞斷奶階段＞育肥階段[8]。因此，合理改善母牛妊娠營養是促進胎兒IMF 細胞生成的潛在途徑。

1.2 IMF 的沉積和脂解代謝 肉牛的IMF 沉積和降解代謝主要過程是甘油三酯（TG）的轉入、合成和降解的動態平衡，其中TG 的合成是IMF 沉積的關鍵因素，而合成TG 的原料主要是非酯化脂肪酸（NEFAs）和甘油聚合物的碳鏈[12]。研究表明，新和成的脂肪酸（FA）主要發生在肉牛的脂肪組織中，而非反芻哺乳動物主要發生在肝臟中，其中用于TG 合成的FA 來源于從頭合成和日糧中降解的脂肪酸（FAs）[13]。肉牛FA 的從頭合成底物為乙酸和葡萄糖（圖1），乙酸為主要底物，來源于瘤胃發酵，葡萄糖（來源于丙酸/ 乳酸的糖異生和通過瘤胃旁路的小腸吸收）也可作為肉牛FA 的合成底物[14-15]。ATP-檸檬酸酶和蘋果酸NADP 脫氫酶是FA 從頭合成途徑中利用葡萄糖的2 種關鍵酶，而肉牛肝臟中ATP-檸檬酸酶活性較低，以葡萄糖作為脂源性底物應用相對較少，但通過增加肉牛能量的攝入，誘導脂肪組織中IMF 關鍵酶表達，結果表明葡萄糖比乙酸更適合作為合成IMF 沉積的FA 底物[16-17]。也有研究表明，相對于皮下脂肪組織，IMF 具有更高活性的ATP-檸檬酸裂解酶和更高表達的葡萄糖轉運體4[18]，且葡萄糖參與FA 的生成速度是乙酸參與生成IMF 速度的2 倍以上。另有報道，以谷實（玉米）為基礎的日糧飼養肉牛能夠增加其IMF 細胞對葡萄糖的攝取，而以飼草為基礎的日糧則是通過乙酸作為底物形成FAs 來促進皮下脂肪的沉積[19]。

圖1 肉牛脂肪酸合成途徑（改自文獻[15]）

日糧來源的FAs 是通過TG 脂蛋白轉運，經過脂蛋白水解酶水解后，從血液循環攝取到組織中[20-21]。日糧提高脂肪水平能夠影響IMF 沉積。據報道，在雜交安格斯公牛試驗中，飼喂高油玉米（乙醚浸出物7%～8%）能夠提高IMF 沉積[22]。除了FAs 供應外，TG 合成還需要葡萄糖提供的“支架”，因而葡萄糖供應增加可提高肉牛的IMF 沉積[21]。此外，提高丙酸生成量對于IMF 沉積的葡萄糖合成也很重要。因此，日本和韓國在實踐生產中采用飼喂高精料來提高肉牛肌肉中IMF 的沉積。然而，肉牛IMF 高水平沉積在實際生產中需要提供過剩能耗和維護條件[12]，且IMF 的前脂肪細胞增殖潛力及生成的關鍵酶活性都低于皮下和腹部脂肪細胞[23]；同時，IMF 的調控發育和脂肪沉積代謝基因的表達水平較其他部位低（皮下、腹部、肝臟、腎臟）[8]，因而IMF 沉積需要更高的能量水平。肉牛在營養負平衡以及環境應激條件下會發生IMF 以及其他脂肪的脂解代謝，其機制是TG 在脂肪酶水解作用下生成NEFAs 和甘油（脂肪動員途徑），同時環境應激刺激下，皮質醇激素（應激標記物）的血液循環濃度上升，進而促進脂解代謝[24]。

2 營養因素對肉牛IMF 沉積的影響

影響肉牛IMF 沉積的營養因素較多，包括蛋白質（日糧蛋白水平、日糧蛋白飼料來源等）、能量（日糧的過瘤胃脂肪的利用、日糧精粗比與淀粉生糖效率等）、微量元素和礦物質（過瘤胃維生素的利用、銅鋅元素的補充等）以及肉牛生理階段的營養供給（肉牛胚胎營養供給、肉牛生長育肥階段特征性營養供給等）。其中，日糧能蛋白水平、肉牛胚胎營養供給、肉牛生長育肥階段特征性營養以及礦物質供給分別受遺傳、管理、環境等諸多非營養因素的干預，包括日糧蛋白水平受限于肉牛遺傳和飼養條件，如婆羅門牛放牧條件飼喂高蛋白質（15%）精料補充料較低蛋白質（12%）的IMF 沉積有改善作用[25]，而舍飼安格斯肉牛的IMF 沉積不受蛋白質水平的影響[26]。胚胎營養供給受到產后營養及補償生長干預[27]、階段性營養供給因肉牛品種和地域限制[28]、礦物質營養（如微量元素銅、鋅等）受肉牛耐受性和環境負載的限制等[29]。近些年研究表明，日糧精粗比與淀粉生糖效率、日糧過瘤胃脂肪、維生素以及其他的營養類因素（飼料蛋白來源、飼料纖維來源以及天然型添加劑等）對肉牛IMF 沉積的調控作用。且遺傳、環境等非營養類因素的對其IMF 調控影響較小，因此本文從以上幾方面展開綜述。

2.1 日糧精粗比與淀粉生糖效率 多項研究表明，飼喂高精粗比日糧的肉牛IMF 的沉積量較高，如布蘭格斯×海富特×安格斯三元雜交牛飼喂高精粗比日糧（79%玉米）具有更好的大理石花紋等級[30]，逐漸增加日糧精料比例（干物質基礎60%、75%、90%）大理石花紋登記評分也逐漸遞增[31]，不同飼喂模式下，以圍欄模式谷食為主的肉牛背最長肌的IMF 水平高于放牧草食組，且多數品種的肉牛IMF 沉積呈現上述規律[32]，但極少數肉牛品種（如阿勒泰那公牛）日糧精粗比對IMF沉積無顯著影響[26]。此外，研究表明在總可消化養分（TDN）一致情況下，高精料組（精粗比為90:10，干物質基礎）較低精料組（精粗比為65:35，干物質基礎）的IMF 沉積提高了38.4%（其中，高精料組IMF 水平為31.7%，低精料組的IMF 水平為22.9%，干物質基礎）[33]。同時，高精粗比的IMF 和皮下脂肪中脂肪形成因子（CCAAT和PPARG）的表達量顯著高于低精粗比組，這可能表明日糧較高精粗比能夠刺激肉牛肌肉內前脂肪細胞分化，其機制是高精粗比日糧富含淀粉，淀粉在瘤胃和小腸中發酵降解為丙酸（葡萄糖前體物質）和葡萄糖，而較高水平的葡萄糖進入血液，血糖升高促進了胰島素水平升高，提高用于合成FA 的凈能水平，促進TG 水平形成和前脂肪細胞分化（促脂肪合成因子表達上升），進一步促進肌內脂肪合成[34]。

此外，肉牛瘤胃淀粉消化效率為小腸消化效率70% 左右[35]，而關于奶牛薈萃分析顯示，玉米淀粉瘤胃消化率平均為57.4%[36]，因此，通過優化淀粉在瘤胃發酵產生丙酸，淀粉在腸道的消化和吸收的最大化可提高IMF 沉積所需的葡萄糖供給。然而，由于高精料日糧的較高投入和富含IMF 的較低產出限制了優質牛肉生產，在有限的淀粉供給日糧中（精粗比低于60%干物質基礎）乙酸占比較高，而限制乙酸轉換IMF 的主要因素是還原性輔酶II（NADPH）氫供體不足，且NADPH 依賴于葡萄糖氧化分解的磷酸戊糖途徑；當生糖前體受限時，乙酸生成FA 的限速反應（乙酰輔酶A酰基化途徑）所需ATP 進一步不足[6]，從而限制乙酸轉化IMF。綜上所述，可考慮肉牛日糧補充適量的瘤胃保護性葡萄糖改善IMF 沉積。

2.2 日糧過瘤胃脂肪 肉牛日糧脂肪通常含有較高不飽和脂肪酸，飼草飼料的脂肪類型主要為半乳糖脂，而谷食飼料為TG[6]。半乳糖脂和TG 一部分在瘤胃微生物脂肪酶水解作用生成FAs、甘油和半乳糖，發酵為揮發性脂肪酸（VFA），另一部分氫化為飽和脂肪酸，主要為硬脂酸[6]。研究表明，未被保護的FA 以NEFAs 形式在十二指腸吸收，但肉牛日糧中脂類含量超過干物質的3%便會抑制瘤胃微生物的代謝，限制了脂肪利用。而過瘤胃脂肪（瘤胃保護性脂肪，主要為脂肪酸鈣或油料作物的籽食甲醛處理等方式合成）[6]在小腸吸收可提高脂肪的利用，促進IMF 沉積。然而，肉牛小腸前段pH 較單胃動物低，脂肪乳化功能較弱，影響了胰脂酶的水解，限制了IMF 沉積[6]。據報道，肉牛日糧中添加乳化劑和膽汁酸可促進過瘤胃脂肪的利用，提高肉牛的IMF 沉積，如硬脂酰-2-乳酸鈉可促進過瘤胃脂肪乳化，膽鹽和熊去氧膽酸將過瘤胃脂肪轉化為TGs，膽鹽的混合膠束便于胰脂肪酶更好的水解[37-38]。

2.3 維生素營養 維生素A、C、D 能夠影響肉牛肌肉IMF 沉積。據報道，限制飼喂維生素A 和D 能夠促進肉牛IMF 的沉積，而補充過瘤胃維生素C 的消化能夠促進IMF 沉積[39]。

研究表明，維生素A 能夠抑制肉牛前脂肪細胞中的甘油-3-磷酸脫氫酶（脂肪形成標記物）的活性，進而抑制脂肪細胞形成[40]。雖然多項研究證實限制視黃酮飼喂能夠促進IMF 沉積，如日糧中視黃酮缺乏提高了安格斯牛的大理石花紋評分[39]，日本和牛的血清視黃酮濃度與IMF 沉積成負相關等[41]，但長期限制視黃酮飼喂會導致健康不良（肌肉水腫、關節炎等），且育肥后期對IMF 影響有限[39,42]。Kawachi[43]也指出，在13～19 月齡，肉牛肌肉中脂肪細胞數量處于持續增加階段，因此在這一階段攝入維生素會促進大理石花紋形成。因此，Oka 等[44]建議，視黃酮應在肉牛育肥期（14～22 月齡）選擇性限制飼喂，而不是14 月齡到出欄。同時，Oka 等[44]還測量健康育肥牛血漿視黃酮濃度為100 IU/dL，而未補充視黃酮的肉牛血漿視黃酮濃度為30 IU/dL，因此，為維持肉牛健康育肥，視黃酮限飼的肉牛血漿視黃酮濃度應不低于30 IU/L。

體外試驗表明，維生素D 的體內活性形式1,25-D3抑制前脂肪細胞的成脂因子PPARG基因表達[44]，進而抑制脂質積累，其機制可能是維生素D 受體（VDR）和PPARG共同競爭與類視黃素受體（RXR）結合，VDR-RXR 的形成減少了PPARG-RXR 抑制二聚體，從而抑制脂肪形成[45]。但關于維生素D 限制飼喂對肉牛肌肉大理石花紋報道較少，尚需進一步研究。

維生素C 可正向調節脂肪的形成，促進前脂肪細胞的生長和分化[46]，但維生素C 極易在瘤胃中降解，所以需要包被處理。在體內研究表明，日糧添加保護性1-抗壞血酸-2-磷酸可顯著提高日本和牛肉的大理石評分和胴體IMF 含量[47]。在高硫日糧中，添加維生素C 也可顯著提高安格斯雜交肉牛的IMF 百分比[48]。綜上所述，限飼維生素A 和D 及補充瘤胃保護性維生素C 有利于肉牛IMF 沉積，但關于其他肉牛（如西門塔爾牛）以及不同日糧型和不同育肥階段的維生素精準供給還需進一步研究。

2.4 其他營養類因素 近年，關于蛋白飼料原料的來源、不同粗飼料原料的組合效應以及一些添加劑的應用（如植物精油、復方中草藥添加劑、微生物制劑、酶制劑、膽堿、大豆黃素等）等其他營養類因素對肉牛IMF 沉積的影響[49]也有深入的研究和應用。在蛋白飼料原料來源方面，夏志軍等[50]研究表明，42%紫蘇冰餅蛋白來源組較31%豆粕和36%菜籽粕蛋白來源組具有較高的IMF 沉積。不同粗飼料原料的組合效應方面，劉華等[51]報道，苜蓿干草（干物質基礎24.15%）和全株玉米青貯（干物質基礎27.55%）的肉牛IMF 沉積優于同比例的麥秸、花生秧與全株玉米青貯的組合效應。在天然添加劑方面報道較多，如吳道義等[52]報道，肉牛日糧中添加1.5%復方中藥微生態制劑可改善IMF 沉積，提高肉品質；許蘭嬌等[53]研究表明，日糧中添加大豆黃素可顯著改善湘中黑牛的IMF 沉積，減少腹下脂肪含量；黃文明等[54]研究表明，在肉牛育肥后期（17～21月齡），日糧中添加100 g/d 的酵母培養物可提高肉牛背最長肌的IMF 沉積；管鵬宇[55]研究表明，日糧中添加40 g/d 過瘤胃膽堿和200 g/d 過瘤胃葡萄糖可顯著提高肉牛IMF 沉積；Fugita 等[56]研究發現在日糧中添加牛至油、蓖麻子和腰果精油混合物可顯著改善肉牛IMF沉積。

3 小結及展望

雖然改善日糧淀粉生糖、補充多種過瘤胃能量來源（脂肪、葡糖糖）、限制維生素A、D 及補充維生素C 等能夠改善IMF，但是改善程度還比較有限。肉牛早期胚胎營養對育肥階段的IMF 沉積的影響需進一步研究。另外，微量元素銅可調控IMF 沉積、優化以飼料原料為前提的過瘤胃能量供給方案（如不同油料籽實供給及過瘤胃脂肪和葡萄糖等多種能量供給措施的組合效應等）等其他改善IMF 沉積的措施還需要進一步探究。此外，在優化日糧蛋白質和能量的供給結構（日糧原料）、過瘤胃維生素以及多種飼料添加劑的補充（中草藥微生態制劑、大豆黃素、膽堿等）方面可考慮多種營養類因素的綜合調控，進一步優化肉牛IMF 沉積。