反芻動物初乳microRNA組成和功能研究進展

摘 要： 反芻動物初乳中含有豐富的生物活性成分，其中microRNA是一類非編碼RNA，可在轉錄后水平調節基因的表達，對于母體乳腺以及幼齡反芻動物腸道發育具有重要的調控作用。近年來，反芻動物初乳microRNA組成和功能的研究開始受到關注，本文綜述了反芻動物初乳中microRNA的來源、組成及其影響因素、功能，以及目前研究的局限性和未來的研究方向，為生產高品質初乳，提高母仔一體化培育水平提供理論支撐。

關鍵詞： 反芻動物；初乳；microRNA；胞外囊泡

中圖分類號： S823.91"""" 文獻標志碼：A"""" 文章編號： 0366-6964（2025）01-0074-08

收稿日期：2024-03-18

基金項目：財政部和農業農村部：國家現代農業產業技術體系專項（CARS-38）

作者簡介：孫同玉（2001-），男，黑龍江牡丹江人，碩士生，主要從事動物營養與飼料科學研究，E-mail：1612541223@qq.com

*通信作者：馬 濤，主要從事反芻動物營養需要與調控技術研究，E-mail：matao@caas.cn

Research Progress on Composition and Function of Colostral MicroRNA in Ruminants

SUN" Tongyu， MA" Tao*

（Key Laboratory of Feed Biotechnology， Ministry of Agriculture and Rural Affairs， Institute of Feed

Research， Chinese Academy of Agricultural Sciences， Beijing 10008" China）

Abstract： "The colostrum of ruminants encompasses abundant bioactive components， of which microRNAs are kind of non-coding RNAs that can regulate gene expression at the post-transcriptional level and play important roles in regulating development of the mother’s mammary gland and gastrointestinal tract of young ruminants. In recent years， studies on the profile and function of microRNAs derived from ruminant colostrum have attracted attention. In this review， the source， composition， influencing factors， and function of microRNA in ruminant colostrum as well as the limitations of current studies and future research directions were summarized， with an aim to provide theoretical support for the production of high-quality colostrum and improve integrated mother-neonate cultivation level.

Key words： ruminant; colostrum; microRNA; extracellular vesicles

*Corresponding author： MA Tao，E-mail：matao@caas.cn

初乳（colostrum）通常指母體分娩后乳腺開始產生的分泌物^［1］，也有研究認為妊娠后期的乳腺組織中就已經開始產生初乳^［2］。初乳含有豐富的營養物質和生物活性成分，包括蛋白質、脂肪、維生素、礦物質、寡糖、激素等^［1］。除提供必須的營養外，初乳對新生動物被動免疫的建立也起著重要作用，就反芻動物而言，新生幼畜需要及時從母畜初乳中獲得免疫球蛋白，建立被動免疫，從而抵抗病原微生物的入侵^［3］。除免疫球蛋白外，初乳中的其他生物活性成分組成及功能也越來越受到關注。微小核糖核酸（microRNA）是一類長度為19～25個核苷酸的內源性非編碼RNA，可以在轉錄后翻譯水平調節基因的表達^［4-5］，在特定的時間或區域通過結合靶定mRNA的3′UTR來下調mRNA的表達，從而調控動物的生理功能^［6-7］。另外，microRNA也可在細胞核內與增強子結合從而正向調控基因的轉錄，或者在細胞質促進蛋白質翻譯過程的發生^［8-9］。早期研究多采用RT-qPCR或基因微陣列技術對microRNA的組成及其功能進行分析^［10］，隨著測序技術的不斷發展，小RNA測序被越來越多地應用于針對包括microRNA在內的非編碼RNA的研究中^［11］。雖然目前已有大量關于microRNA組成和功能的研究，但針對反芻動物初乳microRNA組成及其功能的研究卻相對較少。本文對反芻動物初乳microRNA來源、組成及其影響因素、潛在功能以及目前研究的局限性和未來研究方向進行了綜述，旨在為提高初乳品質和母仔一體化培育水平提供理論支撐。

1 反芻動物初乳microRNA來源和組成

關于反芻動物初乳microRNA來源的研究并未見較為系統、綜合的報道，但已經有大量研究進行了討論。有研究發現，初乳和血漿中microRNA表達組成不同，表明了母體循環對初乳microRNA的貢獻有限^［12］。Li等^［13］比較了不同牛奶組分與乳腺組織microRNA的組成分布，發現乳脂與乳腺組織中microRNA的組成最相似，乳清次之，而體細胞與乳腺組織microRNA組成相似度則最低。還有研究發現乳腺上皮細胞分泌的微囊泡中含有microRNA^［14-16］，表明乳腺可能是初乳microRNA的主要來源。早期研究利用微陣列芯片和定量PCR技術發現，反芻動物初乳中的microRNA對溫度和酶解處理等都具有一定的抗性，且這種抗性比人工合成的microRNA更強^［17-18］，這也從一定角度證明初乳microRNA存在于胞外囊泡中，因此在運輸過程中具有較強的抗逆性^［19-20］。另有研究表明，乳源microRNA可以被高密度脂蛋白運輸并傳遞給受體細胞^［21］。然而，有研究表明大多數初乳microRNA被包裹在胞外囊泡中，而不是類似于脂蛋白的復合物中^［22］。這種差異可能是提取方法不同導致的，也可能是由于脂質球能夠攜帶含有microRNA的細胞外囊泡^［23-24］。丁軍等^［25］則認為，乳汁成分復雜導致乳源性胞外囊泡與其他物質難以分離，這可能也是導致microRNA的具體來源無法被完全證實的原因之一，細胞外囊泡或脂質體的分離技術還需要得到進一步的研究和統一。

反芻動物初乳microRNA組成的研究于2010年被首次報道，其中部分microRNA可能對新生動物腸道和免疫系統的發育成熟起到重要作用^{［14，26］}。筆者對近十年來關于反芻動物初乳中microRNA組成的研究進行了整理（表1），發現大部分研究集中在奶牛上，也有山羊初乳microRNA組成的研究，但在綿羊、肉牛、鹿等反芻動物上未見研究報道。盡管不同研究的動物品種、樣品數量、飼糧組成、養殖環境等因素可能存在差異，但仍然能發現反芻動物初乳microRNA組成存在一定的規律。例如，大部分采用高通量測序或者DNA微陣列的研究均表明，let-7a、miR-30a、miR-148a是初乳中相對豐度較高的microRNA，此外，miR-21、miR-30a-5p、miR-148a等是初乳中表達量較為豐富的microRNA^{［14，18，22，27-30］}。其中miR-148a、let-7家族、miR-30a、miR-21等在其他哺乳動物乳中豐度也較高，體現了物種間的保守性^{［29，31-33］}。

2 影響反芻動物初乳microRNA組成的因素

影響反芻動物初乳microRNA組成的研究主要集中在宿主因素上（品種、體況、生理狀態）。zdemir^［34］比較了荷斯坦奶牛和Dogu Anadolu Kirmizisi（DAK）奶牛初乳中microRNA的組成，共鑒定出795種差異顯著的microRNA，其中有545種microRNA是已知的，另有260種是新發現的（novel）microRNA，證明microRNA的組成可能受到遺傳因素的影響，不同品種間microRNA的組成可能有所不同；Ylioja等^［3］比較了不同體況評分下荷斯坦奶牛初乳microRNA的組成，除發現血清中游離脂肪酸較高的奶牛初乳中miR-885含量較低外，并沒有發現其他顯著差異；Ma等^［30］比較了奶牛和肉牛、初產和經產等條件下初乳microRNA組成，發現品種和胎次對microRNA組成均無顯著影響，但miR-27a-3p在含有高免疫球蛋白G濃度的初乳中相對豐度較高，但該研究的樣品量較少，可能掩蓋了不同處理間的差異。目前雖然尚未見飼糧組成對初乳microRNA組成影響的研究，但Quan等^［35］用棉籽和大豆皮部分替代飼糧苜蓿干草后，發現荷斯坦奶牛乳中有9種microRNA的表達存在顯著差異，表明飼糧組成也可能影響反芻動物初乳microRNA的組成。

3 反芻動物初乳microRNA的潛在功能研究

3.1 對乳腺發育的潛在調控作用

反芻動物初乳中的microRNA主要與調控乳腺上皮細胞脂肪代謝相關，且具有不同的靶基因。在牛上的研究（圖1）表明，miR-21-3p可通過調控IGFBP5的表達來促進乳腺上皮細胞的活力和增殖^［36］，或通過調控Elovl5的表達來促進乳腺上皮細胞甘油三酯的生成^［37］；miR-181a可通過靶向ACSL1對乳腺細胞脂質合成起到負調控作用^［38］；miR-150-5p在乳腺組織中的表達可以抑制脂肪的從頭生成^［39］；miR-141可通過負調控SIRT1基因和正調控脂質代謝相關基因（SREBF1、FASN和PPAR-γ）促進乳腺上皮細胞的乳脂代謝^［40］；在山羊上的研究表明，miR-103在乳腺上皮細胞中的過表達會增強乳脂合成相關基因的轉錄，引起脂肪液滴形成、甘油三酯積累和不飽和脂肪酸比例上調^［41］；脂肪酸氧化的重要調節因子PPAR-α是miR-148a的靶標，miR-148a和miR-17-5p的過表達可以促進乳腺上皮三酰甘油的合成，而敲低則限制了三酰甘油的合成^［42］。此外，也有部分microRNA調控乳腺上皮細胞的炎癥反應，例如，miR-146a可通過下調奶牛乳腺上皮細胞toll樣受體4/腫瘤壞死相關因子6/核因子（NF）- κB信號通路，作為炎癥和先天免疫的負反饋調節因子^［43］；miR-223可通過下調奶牛乳腺上皮細胞NLRP3炎癥小體和Keap1/Nrf2信號通路來減輕炎癥和氧化損傷，可能為治療奶牛乳房炎和其他乳腺疾病提供新的思路^［44］。

3.2 對幼畜腸道發育和免疫功能的潛在調控作用

已有研究發現，8～14周齡C57BL/6J小鼠口服含有microRNA的乳源胞外囊泡，12 h后即可在其外周組織中檢測到胞外囊泡和microRNA的信號^［46］，表明初乳microRNA也可能由母體傳遞給新生反芻動物。如表1所示，在四篇關于反芻動物初乳microRNA組成的研究中，miR-30a、miR-26a、miR-148a、let-7a、miR-21均出現在豐度排名前10的microRNA中^{［3，27，30，34］}，可能與調控幼畜腸道發育及免疫系統成熟有關（圖2）。例如，抑制miR-30基因家族的表達可減少腸道細胞的增殖，增加腸道細胞分化標志物的含量^［47］；miR-26a可通過靶向轉錄因子Smad1和Smad4促進成肌細胞的分化，向小鼠注射miR-26的特異性拮抗劑，可以對兩種Smad的表達活性去抑制化，從而延遲肌肉分化^［48］。在調控免疫功能方面，研究發現miR-30a也可通過調控SAMHD1基因的表達來調節先天性免疫，改善過敏^［49］；miR-26可通過抑制NF-κB/STAT3信號通路的激活和白細胞介素6（IL-6）的產生來緩解小鼠腸道炎癥反應^［50］；牛乳源let-7a-5p可通過調節腸道免疫和調節細胞周期相關靶基因CDK6來減輕小鼠結腸炎^［51］；miR-148可通過上調緊密連接蛋白Occludin和ZO-1的表達來增強細胞間的黏附作用^［52-53］；miR-21可通過參與腸道屏障的調節，或者通過靶向作用于微生物，調節腸道炎性反應^［54］。

4 目前研究的局限性和未來研究方向

雖然很多研究中都使用了初乳或colostrum一詞，但不同研究中“初乳”的采樣時間并不一致，部分研究在動物分娩后立即進行樣本采集^{［27，45］}，其他研究中的初乳是在動物分娩后1～7 d內采集的^{［18，26，34］}。Ma等^［45］研究發現，山羊分娩后30 min內和7 d時采集的乳中有21種差異表達的microRNA，表明采樣時間對于初乳microRNA組成具有顯著影響；此外，盡管初乳和常乳中豐度較高的microRNA組成之間較為相近，但對microRNA"" 整體的豐富度進行比較時發現，初乳中microRNA的豐度明顯高于過渡乳和常乳^［17］，證明采樣時間會影響microRNA組成。另外，胞外囊泡的提取和生物信息學分析方法的不同也可能會影響初乳microRNA的組成^{［3，29，34］}，所以在比較不同研究時，需要注意采樣時間、胞外囊泡的提取流程，以及microRNA組成分析方法的異同。除宿主因素外，環境因素（如飼糧、飼養方式）對反芻動物初乳microRNA組成的影響尚未見報道，且當前關于初乳microRNA功能的研究往往基于預測，還需要進一步驗證。

5 小 結

反芻動物初乳microRNA可能來源于乳腺組織的內源性生成，對于調控乳腺上皮細胞脂肪代謝、新生反芻動物免疫功能可能發揮重要作用。宿主因素（品種、體況、生理狀態）是目前研究發現的影響初乳microRNA組成的主要因素，而通過調控飼糧組成或者改變飼養環境可能會影響初乳microRNA的組成，對于改善新生反芻動物免疫功能和后天生長性能具有一定的潛力，但在該方面可能還需要更進一步研究及驗證。未來研究應規范和統一初乳的采集時間和方法，并建立標準化的實驗及生物信息學分析方法，從而更加有效地解析初乳中microRNA的組成及功能。

參考文獻（References）：

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［2］ BAUMRUCKER C R，MACRINA A L，BRUCKMAIER R M.Colostrogenesis：role and mechanism of the bovine Fc receptor of the neonate （FcRn）［J］.J Mammary Gland Biol Neoplasia，202 56（1）：82-94