乳蛋白和乳脂肪的含量與組成是構(gòu)成牛奶重要營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)的主要物質(zhì)基礎(chǔ)。牛乳蛋白以酪蛋白為主，約占乳中蛋白總量的80％。乙酰輔酶A羧化酶(ACACA)和脂肪酸合成酶(FASN)是脂合成的關(guān)鍵調(diào)節(jié)酶，分別催化脂肪酸合成的第一步反應(yīng)和長(zhǎng)鏈脂肪酸的合成。檢測(cè)13-酪蛋白、K-酪蛋白、乙酰輔酶A羧化酶和脂肪酸合成酶基因mRNA水平上的表達(dá)能很好的反映奶牛乳腺上皮細(xì)胞的泌乳功能。泌乳是乳腺發(fā)育和激素共同作用的結(jié)果，胰島素、催乳素和氫化可的松是主要的催乳激素，影響乳蛋白和乳脂的合成。研究在催乳素和氫化可的松作用基礎(chǔ)上，外源添加胰島素后對(duì)體外培養(yǎng)奶牛乳腺上皮細(xì)胞CSN2、CSN3、ACACA和FASNmRNA表達(dá)的影響，結(jié)果表明，胰島素通過JAK2-STAT5、P13K／Akt／mTOR和SREBP信號(hào)通路影響CSN2、CSN3、ACACA和FASN mRNA的表達(dá)。
近期研究發(fā)現(xiàn)JAK2一STAT5信號(hào)通路中ELF5的表達(dá)水平和P13K／Akt／mTOR信號(hào)通路中RPS6K與EIF4EBP的磷酸化水平調(diào)節(jié)乳蛋白基因的轉(zhuǎn)錄和蛋白翻譯的起始。JAK2-STAT5信號(hào)通路通過催乳素與催乳素受體結(jié)合激活JAK2激酶并誘導(dǎo)STAT5磷酸化，磷酸化的STAT5以二聚體形式轉(zhuǎn)移至細(xì)胞核內(nèi)與GAS元件結(jié)合，誘導(dǎo)ELF5和細(xì)胞信號(hào)抑制因子(SOCSl、SOCS2)的轉(zhuǎn)錄和乳蛋白的合成。ELF5也是STAT5的上游信號(hào)分子，與STAT5的啟動(dòng)子結(jié)合調(diào)節(jié)其活性。M.N．Le等發(fā)現(xiàn)胰島素與胰島素受體結(jié)合也能激活STAT5，胞內(nèi)高濃度的STAT5有助于胰島素受體(IR)激酶和JAK激酶對(duì)STAT5直接磷酸化。K.K.Menzies等研究發(fā)現(xiàn)在催乳素和氫化可的松共同作用基礎(chǔ)上，外源添加胰島素顯著上調(diào)小鼠乳腺外植體中STAT5A-mRNA的表達(dá)。研究表明，IFP激素處理組mRNA表達(dá)量最高，顯著高于NH和FP組，這與前人的研究結(jié)果一致，表明胰島素作為信號(hào)分子誘導(dǎo)STATSB的轉(zhuǎn)錄。JAK2-STAT5通路中，JAK2通過相互磷酸化作用激活催乳素受體并磷酸化STAT5，使磷酸化的STAT5發(fā)揮轉(zhuǎn)錄因子的作用。本研究中，胰島素、催乳素和氫化可的松對(duì)JAK2的轉(zhuǎn)錄水平無顯著影響，3種催乳激素對(duì)JAK2-STAT5通路的激活作用可能與JAK2的轉(zhuǎn)錄水平無關(guān)，而與JAK2的自身磷酸化能力相關(guān)。K.K.Menzies等和J．Harris等發(fā)現(xiàn)ELF5調(diào)節(jié)小鼠乳腺組織中乳蛋白基因的轉(zhuǎn)錄，K.K.Menzies等研究發(fā)現(xiàn)胰島素顯著上調(diào)奶牛乳腺外植體中ELF5的表達(dá)水平。本研究中，催乳素和氫化可的松作用基礎(chǔ)上，外源添加胰島素顯著促進(jìn)了ELF5、CSN2和CSN3 mRNA的表達(dá)，表明ELF5可能是調(diào)節(jié)奶牛乳腺上皮細(xì)胞乳蛋白基因表達(dá)的重要轉(zhuǎn)錄因子。
P13K／Akt信號(hào)通路對(duì)泌乳起重要調(diào)節(jié)作用，P13K/Akt作為mTOR的上游分子，磷酸化roTOR下游的2個(gè)底物(EIF4EBP和RPS6K)，使前者失活、后者被激活。活化的mTOR使真核細(xì)胞翻譯起始因子eIF4E從4E-BPI上釋放。eIF4E是真核細(xì)胞翻譯起始的核心成分，通過與作為信號(hào)分子，通過激活P13K／Akt／mTOR通路影響乳腺上皮細(xì)胞乳蛋白基因的表達(dá)；催乳素和氫化可的松作用基礎(chǔ)上，外源添加胰島素對(duì)RPS6K1、EIF4EBPl和EIF4EBP2的轉(zhuǎn)錄水平無顯著影響，提示胰島素通過P13K/Akt/mTOR通路影響乳蛋白基因轉(zhuǎn)錄和翻譯起始的作用可能與RPS6K1、EJF4EBPl和EIF4EBP2的轉(zhuǎn)錄水平無關(guān)，與RPS6K1的自身磷酸化能力和EIF4EBP的主要磷酸化酶效率相關(guān)。
AMPK是哺乳動(dòng)物細(xì)胞中高度保守的蛋白，活化的AMPK磷酸化結(jié)節(jié)性硬化復(fù)合物(TSCl／TSC2)，TSC復(fù)合物抑制小GTP酶Rheb(Ras homolog enriched in brain)，而后者是mTOR活化所必需的刺激蛋白。M．H．Rider報(bào)道了胰島素通過Akt刺激AMPK Ser485/491位點(diǎn)的磷酸化，抑制AMPK的活性。黃德強(qiáng)等研究發(fā)現(xiàn)胰島素能增加AMPK Thrl72的磷酸化，但并不伴有AMPK活性的增加。劉微等報(bào)道了提高RHEB的表達(dá)水平可以過度激活mTORCl的活性。研究中，催乳素、氫化可的松和胰島素對(duì)AMPK信號(hào)通路中TSCl、TSC2和RHEB的轉(zhuǎn)錄水平均無顯著影響，提示催乳激素誘導(dǎo)乳蛋白合成的功能可能與TSCl、TSC2和RHEB的轉(zhuǎn)錄水平無關(guān)或關(guān)系較小。
β-酪蛋白和к-酪蛋白是牛乳中主要的2種酪蛋白，研究中，氫化可的松和催乳素作用下，外源添加胰島素可誘導(dǎo)更高水平的酪蛋白基因表達(dá)，這與K．K．Menzies等研究結(jié)果一致，提示胰島素作為一種重要的催乳激素，通過JAK2-STAT5和P13K／Akt／mTOR通路直接參與誘導(dǎo)奶牛乳腺上皮細(xì)胞乳蛋白基因的表達(dá)。
氫化可的松和催乳素作用基礎(chǔ)上，外源添加胰島素顯著上調(diào)體外培養(yǎng)奶牛乳腺上皮細(xì)胞酪蛋白基因CSN2和CSN3 mRNA的相對(duì)表達(dá)豐度；顯著上調(diào)脂合成相關(guān)基因ACACA、FASN和SREBPlmRNA的相對(duì)表達(dá)豐度；顯著上調(diào)JAK2-STAT5和P13K/Akt/mTOR信號(hào)通路中ELF5、P13K、AKTl和EIF4E mRNA的相對(duì)表達(dá)豐度。結(jié)果提示胰島素作為一種重要的催乳激素，通過JAK2-STAT5、P13K／Akt／mTOR和SREBP信號(hào)通路，與氫化可的松和催乳素共同調(diào)節(jié)體外培養(yǎng)奶牛乳腺上皮細(xì)胞乳蛋白合成相關(guān)基因mRNA的表達(dá)。
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