蛋白质组学视角：不同地区和养殖系统中的乳脂球膜蛋白差异

《Food Research International》：Proteomics perspective: differences in milk fat globule membrane proteins across regions and farming systems

乳脂球膜蛋白组动态及其与环境、耕作体系的关联性研究。通过质谱技术系统解析沙漠与非沙漠地区有机及常规耕作体系下荷斯坦牛乳脂球膜蛋白组，发现沙漠有机乳中存在独特的免疫增强特征，显著富集NET形成通路及IGH、MPO等关键防御蛋白上调。揭示了环境与耕作体系通过代谢调控重塑MFGM蛋白组的分子机制，为开发功能乳制品提供理论依据。

　　

焦文雅|钱文涛|王鹏杰|王梦辉|赵静茹|杨金辉|李洪亮|王毅

中国农业大学营养与健康系，北京先进食品营养与人类健康创新中心，北京100193，中国

摘要

牛奶脂肪球膜（MFGM）的蛋白质组对于牛奶的营养和功能特性至关重要，然而其在不同区域环境和养殖系统下的调控机制仍不清楚。本研究采用基于蛋白质组学的方法，系统分析了来自沙漠和非沙漠地区的荷斯坦奶牛在有机和非有机养殖系统下的MFGM蛋白质组。共鉴定出2121种MFGM蛋白质，其中每组有16到28种独特的蛋白质，表明区域和养殖系统对蛋白质具有特定的调控作用。值得注意的是，沙漠有机牛奶具有显著的免疫增强特性，这体现在中性粒细胞胞外陷阱形成途径的富集以及关键防御蛋白（包括IGH、MPO、H2A/B和CAMP）的显著上调。这些发现为理解区域环境和养殖系统如何重塑牛奶蛋白质的功能提供了新的分子层面的见解，为开发具有独特健康促进特性的乳制品提供了科学依据。

引言

牛奶脂肪球膜（MFGM）是一种三层膜结构，包裹着牛奶脂肪球，由脂质、蛋白质和碳水化合物组成（Huppertz等人，2024年）。在这些成分中，蛋白质作为MFGM的框架，在牛奶系统的稳定性和营养功能中起着关键作用。它们不仅参与牛奶脂肪球的合成、分泌和结构维持，还参与免疫调节、细胞信号传导和代谢过程（Zhao等人，2023年；Zhao等人，2024年）。随着消费者需求从基本营养转向健康促进功能，MFGM蛋白质的组成和功能已成为乳品科学研究的重点。主要的MFGM蛋白质包括黄嘌呤氧化酶（XO）、脂肪酸结合蛋白（FABP）、脂嗜蛋白（ADPH）、丁酰嗜蛋白（BTN）、分化簇36（CD36）、过碘酸雪夫糖蛋白6/7（PAS 6/7）、过碘酸雪夫糖蛋白III（PAS III）和黏蛋白1（MUC 1），这些蛋白质不仅增强了牛奶的乳化性和稳定性，还有助于肠道健康、病原体防御和神经发育（Hong等人，2021年；Xie等人，2025年）。此外，由MFGM蛋白质和磷脂形成的膜结构有助于保护脂肪球免受酶解和氧化损伤，从而保持乳制品的风味和保质期（Pradeilles等人，2023年）。 值得注意的是，MFGM蛋白质的组成是动态变化的，其谱型受多种因素调节，如奶牛品种、泌乳阶段和营养管理（Wang等人，2025年；Guan等人，2023年）。此外，饲养环境（包括地区气候、土壤和牧场质量）通过奶牛的新陈代谢和乳腺功能间接影响牛奶成分（Kasapidou等人，2023年；Schultz等人，2025年）。在多样的生态条件下，沙漠地区具有显著的日温差、强烈的太阳辐射和独特的植被组成等特点。这些特定的生态因素会诱导奶牛发生一系列代谢适应，可能改变牛奶成分的合成途径（Liang等人，2022年）。同时，不同的养殖系统也是调节牛奶成分的关键因素。研究表明，与非有机养殖相比，有机养殖系统通过减少抗生素使用和降低乳腺炎发病率来促进乳房健康，而更多的新鲜牧场资源则导致有机牛奶和传统牛奶在蛋白质含量和肽谱上的差异（Chen等人，2024年；Zhou等人，2025年）。尽管区域环境和养殖系统各自都对牛奶成分有影响，但关于它们对MFGM蛋白质组具体调控作用的直接证据仍然很少。高通量蛋白质组学技术以其系统性和高效性，为解析复杂的蛋白质系统（如MFGM蛋白质组）提供了全面可靠的分析方法。该技术能够全面识别和定量分析蛋白质，包括传统方法可能忽略的低丰度功能成分（Li等人，2025年）。结合生物信息学工具，可以实现对差异表达蛋白质（DEPs）的功能注释，并阐明其背后的调控机制（Chen等人，2025年）。 因此，本研究利用高通量蛋白质组学技术比较了不同区域环境和养殖系统下荷斯坦奶牛牛奶中的MFGM蛋白质组。目的是识别差异表达蛋白质（DEPs），并进行功能注释和KEGG富集分析，以阐明其背后的调控机制。这些发现为理解奶牛牛奶中MFGM蛋白质质量变化的机制提供了分子层面的证据，并为优化特定地区的乳品养殖实践和提高牛奶的功能质量提供了理论支持。

材料与试剂

Majorbio微蛋白试剂盒购自上海Majorbio生物制药技术有限公司。所有LC/MS级溶剂（包括水、乙腈、甲醇、甲酸和异丙醇）均从Fisher Chemical购买。

牛奶样本收集

本研究使用从中国内蒙古地区收集的荷斯坦奶牛牛奶样本来探讨地理区域和养殖系统对牛乳蛋白质组的影响。根据地区（沙漠与非沙漠）等因素，选择了四个具有代表性的农场。

MFGM蛋白质的鉴定

本研究采用基于Orbitrap Astral质量分析仪的DIA蛋白质组学技术，分析了不同地区有机和非有机养殖系统下荷斯坦奶牛的MFGM蛋白质组。共鉴定出2121种MFGM蛋白质，各组的蛋白质数量分别为：D-O组2060种，D-NO组2049种，ND-O组2054种，ND-NO组2060种。与以往的研究相比，本研究中鉴定出的蛋白质数量较多。

结论

本蛋白质组学研究表明，沙漠环境和养殖系统特异性地重塑了MFGM蛋白质组。沙漠有机牛奶表现出独特的先天免疫增强特性，表现为NETosis途径的显著富集以及关键防御蛋白（如IGH、MPO、CAMP）的协同上调。这些结果为非遗传因素如何调节特定蛋白质表达和途径活性从而塑造牛奶的功能特性提供了分子层面的见解。

作者贡献声明

焦文雅：撰写初稿，进行正式分析。 钱文涛：监督，概念构思。 王鹏杰：监督，资源提供。 王梦辉：监督，实验研究。 赵静茹：方法学设计，实验研究。 杨金辉：监督，方法学设计。 李洪亮：结果验证，资源提供。 王毅：撰写修订稿，数据整理。

未引用参考文献

Wang等人，2025年

利益冲突声明

作者声明没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文的研究结果。

致谢

本研究得到了中央政府引导地方科技发展资金 [资助编号：2024ZY0146]和中国乳业协会 [资助编号：CDIAKCJJ-MN-2025-006]的支持。