《The Journal of Nutritional Biochemistry》：L-Theanine Activates the mTOR Signaling Pathway through TAS1R1-FRMD6 To Promote Milk Synthesis in Bovine Mammary Epithelial Cells
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周谢晨 | 孙明亮 | 江乃远 | 程杰 | 李峰 | 王家欣 | 郭文? | 刘聚雄 | 曹宇 | 傅守鹏
中国吉林省长春市吉林大学动物医学院人畜共患病研究所、教育部人畜共患病重点实验室、严重人畜共患病诊断与治疗国家重点实验室，邮编130062
摘要
L-茶氨酸（LT）是一
周谢晨 | 孙明亮 | 江乃远 | 程杰 | 李峰 | 王家欣 | 郭文? | 刘聚雄 | 曹宇 | 傅守鹏
中国吉林省长春市吉林大学动物医学院人畜共患病研究所、教育部人畜共患病重点实验室、严重人畜共患病诊断与治疗国家重点实验室，邮编130062
摘要
L-茶氨酸（LT）是一种存在于茶叶中的特征性氨基酸，具有多种生物活性，包括抗氧化、促进生长和增强免疫作用，并被广泛用于补充剂中。然而，LT在奶牛乳汁合成中的作用机制尚不清楚。本研究旨在阐明LT对乳汁合成的影响及其在原代牛乳腺上皮细胞（BMECs）中的潜在分子机制。我们分离出原代BMECs，并通过过表达和敲低TAS1R1、含有FERM结构域6的FRMD6以及mTOR蛋白来研究LT的作用（剂量为100 μM）。结果表明，100 μM的LT显著促进了BMECs的增殖以及乳蛋白和乳脂的合成。敲低其受体TAS1R1会逆转LT的这些促进作用。转录组测序分析显示FRMD6是介导LT诱导的BMECs增殖和乳汁合成的关键靶基因。进一步机制研究表明，LT增强了FRMD6与mTOR之间的相互作用，促使mTOR从细胞质转移到溶酶体表面，从而激活mTORC1信号通路，最终促进乳汁合成。在奶牛上的临床实验表明，经过 rumen-保护的LT可以显著提高泌乳中期奶牛的产奶量并改善乳质。总之，我们的研究为LT作为潜在的功能性饲料添加剂以促进乳汁合成提供了强有力的临床前证据。
引言
对于新生儿哺乳动物来说，乳汁是营养和能量的主要来源，对其生存、生长和整体发育至关重要[1]。乳汁因其丰富的营养成分和高生物价值而受到重视，也被视为理想的食品储备原料[2]。其中，乳脂和蛋白质是关键成分，对乳汁及其衍生产品的质量具有决定性影响[3]。因此，增加这些宏量营养素的浓度有利于幼崽的健康发育，同时提升乳制品的营养价值和市场竞争力[4]。泌乳是产生和分泌乳汁的完整过程，包括乳腺发育、乳汁分泌的启动以及分泌的维持。在奶牛中，乳腺上皮细胞（MECs）是乳腺内唯一负责乳汁合成的细胞[5]。因此，深入研究MECs的生理学特性和泌乳的分子机制可以为提高奶牛的产奶效率和质量提供理论基础和实践策略[5]。
奶牛的泌乳是一个复杂的生理过程，由多种激素信号共同调控[6]。除了内分泌控制外，其成功建立和维持还依赖于环境刺激、营养状况和内源性基因表达模式的精细调节，以确保整个泌乳周期内乳腺功能的稳定性和乳产量的一致性[7]。其中，血液中的氨基酸和脂肪酸是关键因素，它们被主动运输到MECs中[8]。在这些细胞中，这些分子具有双重作用：既是乳蛋白和脂质合成的基本前体，也是调节这些合成途径的信号分子[9]。这种调节能力体现在营养素与MECs表面的G蛋白偶联受体结合，从而触发细胞内信号传导级联反应，最终促进关键乳成分的生成[10]。尽管大量研究揭示了某些营养素对乳汁合成的调控作用，但许多其他膳食成分在调节泌乳过程中的具体作用仍不明确。进一步阐明这些较少被研究的营养素的作用机制可能对优化乳品管理和提高生产效率具有重要意义[11]。
氨基酸是动物生理学中的必需营养素[11]。它们不仅是蛋白质合成的基本构建单位，还在体内发挥多种关键的生理调节作用[12]。因此，在现代动物营养学中，氨基酸被广泛用作饲料添加剂[13]。通过精确地向饲料中添加特定氨基酸，可以弥补传统饲料原料的不足，平衡饮食中的氨基酸平衡，从而显著提高饲料利用效率，促进动物生长，改善肉质，增加产奶量，并增强动物的健康和抗病能力[14]。除了作为蛋白质合成的基础外，某些功能性氨基酸还参与调节新陈代谢、免疫反应和神经内分泌系统等[15]。在具有特殊功能的氨基酸中，主要来自茶叶的L-茶氨酸作为新型功能性饲料添加剂越来越受到关注[16]。现有研究表明，LT可以改善家禽的生长性能[17]。同时，由于LT在结构上类似于参与细胞代谢关键环节的谷氨酸，它可以直接调节细胞的合成代谢[18]。然而，由于L-茶氨酸在泌乳中的具体作用尚不明确，本研究选择使用BMECs作为模型来探究其对乳汁合成的影响及其潜在的分子机制。
章节摘要
化学试剂
LT购自TargetMol；BODIPY 493/503购自Thermo Fisher Scientific；Tiazol购自Yeasen Biotechnology；催乳素和氢化可的松购自Sigma；雷帕霉素（RAPA，SJ-MA0031）购自Sparkjade；DAPI购自Servicebio；胰岛素（牛胰腺来源，II1910）购自Solarbio。
Rumen-保护型L-茶氨酸的制备和性质
本研究中使用的Rumen-保护型L-茶氨酸（干物质含量：96.0%；L-茶氨酸含量：45.0%，以干物质计）
L-茶氨酸促进BMECs的增殖
为了研究LT对乳汁合成的影响，首先评估了其对BMECs增殖的影响，考虑到细胞分裂与泌乳潜力之间的关联。成功分离出原代BMECs，并通过Cytokeratin 18（CK18）表达分析确认了其上皮细胞身份（图1A）。随后，将这些细胞用不同浓度的LT（0、25、50、100、200和400 μM）处理，以评估剂量依赖性效应
讨论
本研究显示，LT通过依赖TAS1R1的机制刺激BMECs的增殖和乳汁成分（脂肪和蛋白质）的合成，这一过程关键依赖于mTOR信号通路的激活。进一步研究表明，FRMD6是该信号级联中的新型LT响应中介靶点，正向调节这些关键细胞功能。机制研究揭示了LT促进了FRMD6与mTOR之间的相互作用
资助
本研究得到了中国国家自然科学基金（项目编号32202766）和吉林省科学技术发展计划（项目编号20220101302JC）的支持。
作者贡献
曹宇设计了实验。周谢晨、王家欣、曹宇、李峰、程杰、郭文?、刘聚雄和傅守鹏实施了实验。江乃远负责奶牛的临床实验。曹宇和周谢晨分析了数据。孙明亮和曹宇撰写了论文。
CRediT作者贡献声明
周谢晨：撰写——初稿，监督，软件使用，资源协调，项目管理，实验设计，数据分析，概念构建。孙明亮：撰写——初稿。江乃远：实验设计。程杰：数据分析。李峰：数据分析。王家欣：资源协调。郭文?：监督。刘聚雄：方法设计，资金获取。曹宇：资源协调，审阅与编辑，资金获取。
