从脂质组学的角度对沙漠地区牛奶中特征性脂质组的差异进行分析

《Food Bioscience》：Differential analysis of the characteristic lipidome in bovine milk from desert regions from a lipidomics perspective

　　

乔文雅|钱文涛|范旭辉|王鹏杰|任发正|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，北京食品营养与人类健康高级创新中心，北京，100193，中国

摘要

本研究利用脂质组学技术系统地分析了沙漠地区牛奶的独特脂质谱特征。通过比较沙漠地区和非沙漠地区的牛奶样本，共鉴定出34种脂质亚类和845种脂质分子。分析结果显示，沙漠地区和非沙漠地区的牛奶脂质谱存在显著差异。在有机农业系统中，沙漠牛奶中有46种脂质显著上调，29种脂质下调；而在传统农业系统中，有127种脂质上调，86种脂质下调。此外，研究还确定了10种与沙漠产奶地区相关的潜在脂质生物标志物，包括具有潜在神经保护作用的特定磷脂分子和与应激反应相关的鞘脂。代谢途径分析表明，沙漠地区和非沙漠地区之间的差异性脂质主要参与甘油磷脂代谢和逆向内源性大麻素信号传导。这些发现为沙漠产奶地区的地理标志认证和来源追溯提供了科学依据，并可能有助于开发具有区域特定营养特性的功能性乳制品。

引言

牛奶是一种营养全面的天然食品，是高质量蛋白质、钙和维生素的重要膳食来源（Lily等人，2021年）。它为所有年龄段的人提供必需的营养，并在生长发育和骨骼健康中发挥重要作用（Rumbold等人，2021年）。牛奶中的脂质是决定乳制品质量和功能的核心成分。它们影响风味、质地和加工特性，并富含与心血管健康和神经系统发育相关的极性脂质、鞘脂和功能性脂肪酸（Wei等人，2022年）。因此，牛奶脂质已成为乳品营养和功能研究的重要焦点。

牛奶脂质谱的形成受多种因素的共同调控，包括遗传背景、养殖方式和地理环境。气候、土壤条件和生态压力可能会改变奶牛的新陈代谢和乳腺功能，从而影响牛奶的脂质组成。先前的研究表明，与低海拔地区的牛奶相比，高海拔地区生产的牛奶脂肪含量显著更高，日产量较低（Qian等人，2024年；Pathak等人，2021年）。中国不同地区的牛奶中脂肪酸、α-乳白蛋白和乳铁蛋白也存在区域差异（Zou等人，2024年）。此外，温度和季节变化也会影响奶牛的新陈代谢和牛奶组成。夏季和秋季的血清脂肪酸谱有所不同，环境温度与牛奶产量和脂肪含量呈负相关（Roman等人，2021年；Mylostyvyi，2019年）。温度、湿度和气候压力可能通过改变饲料摄入、能量代谢、氧化还原平衡和内分泌调节进一步影响脂质的合成和分泌（Rashid等人，2024年；Ungureanu-Iuga等人，2024年）。这些发现表明环境因素是牛奶组成和区域差异的重要驱动因素。

近年来，随着“沙漠绿洲”农业系统的发展，沙漠地区的牛奶受到了越来越多的关注。与传统乳品生产区相比，沙漠地区在生态背景上存在差异，包括干旱程度、地形、植被覆盖和农业资源条件等，这些因素可能共同导致了牛奶组成的区域差异（Gaughan等人，2023年；Li等人，2025年；Antoine等人，2021年）。因此，这些环境差异可能导致沙漠牛奶具有独特的脂质谱和潜在的功能特性。尽管关于地理环境对牛奶脂质影响的研究较多，但大多数现有研究集中在高海拔地区、寒冷地区或不同气候带（Anzhany等人，2021年；Khastayeva等人，2019年；Moore等人，2024年）。相比之下，沙漠地区的生产环境涉及多种生态差异，这些差异可能以不同于其他地区的方式影响奶牛的新陈代谢和牛奶脂质的形成。然而，目前尚不清楚沙漠环境是否赋予牛奶稳定且可识别的脂质特征。此外，基于脂质组学的研究在系统分析沙漠牛奶、鉴定生物标志物和分析相关代谢途径方面仍较为有限。填补这一空白可能为沙漠牛奶的区域特性和追溯性提供分子证据，并有助于评估其潜在的营养和功能价值，特别是在极性脂质、鞘脂和功能性脂肪酸方面（Wei等人，2022年）。

基于此，本研究利用脂质组学技术系统地比较了沙漠地区和非沙漠地区的牛奶。研究目的包括：（1）确定牛奶的脂质组成；（2）比较两组的脂质谱；（3）鉴定用于地理追溯的潜在脂质生物标志物；（4）探索相关的代谢途径。预期这些发现将为沙漠地区牛奶的地理认证提供脂质组学证据，并有助于评估区域特定的乳品资源及其潜在的营养和功能价值。

章节片段

材料与化学品

HPLC级甲醇和乙腈（ACN）购自Fischer Chemical（上海，中国）。HPLC级甲酸（FA）购自Amperexperiment Technology（上海，中国）。HPLC级2-丙醇购自Merck KGaA（达姆施塔特，德国）。HPLC级甲基叔丁基醚（MTBE）购自Adamas-beta（上海，中国）。LC-MS级醋酸铵购自Sigma-Aldrich（圣路易斯，密苏里州，美国）。

牛奶样本采集

所有样本均来自

分析方法验证

牛奶样本通过色谱分离后进行质谱分析。正负离子模式下的总离子色谱图（TICs）分别显示在图S1A和S1B中。色谱峰形状良好，分布均匀，表明分离性能良好且脂质覆盖范围广（Wang等人，2023年）。使用质控样本进一步评估了方法的稳定性。如图S2A和S2B所示，内部

结论

在有机农业系统和传统农业系统中，沙漠地区和非沙漠地区的牛奶脂质组学特征存在显著差异。在34种脂质亚类中鉴定出的845种脂质中，分别有75种和127种差异性脂质在两个地区之间被检测到，并有10种脂质被筛选为与沙漠牛奶相关的潜在生物标志物。这些变化主要与甘油磷脂代谢和脂质重塑有关。然而，需要进一步验证

CRediT作者贡献声明

乔文雅：撰写——初稿，方法学，正式分析。钱文涛：方法学，概念构思。范旭辉：方法学，数据管理。赵静茹：研究，数据管理。杨金辉：研究，数据管理。李洪亮：资源，项目管理。王毅：监督，项目管理。王鹏杰：监督，概念构思。任发正：监督，概念构思。王梦辉：研究，数据管理

Han等人，2024年；Lily和Mulumebet，2021年；Matyash等人，2008年；Meyya等人，2024年；Mujaj等人，2024年；Mylostyvyi和Chernenko，2019年；Zhang等人，2025年；Zhao等人，2022年；Zou等人，2025年。

本研究的作者均无需要披露的相关利益冲突。

? 作者声明他们没有已知的可能会影响本文所述工作的财务利益或个人关系。

致谢

本研究得到了中央政府引导地方 科学技术发展基金[资助编号 2024ZY0146]和中国乳业协会[资助编号 CDIAKCJJ-MN-2025-006]的支持。