梁 杰，耿曉暉,*，劉延平，殷臣胤

（1.北京向中生物技術(shù)有限公司，北京 100084；2.陜西省延安市安塞區(qū)高橋畜牧獸醫(yī)站，陜西 延安 717401）

牛乳除了富含人體日常所需的營養(yǎng)物質(zhì)外，還含有眾多生物活性成分，如乳鐵蛋白、生長因子等。市場上的牛乳產(chǎn)品主要來自荷斯坦牛，荷斯坦牛因其外觀上的特點(diǎn)，亦被稱為黑白花牛。荷斯坦牛牛乳主要由水、脂肪、蛋白質(zhì)、乳糖及無機(jī)鹽等成分組成，其中水的比例最高，約占87%，脂肪3.5%～4.2%、乳糖4.6%～4.8%、蛋白質(zhì)2.8%～3.4%、無機(jī)鹽0.7%左右。其中最受關(guān)注的營養(yǎng)指標(biāo)是蛋白質(zhì)，牛乳蛋白質(zhì)由酪蛋白和乳清蛋白兩大部分組成。酪蛋白約占總蛋白質(zhì)含量的80%，其為白色、無味的兩性分子，即含有親水層和疏水層，可在牛乳纖維蛋白酶的作用下分解成γ1-、γ2-和γ3-酪蛋白。牛乳中的酪蛋白含有幾乎全部的必需氨基酸，并且含有大量的脯氨酸，在促進(jìn)新生兒的骨骼發(fā)育、礦物質(zhì)元素吸收等方面具有重要的營養(yǎng)價值。酪蛋白由于其空間結(jié)構(gòu)和氨基酸的差異而存在多種變體，主要包括4 種：αS1-酪蛋白、αS2-酪蛋白、β-酪蛋白和κ-酪蛋白[1-2]。

1β-酪蛋白概述

牛乳中β-酪蛋白的含量僅次于αS1-酪蛋白，具有較強(qiáng)的疏水性，可與磷酸鈣形成穩(wěn)定的微膠粒，從而提高牛乳中的鈣磷含量。牛乳β-酪蛋白由209 個氨基酸組成，其信號肽由15 個氨基酸組成，因此其前體蛋白有224 個氨基酸?？刂痞?酪蛋白產(chǎn)生的基因是CSN2基因，位于6號染色體，長8 693 bp，有9 個外顯子和8 個內(nèi)含子，該基因是酪蛋白基因家族的一員，其與水牛、山羊、家豬、小鼠、人等其他哺乳動物的基因序列有著較高的一致性，但在氨基酸組成上存在差異。此外，國外還有過CSN2基因與生產(chǎn)性狀存在一定關(guān)聯(lián)性的相關(guān)報道：Visker等[3]研究發(fā)現(xiàn)，荷斯坦牛的CSN2基因與控制產(chǎn)生α-酪蛋白、κ-酪蛋白等的基因多態(tài)性共同影響牛乳產(chǎn)量和牛乳成分；Olenski等[4]通過線性混合模型分析CSN2基因的A1、A2變型及一個新的單核苷酸多態(tài)性（single nucleotide polymorphism，SNP）與生產(chǎn)性狀育種值之間的關(guān)系時，發(fā)現(xiàn)A2等位基因?qū)?yīng)較高的牛乳產(chǎn)量和牛乳蛋白產(chǎn)量育種值，新發(fā)現(xiàn)的SNP的C堿基對應(yīng)較高的乳脂產(chǎn)量育種值；Gustavsson等[5]研究瑞士紅牛、丹麥荷斯坦牛等酪蛋白基因變異對牛乳的影響時發(fā)現(xiàn)，高頻率的αS1-β-κ-酪蛋白復(fù)合基因型（BB/A1A2/AB）以及降低BB/A2A2/AA基因型的頻率，可能對牛乳的生產(chǎn)性能（如奶酪加工等）產(chǎn)生正面影響。

2β-酪蛋白的基因分型

牛乳β-酪蛋白有眾多變型體，目前共發(fā)現(xiàn)13 種分型，包括A1、A2、A3、A4、B、C、D、E、F、G、H1、H2及I型（表1）[6]。需要注意的是，A4型只在韓國本土發(fā)現(xiàn)，對其存在還有待進(jìn)一步確認(rèn)。在這些變型體中，最常見的是A1型和A2型，它們是一對共顯性的等位基因，其次為B型，其他類型均較少見。不同變型體多由氨基酸的替換造成，在研究各種分型時，一般以A2型作為基本型，比較其他類型與A2型的差異。A1型β-酪蛋白是A2型β-酪蛋白氨基酸鏈上67位發(fā)生Pro→His替換，A3型是106位發(fā)生His→Gln替換，B型是67位上發(fā)生Pro→His替換、122位Ser→Arg，C型是在35、37、67位上分別發(fā)生SerP→Ser、Glu→Lys、Pro→His，D型是18位上SerP→Lys，E型是36位上Glu→Lys，F(xiàn)型是在67和152位上分別發(fā)生Pro→His和Pro→Leu，G型是在67和137或138位上分別發(fā)生Pro→His和Pro→Leu，H1型是在25和88位上分別發(fā)生Arg→Cys和Leu→Ile，H2型是72位上發(fā)生Gln→Glu、93位上發(fā)生Met→Leu、114位與169位間的Gln替換為Glu，I型是93位上發(fā)生Met→Leu。

表1 β-酪蛋白各分型的氨基酸序列變化[6] Table 1 Positions and amino acid sequence differences in genetic variants of β-CN[6]

2.1 β-酪蛋白的分型方法

目前，針對β-酪蛋白分型的檢測主要有2 種方式，一種是直接檢測牛乳中β-酪蛋白的種類，另一種是檢測牛乳來源牛的基因型。直接檢測β-酪蛋白種類的常見方法有液相色譜法[7]和等電聚焦電泳法[8]。液相色譜法是根據(jù)蛋白質(zhì)、脂類間具有不同的吸附性、分配系數(shù)及親和力等特點(diǎn)，對不同蛋白質(zhì)進(jìn)行分離然后測定。等電聚焦電泳法是根據(jù)不同種類蛋白質(zhì)具有不同的等電點(diǎn)，其在電泳中會聚集到相應(yīng)的不同位置，從而進(jìn)行分離和鑒定。但直接檢測β-酪蛋白這一方法在檢測某些基因型時存在較難分離的情況，因此直接驗(yàn)證奶牛的基因型在實(shí)際中應(yīng)用更加廣泛，而且對生產(chǎn)者而言更加方便。從DNA水平區(qū)分基因型的方法有酶切法、測序法、探針法及質(zhì)譜法等[9-11]?；驒z測較蛋白檢測具有可大批量操作、成本較低等優(yōu)點(diǎn)，能夠幫助生產(chǎn)者更便捷地對牛群進(jìn)行篩分。此外，商業(yè)公牛所提供的遺傳信息已包含β-酪蛋白的分型，如果產(chǎn)奶牛父母雙方的系譜清晰，根據(jù)遺傳定律可對其基因型進(jìn)行推測。

2.2 β-酪蛋白等位基因的基因頻率

β-酪蛋白各個分型相應(yīng)的基因頻率因奶牛品種、地區(qū)的不同存在顯著差異，但A1型和A2型始終占據(jù)絕對優(yōu)勢，其他分型占比較小。例如，在墨西哥，娟珊牛牛乳β-酪蛋白的A2型基因占主導(dǎo)地位，其基因頻率高達(dá)0.71，A1型β-酪蛋白的基因頻率只有0.19、A3型為0.05、B型為0.04、C型為0.01[12]。在德國進(jìn)行的一項(xiàng)研究中發(fā)現(xiàn)，娟珊牛A1型β-酪蛋白的基因頻率為0.09，A2型為0.72，B型為0.19，瑞士褐牛A1型、A2型、B型β-酪蛋白的基因頻率分別為0.11、0.71和0.17，西門塔爾牛A1型和A2型β-酪蛋白的基因頻率分別為0.34和0.57，荷斯坦牛A1型、A2型、B型β-酪蛋白的基因頻率分別為0.47、0.50和0.03[13]。巴西的瑞士褐牛、瘤牛中A2型β-酪蛋白的基因頻率分別為0.96和0.93[14]，而荷斯坦牛的A1型、A2型β-酪蛋白基因頻率均為0.50[15]；在波蘭，荷斯坦牛乳中A1型β-酪蛋白的基因頻率為0.35，A2型為0.65[16]。而在荷蘭的一項(xiàng)研究中，荷斯坦牛乳中A1型、A2型β-酪蛋白的基因頻率分別為0.29和0.69，B型和A3型僅為0.02和0.001，相較于1989年的牛群，A2型β-酪蛋白的基因頻率有所增高[17]。

3β-酪蛋白分型與人體健康

牛乳β-酪蛋白有眾多分型，但與人類健康相關(guān)的研究主要針對A1型和A2型，其他分型罕有報道，這與A1、A2型在數(shù)量上占據(jù)絕對優(yōu)勢有關(guān)。由于組氨酸替代了原本的脯氨酸（表1），使得A1型β-酪蛋白在人體內(nèi)消化時會產(chǎn)生一種具有生物活性的小肽，即β-酪啡肽-7（β-casomorphin-7，BCM7）[8,18]。雖然Cieslinska[19]、Ul Haq[20]等的研究表明，A2型β-酪蛋白也會產(chǎn)生BCM7，但其濃度遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于A1型β-酪蛋白產(chǎn)生的BCM7[21]。而動物實(shí)驗(yàn)也證明，由A1型β-酪蛋白產(chǎn)生的BCM7具有生理效應(yīng)，雖然其生理作用還未完全明確，但仍然被許多研究者認(rèn)為其與一些疾病的發(fā)生有關(guān)聯(lián)，因此認(rèn)為牛乳中A2型β-酪蛋白相較于A1型β-酪蛋白更加安全和健康。

3.1 β-酪蛋白與1型糖尿病

1型糖尿病是常見的兒童慢性疾病之一，該病是由自體免疫系統(tǒng)對產(chǎn)生胰島素的胰腺胰島β細(xì)胞造成破壞引起的，醫(yī)學(xué)上普遍認(rèn)為環(huán)境因素是主要誘因。鑒于牛乳在兒童中較高的食用比例，有研究將焦點(diǎn)放在牛乳與1型糖尿病的相關(guān)性上，研究人員試圖通過分析多個國家1型糖尿病的發(fā)病情況和牛乳的消費(fèi)情況，來確定牛乳能否誘發(fā)1型糖尿病，在這些研究中，既有肯定的結(jié)果[22-24]，但也存在與之相反的結(jié)論[25-26]。在認(rèn)為牛乳可以引發(fā)1型糖尿病的研究中，有部分研究人員認(rèn)為，A1型β-酪蛋白可能是引發(fā)1型糖尿病的關(guān)鍵因素，他們發(fā)現(xiàn)A1型β-酪蛋白的消耗量與1型糖尿病的發(fā)病情況具有相關(guān)性，并且這種相關(guān)性強(qiáng)于1型糖尿病的發(fā)病情況與牛乳消費(fèi)的相關(guān)性[22,27-28]。Elliott等[29]在相關(guān)的動物實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，飼喂添加A1型β-酪蛋白飼料的小鼠，其1型糖尿病發(fā)病率要高于飼喂添加A2型β-酪蛋白飼料的小鼠，但目前，在臨床上還沒有相關(guān)研究表明A1、A2型β-酪蛋白對1型糖尿病存在影響。Elliott等[30]的另一項(xiàng)研究認(rèn)為，BCM7是A1型β-酪蛋白引發(fā)1型糖尿病的元兇，但還未見有關(guān)BCM7在人體內(nèi)作用的相關(guān)報道，暫無法證明其與1型糖尿病存在直接的相關(guān)性。Vaarala[31]、Bosi[32]等的研究認(rèn)為，A1型β-酪蛋白可能與腸道菌群異常、腸道通透性異常和腸道免疫系統(tǒng)異常有關(guān)，從而誘發(fā)1型糖尿病，這一說法同樣有待進(jìn)一步驗(yàn)證。

3.2 牛乳不耐受

有部分人長期受到牛乳不耐受的困擾，這些人飲用牛乳后會出現(xiàn)腹部不適的癥狀，只能遠(yuǎn)離牛乳產(chǎn)品。大部分研究者認(rèn)為，這種情況是由于身體中缺乏乳糖酶，導(dǎo)致自身乳糖代謝障礙，使得人體對牛乳有不良反應(yīng)，但事實(shí)上缺乏乳糖酶引發(fā)的牛乳不耐受并不是唯一的情況，有些人并不存在乳糖吸收不良的情況，但仍然對牛乳不耐受[33]，這種情況可能是牛乳蛋白過敏引起的。而牛乳蛋白中占比最高的酪蛋白又是牛乳中的主要過敏原，因此一些針對牛乳不耐受進(jìn)行研究的研究人員將目光聚集到酪蛋白，Pal[34]、Rangel[15]、Sun Jianqin[35]等的多項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)，在A1、A2型β-酪蛋白的對比實(shí)驗(yàn)中，A2型β-酪蛋白未引起相關(guān)的牛乳不耐受，因此認(rèn)為，A1型β-酪蛋白和BCM7是引起牛乳蛋白過敏的重要因素。Barnett等[36]在大鼠實(shí)驗(yàn)中證明A1型β-酪蛋白會延緩腸道運(yùn)動，從而影響大鼠的腸胃功能。在Ul Haq[20]、Crowley[37]等的動物實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，A1型β-酪蛋白和BCM7會導(dǎo)致炎癥標(biāo)志物的增加，可能會促發(fā)炎癥，作為對比的A2型β-酪蛋白則沒有產(chǎn)生相同的反應(yīng)。此外，Zoghbi等[38]的研究表明，BCM7還會參與腸道內(nèi)黏液的產(chǎn)生，產(chǎn)生的黏液過多時可能會破壞胃腸功能。這些研究雖然可以作為A1型β-酪蛋白和BCM7引發(fā)牛乳不耐受的佐證，但目前還未找到A1型β-酪蛋白和BCM7影響腸胃的機(jī)理，還缺乏更強(qiáng)有力、更直接的證據(jù)來證實(shí)A1型β-酪蛋白與牛乳不耐受的關(guān)系。

3.3 β-酪蛋白與谷胱甘肽

谷胱甘肽（glutathione，GSH）是人體內(nèi)一種重要的抗氧化劑，對于調(diào)節(jié)人體內(nèi)的氧化還原狀態(tài)、保持機(jī)體免疫功能正常、廣譜解毒、抗氧化和一些疾病的預(yù)防具有重要作用。Yao[39]、Gawryluk[40]等認(rèn)為，GSH在體內(nèi)的水平與神經(jīng)發(fā)育、某些神經(jīng)性疾病和心理障礙有關(guān)。Trivedi等[41]開展的一項(xiàng)體外實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，源于牛乳的BCM7可以影響GSH的濃度，并影響神經(jīng)干細(xì)胞的分化和生長。Deth等[42]的一項(xiàng)臨床實(shí)驗(yàn)也表明，A1型β-酪蛋白產(chǎn)生的BCM7可以影響人體內(nèi)GSH的濃度，僅含有A2型β-酪蛋白而不含有A1型β-酪蛋白的牛乳可能促進(jìn)人體內(nèi)GSH的產(chǎn)生，說明BCM7可能是GSH的潛在調(diào)節(jié)劑，而飲用含有A1型β-酪蛋白的牛乳后，體內(nèi)GSH的濃度雖然也有增加，但與飲用只含有A2型β-酪蛋白的牛乳相比，后者的增幅更大，A1型β-酪蛋白的存在可能減少了GSH的產(chǎn)生。

4 結(jié) 語

β-酪蛋白作為牛乳中的重要組成部分，其含有人體所必需的8 種氨基酸，有著較高的營養(yǎng)價值，而其顯著的多態(tài)性對于牛乳的成分、品質(zhì)及生產(chǎn)性能等具有重要影響，因而對其的研究具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。近些年，國內(nèi)外針對β-酪蛋白的研究逐漸增多，目前對于β-酪蛋白與人類健康的相關(guān)研究主要集中在A1和A2 2 種類型的β-酪蛋白上。雖然學(xué)者們就A1、A2型β-酪蛋白對人類健康的作用還存在爭議，但A2型β-酪蛋白作為一種更接近人乳中β-酪蛋白的存在，在現(xiàn)今崇尚原始與自然的風(fēng)尚中，A2牛乳仍是一種不錯的選擇。而對于牛乳不耐受的患者和對攝入A1型β-酪蛋白心存顧慮的消費(fèi)者來說，飲用A2牛乳也是一個有益的嘗試。

雖然現(xiàn)階段的研究還不充分，仍然存在諸多問題，但隨著研究的逐步深入，對于β-酪蛋白會有更加全面的認(rèn)識，為整個乳品業(yè)發(fā)展提供更多的理論依據(jù)。