《2016年美国佛罗里达，第27届奶牛营养峰会》系列之四：
编导：
奶牛围产前期（产前21天）面临胎儿发育营养需求、合成高浓度初乳、采食量快速下降、调整圈舍分群、换料应激适应和产前一周能量负平衡以及产犊应激等等挑战。
奶牛围产后期（产后21天）又面临新的泌乳周期开始（新乳年/新学年）、采食量不足、能量负平衡、由于以上两个原因造成的各种产后营养代谢性疾病（脂肪肝/酮病、真胃移位、胎衣不下、子宫炎等）的高发和免疫力降低，进而造成产后60天淘汰率上升，发情延迟和配种受胎率下降等繁殖问题。
奶牛围产期（产前21天~产后21天）的诸多挑战都与奶牛产犊前后巨大的生理运行机制转换、能量代谢变化、营养自我调节更迭、饲料营养需求不同、牧场生产管理要求差异、奶牛自身繁衍生息规律与人类生产绩效（产奶量等）考核的冲突密切相关。围产期奶牛肝脏的葡萄糖异生作用则成为了这诸多诉求的聚焦点之一。
《2016年美国佛罗里达，第27届奶牛营养峰会》系列之一：“为什么当玉米价格便宜和奶价低时还要饲喂糖蜜？”中谈到了各种各样形式的糖：单糖（5碳糖—阿拉伯糖，核糖和木糖； 6碳糖—葡萄糖，果糖，半乳糖和甘露糖）、双糖（蔗糖、麦芽糖、乳糖）、三糖（棉子糖、麦芽三糖）、四糖（水苏糖）、多糖（果聚糖、半乳聚糖、果胶、纤维素、半纤维素、淀粉、糖醇类），最终几乎多数都在奶牛体内要转化为葡萄糖的形式为奶牛所用。那么，问题就来了，这些妆模作样的巨量的糖转化为葡萄糖的前驱物后是如何被调控变成葡萄糖进而被奶牛利用的？普渡大学动物科学系的最新研究成果让糖糖们进得了肝脏（葡萄糖异生作用），出得了乳房（产奶）！
围产期肝脏葡萄糖异生作用的控制
Shawn S. Donkin1
普渡大学动物科学系
巫立新译
主题 ：
* 引 言（1/5）
* 什么是葡萄糖异生作用？为什么它很重要？（1/5）
* 奶牛必需多少葡萄糖？（1/5）
* 葡萄糖异生作用的底物、主要控制点和过程（2/5）
* 基因表达和葡萄糖异生作用的控制（3/5）
* 围产期到产犊的丙酮酸酯羧化酶和饲料限制（3/5）
* 在肝脏代谢中丙酮酸酯羧化酶的另外角色（4/5）
* 牛的丙酸和PEPCK表达（4/5）
* 改善围产期奶牛葡萄糖经济性的策略（5/5）
* 摘要，小结和将来的方向（5/5）
（第二部分，2/5）
葡萄糖异生作用的底物、主要控制点和过程
在反刍动物葡萄糖合成的主要底物是乳酸、丙酸和氨基酸。来自脂肪组织的甘油也能在饲料限制和能量缺乏时贡献碳用于葡萄糖合成。丙酸贡献大约50%的碳用于葡萄糖异生作用，而乳酸和氨基酸各自贡献10-15%(Huntington,1990)。在妊娠后期采食量低迷时添加使用氨基酸对葡萄糖的合成可能非常重要(Bellet al., 2000)。
丙酮酸酯是一个常见的糖原异生作用途径乳酸、丙氨酸或其他糖原异生作用氨基酸的进入点。丙氨酸大约占反刍动物氨基酸氮净流入肝门静脉的24%(Reynoldset al.,1991)。牛肠系膜静脉注射丙氨酸回应肝葡萄糖输出增加的不足伴随着肝脏乳酸提取的降低(Reynoldset al., 1991)，表明一个通常的乳酸和丙氨酸代谢到葡萄糖的调节观点。
在葡萄糖异生作用期间，乳酸、丙氨酸和其他氨基酸形成丙酮酸酯被转运进入线粒体，丙酮酸酯羧化酶使丙酮酸酯羧化为草酰乙酸（PC；图2）。形成对比，丙酸是经由三羧酸循环（TCA）部分代谢为草酰乙酸。草酰乙酸能被磷酸烯醇丙酮酸羧基酶（PEPCK）代谢为磷酸烯醇丙酮酸（PEP），或在三羧酸循环（TCA）中发生代谢。接着，磷酸烯醇丙酮酸（PEP）碳能被代谢为葡萄糖或通过丙酮酸酯激酶（PK）再循环为丙酮酸酯。为了使乳酸碳被代谢为葡萄糖，贯穿PEPCK和PC的流量必须超过PK的流量，而丙酸碳的净流量只需要一个通过PEPCK相对于PK和PC更大的流量。
代谢的激素控制是由激素浓度的变化和组织对这种变化的回应能力决定的。葡萄糖产生的比率和利用率是由反刍动物的胰岛素、胰高血糖素和肾上腺糖皮质激素调节的(reviewedby Brockman, 1986)。血液胰岛素浓度对日粮(Jenny andPolan, 1975)、泌乳阶段(Herbeinet al., 1985)和发育状态的不同日粮(Breieret al., 1988)敏感。已经确认：发育阶段的不同肝细胞对胰岛素和胰高血糖素的反应十分敏感(Donkin andArmentano, 1993; Donkin and Armentano, 1995)。数据显示：反刍动物监督胰岛素和胰高血糖素直接调节葡萄糖异生作用，胰岛素与胰高血糖素的作用相反，注意PEPCK是主要的调节者。
葡萄糖异生作用的控制在非反刍动物主要出现了三个截然不同部分的糖原异生作用途径。首先透过如上所述PEPCK和PC的联合行动对抗PK的行动。这些反应引起PEP可能受影响进一步代谢为二羟丙酮磷酸酯（DHAP）或甘油-3磷酸酯（G3P），和成为醛缩酶形成果糖1，6，磷酸双酯的底物。与果糖1，6，磷酸双酯相对的反应是形成果糖-6-磷酸酯，磷酸果糖激酶-1形成果糖1，6，磷酸双酯分别决定于与葡萄糖异生作用相关的碳流量和糖酵解作用。随后的果糖1，6，磷酸双酯异构化为葡萄糖-6-磷酸酯与葡萄糖激酶的活动有关，葡萄糖-6-磷酸酶（G6Pase）决定自肝脏释放出来的自由葡萄糖的有效性。从肝实质细胞内质网释放的自由葡萄糖通过葡萄糖转运者促进了该活动。通过三个位点: PEP、果糖1，6，磷酸双酯和游离葡萄糖形成了联合流量，他们的相对反应决定了非碳水化合物前驱物到葡萄糖的净流量。葡萄糖异生作用的控制类似于大多数代谢过程，其发生自始至终通过有效底物的联合、短期的激素调节、变构的调节、包含基因表达变化的调节。所有体内平衡和葡萄糖异生作用同流控制的发生都通过这些代谢控制的主要模式和三个反应的活动来区别葡萄糖异生作用和糖酵解作用。尽管各地广泛探讨了其控制物种有必要对反刍动物的其他具体信息在各级糖异生作用的控制。
供应给肝脏的葡萄糖前驱物是透过瘤胃壁吸收和胃肠道的其他部分进入肝门静脉。生成葡萄糖的前驱物的供应是肝脏葡萄糖生产的关键。用牛肝细胞体外实验表明：最大化葡萄糖异生作用来自丙酸、乳酸和甘油，发生在2和4mM (Donkin andArmentano,1994)之间对应的浓度远远高于肝脏门静脉的生理水平(Reynoldset al., 1988a)。尽管当在肉母牛的肠系膜静脉短期注射入丙氨酸，出现糖原异生作用前驱物代谢增加了底物供应，但这不是体内葡萄糖输出的主要调节器(Reynoldsand Tyrrell 1991)。在泌乳中期的奶牛丙酸对肝脏葡萄糖输出有较小的影响(Casseet al. 1994)。形成对比，葡萄糖前驱物供应的持续变化似乎通过改变了葡萄糖异生作用关键基因的表达而改变了葡萄糖异生作用的生产能力。
葡萄糖异生作用也被变构作用控制。乙酰辅酶A是知名的PC变构催化剂，反刍动物PC作为模型描述PC活性对这些乙酰辅酶A的影响(Easterbrook-Smithet al., 1979)。这个变构活化增加了在饲料制约和过渡期到泌乳期从脂肪组织释放非酯化脂肪酸的量(Greenfieldet al. 2000; Velez and Donkin,2005)，随后在肝脏通过β-氧化代谢为乙酰辅酶A，可能对放大PC表达的变化起重要的作用，从而增加乳酸和氨基酸的葡萄糖异生作用。另外乙酰辅酶A充当变构丙酮酸酯激酶的抑制剂。其他潜在的变构糖异生的控制是通过发挥ATP和柠檬酸抑制磷酸果糖激酶-1(PFK-1)和由葡萄糖-6-磷酸酯压制己糖激酶。这些反应的变构抑制减少了糖酵解和葡萄糖异生作用。一个强有力的葡萄糖异生作用的变构调节者是果糖2,6磷酸双酯，该代谢产物同时变构激活PEK-1以激发糖酵解和抑制果糖1,6-二磷酸酶（FBPase-1）而降低葡萄糖异生作用。在肝脏高葡萄糖和胰岛素浓度有利于果糖2,6-磷酸双酯的积累，尽管提高胰高血糖素导致果糖2,6-磷酸双酯减少而促进葡萄糖异生作用。在肝脏丰富的果糖2,6- 磷酸双酯受控于磷酸果糖激酶2/果糖2,6-二磷酸酶双功能酶的氧化磷酸化作用的状况（PFK-2/FBPase-2）。虽然PFK-2/FBPase-2调控的角色在非反刍动物有好的描述(Rider et al. 2004)，但这个酶在反刍动物上对调控葡萄糖异生作用的角色仍待大量地探索。
（第二部分，2/5；未完待续。）
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