乳制品富含营养物质，是人类饮食中的重要蛋白质来源，消费者对优质乳制品的需求正在增长，与牛奶相比，山羊奶和绵羊奶具有更高的营养价值，然而，其价格很高，产量很低，所以一些商家选择掺假牛奶。因此，分析绵羊、山羊和牛奶成分的差异，识别不同物种奶的潜在生物标志物，将有助于提高对特色奶的认知，为奶掺假监测提供理论依据。

2024年11月，西北农林科技大学在International Journal of Biological Macromolecules（IF=7.7）上发表题为“Astral-DIA proteomics: Identification of differential proteins in sheep, goat, and cow milk ”的研究文章。本文研究表明，绵羊奶中的β2糖蛋白1和氨基肽酶，山羊奶中的纤维蛋白原α链和α-1B糖蛋白，牛奶中的血管生成素-1和丝氨酸蛋白酶抑制蛋白家族G成员1可以作为其各自的潜在标志物。为乳品营养研究和掺假鉴定提供了重要的基础。该研究成果中拜谱生物为其提供Astral-DIA蛋白组和PRM靶向蛋白组的检测与分析。

文章名称：Astral-DIA proteomics: Identification of differential proteins in sheep, goat, and cow milk （International Journal of Biological Macromolecules，IF=7.7，2024.11）

客户单位：西北农林科技大学

研究材料：绵羊奶、山羊奶、牛奶（n=4）

拜谱提供技术：Astral-DIA 蛋白组+PRM靶向蛋白组

研究路线：

一、研究结果

绵羊、山羊和牛奶中蛋白质分析

通过Astral-DIA蛋白组在绵羊、山羊和牛奶中共鉴定出4316种蛋白质。用维恩图分析不同物种间所鉴定蛋白的差异，在绵羊、山羊和牛奶中分别检测到3310、3859和2998个蛋白。共发现2373种常见蛋白（54.98 %），在绵羊、山羊和牛奶中分别鉴定出116、458和264个独特的蛋白（图1）。这些数据揭示了绵羊、山羊和牛奶中蛋白质水平的差异，这为进一步筛选潜在的生物标志物奠定了基础。

图1 绵羊、山羊和牛奶中蛋白质的鉴定

(图源：Zhongshi Zhu., et al., INT J BIOL MACROMOL., 2024)

绵羊、山羊和牛奶中的差异表达蛋白

蛋白组学数据分析中，主成分分析显示三组别样本结果分离（图2A），表明存在显著差异，其中P值<0.05和FC ≥1.50或者≤1/1.50的蛋白被认为是显著的差异表达蛋白（DEPs）。聚类热图中观察到三个主要的不同蛋白质簇，三个物种的样本之间的模式存在差异。LBP、TUBB4A、ATP1B1、TUBB2A和TUBA1D是最丰富的蛋白质，但在绵羊、山羊和牛奶中发现的比例不同（图2B）。火山图显示了两两组别之间的差异蛋白表达情况（图2C-E）。

图2 绵羊、山羊和牛奶中的差异表达蛋白

(图源：Zhongshi Zhu., et al., INT J BIOL MACROMOL., 2024)

绵羊、山羊和牛奶中DEPs的GO富集分析

通过GO富集分析，将绵羊、山羊和牛奶中的DEPs分为BP（生物过程）、CC（细胞组分）和MF（分子功能）三类。结果显示，S-G中鉴定的差异蛋白在BP中的肽代谢过程和肽生物合成过程，CC中的核糖体和胞内解剖结构，MF中的核糖体结构成分和连接酶活性显著富集（图3A）。S-C中鉴定的差异蛋白在BP中的蛋白酶解、分泌过程，CC中的细胞外区和细胞外空间，MF中的肽酶调节活性方面显著富集（图3B）。G-C中鉴定的差异蛋白在BP中的翻译和肽生物合成过程、CC中的核糖体和肽酶复合物以及MF中核糖体的结构成分中显著富集（图3C）。这些结果预测了绵羊、山羊和牛奶中差异蛋白富集的功能。

图3 绵羊、山羊和牛奶中DEPs的GO富集分析

(图源：Zhongshi Zhu., et al., INT J BIOL MACROMOL., 2024)

绵羊、山羊和牛奶中DEPs的KEGG通路富集分析

图4A-C展示了与DEPs相关的15条不同类型奶中的主要通路的弦图。根据KEGG分析，许多蛋白质参与了多种疾病通路。在S-G组中，差异表达蛋白主要参与了冠状病毒病（COVID-19）、核糖体和其他过程。而在S-C组中，差异表达蛋白主要参与了补体系统和凝血级联反应、溶酶体和其他过程。在G-C组中，差异表达蛋白主要参与了冠状病毒病（COVID-19）、补体系统和凝血级联反应。这些差异表达蛋白主要参与免疫和疾病相关的信号通路，并在这些领域发挥着重要作用。

图4 绵羊、山羊和牛奶中DEPs的KEGG通路富集分析

(图源：Zhongshi Zhu., et al., INT J BIOL MACROMOL., 2024)

绵羊、山羊和牛奶中DEPs的PPI网络分析

S-G组差异表达蛋白的蛋白-蛋白相互作用（PPI）分析显示406个节点（图5A）显示了前50个连通性最高的差异表达蛋白。其中，大核糖体亚基蛋白eL19 （RPL19）与26种蛋白相互作用，是相互作用程度最高的节点。在S-C组中，α-2- HS-糖蛋白（AHSG）是相互作用程度最高的节点（图5B）。G-C组中，也是RPL19是相互作用程度最高的节点（图5C）。

图5 绵羊、山羊和牛奶中DEPs的PPI网络分析

(图源：Zhongshi Zhu., et al., INT J BIOL MACROMOL., 2024)

绵羊、山羊和牛奶中蛋白PRM靶向分析

在三组中分别验证了两个潜在的独特功能蛋白，PRM靶向蛋白组准确地表征了绵羊、山羊和牛奶中差异表达的蛋白（图6）。DIA分析显示β-2-糖蛋白1和氨基肽酶是羊奶中高度富集的蛋白质。纤维蛋白原α链和α-1-b糖蛋白是羊奶中高度富集的蛋白质，血管生成素-1和丝氨酸蛋白酶抑制剂家族G成员1是牛乳中高度富集的蛋白质。PRM分析的选定蛋白质的结果与DIA分析的结果大致相似，证实了鉴定结果的准确性。

图6 绵羊、山羊和牛奶中蛋白PRM靶向分析

(图源：Zhongshi Zhu., et al., INT J BIOL MACROMOL., 2024)

二、文章小结

总之，Astral-DIA蛋白质组学结合PRM验证用于研究绵羊、山羊和牛奶中的差异表达蛋白质。基于生物功能分析，这些差异表达的蛋白质通过不同的途径富集，如补体、凝血级联和溶酶体。此外，β-2-糖蛋白1和氨基肽酶是绵羊奶的潜在生物标志物，纤维蛋白原α链和α-1-B糖蛋白是山羊奶的潜在生物标志物，血管生成素-1和丝氨酸蛋白酶抑制剂家族G成员1是牛奶的潜在生物标志物。这些潜在的生物标志物可以作为掺假检测的依据，从而加强对市场上乳制品的质量监督和控制，维护消费者的合法利益，对开发和生产适合特定膳食需求的功能性乳制品具有重要意义。此外，该研究成果为乳制品的发展提供了方向，为相关乳制品行业标准的制定提供了理论依据，支持了乳制品行业有效、快速、健康的发展。然而，这些蛋白质的特殊功能需要在未来的研究中进一步探索和验证。

三、拜谱小结

本文通过蛋白组学技术探究不同物种来源奶的蛋白差异，并筛选和验证其潜在蛋白标志物，可以作为掺假检测的基础，从而加强乳制品市场的质量监督和控制。拜谱生物为其提供Astral-DIA蛋白组和PRM靶向蛋白组的检测与分析，使用Thermo ScientificTM OrbitrapTM AstralTM质谱仪，以更高通量、更深覆盖和更高灵敏度，通过精准定量，显著扩大了研究的范围和视角。拜谱生物可提供完善成熟的蛋白组学、代谢组学、转录组学以及多组学联合产品技术服务体系，欢迎致电咨询！

参考文献：

Zhu Z, Chu T, Niu C, Yuan H, Zhang L, Song Y. Astral-DIA proteomics: Identification of differential proteins in sheep, goat, and cow milk. Int J Biol Macromol. 2024 Nov 19;283(Pt 4):137866. doi: 10.1016/j.ijbiomac.2024.137866