近日，中国农业大学动物科学技术学院呙于明教授团队在《中国科学：生命科学》（Science China Life Sciences）在线发表了题为《蛋鸡衰老的离子组和蛋白质组图谱及其与蛋清品质的关系》（The ionome and proteome landscape of aging in laying hens and relation to egg white quality）的研究论文，该研究建立了蛋鸡最全面的元素及其同位素的器官特异性和年龄依赖性图谱，并构建了共同和独特的元素利用模式，为改善老龄蛋鸡的蛋清品质提供了潜在元素方案。

我国是世界上最大的鸡蛋生产国和消费国，目前行业的目标是将蛋鸡的生产周期延长至100周龄，以提高鸡蛋生产的可持续性。然而，生产周期的延长将加剧老龄蛋鸡输卵管健康和蛋清品质的问题。而衰老是一个复杂的过程，伴随着众多器官功能的逐渐退化和退行性疾病的发生。它导致机体内多种形式的损伤和其他有害变化的积累，干扰了正常功能，并伴随着基因组、蛋白质组、磷酸化蛋白组和金属组等的改变。特别是，元素平衡的改变激起了细胞氧化还原平衡的失衡和 DNA 损伤的积累，导致器官功能的下降和衰老相关疾病的发生。此外，最近有人提出，金属组在蛋白质组学、免疫组学和基因组学的分子生物机制中发挥着重要作用。因此，该研究测定了蛋鸡衰老过程中8 种器官的35 种元素（包括同位素）的变化规律（图 1A），以便探讨元素的组成、相互作用和利用模式及其与蛋清质量的关系，从而揭示蛋鸡衰老过程中离子组的特征。

研究发现，元素根据器官来源分离并且蛋鸡对大多数元素同位素的利用具有高度相似性（图 1B和1C）。有趣的是，Zr91/92 和 Ti47/48 元素的同位素在各器官的分布和浓度存在明显的差异，这表明在蛋鸡的大多数器官中（除肝脏外）对钛（Ti47和Ti48）和锆（Zr91和Zr92）同位素的吸收或代谢利用存在着显著差异。另外，常量元素 Ca、Mg、K 和 P的浓度在大多数器官中显示出正相关，特别是与产蛋直接相关的器官，如膨大部、壳腺、卵巢和肝脏（图 2A-B），这一结果表明阳离子电解质（Mg2+、Ca2+和 K+）和 ATP（PO4）之间的相互作用可能参与了蛋鸡的产蛋调节。蛋鸡许多器官的必需微量元素Fe、Cu、Mn和Zn高度相关，表明它们参与了一个共同的调节功能，这可能是由于生物功能的二价状态的特点导致了类似的特性。

进一步研究了元素在8个器官中的分布情况（图 2C）。35 种元素（包括同位素）中有 22 种元素在肝脏的含量最高或次高，这表明肝脏具有分解、代谢和解毒的核心功能。此外，锌转运蛋白（ZnT5、 ZnT10、 ZIP9 和 ZIP14）、金属硫蛋白（MT3和 MT4）、硫氧还蛋白还原酶（TXNRD1-3）、谷胱甘肽过氧化物酶（GPX1-4 和 GPX6）和硒酶基因（GPX4、TXNRD1和TXNRD2）的相对表达水平在肝脏中最高（图 2D），其次是空肠和回肠，这与肝脏在机体代谢和抗氧化防御中的核心作用相一致，并且推测空肠在硒的消化和吸收中起着重要作用。

蛋鸡衰老过程中元素浓度的变化在小肠（十二指肠、空肠和回肠）中相对保守，而在生殖系统（卵巢、膨大部、峡部和壳腺）中的变化较大（图 3）。部分元素表现出特定的器官衰老模式，包括小肠中有害元素的积累和输卵管中必需微量元素硒和锰的利用率降低。此外，通过对离子组与鸡蛋品质、蛋清氨基酸和膨大部蛋白质组的串联分析（图 4），发现膨大部和壳腺中硒和锰含量与蛋品质、色氨酸代谢和坏死性凋亡的途径密切相关，揭示了蛋鸡衰老过程中硒含量的降低可能抑制膨大部氨基酸的合成，并通过色氨酸代谢和坏死凋亡等途径促进膨大部的炎性衰老，从而导致蛋清品质下降。本研究阐明了离子组的重要性，并为选择离子组调控蛋鸡衰老过程提供了广阔的视角。

中国农业大学动物科技学院博士后李光和副教授封雨晴为论文共同第一作者，呙于明教授和张炳坤教授为该论文的通讯作者。该研究工作获得了国家重点研发计划“政府间国际科技创新合作”重点专项、以及中国农业大学2115人才培育发展支持计划的共同资助。

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图 1 蛋鸡器官离子组的基本特征

图 2 各器官的元素组成特征

图 3 各器官的元素衰老特征（圆圈:35周vs 72周，正方形72周vs 100周，三角形35周vs 100周）

图 4 膨大部和壳腺元素组成及其与蛋品质的相关性