水生所在水產(chǎn)替抗植物活性成分開發(fā)中取得新進(jìn)展
我國水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)蓬勃發(fā)展，養(yǎng)殖水產(chǎn)品產(chǎn)量位居世界第一，當(dāng)前水產(chǎn)養(yǎng)殖模式正處于更新?lián)Q代的發(fā)展階段。一方面，養(yǎng)殖密度普遍偏高；另一方面，在飼料中大量使用植物蛋白替代魚粉，易導(dǎo)致魚類患上食源性腸肝炎，降低腸道屏障功能和免疫力，使得養(yǎng)殖魚類感染性疾病頻繁發(fā)生。為保障食品安全并緩解水環(huán)境的生態(tài)壓力，亟需開發(fā)預(yù)防水產(chǎn)病害的綠色替抗方案。而具有防治疾病作用的植物源功能性飼料添加劑或藥物成分，不失為一個(gè)有效的選擇。
近日，水生所魚類功能基因組學(xué)團(tuán)隊(duì)，基于前期沙棘及其核心成分沒食子酸在斑馬魚的豆粕誘導(dǎo)腸炎（SBMIE）中的效應(yīng)研究，在草魚中開展了基于SBMIE的研究。該團(tuán)隊(duì)首先進(jìn)行飼養(yǎng)實(shí)驗(yàn)，測(cè)定腸肝軸的免疫及代謝提升情況；接著，進(jìn)一步用常見病原——嗜水氣單胞菌進(jìn)行浸泡攻毒，以測(cè)定并對(duì)比沙棘與沒食子酸對(duì)黏膜保護(hù)及抗病機(jī)理的異同。
研究表明，沙棘與沒食子酸都能對(duì)草魚腸肝免疫和黏膜健康起到顯著保護(hù)作用。在飼料中添加這兩種成分，均有助于預(yù)防食源性腸炎，提高黏膜抗菌能力，從而大幅提高養(yǎng)殖存活率。相較沒食子酸而言，沙棘在脂質(zhì)代謝、抗嗜水氣單胞菌感染、抗炎和益生菌豐度等方面表現(xiàn)更為出色；而沒食子酸主要展現(xiàn)出對(duì)黏膜屏障保護(hù)的益處，還能通過增加鰓絲間隙來提高呼吸效率。
前期在斑馬魚中的研究啟示沒食子酸可能是通過激活PPARγ來發(fā)揮其保護(hù)作用，此次對(duì)草魚PPARγ蛋白的同源建模和分子對(duì)接，也明確了沒食子酸作為草魚PPARγ激動(dòng)劑的潛能。實(shí)驗(yàn)以豆粕飼料（陽性對(duì)照組）為基礎(chǔ)，添加不同濃度的沙棘或沒食子酸，同時(shí)以投喂魚粉飼料的草魚為陰性對(duì)照組。藥物添加試驗(yàn)組中，9.5 g/kg的沙棘添加量和1.2 g/kg的沒食子酸添加量是最適合緩解腸肝炎癥的，但二者也存在區(qū)別。沒食子酸在保持腸絨毛長度方面表現(xiàn)出優(yōu)勢(shì)，而沙棘則有利于控制杯狀細(xì)胞的數(shù)量。
圖1 SBMIE建模過程中草魚后腸病理分析
從魚類免疫的腸肝軸角度，實(shí)驗(yàn)組結(jié)果同樣顯示沙棘和沒食子酸對(duì)草魚的腸道菌群和肝臟組織產(chǎn)生了作用。腸道菌群的16S rRNA基因測(cè)序結(jié)果顯示，沙棘和沒食子酸組均表現(xiàn)為致病性彎曲桿菌門和氣單胞菌的減少，而擬桿菌門和鯨桿菌門增加，這暗示黏膜免疫力的增強(qiáng)。沙棘組肝臟“PPAR 信號(hào)通路”上調(diào)，沒食子酸組腸道“血小板活化”下調(diào)，這表明炎癥得到控制，免疫穩(wěn)態(tài)得以改善?？寡淄芳跋嚓P(guān)的“脂肪酸降解”、“色氨酸代謝”和“FoxO 信號(hào)通路”僅在沙棘組肝臟中升高；而沒食子酸組肝臟的優(yōu)勢(shì)在于具有更多的“線粒體自噬”和“自噬”的自我修復(fù)功能。
圖2 腸道菌群16S rRNA基因測(cè)序分析
圖3 肝臟轉(zhuǎn)錄組DEG富集分析（A：KEGG通路；B：GO術(shù)語）
嗜水氣單胞菌浸泡攻毒結(jié)果表明，沙棘或沒食子酸均可提高除腸黏膜以外的其他黏膜表面的抗病能力。與豆粕組相比，沙棘組和沒食子酸組中均觀察到存活率的顯著提高，鰓黏膜中的T輔助細(xì)胞表面蛋白CD4的炎癥聚集的信號(hào)減少，同時(shí)還發(fā)現(xiàn)鰓絲的間距在藥物組增加至魚粉組水平。
圖4 嗜水氣單胞菌攻毒后的草魚存活率（A：沙棘；B：沒食子酸）
本研究是在中國科學(xué)院先導(dǎo)專項(xiàng)項(xiàng)目子課題“鯉飼料高效轉(zhuǎn)化的分子機(jī)制”（XDA24010206）和中國科學(xué)院江西產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新與育成中心科技支撐產(chǎn)業(yè)發(fā)展計(jì)劃項(xiàng)目“水產(chǎn)替抗功能植物篩選與漁用技術(shù)研發(fā)”（ZKYJXZXCY-202210）的共同資助下完成。本工作主要由碩士研究生劉宇航、蘇瀲及博士研究生曹丹瑩共同完成，吳南副研究員和夏曉勤研究員為本文的共同通訊作者。相關(guān)研究成果以“Comparative analysis of Seabuckthorn and its significant component in enhancing fish mucosal immunity”為題發(fā)表在Aquaculture上，文章鏈接為https://doi.org/10.1016/j.aquaculture.2024.741752。
