海水魚飼料中補(bǔ)充溶血磷脂對魚體生理調(diào)節(jié)的作用模式分析

　　由安迪蘇全球水產(chǎn)研究中心與巴塞羅那大學(xué)生物學(xué)院共同主導(dǎo)的一項研究結(jié)果，于2023年4月發(fā)表于《animals》期刊，該研究開創(chuàng)了關(guān)于溶血磷脂對魚類生理作用深入模式分析的首例。深入了解溶血磷脂對魚類腸道和肝臟營養(yǎng)代謝作用模式的影響，對指導(dǎo)溶血磷脂在水產(chǎn)動物飼料中的應(yīng)用具有重要意義。因此安迪蘇中國水產(chǎn)團(tuán)隊特將該文章關(guān)鍵信息提煉整理，以方便國內(nèi)同行快速閱讀理解。

　　該實(shí)驗(yàn)在挪威Sunndalsøra Nofima研究站進(jìn)行。以大西洋鮭(Salmo salar)為養(yǎng)殖動物模型。采用平均重量為160g的魚苗，分為2個處理組，各4個水箱，每個水箱35條魚。分別飼喂對照飼料(C組)和添加了基于LPL的消化增強(qiáng)劑(0.1%乳速來®，安迪蘇提供)的飼料(LPL組)，進(jìn)行12周的養(yǎng)殖實(shí)驗(yàn)。養(yǎng)殖結(jié)束后進(jìn)行生長參數(shù)和血漿脂質(zhì)分析，以及小腸和肝臟蛋白質(zhì)組學(xué)定量。

　　LPL顯著促進(jìn)了大西洋鮭的生長表現(xiàn)

　　LPL飼料組魚的終末體重比對照組顯著增加了5%(p＜0.05)。LPL對魚的體長沒有影響，因此魚體肥滿度也提高了。LPL飼料組肝臟大小增加了10%以上(p＜0.05)�？偛墒沉亢惋暳限D(zhuǎn)化率兩組均無顯著差異。見表1。

　　表1，對照組和LPL組飼料大西洋鮭的生物學(xué)參數(shù)

　　數(shù)據(jù)為平均值±SEM(n=105).

　　采用鳥槍法分析了大西洋鮭小腸和肝臟蛋白質(zhì)組學(xué)定量，與大西洋鮭數(shù)據(jù)庫進(jìn)行比對。圖1顯示了差異表達(dá)的蛋白質(zhì)(DEPs)和生成的火山圖。

　　(A)腸道和肝臟DEPs餅狀圖。綠色(上調(diào))和紅色(下調(diào))扇形圖數(shù)據(jù)表示DEPs數(shù)據(jù)的FC(fold-change)倍數(shù)變化幅度區(qū)間。(B)腸道和肝臟DEPs的火山圖�；鹕綀Dy軸為p值的負(fù)對數(shù)。

　　腸道中確定了4984種蛋白質(zhì)，187種DEPs，61種上調(diào)，126種下調(diào)。

　　肝臟中確定了4850種蛋白質(zhì)，194種EPs,114種上調(diào)，80下調(diào)。

　　LPL顯示出對腸道細(xì)胞組分和代謝的調(diào)節(jié)作用

　　LPL對腸道上皮細(xì)胞的顯著影響體現(xiàn)在GO通路“細(xì)胞組分”的影響，包括70種DEPs。57種DEPs涉及運(yùn)輸通路，顯著影響物質(zhì)進(jìn)入、離開或細(xì)胞內(nèi)定向移動。45種DEPs涉及代謝通路，尤其是對脂質(zhì)代謝(17個DEPs)的調(diào)節(jié)作用。蛋白磷酸化和乙酰化作用與翻譯后蛋白質(zhì)修飾相關(guān)，蛋白質(zhì)相互作用（PPI）的功能富集分別包含94和61種DEPs，表明LPLs可能參與這些通路。如圖2所示。

　　圖2 LPL組鮭魚的腸道蛋白質(zhì)組相互作用功能富集圖

　　每個節(jié)點(diǎn)代表從腸道黏液樣品中通過鳥槍法蛋白質(zhì)組學(xué)中獲得的一種差異表達(dá)蛋白(DEP)。頂部為功能網(wǎng)絡(luò)統(tǒng)計的詳細(xì)信息。選定的相關(guān)生物過程(底部)在每個節(jié)點(diǎn)用相應(yīng)的顏色表示。按照偽發(fā)現(xiàn)率(FDR)值，主要Reactome通路和翻譯后修飾顯著聚類總結(jié)如下表

　　LPL改善了囊泡運(yùn)輸、黏液形成和細(xì)胞代謝等特定通路

　　飼料LPLs引起的細(xì)胞重組中，腸道上調(diào)的DEPs構(gòu)建的交互作用與“細(xì)胞內(nèi)細(xì)胞器”高度相關(guān)，57種上調(diào)的DEPs中50種顯著富集在該通路(圖3A)。對這50種與腸細(xì)胞器功能相關(guān)的蛋白質(zhì)進(jìn)行的更深入分析表明，LPLs改善了“囊泡運(yùn)輸”、“黏液形成”和“細(xì)胞代謝”的特定通路(圖4)。

　　12種DEPs差異聚類到“囊泡運(yùn)輸”相關(guān)過程(圖4A)，如“內(nèi)泌體和外泌體囊泡”、“高爾基體囊泡”和“囊泡胞內(nèi)運(yùn)動”。

　　LPL提高了腸粘膜細(xì)胞的活動，5種上調(diào)的DEPs與粘蛋白分泌有關(guān):2種角蛋白(KRT13和KRT15),2種黏蛋白(MUC2和MUC5)和1種酶(GALNT12)。

　　LPL組動物腸道中，一組廣泛上調(diào)的DEPs與“細(xì)胞代謝”過程相關(guān)(圖4B)，如“復(fù)合糖類水解”、“糖酵解”、“脂代謝”和“蛋白酶體活性”。

　　其他上調(diào)的DEPs處于蛋白質(zhì)合成的相關(guān)通路中，包括“mRNA成熟”、“蛋白質(zhì)翻譯”、“蛋白質(zhì)定位”以及“新形成蛋白的翻譯后修飾(PTMs)”。

　　圖3 LPL組鮭魚腸道中上調(diào)A)DEPs相互作用功能富集圖

　　LPL顯示出下調(diào)腸道應(yīng)激反應(yīng)

　　腸道119種下調(diào)DEPs中19種DEPs聚類為“應(yīng)激反應(yīng)”,7種DEPs為“病毒處理”,4種DEPs為“I型干擾素信號通路”，有些蛋白質(zhì)歸屬其中的2種聚類，1種歸屬于所有聚類。

　　LPL對肝臟脂質(zhì)代謝、氨基酸代謝和碳水化合物代謝的上調(diào)作用

　　LPL組魚體肝臟中174種DEPs相互作用網(wǎng)絡(luò)110種DEPs聚類"代謝過程"（圖5），56種顯著聚類代謝反應(yīng)通路，18種聚類“脂質(zhì)代謝”,21種聚類“固有免疫系統(tǒng)”。與腸道中觀察到的相似，一些DEPs受翻譯后修飾的影響:103種DEPs可被磷酸化，72種DEPs可被乙�；�，表明飼料LPLs可能參與這些通路。

　　肝臟中上調(diào)的DEPs中，69種聚類為“代謝過程”，42種聚類“轉(zhuǎn)運(yùn)過程”。LPLs引起肝臟上調(diào)的代謝通路靶點(diǎn)為“脂質(zhì)代謝”(14種DEPs)、“氨基酸代謝”(9種DEPs)、“碳水化合物代謝”(6種DEPs)以及“三羧酸循環(huán)”。

　　肝臟中74種下調(diào)的DEPs功能富集分析顯示，LPLs主要影響與“應(yīng)激反應(yīng)”(49種DEPs)相關(guān),這與腸道下調(diào)應(yīng)激反應(yīng)一致。

　　圖5 LPL組鮭魚的肝臟蛋白質(zhì)組相互作用功能富集圖

　　LPL明顯改善了腸道和肝臟功能，營養(yǎng)素代謝增強(qiáng)，應(yīng)激反應(yīng)下調(diào)

　　根據(jù)對腸道和肝臟中蛋白相互作用，及各功能富集的數(shù)據(jù)分析，得出飼料LPLs的作用模式（圖6）。飼料中添加0.1%基于LPL的添加劑3個月后，鮭魚腸道和肝臟功能均發(fā)生了改變。

　　最相關(guān)的生物學(xué)過程、生物分子通路和翻譯后修飾(PTMs)顯示，飼料LPLs顯著促進(jìn)腸細(xì)胞功能改善，囊泡運(yùn)輸、復(fù)合糖類水解和脂質(zhì)代謝以及推測的黏液生成得到改善。飼料LPLs刺激肝臟活動，增強(qiáng)脂質(zhì)、碳水化合物和氨基酸的代謝，并提高Krebs循環(huán)獲得能量。腸道和肝臟均下調(diào)了應(yīng)激反應(yīng)活性，可能緩解炎癥狀況。大量上調(diào)和下調(diào)的差異表達(dá)蛋白是翻譯后修飾(PTMs)（特別是磷酸化和/或乙�；�作用）的靶點(diǎn)。

　　圖6飼料LPLs在鮭魚腸道和肝臟中的作用模式綜述

　　LPLs對腸道細(xì)胞組分和細(xì)胞轉(zhuǎn)運(yùn)的調(diào)節(jié)作用以及對腸道屏障完整性促進(jìn)作用。

　　蛋白質(zhì)組學(xué)技術(shù)可以鑒定出魚類不同發(fā)育階段、不同攝食情況、應(yīng)激或疾病條件下的蛋白質(zhì)表達(dá)差異，全面概述魚類代謝中的部分功能。本研究采用鳥槍法蛋白質(zhì)組學(xué)鑒定出了大量蛋白質(zhì)(腸道和肝臟分別為4850和4984種)。

　　功能富集分析顯示，飼料中LPLs主要通過兩種方式影響腸道細(xì)胞功能:

　　1-細(xì)胞組分(70種DEPs)，包括細(xì)胞組成裝配、排列或拆卸過程；

　　2-細(xì)胞轉(zhuǎn)運(yùn)(57種DEPs)，即細(xì)胞組分（例如胞內(nèi)復(fù)合體和細(xì)胞器）進(jìn)出細(xì)胞、胞內(nèi)移動以及細(xì)胞間的定向移動。

　　“囊泡運(yùn)輸?shù)鞍拙W(wǎng)絡(luò)”的富集(12種DEPs)表明，LPLs有利于大分子的攝入和轉(zhuǎn)運(yùn)，與哺乳動物中的研究報告一致，即LPLs可以修飾膜的脂質(zhì)雙層，改變膜流動性和營養(yǎng)物質(zhì)的跨膜通透性，從而促進(jìn)營養(yǎng)物質(zhì)的消化率(Lundbæk et al.,2010;Huo et al.,2019)。新發(fā)現(xiàn)顯示，改善囊泡運(yùn)輸可能是更好的黏液分泌和維持腸道屏障完整性的基礎(chǔ)(例如某些黏蛋白、斑周蛋白和角蛋白的上調(diào))。

　　LPLs顯著上調(diào)了肝臟脂質(zhì)代謝，促進(jìn)了肝臟脂質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)至脂肪組織

　　魚體肝臟對營養(yǎng)狀況高度敏感。飼料LPLs在肝臟中的作用之一是防止脂肪異常積累(Leeson和Summers,2001)。在虹鱒(Adhami et al.,2021)和斑點(diǎn)叉尾鮰(Liu et al.,2019)中均有顯示添加溶血卵磷脂后肝臟中的脂質(zhì)含量降低、腸道脂肪酶活性增加。推測LPL促進(jìn)了肝臟合成的脂蛋白的運(yùn)輸，從而將其從肝臟轉(zhuǎn)運(yùn)至脂肪組織。該實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)LPL引起大西洋鮭肝臟脂質(zhì)代謝上調(diào)(20種DEPs，包括14種DEPs富集在“脂質(zhì)代謝”反應(yīng)通路)，首次證明了飼料LPLs改善肝臟脂質(zhì)代謝的內(nèi)在機(jī)理。

　　一些被飼料LPLs上調(diào)的蛋白質(zhì)是相關(guān)代謝酶，如：

　　長鏈脂肪酸——輔酶A連接酶1，可激活長鏈脂肪酸β-氧化降解和細(xì)胞脂質(zhì)合成。

　　細(xì)胞色素P4501A1，參與多種化合物包括類固醇、脂肪酸和異生物素的氧化。

　　脂肪酰胺水解酶2，可降解具有生物活性的脂肪酰胺。

　　�；�輔酶A去飽和酶，在參與調(diào)節(jié)線粒體脂肪酸氧化的基因表達(dá)中發(fā)揮重要作用。

　　ATP結(jié)合盒轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白D亞基3抗體，該蛋白可能參與支鏈脂肪酸和C27膽汁酸轉(zhuǎn)運(yùn)到過氧化物酶體，后者是膽汁酸生物合成的關(guān)鍵。

　　脂肪酸結(jié)合蛋白，該蛋白在長鏈脂肪酸及其酰基輔酶A酯的胞內(nèi)轉(zhuǎn)運(yùn)中發(fā)揮作用，可能參與富含甘油三酯的脂蛋白的合成，有利于肝臟釋放脂質(zhì)。

　　改善肝臟脂質(zhì)代謝方面，飼料中LPL似乎增強(qiáng)了整個肝細(xì)胞的功能。

　　上調(diào)的DEPs包括以下反應(yīng)通路:“氨基酸代謝”(9種DEPs顯著聚類)，“碳水化合物代謝”(6種DEPs)以及“檸檬酸循環(huán)和呼吸鏈電子傳遞”(5種DEPs)。有研究報道指出，LPLs通過激活細(xì)胞表面G蛋白偶聯(lián)受體(GPCRs)發(fā)揮激素樣細(xì)胞介質(zhì)的作用，并通過過氧化物酶體增殖物激活受體γ(PPAR-γ)發(fā)揮細(xì)胞內(nèi)第二信使的作用(Tsukahara et al.,2017;Wepy et al.,2018;Shanbhag et al.,2020)。飼料LPLs上調(diào)的作用模式的意外發(fā)現(xiàn)鼓勵我們在魚類和陸生物種中進(jìn)一步研究。

　　LPLs對腸道和肝臟的應(yīng)激反應(yīng)下調(diào)，可能與促炎狀況降低有關(guān)

　　LPL組魚體腸道和肝臟中下調(diào)的DEPs主要聚類為與組織反應(yīng)性相關(guān)的生物過程，如腸道中“應(yīng)激反應(yīng)”(19種DEPs)和“細(xì)胞組分”(119種下調(diào)的DEPs中54種聚類)，以及肝臟中的“應(yīng)激反應(yīng)”(74種下調(diào)的DEPs中49種)。研究表明，添加與LPLs功能相似的膽汁酸可以提高抗氧化酶活性，減輕高脂肪水平對家畜抗氧化系統(tǒng)的損害(Zhang et al.,2022)。最近在大口黑鱸中進(jìn)行的一項研究表明，添加LPLs增加了腸道菌群中有益微生物群的豐度，并降低了有害微生物群的豐度，這同樣可能與補(bǔ)充LPL的魚類應(yīng)激反應(yīng)較低有關(guān)。我們推測LPL組魚體應(yīng)激反應(yīng)的降低可能與促炎狀況降低相關(guān)。

　　LPLs除了其乳化作用外，還具有調(diào)節(jié)蛋白質(zhì)功能的作用

　　該研究顯示由LPLs引起的蛋白質(zhì)相互作用的變化，大部分檢測到的DEPs都是翻譯后修飾(PTM)（主要是乙酰化和磷酸化）的假定靶點(diǎn)。PTMs是通過調(diào)節(jié)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)、活性、定位或蛋白質(zhì)-蛋白質(zhì)相互作用來動態(tài)調(diào)節(jié)細(xì)胞代謝狀態(tài)的可逆過程。PTMs可以激活或失活蛋白質(zhì)的催化功能，或影響蛋白質(zhì)的生物活性(Ramazi和Zahiri,2021)�；�于本研究結(jié)果推測：LPLs除了其乳化作用外，還具有調(diào)節(jié)蛋白質(zhì)功能的作用。雖然目前沒有關(guān)于LPLs和PTMs之間直接關(guān)系的具體數(shù)據(jù)，但一些證據(jù)表明LPLs在細(xì)胞信號傳導(dǎo)中有明確的作用。LPL對細(xì)胞的多種影響包括有絲分裂發(fā)生、分化、細(xì)胞遷移以及細(xì)胞生存能力(抗凋亡)等(Torkhovskaya et al.,2006)。其作用由特異性G蛋白偶聯(lián)受體（GPCRs，G-protein-coupled receptors）通過涉及細(xì)胞內(nèi)蛋白激酶鏈的蛋白偶聯(lián)信號轉(zhuǎn)導(dǎo)到細(xì)胞核介導(dǎo)。脂質(zhì)第二信使可以調(diào)節(jié)細(xì)胞促炎因子的表達(dá)。本研究首次證明了飼料LPL對海水魚類蛋白質(zhì)相互作用組學(xué)的直接影響，為研究LPL在動物營養(yǎng)中的益處開辟了一個新的窗口，并可推廣到其他經(jīng)濟(jì)品種，如魚類、家禽、哺乳動物(豬和牲畜)，甚至人類。