高糖诱导大口黑鲈线粒体损伤与糖脂积累的分子机制：Sirt1/Pink1/Parkin介导的线粒体自噬调控作用

《Journal of Animal Science and Biotechnology》：Mechanisms of high-glucose-induced mitochondrial damage and glycolipid accumulation in largemouth bass

本研究针对肉食性鱼类大口黑鲈（Micropterus salmoides）难以代谢膳食碳水化合物、易引发能量代谢障碍和脂肪肝的问题，通过体内外实验揭示高糖（HG）通过激活AMPK/ACC/SREBP-1通路促进脂质合成、抑制胆汁酸代谢（下调cyp7a1/cyp8b1），并诱导线粒体分裂（Drp1↑）和p38 MAPK/Bcl-2/Casp3凋亡通路；同时高糖抑制Sirt1表达并促其核质转位，通过抑制Pink1/Parkin介导的线粒体自噬加剧代谢紊乱，为水产饲料配方优化提供理论依据。

　　

近年来，随着中国大口黑鲈（Micropterus salmoides）养殖规模的快速扩大，配合饲料的开发和优化成为产业发展的关键。然而，这种肉食性鱼类对碳水化合物代谢能力有限，饲料中碳水化合物含量超过10%即可能导致肝损伤、生长迟滞和死亡率上升。高碳水化合物饲料易诱发肝实质细胞空泡化和内脏脂肪堆积，因此低糖饲料已成为行业主流选择。但低糖饲料中鱼粉的过量使用又带来成本高昂和环境污染问题，严重制约产业发展。肝脏中脂质和糖原的过度积累是鱼类高糖饮食引发代谢紊乱的核心因素，但其分子机制尚未完全阐明。

为探究这一机制，Liao等人在《Journal of Animal Science and Biotechnology》发表了最新研究，通过体内高碳水化合物（HC）饲料喂养和体外高葡萄糖（HG）处理肝细胞模型，系统揭示高糖如何通过多重通路诱导线粒体损伤和糖脂代谢紊乱。研究发现，高糖激活AMPK/ACC/SREBP-1通路促进脂质合成，同时抑制胆汁酸合成关键酶CYP7A1和CYP8B1，导致胆固醇积累。更重要的是，高糖诱导线粒体分裂蛋白Drp1表达升高，引起线粒体碎片化和功能受损，通过p38 MAPK/Bcl-2/Casp3通路启动细胞凋亡。此外，高糖抑制Sirt1表达并驱动其从核内向胞质转位，与自噬体和溶酶体相互作用，抑制Pink1/Parkin介导的线粒体自噬，进一步加剧代谢应激。该研究首次在大口黑鲈中建立高糖诱导肝细胞损伤模型，阐明Sirt1/Pink1/Parkin轴在调控线粒体质量中的核心作用，为水产饲料低碳水化合物配方设计和代谢疾病干预提供新靶点。

研究采用体内8周饲养试验（对照饮食CON vs高碳水化合物饮食HC）和体外原代肝细胞培养（低糖LG vs高糖HG处理），通过组织学染色（PAS、Oil Red O）、透射电镜观察超微结构、流式细胞术检测凋亡和ROS、Western blot分析蛋白表达（如p-AMPK、p-ACC、Drp1、LC3II等）、免疫荧光和共聚焦显微镜分析蛋白定位（Sirt1、Pink1、Tom20等），以及RT-PCR检测代谢相关基因表达（如cyp7a1、srebp1、bcl-2家族等）。体内实验使用240尾幼鱼（初始体重8.24±0.01 g），随机分6缸（4重复/组）；细胞实验从健康幼鱼肝脏分离原代肝细胞，经HG（4500 mg/L）处理48小时作为主要模型。

高糖处理诱导大口黑鲈和原代肝细胞的肝糖脂积累、肝损伤和氧化应激

HC饮食显著提高肝体指数（HSI）和脏体指数（VSI），肝脏外观苍白肿大，PAS染色显示糖原堆积增加50%。体外实验中，HG处理抑制细胞增殖，促进脂滴和糖原积累，上调糖原合成酶基因gys2表达，并诱导活性氧（ROS）爆发和抗氧化基因nqo1下调。

高糖处理扰乱脂肪酸代谢、胆汁酸代谢并激活MAPK信号通路

HC饮食上调脂肪分解（atgl）、脂肪酸转运（fabp1）和合成基因（acc1、srebp1），同时抑制胆汁酸合成基因（cyp7a1、cyp8b1）。Western blot显示HC和HG处理均抑制AMPK磷酸化、促进ACC磷酸化。MAPK通路中p-ERK、p-JNK和p-p38表达均升高，表明高糖通过AMPK/ACC/SREBP-1和MAPK双通路促进脂质合成和代谢紊乱。

高糖处理损害线粒体功能

透射电镜显示HC饮食肝脏线粒体数量减少、结构损伤（肿胀空泡化），细胞色素b（cytb）表达下调提示线粒体质量下降。流式细胞术证实HG处理升高细胞凋亡率，JC-1染色显示线粒体膜电位（MMP）下降，MitoTracker染色表明损伤线粒体比例增加。

高糖影响线粒体形态和动力学

Confocal显微镜观察发现HG处理导致线粒体网络断裂、长度缩短，Drp1蛋白表达上调而Tom20下调，表明高糖促进线粒体分裂。线粒体ROS（mitoROS）产量显著升高。

高糖促进线粒体自噬和自噬流

HG处理上调线粒体自噬关键蛋白Pink1、Parkin和自噬标记LC3II。GFP-LC3转染显示自噬体形成增加，共聚焦显微镜观察到自噬体与溶酶体（LysoTracker）、线粒体（Mito-RFP）的共定位增强，证实高糖激活Pink1/Parkin介导的线粒体自噬。

高糖诱导线粒体凋亡

RT-PCR显示HG处理促凋亡基因bax、bad、casp3、casp9上调，抑凋亡基因bcl-2下调。p-p38免疫荧光强度增强，使用p38抑制剂SB203580后Casp3表达下降，表明高糖通过p38 MAPK/Bcl-2/Casp3通路诱导凋亡。

Sirt1抑制高糖诱导的Pink1/Parkin介导的线粒体自噬

HG处理特异性下调Sirt1（而非Sirt2-7）表达，Western blot和免疫荧光显示Sirt1蛋白减少并从核内转位至胞质，与自噬体（GFP-LC3）和溶酶体（LysoTracker）共定位。siRNA敲低Sirt1后Pink1、Parkin和LC3II表达进一步上调，共聚焦显微镜证实Sirt1与Pink1在胞质共定位，表明Sirt1通过抑制Pink1/Parkin通路调控线粒体自噬。

该研究结论指出，高糖通过AMPK/SREBP1/ACC1介导的脂生成、胆汁酸代谢紊乱、Sirt1调控的线粒体自噬抑制和p38 MAPK/Bcl-2/Casp3凋亡激活，共同导致大口黑鲈线粒体损伤和糖脂积累。Sirt1的核质转位及其与Pink1/Parkin通路的交互作用，是代谢应激的核心调控机制。这一发现不仅深化了对鱼类糖代谢障碍机制的理解，也为通过靶向Sirt1-线粒体自噬轴改善水产动物代谢健康提供了创新策略，对低碳水化合物饲料开发和养殖业可持续发展具有重要意义。