短链脂肪酸调控小黄鱼肌肉代谢与组成的机制研究：改善养殖品质的新策略

《Aquaculture Reports》：Short-chain fatty acids affect skeletal muscle composition, fiber recruitment, and metabolism of the small yellow croaker ( Larimichthys polyactis)

本研究针对养殖小黄鱼(Larimichthys polyactis)肌肉品质下降问题，通过比较野生与养殖群体肠道SCFAs差异，并开展膳食补充乙酸钠、丙酸钠和丁酸钠实验，发现SCFAs能显著提升肌肉粗蛋白(CP)和多不饱和脂肪酸(PUFA)含量，调控肌球蛋白基因表达和葡萄糖代谢，为改善养殖鱼类肌肉品质提供了理论依据和实践方案。

　　

在水产养殖业快速发展的背景下，养殖鱼类与野生种群之间的品质差异日益凸显。以小黄鱼（Larimichthys polyactis）为例，这种深受中国、韩国和日本消费者喜爱的海洋经济鱼种，其养殖个体普遍存在肌肉蛋白质含量降低、多不饱和脂肪酸减少以及肉质硬度、弹性和咀嚼性下降等问题，严重影响了市场接受度。究其原因，可能与养殖环境、饲料配方以及由此导致的肠道微生物群落结构改变有关。短链脂肪酸（Short-chain fatty acids, SCFAs）作为肠道微生物发酵膳食纤维产生的一类重要代谢产物，主要包括乙酸、丙酸和丁酸，在哺乳动物研究中已被证实能通过多种途径调节机体糖脂代谢和能量稳态，进而影响肌肉的生长与组成。然而，这些SCFAs对鱼类，尤其是经济鱼类的肌肉生长、代谢和品质形成有何种特异性影响，其内在机制又如何，此前仍不甚明了。

为了回答这些问题，一项发表在《Aquaculture Reports》上的研究进行了一系列深入的探索。研究人员首先比较了野生与养殖小黄鱼成鱼的肠道SCFAs含量和肌肉营养成分，发现野生鱼群后肠中的乙酸、丙酸和丁酸含量显著高于养殖鱼群，同时其肌肉中的粗蛋白（CP）和多种氨基酸（如天冬氨酸Asp、谷氨酸Glu）以及多不饱和脂肪酸（PUFA）含量也更高。这初步将肠道SCFAs水平与肌肉品质联系了起来。随后，他们设计了一个饲养实验，向小黄鱼幼鱼（初始均重约9.10克）的饲料中分别添加了0.75 g/kg和1.50 g/kg水平的乙酸钠、丙酸钠和丁酸钠，持续投喂55天，系统地研究了这三种主要SCFAs对幼鱼生长性能、肌肉营养成分、肌纤维形态以及肌肉组织基因表达谱的影响。

为开展本研究，作者主要应用了几项关键技术：1) 采用气相色谱-质谱联用（GC-MS）技术对野生和养殖成鱼后肠内容物进行了SCFAs的靶向代谢组学分析；2) 通过实验饲料设计，对945尾幼鱼进行了为期55天的养殖实验，设置了7个实验组（1个对照组和6个SCFAs添加组），并详细记录了生长性能指标；3) 利用组织学技术（H&E染色）和图像分析软件对肌肉纤维的形态（包括面积和数量）进行了定量分析；4) 采用RNA测序（RNA-seq）和实时定量PCR（qRT-PCR）技术对肌肉组织进行了转录组分析和关键基因表达验证。实验所用野生鱼样本来自舟山渔场，养殖鱼样本由象山育苗场提供。

3.1. 养殖鱼与野生鱼的肌肉组成

成分分析表明，养殖小黄鱼的肌肉粗蛋白含量显著低于野生鱼（P < 0.001）。野生鱼肌肉中的总必需氨基酸（EAA）、天冬氨酸（Asp）和谷氨酸（Glu）含量也显著更高。在脂肪酸方面，野生鱼的单不饱和脂肪酸（MUFA）和多不饱和脂肪酸（PUFA）含量均高于养殖鱼。这些数据证实了养殖小黄鱼在营养品质上确实存在劣势。

3.2. 小黄鱼后肠中的SCFAs含量

代谢组学分析显示，野生小黄鱼后肠中的乙酸、丙酸和丁酸浓度显著高于养殖鱼，例如乙酸含量分别为111.81 μg/g 和 49.02 μg/g。主成分分析（PCA）和正交偏最小二乘判别分析（OPLS-DA）均能将野生和养殖群体明显区分开，表明两者肠道SCFAs谱存在显著差异。

3.3. SCFAs对幼小黄鱼生长性能的影响

膳食补充SCFAs影响了幼鱼的生长。添加0.75 g/kg乙酸钠（LSA组）显著提高了鱼的终末体重（FW）、增重率（WGR）和特定生长率（SGR），蛋白质效率比（PER）也显著提升。高剂量的丙酸钠（1.50 g/kg, HSP组）和丁酸钠（1.50 g/kg, HSB组）也对SGR和条件因子（CF）有显著积极影响。结果表明，适量添加SCFAs，尤其是乙酸钠，可以改善小黄鱼的生长性能。

3.4. SCFAs对幼小黄鱼肌纤维特性的影响

肌肉纤维形态学分析发现，膳食SCFAs，特别是乙酸钠，显著影响了肌纤维的募集。与对照组相比，添加0.75 g/kg和1.50 g/kg乙酸钠（LSA和HSA组）显著降低了平均肌纤维面积（AMFA），增加了单位面积的肌纤维数量，并且显著减少了直径大于40 μm的肌纤维比例。这表明乙酸钠可能促进了肌纤维的增生而非肥大。丙酸钠和丁酸钠对肌纤维形态的影响则不那么明显。

3.5. SCFAs对幼小黄鱼肌肉化学成分的影响

SCFAs补充显著改善了肌肉的营养成分。乙酸钠和丁酸钠（1.50 g/kg）显著提高了肌肉的粗蛋白含量。在氨基酸方面，乙酸钠显著增加了肌肉中天冬氨酸（Asp）、谷氨酸（Glu）、蛋氨酸（Met）、亮氨酸（Leu）、赖氨酸（Lys）以及总必需氨基酸（EAA）和总氨基酸（TAA）的含量。在脂肪酸方面，所有三种SCFAs在1.50 g/kg剂量下均显著促进了肌肉中多种不饱和脂肪酸（如C18:2n6, C18:3n3, C18:3n6）和单不饱和脂肪酸（如C18:1, C20:1, C24:1）的沉积，其中乙酸钠的效果最为突出。

3.6. SCFAs对幼小黄鱼肌肉代谢基因表达的影响

转录组和qPCR分析揭示了SCFAs调控肌肉代谢的分子机制。RNA-seq结果显示，乙酸钠处理显著上调了肌球蛋白-7（myh7）基因的表达，并下调了半胱亚磺酸脱羧酶（csad）的表达。丙酸钠和丁酸钠处理则显著上调了糖酵解途径中的多个基因，如葡萄糖-6-磷酸异构酶（g6pi）、果糖二磷酸醛缩酶A（aldoa）、甘油醛-3-磷酸脱氢酶（g3p）和L-乳酸脱氢酶A链（ldha）。在脂代谢方面，1.50 g/kg丁酸钠显著上调了脂肪酸合酶（fas）、超长链烯酰-CoA还原酶（tecr）和长链脂肪酸-CoA连接酶2（acbg2）的表达。所有SCFAs处理均上调了线粒体生物发生相关基因溶心磷脂酰基转移酶1（lclt1）的表达。qPCR结果进一步验证了这些变化，例如1.50 g/kg乙酸钠显著提高了myh7的mRNA水平并降低了csad的转录水平，而1.50 g/kg丙酸钠和丁酸钠均显著提高了tecr的表达。

综上所述，本研究得出结论：养殖小黄鱼肠道内源性SCFAs（乙酸、丙酸、丁酸）水平的降低与其肌肉品质下降相关。通过膳食外源补充这些SCFAs，可以有效改善养殖小黄鱼的肌肉品质，但其作用机制各不相同。乙酸钠主要通过调节与肌纤维生长和氨基酸代谢相关的基因（如上调myh7、下调csad）来促进肌肉蛋白质沉积和改善肌纤维结构；丙酸钠和丁酸钠则更侧重于增强肌肉的葡萄糖代谢能力（上调g6pi, aldoa等糖酵解基因）和脂肪酸合成能力（上调tecr, fas等基因）。这些发现不仅阐明了不同SCFAs在鱼类肌肉代谢中的特异性调节作用，也为通过营养策略（如针对性添加特定SCFAs）来优化养殖小黄鱼乃至其他经济鱼类的肌肉品质提供了重要的科学依据和应用前景。研究强调了在制定水产养殖饲料添加剂方案时，需要考虑SCFAs的种类特异性和剂量效应，以实现最佳的品质改善效果。