维生素D3调控罗氏沼虾肌肉品质、抗氧化能力及肌纤维发育的作用机制研究

《Aquaculture Reports》：Insights into the roles of vitamin D 3 on the antioxidant capacity, flesh quality, and myofiber development of giant freshwater prawns ( Macrobrachium rosenbergii)

本研究针对水产养殖中肉质品质提升的难题，系统探讨了饲料中添加维生素D3（VD3）对罗氏沼虾生长性能、肌肉营养成分、抗氧化指标及肌纤维发育的影响。结果表明，0.48 mg/kg VD3可显著改善虾肉蛋白质和脂肪含量、提升质构特性，并通过调控TOR和FoxO1通路促进肌纤维发育，为水产饲料营养调控提供了新策略。

　　

随着全球对高质量蛋白质需求的不断增长，水产养殖业已成为重要的食物供应来源。然而，如何提升水产品的肉质品质，满足消费者对口感、营养和外观的更高要求，成为制约产业发展的关键挑战之一。维生素作为动物生长发育的必需营养素，其在调节水产动物健康和生产性能方面的作用日益受到关注。其中，维生素D₃（VD₃）作为一种脂溶性维生素，在哺乳动物中已被证明对肌肉质量和肉品质有积极影响。但令人惊讶的是，这种重要维生素在甲壳类动物特别是经济价值较高的罗氏沼虾中的作用却鲜为人知。由于鱼类和甲壳类动物无法通过皮肤合成VD₃，必须完全依赖膳食摄入，这使得通过饲料添加VD₃来直接改善肌肉品质成为一种潜在的营养策略。

目前关于VD₃在甲壳类动物的研究多集中在生长性能、钙磷代谢和免疫功能等方面，而对其如何影响肌肉品质、抗氧化能力及肌纤维发育的机制研究几乎空白。罗氏沼虾作为全球广泛养殖的淡水虾类，以其生长速度快、营养价值高和肉质优良而备受青睐，是研究VD₃对甲壳类肌肉品质影响的理想模型。因此，探究VD₃在罗氏沼虾肌肉品质形成中的作用及其分子机制，不仅具有重要的理论意义，也为水产养殖中精准营养调控提供了实践指导。

在这项发表于《Aquaculture Reports》的研究中，扬州大学的研究团队开展了一项系统的实验，旨在阐明VD₃对罗氏沼虾肌肉品质的改善作用及其潜在机制。研究人员设计了六种不同VD₃水平（0.10、0.18、0.28、0.48、0.68和0.88 mg/kg）的等氮等脂实验饲料，对初始体重为2.06克的幼虾进行了为期70天的饲养实验。

研究采用了多种技术方法，包括生长性能指标测定、肌肉营养成分分析（粗蛋白、粗脂肪、氨基酸和脂肪酸组成）、肉质理化特性评估（蒸煮损失、剪切力、质构特性、色差）、抗氧化参数检测（活性氧、丙二醛、抗氧化酶活性）、组织学分析（H&E染色和透射电镜观察肌纤维形态）以及分子生物学技术（qPCR检测细胞周期、蛋白合成与降解相关基因表达）。

3.1. 生长性能和饲料利用率

研究结果显示，VD₃添加显著改善了罗氏沼虾的生长性能。当VD₃添加量为0.48 mg/kg时，罗氏沼虾的末重、增重率和特定生长率达到最高值，而饲料系数最低。通过二次回归分析确定，基于末重和肌肉蛋白质含量的VD₃最适需要量分别为0.50和0.55 mg/kg。

3.2. 肌肉游离氨基酸和脂肪酸

VD₃添加显著影响了肌肉营养成分。0.48 mg/kg VD₃组显著提高了肌肉中谷氨酰胺（Gln）的含量，而0.28 mg/kg组牛磺酸（Tau）含量最高。同时，VD₃添加增加了肌肉中C18:0、C18:1n9c、C18:2n6c和C20:5n3等脂肪酸的含量，改善了肌肉的营养价值。

3.3. 肌肉理化特性

VD₃添加显著降低了肌肉水分含量和蒸煮损失，提高了粗蛋白和粗脂肪含量。在质构特性方面，0.48 mg/kg VD₃组显著提高了剪切力、硬度和咀嚼性，同时改善了虾体颜色（L和a值增加，b*值降低）。羟脯氨酸和胶原蛋白含量在VD₃添加后也显著增加，有助于肌肉持水性和质构的改善。

3.4. 肌肉抗氧化参数

VD₃添加显著增强了罗氏沼虾肌肉的抗氧化能力。0.48 mg/kg VD₃组活性氧（ROS）和丙二醛（MDA）含量最低，而总抗氧化能力（T-AOC）和过氧化氢酶（CAT）活性最高。分子水平上，VD₃上调了超氧化物歧化酶（sod）、过氧化氢酶（cat）、谷胱甘肽过氧化物酶（gpx）和酚氧化酶原（propo）的基因表达。

3.5. 肌纤维形态特征

组织学分析显示，VD₃添加显著影响了肌纤维发育。0.48 mg/kg VD₃组直径小于20 μm的小直径肌纤维比例最高，而直径大于50 μm的大直径肌纤维比例最低，同时肌纤维密度显著增加。透射电镜观察发现VD₃对肌节长度没有显著影响。

3.6. 细胞周期、蛋白合成和降解相关基因表达

在分子机制方面，VD₃添加显著上调了增殖细胞核抗原（pcna）、cyclin B和cyclin D的mRNA水平，促进了细胞增殖。同时，VD₃上调了肌细胞增强因子2a（mef2a）、蛋白激酶B（akt）、雷帕霉素靶蛋白（tor）和核糖体蛋白S6激酶1（s6k1）的表达，下调了eIF4E结合蛋白1（4e-bp1）的表达，促进了蛋白质合成。此外，VD₃添加降低了unc-51样激酶1（ulk1）、肌肉特异性环指蛋白2（murf2）和叉头框蛋白O1（foxo1）的mRNA水平，抑制了蛋白质降解。

研究结论表明，VD₃通过多种机制协同改善罗氏沼虾的肌肉品质。首先，VD₃通过增强抗氧化酶活性和降低氧化损伤指标，减轻了肌肉组织的氧化应激，保持了细胞膜完整性。其次，VD₃通过调控细胞周期相关基因表达，促进了肌原细胞的增殖和分化。最重要的是，VD₃通过激活TOR信号通路和抑制FoxO1信号通路，协调了蛋白质合成与降解的平衡，从而促进了肌纤维的发育和成熟。

这项研究的创新之处在于首次系统阐明了VD₃在甲壳类动物肌肉品质形成中的作用机制，为水产饲料中VD₃的合理添加提供了科学依据。研究结果不仅对提高罗氏沼虾的养殖效益具有重要实践价值，也为其他水产动物的肉质改良提供了理论参考。通过营养调控策略改善水产品品质，有望满足消费者对高品质水产品日益增长的需求，推动水产养殖业的可持续发展。