甾醇营养强化通过调控脂质代谢提升珊瑚幼体存活、运动能力及耐热性的机制研究

《Communications Biology》：Sterols are key to coral larvae survival, swimming capacity, and thermal tolerance

本研究针对珊瑚早期生命阶段高死亡率瓶颈问题，创新性地采用纳米颗粒包裹的脂质补充策略，系统探究了特定脂类对鹿角珊瑚（Acropora spathulata）幼体发育的关键作用。研究发现三酰甘油（TG）和甾醇补充显著提升幼体游泳能力和定居率，且甾醇与富含Omega-3的鱼油能显著增强幼体在热胁迫下的长期存活。脂质组学分析揭示了鞘脂、甘油磷脂和脂肪酸等关键脂类的代谢重编程机制。该研究为珊瑚保育和基于有性繁殖的珊瑚礁恢复提供了新的营养干预策略。

　　

在全球气候变化和人类活动加剧的背景下，珊瑚礁生态系统正面临前所未有的生存危机。造礁珊瑚作为珊瑚礁的生态系统工程师，其种群补充和世代更替高度依赖于有性繁殖过程。然而，珊瑚早期生命阶段存在极高的死亡率瓶颈，严重制约了自然种群补充和基于有性繁殖的珊瑚礁恢复努力。营养可用性和质量，特别是脂类营养，被认为是影响珊瑚幼体存活、扩散和定居的关键因素，但具体哪些脂类分子调控这些早期适应性特征仍不清楚。

由于直接测量未存活幼体的脂质消耗在技术上不可行，澳大利亚悉尼科技大学等机构的研究团队另辟蹊径，开发了一种靶向营养补充方法，通过识别能够增强幼体适应性的关键营养素来解析脂质营养的作用机制。这项发表在《自然》旗下期刊《通讯-生物学》的研究，首次系统揭示了甾醇在珊瑚早期生命阶段的多重生理功能，为珊瑚保育提供了新的科学见解。

研究人员采用纳米技术制备了包裹不同脂类的纳米颗粒，包括三酰甘油、鱼油、Calanus油、磷脂和植物甾醇等六种处理，以空纳米颗粒作为对照。通过液相色谱-质谱联用技术分析脂质组成，结合幼体游泳行为分析、定居实验和长期存活监测，系统评估了不同脂类补充对珊瑚幼体适应性的影响。

关键实验技术方法

研究以鹿角珊瑚为模型，在澳大利亚海洋科学研究所国家海洋模拟器中完成繁殖实验。采用卵磷脂水包油法制备脂质纳米颗粒，通过激光散射技术表征颗粒大小和稳定性。利用高分辨率液相色谱-质谱联用进行脂质组学分析，结合视频追踪系统量化幼体游泳行为，并通过长达6个月的存活实验评估热耐受性。统计分析包括多元方差分析、生存分析和混合效应模型等。

脂质补充改变珊瑚幼体脂质谱

研究发现，一旦幼体形成口孔（受精后约48小时），所有脂质补充处理的幼体脂质谱均与未喂食幼体存在显著差异。主成分分析显示，未喂食幼体的脂质谱与所有喂食处理明显分离，而甾醇和三酰甘油处理组的脂质谱最为独特。

在脂质亚类水平上，未喂食幼体与所有喂食处理也存在显著差异。特别值得注意的是，甾醇喂食的幼体中酰基己糖神经酰胺等甾醇类脂质相对丰度最高。由于珊瑚自身不能合成甾醇，必须通过异养摄食或虫黄藻转运获取，幼体阶段通过外源补充增加甾醇储备，可能在共生建立前就能增强甾醇依赖的细胞过程。

增强游泳能力

珊瑚幼体的游泳能力直接影响其扩散潜力和栖息地选择成功率。研究发现，喂食三酰甘油和甾醇的幼体平均游泳速度比未喂食幼体快2.8倍，游泳距离增加2.9倍。同时，磷脂、三酰甘油和甾醇喂食的幼体最大游泳速度也显著提高。

三酰甘油作为珊瑚的重要能量储备，为高能耗的游泳过程提供燃料。而甾醇可能通过影响纤毛功能和细胞信号传导（如Hedgehog信号通路）间接增强运动能力。磷脂则通过维持膜结构完整性支持纤毛推进功能。

提高定居成功率

幼体定居成功率在不同处理间存在显著差异。甾醇喂食的幼体表现出最高的定居率，近半数（47%）在5天内成功定居，显著高于未喂食组和其他处理。

甾醇及其衍生物作为信号脂质，可能通过G蛋白偶联受体和核受体激活调控定居和变态行为。相反，富含蜡酯的Calanus油喂食的幼体定居率最低，可能与其影响幼体浮力，阻碍与基质的相互作用有关。

增强幼珊瑚存活和热韧性

定居后六个月的存活监测显示，所有脂质喂食处理的幼珊瑚存活率均显著高于未喂食组。在对照温度下，甾醇和鱼油喂食的幼体最终存活率分别比未喂食组高2.3倍和2倍。

热胁迫实验中，甾醇、鱼油和Calanus油喂食的幼体在31°C高温下存活率比未喂食组高1.8-2.1倍。特别值得注意的是，Calanus油喂食组在高温下的存活率反而高于对照温度，表明其可能提供独特的热保护作用。

脂质组学分析发现，甾醇喂食的幼体中鞘脂（如鞘磷脂）相对丰度较高。鞘脂代谢通过平衡促生存和促凋亡信号，在细胞命运决定中发挥关键作用。同时，鱼油和Calanus油喂食的幼体富含Omega-3多不饱和脂肪酸，这些脂肪酸已知能增强虫黄藻的光合作用效能，对珊瑚热塑性具有重要作用。

研究结论与意义

该研究首次系统证实了甾醇在珊瑚早期生命阶段的多重生理功能，包括增强运动能力、促进定居和提高热耐受性。通过纳米技术实现的靶向脂质补充策略，不仅为解决珊瑚早期高死亡率瓶颈提供了有效干预手段，也为理解脂质营养在珊瑚发育中的作用机制提供了新见解。

研究强调，优化脂质摄入对于提高珊瑚繁殖成功率至关重要，特别是在海洋环境变化的背景下。虽然鱼油和三酰甘油补充也能提供代谢益处，但只有甾醇喂食的幼体在运动、定居和长期存活等多个适应性指标上均表现出显著改善，表明甾醇支持的发育过程不能完全由能量储备或多不饱和脂肪酸替代。

这项研究由悉尼科技大学气候变化集群Jennifer L. Matthews领导，合作团队包括澳大利亚海洋科学研究所等多个机构的研究人员。研究结果不仅对珊瑚礁生态系统的保护和恢复具有重要实践意义，也为理解营养-环境互作对海洋生物早期发育的影响提供了新的理论框架。