Ecytonucleospora hepatopenaei感染导致凡纳滨对虾脂滴耗竭与脂代谢失衡的机制研究

《Scientific Reports》：Ecytonucleospora hepatopenaei causes lipid droplet depletion and imbalanced lipid metabolism in Penaeus vannamei

本研究针对Ecytonucleospora hepatopenaei(EHP)感染导致凡纳滨对虾(Penaeus vannamei)生长迟缓的难题，通过评估消化酶活性、脂滴积累及脂代谢相关基因表达，发现EHP感染会持续降低消化酶活性，导致脂滴积累减少，并破坏脂质合成与分解的平衡。该研究揭示了EHP通过干扰宿主脂代谢致生长迟缓的分子机制，为通过膳食脂质补充缓解EHP感染提供了理论依据。

　　

在全球水产养殖业中，凡纳滨对虾(Penaeus vannamei)是最具经济价值的重要物种之一。然而，其养殖业面临着来自各种病毒和寄生虫的严峻挑战，其中微孢子虫寄生虫Ecytonucleospora hepatopenaei(EHP)引起的肝胰腺微孢子虫病(HPM)尤为令人担忧。尽管EHP感染不会显著影响对虾的死亡率，但会导致生长迟缓和生产力下降，造成严重的经济损失。值得注意的是，EHP是一种专性细胞内寄生虫，无法自身产生ATP，必须完全依赖宿主的能量生产来生存。研究人员推测，EHP可能会干扰宿主的脂质代谢，因为脂质是能量密度最高的资源。

为了验证这一假设，研究团队开展了一项系统研究，旨在阐明EHP感染对凡纳滨对虾脂代谢的影响。他们通过实验室共居感染实验，在感染后第7、14和21天评估了消化酶活性和表达、脂滴积累以及脂质分解和合成相关基因的表达变化。

研究发现，EHP感染会渐进性地降低消化酶活性，导致营养物质利用率下降。从感染初期开始，研究人员就检测到脂滴积累持续减少。早期阶段的显著减少是由于脂滴分解增加超过了脂质合成。在感染后期，虽然观察到脂质合成基因表达部分恢复，但不足以抵消脂质分解途径基因上调所增强的分解代谢。最终，这种代谢失衡导致了脂滴的显著耗竭。

主要技术方法

本研究采用了实验室共居感染模型建立EHP感染。关键技术包括：消化酶活性测定（胰蛋白酶、淀粉酶、脂肪酶）、实时定量PCR(qPCR)分析基因表达、油红O染色定量分析肝胰腺脂滴积累、苏木精-伊红(H&E)染色进行组织病理学观察，以及巢式PCR进行EHP感染检测和分类。

EHP感染随时间推移逐渐发展

通过巢式PCR检测孢子壁蛋白(SWP)基因，研究人员证实EHP可以通过水平传播在对虾间传播。对照组在任何时间点均未检测到EHP感染，而共居组在所有时间点均显示感染，且呈渐进性发展，表明共居实验按预期进行。

EHP感染降低消化酶活性

研究人员检测了肝胰腺(HP)和胃中胰蛋白酶、淀粉酶和脂肪酶的活性。结果显示，消化酶活性在肝胰腺中高于胃部，这与肝胰腺是消化酶合成和积累的主要场所一致。

EHP感染对消化酶活性的影响具有时间依赖性。第7天时，感染组和对照组之间无显著差异，但从第14天开始，感染虾的酶活性显著降低：肝胰腺胰蛋白酶在第14天下降24.5%，第21天下降58.3%；肝胰腺淀粉酶在第21天下降36.6%；胃脂肪酶在第21天急剧下降75.6%。这些结果表明EHP感染损害了对虾有效消化膳食营养素的能力。

消化酶mRNA表达随EHP感染进展而下降

肝胰腺中消化酶的mRNA表达分析显示，感染早期(第7天)无显著差异，但第14天时，胰蛋白酶和淀粉酶的mRNA表达水平分别显著降低73.0%和58.5%。第21天时，淀粉酶和脂肪酶的mRNA表达分别显著降低64.7%和89.8%。这些发现表明EHP感染干扰了这些消化酶的合成，尤其是在感染进展过程中。

EHP感染后脂滴显著减少

通过油红O染色可视化肝胰腺中的脂滴，发现脂滴存在于肝胰腺的B细胞和R细胞中。与对照组相比，共居组对虾肝胰腺中的脂质积累在所有观察时间点均显著减少，表明EHP感染从早期阶段就开始阻碍脂质积累，并在长期感染中产生慢性影响。

组织病理学分析显示，EHP感染导致进行性肝胰腺上皮变性，表现为B细胞减少、上皮萎缩、上皮细胞变平以及R细胞消失，这反映了与EHP诱导的组织损伤相关的消化和代谢功能受损。

EHP感染差异性改变脂滴分解和脂质氧化基因表达

鉴于观察到21天EHP感染后脂滴显著减少，研究人员进一步检测了脂滴分解关键基因的表达。单酰基甘油脂肪酶(MGL)在所有三个时间点均显著增加，第14天表达最高。胰腺甘油三酯脂肪酶(PTGL)表达仅在21天时显著增加，而激素敏感性脂肪酶(HSL)在所有时间点变化最小。

同时，参与脂肪酸氧化的肉碱棕榈酰转移酶1(CPT1)的表达在EHP感染虾中所有时间点均显著下调，但下调程度随时间推移而减少，表明在感染后期脂质氧化逐渐增加。

EHP感染诱导脂质转运和合成相关基因的时间依赖性变化

脂质稳态取决于合成与分解之间的平衡。对脂质转运和合成相关基因的表达分析揭示了复杂的时间依赖性调控模式。

脂肪酸转运蛋白(FATP)在第7天轻微增加，第14天显著上调，第21天则显著下调。脂肪酸结合蛋白(FABP)表达在第21天增加。脂质合成基因此酰辅酶A羧化酶1(ACC1)和脂肪酸合酶(FAS)在第7天呈非显著下调，第14天进展为显著下调，而第21天时表达出现分化：ACC1恢复至接近对照组水平，FAS则转为非显著上调。

研究结论与意义

本研究结果阐明了EHP感染、脂滴积累和对虾肝胰腺消化酶活性之间的关键联系。研究发现证明了EHP感染对虾的营养获取受损以及逐渐增加的脂质分解的长期累积效应。

在感染早期阶段(第7和14天)，脂滴积累显著减少，同时MGL上调表明脂滴分解增加。与此同时，脂肪酸氧化(CPT1)和脂质合成(ACC1和FAS)强烈抑制，而脂肪酸转运能力(FATP)显著上调，表明脂质分解超过了利用(摄取和氧化)和补充(合成)的代谢失衡。

在感染后期，脂滴水平显著下降，同时PTGL和MGL上调增强了脂滴分解。脂肪酸氧化(CPT1)仍然下调，但下调程度低于早期阶段。与此同时，脂质合成部分恢复，ACC1表达恢复至对照组水平，FAS轻微上调。脂质合成基因的上调表明对虾试图补偿脂质分解的升级，但合成恢复的速度无法抵消分解的速度，导致脂滴净损失。

这些观察结果强调了EHP感染如何慢性损害消化功能，耗尽宿主的脂质储备，并最终阻碍生长。通过展示EHP如何破坏脂质合成和分解以及消化酶功能，本研究阐明了与EHP引起的生长迟缓相关的潜在分子机制。

这些发现不仅增进了我们对对虾宿主-病原体相互作用的基本理解，也为控制对虾养殖中的EHP感染提供了潜在方法。鉴于EHP感染会耗尽脂质储备并破坏脂质代谢，膳食脂质补充可能有助于减轻这些影响。先前的研究表明，在饲料中添加亚麻酸(C18:3n-3)和卵磷脂可以改善EHP感染虾的生长、非特异性免疫和抗氧化活性。这些方法与优化环境管理和早期EHP检测相结合，可能会提高对虾的健康状况和对EHP感染的抵抗力。

总之，这项发表在《Scientific Reports》上的研究为理解EHP感染导致对虾生长迟缓的代谢机制提供了重要见解，为开发缓解EHP感染影响的营养干预策略奠定了理论基础。