AMPK介导的能量代谢调控鳜鱼幼鱼禁食-复食过程中的补偿性生长

《Aquaculture Reports》：AMPK-mediated energetic metabolism regulates compensatory growth in fasting-refeeding juvenile mandarin fish ( Siniperca chuatsi)

本研究针对鳜鱼人工饲料驯化中因拒食导致的饥饿应激及其生理响应机制不清的问题，通过设置不同时长禁食（3/7/16/25天）及复食（1/7/20天）实验，系统分析了其生长性能、能量储备及AMPK信号通路变化。结果表明，短期禁食（≤7天）可通过激活AMPK优先动员肝糖原/脂质供能，复食后能实现完全补偿生长；而长期禁食（≥16天）导致能量过度耗竭及AMPK持续激活，即使复食20天也只能部分恢复，揭示了AMPK通路在调控补偿生长中的核心作用，为优化驯化策略提供了理论依据。

　　

在鳜鱼（Siniperca chuatsi）的集约化养殖中，一个长期存在的瓶颈制约着其产业发展：这种典型的肉食性鱼类终身只捕食活鱼饵料。这种特殊的摄食习性使得鳜鱼难以接受人工配合饲料，极大地限制了其养殖规模的扩大和成本的降低。尽管研究人员已经探索出将鳜鱼从摄食活饵驯化到摄食人工饲料的技术，但驯化成功率并不稳定。在驯化过程中，那些拒食人工饲料的个体会经历长短不一的饥饿期，导致生长停滞，体型瘦弱，这不仅使其更容易被生长更快的同类捕食，也可能直接死于长期的营养匮乏。因此，厘清鳜鱼对饥饿胁迫的耐受极限，阐明其在饥饿和恢复摄食过程中的代谢适应机制，对于制定科学的分级饲养方案、减少经济损失具有重要的实践意义。以往的研究多集中于驯化技术本身或通过组学手段寻找与摄食行为相关的分子标记，而对饥饿应激下的营养生理学，特别是能量代谢的调控机制，尚缺乏系统深入的研究。为了填补这一空白，一项发表在《Aquaculture Reports》上的研究聚焦于鳜鱼幼鱼在禁食-复食过程中的能量代谢策略及其核心调控因子——AMPK（AMP-activated protein kinase，AMP激活的蛋白激酶）的作用，旨在揭示其补偿性生长的代谢基础。

为了回答上述问题，研究人员开展了一项设计严谨的实验。他们以650尾处于驯化规格（平均体重7.18克，约1.5月龄）的鳜鱼幼鱼为研究对象，将其分为持续投喂的对照组和四个禁食组（分别禁食3天、7天、16天和25天）。所有禁食组在禁食期结束后，均接受为期20天的复食投喂。研究团队在禁食前（F0）、各禁食组禁食结束时（F3/F7/F16/F25）以及复食后第1天、第7天和第20天（RF1/RF7/RF20）等多个时间点进行采样。他们系统测定了鱼的生长性能指标（如体重、肥满度、肝体指数^HSI和特定生长率^SGR），分析了肝脏和肌肉中的能量储备物质（包括糖原、总脂和甘油三酯^TG）含量，检测了肌肉中氨基酸的组成变化，并利用实时荧光定量PCR^qPCR技术检测了肝脏和肌肉中AMPK亚基ampk α1和ampk α2的基因表达水平。所有数据均经过严格的统计学分析，以评估不同处理组内及时空点间的差异显著性。该研究的关键技术方法主要包括：针对鳜鱼幼鱼设计的不同时长禁食-复食实验模型、生长与体成分指标的测定、利用高效液相色谱法分析肌肉氨基酸组成、以及基于qPCR的AMPK通路关键基因表达谱分析。

3.1. 禁食-复食对生长性能的影响

研究发现，短期禁食（3天和7天）对鳜鱼体重没有显著影响，而长期禁食（16天和25天）则导致体重显著下降，降幅分别达76.69%和88.83%。在20天的复食期后，禁食3天和7天的组别体重完全恢复到对照组水平，实现了完全补偿生长；而禁食16天和25天的组别，尽管体重有所恢复，但仍显著低于对照组，仅实现了部分补偿生长。肝体指数^HSI在禁食期间随禁食时间延长而显著下降，但在复食20天后，所有禁食组的HSI均显著高于对照组，表明内脏器官的补偿性生长优先于躯体生长。特定生长率^SGR在复食后均显著升高，短期禁食组在复食后期SGR甚至超过对照组，长期禁食组则在整个复食期维持较高的SGR，但无法弥补前期生长损失。

3.2. 禁食-复食对肝肌糖原和脂质含量的影响

肝脏是能量代谢的中心。随着禁食时间延长，肝糖原含量急剧下降，至禁食25天时几乎耗尽（下降91.82%）。复食后，短期禁食组（3天、7天、16天）肝糖原在复食第1天即迅速恢复至或超过对照组水平，而禁食25天组则延迟至复食第7天才开始恢复。与之形成鲜明对比的是，肌肉糖原含量在整个禁食和复食期间保持高度稳定，表明机体优先动用肝糖原而竭力保护运动所需的肌糖原储备。肝脏总脂含量在禁食期间呈现先降后升再降的三相变化模式，而甘油三酯^TG水平则持续低于对照组。复食20天后，所有禁食组的肝脏总脂和TG含量均恢复至对照组水平。这些结果明确了在饥饿应激下，鳜鱼能量动员的先后顺序：肝糖原和肝脂质是首要的供能物质。

3.3. 禁食-复食对肌肉氨基酸含量的影响

肌肉氨基酸的动态变化反映了蛋白质的代谢状况。短期禁食（3天）时，多数氨基酸含量反而有所升高，可能是蛋白质分解初期游离氨基酸增加的缘故。但随着禁食延长至16天和25天，绝大多数氨基酸（包括总氨基酸^TAA、必需氨基酸^EAA和非必需氨基酸^NEAA）含量均显著下降，表明在长期能量匮乏下，肌肉蛋白质被大量动员用于糖异生等供能途径。复食20天后，短期禁食组的氨基酸含量恢复至对照组水平，而长期禁食组（尤其是禁食16天组）的氨基酸含量则出现“超补偿”现象，显著高于对照组，提示机体在严重消耗后强烈的恢复意愿。

3.4. 肝肌ampk α1/α2的表达水平

AMPK作为细胞能量感受器，其表达变化是代谢调控的关键。在禁食初期（3-7天），肝脏和肌肉中的ampk α1和ampk α2表达均显著上调，激活了分解代谢以应对能量短缺。而当禁食延长至16-25天时，AMPK的表达反而被抑制，尤其是在肌肉中下调极为显著，这表明机体为生存进入了低代谢的“节能模式”。复食后，短期禁食组的肌肉AMPK表达迅速下调并维持在较低水平，信号通路恢复正常，利于合成代谢和生长恢复。然而，长期禁食组的肌肉AMPK（特别是ampk α2）在复食20天后仍持续高表达，肝脏AMPK也保持激活状态，意味着能量应激并未完全解除，持续的AMPK激活会抑制mTORC1等合成代谢通路，从而限制了完全补偿生长的实现。

综合讨论与结论，本研究清晰地描绘了鳜鱼幼鱼应对饥饿和恢复摄食的能量代谢蓝图及其分子开关。短期禁食（≤7天）触发的AMPK通路激活，是一个有效的适应性反应，它优先动员肝脏储存的糖原和脂质，保护肌肉功能，从而为后续复食期的完全补偿生长奠定了基础。而长期禁食（≥16天）则导致能量储备过度消耗，甚至动用宝贵的肌肉蛋白，AMPK信号从激活转为抑制（节能状态），代谢平衡被严重打破。即使经过20天的复食，能量储备得以恢复，但持续激活的AMPK信号如同一个未能关闭的“警报器”，提示机体仍处于能量赤字状态，代谢重心被迫偏向于能量补充而非组织构建，最终只能实现部分补偿生长。这项研究不仅从生理和分子水平揭示了AMPK介导的能量代谢在调控鱼类补偿性生长中的核心作用，而且为鳜鱼人工饲料驯化实践提供了明确的指导：在驯化过程中，对于持续拒食人工饲料超过16天的个体，应及时将其转换回活饵或冰鲜鱼进行投喂，以避免其陷入不可逆的能量代谢困境，这对于提高驯化成活率和养殖经济效益具有重要的应用价值。