野生与圈养阿穆尔灰鱼（Thymallus grubii）在免疫反应能力及肠道微生物组方面的特征与差异：对濒危鱼类保护的新见解

《Frontiers in Immunology》：Characteristics and differences in immune response capacity and gut microbiome between wild and captive Amur grayling (Thymallus grubii): New insights into endangered fish conservation

本研究系统评估了野生与人工养殖Amur grayling肠道及肝脏健康差异，通过酶活性检测、qRT-PCR和16S测序发现野生鱼免疫酶活性更高，肠道菌群中Bacillota比例显著高于养殖鱼，且菌群与免疫基因表达存在关联，为种群恢复提供新思路。

　　本研究聚焦于濒危物种的恢复与保护，以中国东北地区特有的冷水鱼类——黑龙江茴鱼（*Thymallus grubii*）为例，探讨其在自然栖息地和人工养殖环境下的肠道和肝脏健康状况、免疫功能及肠道微生物群落的差异。黑龙江茴鱼因其独特的生态价值和资源稀缺性，被列入《中国濒危动物红皮书》，并受到广泛关注。随着人类活动对自然生态系统的破坏，其种群数量持续下降，因此，人工繁育成为保护这一物种的重要手段。然而，目前许多尝试将人工繁育的个体重新引入自然环境的项目并未取得理想效果，这提示我们，可能由于人工环境导致了宿主适应性特征的丧失，如肠道微生物群落的变化。因此，深入研究人工环境与自然环境对黑龙江茴鱼生理功能、代谢及免疫能力的影响，对于提高其在野外存活率和推动物种恢复具有重要意义。

肠道微生物群落被认为是连接宿主与外界环境的重要桥梁，它不仅参与营养物质的分解与吸收，还在调节宿主免疫系统、维持肠道屏障功能、影响宿主健康等方面发挥着关键作用。对于水生动物而言，野生与人工养殖环境在饮食结构、社会行为和应激源等方面存在显著差异，这些差异可能对肠道微生物群落产生深远影响。已有研究表明，野生与人工养殖的幼鱼肠道微生物群落存在明显区别，这可能暗示了其生理状态受到微生物群落的影响，进而影响其在野外生存的能力。因此，从肠道微生物群落的角度研究黑龙江茴鱼的适应性变化，有助于揭示其在不同环境下的生理调节机制，并为濒危物种的保护提供新的思路。

研究发现，野生黑龙江茴鱼的肝脏和肠道中，溶菌酶（LYZ）活性显著高于人工养殖个体（*P* < 0.05），同时，肠道中的碱性磷酸酶（AKP）和谷胱甘肽（GSH）含量也明显提升。溶菌酶和碱性磷酸酶是先天免疫系统中的重要组成部分，它们在抵御细菌感染方面发挥着关键作用。而谷胱甘肽则作为抗氧化剂，有助于减少氧化应激对肠道黏膜的损伤。这些结果表明，野生环境能够有效增强黑龙江茴鱼的免疫功能，从而提高其在自然条件下的生存能力。

此外，研究还通过定量实时聚合酶链式反应（qRT-PCR）检测了肝脏和肠道中与免疫和炎症相关的基因表达情况。结果显示，野生个体在肝脏和肠道中，多个免疫相关基因的表达水平显著高于人工养殖个体。例如，肝脏中的补体因子C3、IgM、IL-6、IL-10、IL-1β、Tlr1、Tlr3、Tnf-α以及LYZ等基因表达均显著增强，而这些基因在人工养殖个体中则表现出下调趋势。这些基因在免疫反应、炎症调控、病原体识别及宿主防御等方面具有重要作用，其表达水平的变化反映了野生与人工养殖环境下宿主免疫系统的不同状态。此外，肠道中也观察到类似的趋势，多个免疫相关基因的表达显著上升，表明野生个体在面对环境变化时，其免疫系统更具适应性。

在肠道微生物群落的分析中，研究采用了高通量16S rRNA基因测序技术，揭示了野生与人工养殖个体之间的微生物组成差异。结果表明，人工养殖个体中Pseudomonadota类群的相对丰度显著高于野生个体，而Bacillota类群则在野生个体中占据主导地位。Pseudomonadota类群的丰度增加可能与人工养殖环境中的高污染水平有关，而Bacillota类群的减少则可能影响宿主的免疫功能和肠道屏障完整性。值得注意的是，尽管在β多样性分析中，野生与人工养殖个体的微生物群落结构未表现出显著差异，但其在α多样性方面却呈现出明显不同。野生个体的肠道微生物多样性更高，这一发现进一步支持了野生环境对宿主健康和适应性的积极影响。

进一步的分析表明，肠道微生物群落与宿主免疫功能之间存在复杂的相互作用。例如，某些微生物类群与免疫相关基因表达水平呈正相关，而另一些则呈负相关。这些微生物可能通过调节宿主的免疫应答，影响其对病原体的防御能力。研究还指出，野生个体中一些有益的微生物类群，如Actinomycetota、Bacteroidota、Bdellovibrionota和Fusobacteriota，其相对丰度显著高于人工养殖个体。这些微生物可能在维持肠道健康、增强免疫功能和促进宿主适应性方面发挥重要作用。相比之下，人工养殖环境中某些微生物类群的丰度增加可能与宿主免疫功能的抑制有关，进而影响其在野外的生存能力。

研究还探讨了肠道微生物群落如何通过调控宿主的代谢和免疫功能，影响其整体健康状况。例如，野生个体中与“糖代谢”和“脂代谢”相关的功能通路丰度较低，而人工养殖个体则表现出较高的丰度。这可能与两者饮食结构的差异有关。野生黑龙江茴鱼主要以高蛋白的水生昆虫和小型鱼类为食，而人工养殖个体则依赖于商业饲料，其营养成分可能更偏向于碳水化合物和脂肪。这种饮食差异可能导致了微生物群落结构和功能的改变，进而影响宿主的代谢和免疫状态。

此外，研究还通过热图分析了肠道微生物群落与免疫和炎症相关指标之间的相关性。结果表明，某些微生物类群与宿主的免疫功能存在显著的正向或负向关联。例如，Bacillota类群与肝脏中的溶菌酶和碱性磷酸酶水平呈正相关，而Pseudomonadota类群则与这些免疫指标呈负相关。这些发现进一步支持了微生物群落对宿主免疫功能的调控作用，并揭示了不同环境对宿主微生物群落的深远影响。

尽管本研究取得了诸多重要发现，但仍存在一些局限性。首先，实验样本数量为每组15条鱼，这可能限制了对微小微生物变化的检测能力。其次，所有人工养殖样本均来自同一实验站，因此，研究结果可能无法推广至其他地区的黑龙江茴鱼种群或不同的养殖系统。此外，所有野生样本均在秋季采集，而黑龙江茴鱼的饮食结构会随季节变化，这可能影响其肠道微生物群落的组成。因此，未来的研究应考虑在不同季节对同一群体进行多次采样，以全面了解其肠道微生物群落的动态变化。

为了进一步提升人工繁育个体的野外适应能力，研究提出了未来的研究方向。首先，建议对同一批个体在整个养殖周期内进行多次采样，以捕捉肠道微生物群落随时间的变化轨迹。其次，可以开展针对特定益生菌株的控制性饲养实验，例如从野生个体中分离的Bacillota类群，以测试这些微生物是否能够有效恢复人工养殖个体的免疫相关微生物组成。此外，研究还建议加强野生个体的微生物群落研究，以更全面地了解其自然微生物生态和功能，从而为濒危物种的保护和恢复提供科学依据。

总体而言，本研究揭示了野生与人工养殖环境下黑龙江茴鱼在肠道微生物群落和免疫功能方面的显著差异，强调了肝脏-肠道-微生物轴在调节宿主适应性中的关键作用。这些发现不仅为改善人工繁育个体的野外适应能力提供了新的研究方向，也为濒危物种的保护策略和生态恢复提供了理论支持。通过深入了解微生物群落与宿主免疫功能之间的相互作用，我们有望开发出更有效的保护措施，从而提高濒危物种在人工繁育和野外释放过程中的存活率，促进生物多样性的恢复。