多组学整合分析揭示达氏鲟(Acipenser dabryanus)低氧胁迫与复氧应答的分子机制及组织修复动态

针对水产养殖中低氧胁迫导致的鱼类大规模死亡问题，四川渔业研究所团队通过组织学、超微结构及转录组-蛋白质组-代谢组多组学整合分析，系统揭示了达氏鲟在低氧/复氧过程中皮肤肌肉损伤修复动态，发现HIF-1信号通路、糖酵解/糖异生代谢及甘油磷脂代谢的关键调控作用，为濒危物种保护性增殖放流提供理论支撑。

　　

长江上游水电开发与水体富营养化导致溶解氧(DO)浓度骤降，使"水中活化石"达氏鲟(Acipenser dabryanus)这一长江旗舰物种面临生存危机。2022年IUCN将其列为野外灭绝物种，人工增殖放流成为拯救该物种的最后希望，但运输过程中的低氧胁迫常引发放流个体大规模死亡。尽管已知低氧会引发鱼类氧化应激(ROS)和能量代谢转换，但达氏鲟应对急性低氧的分子机制及组织修复规律仍是未解之谜。

四川渔业研究所团队通过控制实验模拟运输环境，对4月龄幼鱼进行急性低氧(DO=1.0±0.2 mg/L)处理，采用组织病理学、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)结合转录组、蛋白质组和代谢组技术，系统解析了低氧/复氧过程中组织损伤与分子应答的动态变化。

主要技术方法
实验选用F2代达氏鲟幼鱼(体长19.6±0.7 cm)，设置对照组(DO=7.5 mg/L)、低氧组(6 h)和复氧组(6 h/24 h)。通过H&E染色观察皮肤、肌肉等5种组织病理变化，SEM/TEM检测鳃部线粒体丰富细胞(MRC)形态，ELISA测定血清超氧化物歧化酶(SOD)和肝脏乳酸脱氢酶(LDH)活性。采用Illumina测序平台进行肝脏/鳃组织转录组分析，结合LC-MS/MS非标记定量蛋白质组学和UPLC-QTOF代谢组学技术筛选差异分子。

研究结果

组织学与超微结构变化
皮肤表皮层在低氧6 h后出现上皮细胞脱落和色素层溶解，复氧24 h完全修复；肌肉纤维断裂现象在复氧后消失。鳃部SEM显示低氧组铺面细胞(PVC)微嵴结构塌陷，TEM观察到MRC线粒体嵴断裂，复氧后均逐步恢复。血清SOD活性较对照组升高2.1倍(P<0.01)，肝脏LDH增加1.8倍(P<0.05)，提示氧化应激和糖酵解激活。

多组学整合分析
转录组发现低氧组肝脏差异基因(DEGs)达1,892个，复氧组降至327个。KEGG富集显示补体凝血级联、IL-17信号通路基因显著上调，PI3K-Akt通路中IGFBP1等基因表达量增加3.5倍。代谢组检测到甘油磷脂代谢关键分子PC(16:0/18:1)含量增加2.3倍，与蛋白质组鉴定的磷脂酶A2(PLA2)上调相印证。三组学联合分析揭示：低氧通过HIF-1α介导的GLUT1上调促进葡萄糖摄取，同时激活糖酵解限速酶HK2和PKM2(表达量分别增加4.1/3.7倍)维持ATP供应；甘油磷脂代谢增强可能通过稳定细胞膜磷脂双分子层抵抗低氧损伤。

讨论与意义
该研究首次阐明达氏鲟通过"能量代谢重编程-膜稳态维持"双机制应对低氧：短期依赖糖酵解爆发供能，长期通过甘油磷脂代谢修复膜结构。发现PI3K-Akt通路可能通过调控IGFBP1影响低氧耐受性，为选育耐低氧品系提供分子标记。研究成果被《Aquaculture》收录，不仅为长江濒危物种保护性放流提供技术标准，其揭示的HIF-1-GLUT1-HK2调控轴更为水产动物低氧适应机制研究建立新范式。

结论
急性低氧导致达氏鲟可逆性组织损伤，复氧24 h可完全修复；多组学证实糖酵解/糖异生代谢上调和甘油磷脂代谢增强是核心应对策略；Yeyu Chen等提出的"代谢-膜稳态"协同调控模型，为理解硬骨鱼低氧适应机制提供了全新视角。