mTOR信号通路调控大口黑鲈膳食碳水化合物利用的机制研究及其在水产饲料中的应用

本研究针对肉食性鱼类普遍存在的葡萄糖不耐受问题，通过激活/抑制mTOR信号通路，揭示其对大口黑鲈（Micropterus salmoides）葡萄糖代谢的调控机制。研究发现mTOR激活剂（亮氨酸和mTOR-S）显著降低血糖水平，提升胰岛素分泌，增强糖酵解和TCA循环活性，同时减少肝脏脂肪沉积。该成果为改善水产饲料中碳水化合物利用效率提供了新策略，对解决代谢性脂肪肝和饲料成本问题具有重要意义。

　　

肉食性鱼类在进化过程中形成了独特的葡萄糖代谢特征，表现为显著的葡萄糖不耐受现象。大口黑鲈作为典型的经济性肉食鱼类，当饲料碳水化合物含量超过10%时，极易出现生长迟缓、脂肪肝等代谢紊乱问题。这一现象严重制约了水产饲料中廉价碳水化合物原料的应用，也导致养殖成本居高不下。更令人担忧的是，随着植物蛋白源在饲料中的比例增加，伴随而来的高碳水化合物含量进一步加剧了鱼类代谢负担。传统研究多聚焦于胰岛素信号通路异常，但近年来，营养感应枢纽mTOR（雷帕霉素靶蛋白）信号通路在糖脂代谢中的调控作用逐渐受到关注。

为探索这一科学问题，中国海洋大学的研究团队在《The Journal of Nutritional Biochemistry》发表研究论文，通过8周饲养实验，采用亮氨酸（Leu）、雷帕霉素（Rap）和mTOR特异性激活剂（mTOR-S）干预，系统评估了mTOR通路对大口黑鲈碳水化合物代谢的调控作用。研究发现mTOR激活不仅显著提高鱼类增重率（WGR）和特定生长率（SGR），更通过多重机制改善葡萄糖耐受：血浆葡萄糖水平降低28%，胰岛素水平提升1.5倍；肝脏糖原含量增加35%同时脂质沉积减少22%；糖酵解关键酶HK2和GLUT1表达上调，TCA循环活性增强。这些发现为破解肉食性鱼类"糖尿病样"代谢特征提供了全新视角。

关键技术方法包括：1）设计4种等氮等脂实验饲料（对照组、亮氨酸组、雷帕霉素组和mTOR激活剂组）；2）8周生长性能监测（FBW、WGR、SGR等指标）；3）血浆葡萄糖和胰岛素检测；4）肝脏ATP含量和AMPK磷酸化水平测定；5）糖代谢相关基因（hif-1α、glut1、hk2）表达分析。

【Fish growth and whole-body composition】
mTOR-S组表现出最优生长性能，终末体重（FBW）较对照组提高18.7%，而雷帕霉素组显著抑制生长（P<0.05）。体成分分析显示mTOR激活显著降低肝脏脂质含量（从12.3%降至9.8%），同时提高肌肉蛋白质沉积率。

【Discussion】
研究揭示mTOR通过三重机制改善葡萄糖代谢：1）促进胰岛素分泌，增强外周组织葡萄糖摄取；2）激活糖酵解（HK2活性提升40%）和TCA循环（ATP产量增加25%），加速葡萄糖氧化；3）抑制AMPK磷酸化（降低35%），阻断脂肪合成通路（SREBP1表达下调）。特别值得注意的是，亮氨酸作为天然mTOR激活剂，显示出与合成激活剂相当的代谢调节功效。

【Conclusion】
该研究首次证实mTOR通路是调控肉食性鱼类葡萄糖代谢的核心枢纽，其激活可有效缓解高碳水化合物饲料引发的代谢紊乱。通过膳食亮氨酸补充调节mTOR活性，为水产饲料配方优化提供了安全经济的解决方案。研究不仅填补了鱼类糖代谢调控的理论空白，更为开发"代谢精准调控型"水产饲料奠定了科学基础。

【Animal ethics statement】
所有实验均遵循中国海洋大学动物伦理委员会规范（许可证号20001001），实验鱼取样前均采用苯佐卡因（30mg/L）麻醉以减轻痛苦。研究受国家重点研发计划（2023YFD2400600）和国家自然科学基金（32273147）资助。