《Aquaculture》：Molecular and functional insights of β-1,3-glucan-binding protein (β-GBP) in polyphenol-based oxidative stress mitigation in whiteleg shrimp (
Penaeus vannamei)
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白斑对虾β-1,3-葡聚糖结合蛋白（β-GBP）通过调控免疫应答和抗氧化通路缓解氧化应激，多酚补充可增强其功能并提升存活率15-30%，但纳米递送和基因编辑等新策略仍需实验验证。
穆罕默德·萨夫达尔（Muhammad Safdar）| 萨夫达尔·伊姆兰（Safdar Imran）| 哈菲兹·伊什法克·艾哈迈德（Hafiz Ishfaq Ahmad）| 梅赫梅特·奥扎斯兰（Mehmet Ozaslan）| 王霞（Xia Wang）| 陈秀丽（Xiuli Chen）
巴基斯坦巴哈瓦尔普尔（Bahawalpur）乔利斯坦兽医与动物科学大学（Cholistan University of Veterinary and Animal Sciences）育种与遗传学系
摘要
白腿虾（Penaeus vannamei）是全球水产养殖的支柱，年产量超过580万吨（FAO，2022年数据），但面临氧化应激的严重挑战，这会损害其健康、生长和繁殖能力。β-1,3-葡聚糖结合蛋白（β-GBP）是一种关键的模式识别受体，负责调控先天免疫防御并控制氧化应激，因此成为提高抗逆性的主要靶点。本文主要探讨了β-GBP的基因组调控机制以及多酚类物质在P. vannamei水产养殖中的应用潜力。多酚是一类具有强大抗氧化和免疫调节作用的天然化合物，能够增强β-GBP的功能，中和活性氧（ROS），并提升生产指标；多项对照试验表明，多酚的使用可使存活率和产量提高15–30%。本文利用RNA测序、CRISPR-Cas9基因编辑、蛋白质组学、单细胞转录组学和综合多组学等先进方法，深入分析了β-GBP的调控机制。基于多酚的干预措施能够增强β-GBP介导的免疫反应，减轻氧化损伤，并促进可持续的水产养殖实践。尽管纳米递送系统、人工智能优化配方以及益生菌与多酚的联合使用在理论上具有巨大潜力，但这些方法仍处于研究阶段，需要进一步的实验验证。
引言
白腿虾（Penaeus vannamei）占全球养殖虾产量的约80%，年产量超过580万吨（FAO，2022年数据）（Ahmed等人，2023年；Pedrazzani等人，2024年）。集约化养殖使虾类暴露于多种非生物和生物胁迫因素中，这些因素会引发氧化应激并增加疾病风险（Boyd等人，2020年）。氧化应激会导致P. vannamei水产养殖的长期可持续性受到威胁（Bian等人，2025年）。氧化应激是一种生理失衡状态，其中活性氧（ROS）如超氧阴离子（O??）、过氧化氢（H?O?）和羟基自由基（•OH）超过虾体的抗氧化防御能力，从而导致细胞损伤。多种胁迫因素会加剧这种氧化失衡（Estrada-Cárdenas等人，2021年；He等人，2024年；Li等人，2016年；Wang等人，2009年），例如盐度波动超出最佳范围（10–30 ppt）、重金属（镉、铅）超标、摄入微塑料（颗粒大小约1–10 μm）、水中溶解氧不足（低氧环境）以及过度拥挤（每立方米超过100只虾）等都可能产生过多的ROS（Chen等人，2024年；Kuo等人，2023年；Xu等人，2018年）。生理因素，如繁殖压力和蜕皮期间的代谢需求，也会进一步加剧ROS的产生，破坏细胞稳态，削弱免疫能力，延缓生长和繁殖（Chen等人，2024年；Niu等人，2022年）。这些压力因素每年给主要生产地区带来数亿美元的经济损失（Chen等人，2024年；Kuo等人，2023年；Xu等人，2018年）。气候预测显示，到2050年全球气温可能上升1–3°C，这可能导致脆弱地区的产量减少10–20%（Chen等人，2024年）。因此，需要基于自然的干预措施，而多酚提供了一种有前景的策略，尽管其成功应用仍需严格的机制验证。
β-1,3-葡聚糖结合蛋白：结构与功能
β-1,3-葡聚糖结合蛋白（β-GBP）是P. vannamei先天免疫系统的关键组成部分，它能识别真菌和细菌细胞壁中的β-1,3-葡聚糖，从而触发防御反应（Phupet等人，2018年；Shaer，2025年）。从结构上看，β-GBP属于糖基水解酶家族16（GH16），具有特征性的β- jelly-roll折叠结构。其碳水化合物识别域（CRD）在虾类同源物中包含大约80–270个残基，且具有保守性。
Penaeus vannamei中的氧化应激
在P. vannamei中，当活性氧（ROS）如O??、H?O?和•OH）超过虾体的抗氧化防御能力时，就会发生氧化应激，导致脂质过氧化（如丙二醛MDA水平升高至30–50%）和DNA损伤（Lu等人，2023年；Xu等人，2018年）。生物胁迫因素，如Vibrio感染或高养殖密度，会通过促进吞噬作用加剧ROS的产生。在严重应激条件下，氧化损伤表现为多种形式：蛋白质羰基化（降低酶活性）、DNA链断裂等。
Penaeus vannamei中β-1,3-葡聚糖结合蛋白的基因组与分子调控机制
分子技术的进步有助于揭示β-GBP在P. vannamei中的表达和功能调控机制。转录组学研究表明，饮食中的多酚（如绿茶提取物）或病原体刺激（如Vibrio parahaemolyticus浓度为104 CFU/mL、WSSV浓度为103 copies/μL）可以显著上调β-GBP的mRNA表达（Duan等人，2019年；Farhadi等人，2023年）。
β-1,3-葡聚糖结合蛋白作为多酚干预的目标
β-GBP在病原体识别和氧化应激调节中的双重作用使其成为营养干预的有效靶点。多酚类物质（如姜黄中的姜黄素、洋葱中的槲皮素和葡萄中的白藜芦醇）被认为可以通过稳定其碳水化合物识别域（CRD）并激活下游免疫信号通路来增强β-GBP的功能，从而增强虾体的抗逆性。
多酚对虾类生产和氧化应激的影响
多项研究表明，饲料中添加多酚可以改善虾类的生长和存活率（Ahmadifar等人，2021年；Niyamosatha等人，2015年）。例如，Kuo等人（2023年）发现，在池塘养殖试验中添加绿茶提取物可以提高饲料转化率和生长速度，同时降低死亡率。
挑战与未来方向
尽管研究结果令人鼓舞，但在实际应用β-GBP相关多酚策略时仍面临诸多挑战。生物利用度是一个主要问题：许多多酚在虾体内的吸收较差且代谢迅速。例如，槲皮素在摄入后几小时内就会被代谢（Gong等人，2022年；Teng和Chen，2019年）。纳米封装技术（如壳聚糖纳米颗粒）已被证明可以改善多酚在水产饲料中的吸收（Ahmed等人，2023年），但实际效果仍有待验证。
结论
本文综述了当前关于β-1,3-葡聚糖结合蛋白在P. vannamei氧化应激反应中的分子和实验证据。研究表明，饮食中的多酚可以增强β-GBP的活性并改善虾体的健康状况。我们区分了已证实的发现（β-GBP的免疫/抗氧化功能）和提出的干预策略（纳米递送、基因组编辑、人工智能优化）。值得注意的是，尽管许多研究显示多酚能提高存活率、生长速度或抗逆性，但实际应用仍需进一步验证。
CRediT作者贡献声明
穆罕默德·萨夫达尔（Muhammad Safdar）：撰写综述与初稿、数据验证、方法学设计、正式分析、概念构思。
萨夫达尔·伊姆兰（Safdar Imran）：软件开发、实验设计。
哈菲兹·伊什法克·艾哈迈德（Hafiz Ishfaq Ahmad）：方法学设计、实验实施、正式分析、概念构思。
梅赫梅特·奥扎斯兰（Mehmet Ozaslan）：数据验证、项目监督。
王霞（Xia Wang）：资源协调。
陈秀丽（Xiuli Chen）：撰写初稿、数据验证、项目监督、资源提供。
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Mahalingam Anjugam等人，2016年
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作者声明无利益冲突。
致谢
作者感谢广西科技重大项目（项目编号AA23062046）为本研究提供的财政支持。
