《Aquaculture and Fisheries》：Trehalose induced metabolic dysregulation in Nile Tilapia under high-fat diet: unmasking species-specific lipogenic and glycolytic effects
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尽管海藻糖在哺乳动物中通过自噬调节脂质代谢，但其在高脂饮食条件下对鱼类的生理作用仍不明确。为探究饲料海藻糖对脂质代谢和肝脏健康的影响，尼罗罗非鱼（Oreochromis niloticus）被投喂对照饲料、高脂饲料（HF）或添加3%海藻糖的高脂饲料（HF +
尽管海藻糖在哺乳动物中通过自噬调节脂质代谢，但其在高脂饮食条件下对鱼类的生理作用仍不明确。为探究饲料海藻糖对脂质代谢和肝脏健康的影响，尼罗罗非鱼（Oreochromis niloticus）被投喂对照饲料、高脂饲料（HF）或添加3%海藻糖的高脂饲料（HF + 3% Tre）8周。与HF组相比，饲料中添加海藻糖导致内脏体指数显著升高。相应地，HF + 3% Tre组的肝脏甘油三酯（TG）含量及空泡化严重程度显著加剧。此外，海藻糖促进肝脏脂质积累，伴随脂质合成基因（fasn、accα）上调及自噬相关基因（lc3a、lc3b）下调。HF + 3% Tre组肝脏磷酸化AMPK/AMPK水平呈下降趋势。与这些转录变化一致，HF + 3% Tre组Beclin1蛋白表达显著降低。与血清葡萄糖和肝脏乳酸水平升高一致，海藻糖上调糖酵解关键基因（hk1、gk）和三羧酸循环基因（cs），同时下调糖异生基因（g6pase、fbpase）。转录组分析证实海藻糖深刻改变了肝脏脂质和葡萄糖代谢通路。除代谢通路外，HF + 3% Tre组血清AST活性显著高于HF组，总抗氧化能力显著低于HF组。同时，肝脏炎症稳态被破坏，表现为抗炎因子（il-10）和促炎因子（tnfα）同时受到抑制。总之，饲料海藻糖通过增强脂质合成、抑制自噬相关标志物和糖代谢失调的机制，加剧了高脂饮食诱导的尼罗罗非鱼肝脏脂肪变性。这些结果显示了海藻糖在鱼类中与哺乳动物不同的代谢效应。
**研究背景与问题提出**
在水产养殖中，高脂饲料的广泛使用可缓解蛋白源短缺问题，但长期投喂会导致鱼类脂肪肝，表现为肝脏脂质过度积累、肝功能受损和生长性能下降。自噬是细胞内物质降解和循环的关键机制，主要在代谢应激条件下（如脂质超载、饥饿）被激活，通过激活脂噬促进脂解代谢。在哺乳动物中，海藻糖已被明确证实是一种新型自噬激活剂，具有降脂和促生长作用。海藻糖通过抑制葡萄糖转运蛋白或调节AMPK-ULK1等通路诱导自噬，从而改善肝脏脂质积累、降低血清胆固醇和甘油三酯。然而，研究人员此前在鱼类中的研究发现存在差异：在高胆固醇饲料投喂的尼罗罗非鱼中，3%海藻糖显著降低肝体指数、血清和肝脏总胆固醇水平，该降胆固醇效应通过抑制葡萄糖来源的酰基辅酶A向胆固醇合成转化介导，且不依赖自噬活性；而在高碳水化合物饲料投喂的杂交石斑鱼（Epinephelus fuscoguttatus♀ × E. lanceolatus♂）中，3%海藻糖虽不影响胆固醇水平，但通过抑制合成基因和促进分解基因缓解肝糖原积累，同时上调mTORC1信号通路增强蛋白沉积，却显著增加肝脏总脂和甘油三酯含量。当前研究争议主要集中于两方面：一是机制上的物种特异性差异——哺乳动物中观察到的自噬依赖性效应在鱼类中未被证实；二是应激条件的影响——海藻糖对鱼类脂质代谢的调控方向在高胆固醇与高葡萄糖背景下存在差异。鉴于海藻糖在代谢调控中的潜在作用及当前研究空白，海藻糖能否有效缓解高脂饮食引起的脂肪沉积和健康损害尚不清楚。因此，本研究以尼罗罗非鱼为实验对象，聚焦高脂饮食诱导的脂质积累，系统探究海藻糖对鱼类代谢紊乱和肝脏健康的调控作用，旨在为优化水产饲料配方和缓解高脂饮食相关代谢危害提供理论依据。
**主要关键技术方法**
研究人员以尼罗罗非鱼幼鱼（初始体重4.50 ± 0.5 g）为实验对象，设置对照饲料（6%脂质）、高脂饲料（HFD，14%脂质）和高脂饲料添加3%海藻糖（HFD + 3% Tre）三组，进行为期8周的养殖实验。主要技术方法包括：生化分析测定血清和肝脏甘油三酯（TG）、葡萄糖（GLU）、丙酮酸、乳酸、总抗氧化能力（T-AOC）、丙二醛（MDA）及天冬氨酸氨基转移酶（AST）、丙氨酸氨基转移酶（ALT）活性；肝脏组织切片苏木精-伊红（H&E）染色观察空泡化；实时定量PCR（qPCR）检测脂质合成、脂解、自噬、脂肪酸β-氧化、糖摄取、糖酵解、糖异生、三羧酸循环、细胞凋亡及炎症相关基因表达；蛋白免疫印迹（Western blotting）检测p-AMPK/AMPK和Beclin1蛋白表达；转录组测序（RNA-seq）分析差异表达基因及KEGG通路富集。实验鱼来自广州天发水产科技有限公司。
**研究结果**
**3.1 饲料海藻糖加剧高脂饮食引起的鱼类肝脏脂质积累**
8周养殖实验期间，各组体重稳步增加，HF组终末体重最高。三组间肥满度（CF）无显著差异。HF + 3% Tre组内脏体指数（VSI）显著高于HF组。HF组肠系膜脂肪指数（MFI）显著高于对照组，HF + 3% Tre组维持与HF组相似的高水平。HF + 3% Tre组血清TG水平显著高于HF组，肝脏TG含量也显著增加。H&E染色显示，HF组肝脏空泡化较对照组更严重，HF + 3% Tre组进一步加剧。综上所述，海藻糖摄入加剧了高脂饲料投喂鱼类的肝脏脂质沉积。
**3.2 饲料海藻糖上调高脂饮食鱼类肝脏脂质合成基因并下调自噬相关基因和蛋白**
8周养殖实验后，HF饲料显著促进尼罗罗非鱼肝脏脂质合成相关基因（accα和dgat2）表达，同时上调脂解、自噬和脂肪酸β-氧化关键基因（atgl、lc3a、cpt1-b、aco和pparα）。尽管哺乳动物研究证明海藻糖可通过增强脂噬减少脂质积累，但本研究发现，与HF组相比，添加3%海藻糖进一步上调肝脏脂质合成相关基因（fasn和accα）表达，并显著下调自噬相关基因（lc3a和lc3b）。相反，脂解和脂肪酸β-氧化相关基因表达无显著变化。Western blot分析显示，HF + 3% Tre组肝脏p-AMPK/AMPK水平较HF组呈下降趋势，Beclin1蛋白表达显著降低。这些结果表明，饲料添加3%海藻糖与脂质合成基因表达增加和自噬相关标志物下调相关，可能加剧尼罗罗非鱼肝脏脂质积累。
**3.3 饲料海藻糖促进罗非鱼肝脏脂质代谢和葡萄糖代谢**
为聚焦高脂条件下海藻糖特异性响应，选取HF和HF + 3% Tre组进行进一步展示和分析。转录组分析显示两组间转录谱存在显著差异，PCA显示两组清晰分离，共2728个基因差异表达。KEGG通路分析表明，海藻糖添加组中脂质代谢相关通路显著富集，包括三酰甘油合成。此外，海藻糖处理显著增加糖酵解相关基因表达，降低糖异生相关基因表达。
**3.4 饲料海藻糖改变罗非鱼肝脏糖酵解、TCA循环和糖异生相关基因表达**
与HF组相比，添加3%海藻糖组血清葡萄糖和肝脏乳酸水平显著升高，肝脏丙酮酸含量显著降低。在分子水平上，海藻糖抑制葡萄糖摄取相关基因（glut1、glut2、glut4）和糖异生相关基因（g6pase、fbpase、pepck）表达，同时增强糖酵解相关基因（gp、hk1、gk、pdk）和三羧酸（TCA）循环相关基因（cs）表达。这些结果表明，海藻糖抑制肝脏葡萄糖摄取——导致血糖升高——同时在mRNA水平代偿性上调糖酵解和TCA循环基因表达。
**3.5 饲料海藻糖造成肝脏健康损伤并增加氧化应激**
与HF组相比，添加3%海藻糖的尼罗罗非鱼血清AST活性显著升高，提示肝细胞膜完整性可能受损。同时，海藻糖处理组肝脏总抗氧化能力（T-AOC）显著抑制，MDA水平呈上升趋势。此外，海藻糖下调促凋亡基因（bax）表达、上调抗凋亡基因（bcl2）表达，从而减弱肝脏凋亡。海藻糖还显著抑制促炎因子（tnfα）和抗炎因子（il-10）表达，表明肝脏炎症稳态被破坏。
**讨论与结论**
讨论部分指出，在哺乳动物中，海藻糖的降脂效应高度依赖自噬激活：一方面通过抑制葡萄糖转运蛋白模拟能量缺乏，经AMPK-ULK1轴诱导脂滴自噬；另一方面通过抑制mTORC1通路减少TFEB磷酸化，并诱导溶酶体钙释放激活钙调磷酸酶使TFEB去磷酸化，促进其核转位。在水产动物中，研究人员此前发现高胆固醇饲料投喂的尼罗罗非鱼中3%海藻糖的降脂效应与自噬无关，而是通过抑制"葡萄糖-酰基辅酶A-胆固醇"转化实现；高碳水化合物饲料投喂的杂交石斑鱼中，海藻糖对脂质代谢的调控与mTORC1信号通路激活相关。本研究的机制分析进一步揭示，与HF组相比，HF + 3% Tre组肝脏脂质合成相关基因显著上调、自噬相关基因显著下调，且p-AMPK/AMPK水平呈下降趋势。转录组分析证实海藻糖深刻改变了高脂饲料投喂罗非鱼的肝脏转录组，差异表达基因在脂质合成通路中显著富集。在葡萄糖代谢方面，海藻糖对葡萄糖代谢的调控在哺乳动物和水产动物中均表现出"葡萄糖转运抑制"的共同特征，但后续代谢流的分歧是其物种特异性的核心表现。本研究中，海藻糖表现出精确的"双向调控"模式：一方面显著抑制葡萄糖摄取基因（glut1、glut2、glut4）表达，减少肝脏葡萄糖摄取；另一方面不同于高碳水化合物石斑鱼中调控糖原代谢基因或高胆固醇罗非鱼中抑制糖酵解，而是显著代偿性上调糖酵解基因（hk1、gk、pdk）和TCA循环基因，同时强烈抑制糖异生基因（g6pase、fbpase、pepck）。在肝脏健康方面，哺乳动物中海藻糖可通过激活自噬缓解氧化应激介导的肝损伤，而本研究中HF + 3% Tre组血清AST活性显著升高，肝脏总抗氧化能力受到抑制。这种矛盾的"损伤-保护"效应进一步证实了海藻糖在高脂条件下调控罗非鱼肝脏的复杂性，而过度的脂质积累和氧化应激是肝损伤的核心驱动因素。研究结论部分翻译如下：本研究表明，饲料添加海藻糖与哺乳动物中的效应相反，显著加剧了高脂饮食诱导的尼罗罗非鱼肝脏脂肪变性。这种不良效应可能源于脂质合成增强、自噬相关基因表达降低、TCA循环相关基因表达降低、p-AMPK/AMPK水平呈下降趋势以及Beclin1水平显著降低。此外，海藻糖通过抑制肝脏葡萄糖摄取破坏葡萄糖代谢，导致糖酵解和TCA循环仅在mRNA水平代偿性增强。最终，这些代谢紊乱导致肝脏健康受损，表现为氧化应激增加、组织损伤和肝脏炎症稳态破坏。这些发现表明海藻糖的效应高度依赖饲料背景，当添加到尼罗罗非鱼高脂饲料中时会加剧肝脏脂肪变性。因此，海藻糖在商业水产饲料中的应用应审慎评估，未来研究应进一步探究海藻糖在水产养殖中的应用，特别关注其在不同营养条件下的差异化效应。
