《Comparative Biochemistry and Physiology Part B: Biochemistry and Molecular Biology》：Exploring antioxidant responses after rapid reoxygenation at low temperature in pacu (
Piaractus mesopotamicus) – A hypoxia-tolerant neotropical fish
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溶解氧（Dissolved Oxygen, DO）浓度取决于光合作用、呼吸作用和大气交换等环境过程。在水生系统中，氧溶解度随温度升高而降低，而代谢需氧量则随之升高。此外，氧可用性的波动，包括低氧及随后的复氧，在水产养殖系统中日益频繁，可改变氧化应激水平和鱼类健
溶解氧（Dissolved Oxygen, DO）浓度取决于光合作用、呼吸作用和大气交换等环境过程。在水生系统中，氧溶解度随温度升高而降低，而代谢需氧量则随之升高。此外，氧可用性的波动，包括低氧及随后的复氧，在水产养殖系统中日益频繁，可改变氧化应激水平和鱼类健康，因为氧限制是有氧生物的主要制约因素，限制线粒体能量产生。相反，恢复到常氧浓度也可能是有害的，因为它促进活性氧（Reactive Oxygen Species, ROS）的过量产生，破坏促氧化剂与抗氧化剂之间的平衡，导致DNA、蛋白质和脂质的氧化损伤。
鱼类特别容易受到温度和DO的日变化和季节变化的影响，这可能损害鱼类的生长、生理和存活。低氧对行为、免疫和代谢产生负面影响。鱼类通常通过抑制代谢和增加对代谢副产物的耐受性来应对低氧，但低氧后的复氧可通过ROS爆发加剧氧化应激。鱼类在低氧期间对代谢副产物的耐受性主要通过低氧诱导因子驱动的糖酵解重编程、降低氧需求和增强抗氧化防御来提高。这一模式已在多种物种中得到记录，包括鲤鱼（Cyprinus carpio）、月光鱼（Trichogaster microlepis）、皮亚瓦鱼（Megaleporinus obtusidens）、细鳞肥脂鲤（Piaractus mesopotamicus）和虹鳟（Oncorhynchus mykiss）。
除了低氧本身，复氧阶段代表着一个关键的生理挑战，需要代谢调整以恢复体内稳态。氧的突然可用性可通过迅速氧化积累的电子载体，触发线粒体和NADPH氧化酶产生的ROS爆发。这一过程启动脂质过氧化（Lipid Peroxidation, LPO），其中ROS攻击多不饱和脂肪酸（Polyunsaturated Fatty Acids, PUFAs），损害膜完整性和功能。复氧破坏正常情况下上调抗氧化基因的氧化还原敏感通路，使氧化损伤和适应不良信号传导超过抗氧化基因的保护性诱导，这一效应由核因子E2相关因子2驱动。
蛋白质氧化可导致羰基化、片段化和功能损害。虽然通常不如LPO广泛，但蛋白质氧化可破坏细胞通讯和功能。然而，蛋白质氧化与蛋白质硫醇（Protein Thiols, PSH）密切相关，因为硫醇（-SH）基团是ROS的主要靶标之一。因此，PSH的定量被广泛用作氧化蛋白质损伤的生物标志物。在应激条件下，硫醇含量可发生变化以中和活性物种，这些活性物种容易被氧化为二硫键（-SS-）桥，随后通过酶促还原再生成。此外，硫醇代表抗氧化防御的早期防线，且趋于快速稳定。
温度和DO经常相互作用，对鱼类生理产生加性、协同甚至拮抗效应。例如，高温可加剧低氧诱导的代谢损伤，而较低温度可能缓解这些效应。鳃和肝脏在这些反应中发挥核心作用。鳃是与环境的主要界面，是氧波动的首要靶标，而肝脏是ROS产生和抗氧化防御的关键位点。
细鳞肥脂鲤（Piaractus mesopotamicus）原产于巴拉那-巴拉圭流域，在南美洲广泛养殖，在集约化水产养殖系统中经常暴露于温度波动和低氧事件，其中温度波动、夜间低氧和机械曝气引起的快速复氧事件频繁发生。在其自然栖息地，细鳞肥脂鲤的热舒适范围为20至28°C。在养殖中，在循环水养殖系统（Recirculating Aquaculture System, RAS）中，21–27°C条件下饲养的幼鱼在该范围内表现出更高的蛋白质效率和更好的肉质。在其自然环境中，由于水域的自然波动（decoada现象），细鳞肥脂鲤可在低或高DO浓度（0.1–8.0 mg L?1）的水域中发现，该现象全年发生在潘塔纳尔洪泛平原。低于0.5 mg O? L?1时，细鳞肥脂鲤进行水面呼吸，增加活动并利用富氧表层，并可发展出下颌的可逆性皮肤延伸以改善水面呼吸。
在先前的研究中，Nitz等人（2020b）报道，细鳞肥脂鲤幼鱼暴露于低氧后，随后进行渐进复氧，能够重建血液学稳态。然而，这些作者未评估氧化应激参数。其他研究表明，复氧可加剧鱼类的氧化应激。这在鲤鱼和鲫鱼（Carassius auratus）的肝脏、脑、肾脏和肌肉中已得到证实，分别在8和5.5小时低氧后，经过1–14小时的复氧期。类似反应也在暗须鲶（Pelteobagrus rachelle；6.5小时低氧和0.5小时复氧后肝脏和脑）、鲢鱼（Hypophthalmichthys molitrix）和银鲫（Carassius gibelio）（1小时低氧和1小时复氧后肝脏、脑和肌肉）、虹鳟（5天低氧后5天复氧的肝脏）、黄尾鰤（Seriola lalandi；24小时低氧和3小时复氧后肝脏）以及虎龙杂交石斑鱼（Epinephelus fuscoguttatus × E. lanceolatus；1小时低氧和6小时复氧后肝脏、脑和肾脏）中观察到。
一些研究还比较了不同的复氧速率，报告了不同的结果。渐进复氧期——卵形鲳鲹（Trachinotus blochii）12小时和团头鲂（Megalobrama amblycephala）7天——有助于缓解两个物种的应激。然而，尼罗罗非鱼（Oreochromis niloticus）在严重低氧后24小时复氧未显示氧化应激。在巴西鲮（Cyphocharax abramoides）中也观察到类似结果，3小时复氧期未改变抗氧化反应。
尽管已在多个物种中研究了低氧-复氧反应，但温度和复氧速率（快速与渐进）的交互效应仍知之甚少，特别是在自然经历DO突然波动的物种中。细鳞肥脂鲤被认为是低氧耐受性的，在自然和水产养殖环境中经常遇到快速复氧，但尚无研究评估温度如何在不同复氧动态下调节氧化应激。在此，研究人员通过评估暴露于低氧（2 mg O? L?1，1或12小时）后在三种温度（18、23和28°C）下进行快速（0.5小时）或渐进（5小时）复氧的细鳞肥脂鲤幼鱼的抗氧化反应来解决这一空白，首次综合评估了温度和复氧动态如何相互作用以调节该物种的氧化应激。鉴于该物种自然暴露于快速复氧及其公认的低氧耐受性，研究人员假设细鳞肥脂鲤幼鱼可以承受快速复氧而不会产生过度氧化应激，特别是在降低代谢需氧量的较低温度下。这可以实现战略性温度管理和选择使这种新热带鱼类氧化损伤最小化的环境条件。
**论文解读：温度与复氧动态对细鳞肥脂鲤（Piaractus mesopotamicus）抗氧化反应的影响**
**一、研究背景与目的**
溶解氧（Dissolved Oxygen, DO）浓度受光合作用、呼吸作用及大气交换等环境过程影响。在水生生态系统中，氧溶解度随温度升高而降低，而代谢需氧量则相应增加。氧可用性波动（包括低氧及随后复氧）在水产养殖系统中日益频繁，可改变氧化应激水平并影响鱼类健康。氧限制是有氧生物的主要制约因素，因其限制线粒体能量产生；而恢复至常氧浓度同样可能有害，因为其促进活性氧（Reactive Oxygen Species, ROS）过量产生，破坏促氧化剂与抗氧化剂平衡，导致DNA、蛋白质及脂质的氧化损伤。
鱼类对温度和DO的日变化与季节性波动尤为敏感。低氧对鱼类行为、免疫和代谢产生负面影响。鱼类通常通过抑制代谢和增强对代谢副产物的耐受性来应对低氧，但复氧阶段可通过ROS爆发加剧氧化应激。复氧破坏正常情况下上调抗氧化基因的氧化还原敏感通路，导致氧化损伤超过保护性诱导效应。温度和DO频繁交互作用，产生加性、协同甚至拮抗的生理效应。高温可加剧低氧诱导的代谢损伤，而较低温度可能缓解这些效应。
细鳞肥脂鲤（Piaractus mesopotamicus）原产于巴拉那-巴拉圭流域，是南美洲广泛养殖的重要经济鱼类。该物种自然栖息于DO浓度波动显著的环境（0.1–8.0 mg L?1），并经常暴露于温度波动和低氧事件。在其天然栖息地热舒适范围为20–28°C。尽管细鳞肥脂鲤被认为是低氧耐受性物种，但温度与复氧速率（快速vs渐进）的交互效应对其氧化应激的影响尚未被系统研究。基于此，研究人员开展本研究，旨在评估细鳞肥脂鲤幼鱼在低氧（2 mg O? L?1，1或12小时）后经历快速（0.5小时）或渐进（5小时）复氧，于三种温度（18、23、28°C）条件下的抗氧化防御与氧化应激参数，首次综合评估温度与复氧动态的交互作用，并验证以下假说：细鳞肥脂鲤幼鱼可耐受快速复氧而不产生过度氧化应激，尤其在降低代谢需氧量的较低温度下。
**二、研究方法概述**
本研究采用162尾细鳞肥脂鲤幼鱼（61.7±9.1 g；13.6±0.63 cm），购自巴西南里奥格兰德州Ajuricaba商业养殖场，并在里奥格兰德联邦大学（FURG）大陆水产养殖实验室的循环水养殖系统（Recirculating Aquaculture System, RAS）中驯化10天。实验设计为3×3因子设计：三种温度（18、23、28°C）×三种DO处理（全程常氧、低氧后快速复氧、低氧后渐进复氧），每种处理设置三个重复（n=18尾/处理）。温度经2周渐进调整后维持30天适应期。低氧条件（2.02±0.06 mg O? L?1）通过向水中充入医用氮气实现，快速复氧在0.5小时内恢复至常氧（7 mg O? L?1），渐进复氧以1 mg O? L?1 h?1速率在5小时内完成。于复氧完成后1小时和12小时采集鳃和肝脏样本。主要检测指标包括：总抗氧化能力（Total Antioxidant Capacity Against Peroxyl Radicals, ACAP）、脂质过氧化（Lipid Peroxidation, LPO）水平（以硫代巴比妥酸反应物（Thiobarbituric Acid Reactive Substances, TBARS）定量丙二醛（Malondialdehyde, MDA））、蛋白质硫醇（Protein Thiols, PSH）含量。数据分析采用双因素方差分析（Two-way ANOVA）及Tukey多重比较检验，显著性水平设为p<0.05。
**三、研究结果**
**1. 总抗氧化能力对抗过氧自由基（ACAP）**
在常氧或快速复氧条件下，复氧完成后1小时，18°C组鳃ACAP显著低于23°C和28°C组（p<0.008）；渐进复氧时，18°C组仅低于23°C组（p=0.010）。复氧完成后12小时，常氧或快速复氧条件下28°C组鳃ACAP显著低于18°C组（p<0.001）；快速复氧条件下28°C组显著低于23°C组（p=0.037）。在28°C条件下，快速复氧组鳃ACAP显著低于渐进复氧组（p=0.007）。
肝脏ACAP在18°C复氧后1小时表现为渐进复氧组最高、常氧组最低（p<0.001）。常氧或快速复氧条件下，23°C组肝脏ACAP显著高于其他温度组（p<0.010）。复氧后12小时，无论何种DO处理，28°C组肝脏ACAP均显著低于其他两个温度组（p<0.019）。28°C条件下快速复氧组肝脏ACAP显著高于其他处理组（p<0.044）。
时间效应分析显示，18°C处理组鳃和肝脏ACAP从1小时至12小时均显著升高（p<0.027）；而23°C和28°C处理组则表现为显著下降（p<0.023和p<0.048）。
**2. 脂质过氧化（LPO）**
18°C快速复氧后1小时，鳃LPO显著低于同温度其他DO处理组（p<0.001）。复氧后12小时，所有处理组28°C鳃LPO均显著高于18°C组（p<0.047）；23°C快速复氧组LPO显著高于渐进复氧组（p<0.022）及18°C快速复氧组（p<0.001）。
肝脏LPO在18°C复氧后1小时呈现渐进复氧>快速复氧>常氧的模式（p<0.037）。常氧条件下23°C组肝脏LPO显著高于18°C和28°C组（p<0.001）。复氧后12小时，所有处理组23°C肝脏LPO均显著高于其他两个温度组（p<0.047）。
时间效应分析显示，23°C和28°C处理组鳃和肝脏LPO从1小时至12小时均显著升高（p<0.048和p<0.049）；18°C快速复氧组鳃LPO亦显著上升（p<0.003）。
**3. 蛋白质硫醇（PSH）**
复氧后1小时，23°C渐进复氧组鳃PSH含量显著高于常氧组（p=0.007）；所有处理组18°C鳃PSH均显著低于23°C组（p<0.046）。复氧后12小时，鳃PSH未检测到显著差异（p>0.05）。
肝脏PSH在复氧后1小时，23°C渐进复氧组显著高于同温度其他DO处理组及其他温度渐进复氧组（p<0.039）；28°C渐进复氧组显著低于常氧和快速复氧组（p<0.016）。复氧后12小时，所有处理组23°C肝脏PSH均显著高于28°C组（p<0.047）；23°C快速复氧组显著高于18°C和28°C组（p<0.001）。
时间效应显示，18°C处理组鳃和肝脏PSH从1小时至12小时均显著增加（p<0.029和p<0.007）；28°C快速复氧组鳃PSH显著增加（p=0.020）；28°C渐进复氧组肝脏PSH显著增加（p=0.005），而其他28°C处理组肝脏PSH显著下降（p<0.049）。
**四、讨论与结论**
本研究表明，细鳞肥脂鲤幼鱼对低氧及不同温度下的复氧表现出强耐受性，实验期间无死亡发生。总体上，复氧后12小时氧化损伤低于1小时，表明抗氧化系统在12小时内趋于稳定，缓解了低氧诱导的氧化应激。18°C条件下快速复氧引起的氧化扰动最小，表明较低温度可减少复氧过渡期间ROS的形成。
温度对ACAP的影响呈现组织特异性。低氧复氧后1小时，较高温度（23和28°C）下鳃和肝脏ACAP较18°C升高，反映早期氧化应激启动的补偿性生理调整。然而12小时后，28°C下ACAP下降，表明高温下抗氧化储备消耗或抗氧化防御受损。鳃和肝脏在28°C快速复氧条件下呈现相反模式：鳃在渐进复氧下ACAP升高，而肝脏在快速复氧下ACAP较高，反映两组织不同的生理角色和氧暴露特征。
LPO结果显示，18°C快速复氧和23°C渐进复氧是鳃LPO最小化的最优条件。高温总体增加LPO，尤其在快速复氧条件下。肝脏LPO在中间和较低温度（18–23°C）较高，伴随更高的抗氧化活性，表明抗氧化系统作为补偿机制限制了氧化损伤的扩散。28°C时肝脏LPO较低，可能反映ROS产生、膜敏感性与抗氧化/修复系统之间的净平衡导致可测量的脂质损伤减少。
PSH结果显示，23°C时鳃和肝脏PSH含量较其他温度升高，表明应激下细胞的保护性反应。18°C复氧后1小时PSH下降但12小时后恢复稳定，表明该温度下硫醇防御机制快速调整。总体上，细鳞肥脂鲤在复氧后需长达12小时恢复氧化还原稳态。
本研究的应用意义在于：在低氧事件期间维持约18°C水温并确保至少12小时的恢复期，有助于减少细鳞肥脂鲤养殖中的氧化应激。尽管该短期实验提供了急性生理调整的见解，但需长期研究以确定反复低氧-复氧循环和温度波动如何影响氧化代谢、生长及整体性能。研究局限性在于未测定酶促抗氧化剂（如超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化氢酶（CAT）、谷胱甘肽过氧化物酶（GSH-Px）），这些酶构成抗氧化防御系统的核心，其定量将有助于确定ACAP变化是否反映酶促上调或耗竭，从而加深对温度依赖性氧化调整机制的理解。
该研究发表于《Comparative Biochemistry and Physiology Part B: Biochemistry and Molecular Biology》。
