饲料叶黄素和玉米黄质对低氧胁迫下黄颡鱼（*Pelteobagrus fulvidraco*）皮肤色素沉积、肝脏脂质代谢及氧化应激的影响

《Aquaculture Reports》：Effects of dietary lutein and zeaxanthin on skin pigmentation, hepatic lipid metabolism, and oxidative stress under hypoxic conditions in yellow catfish ( Pelteobagrus fulvidraco)

　　

摘要：皮肤色素沉积是养殖鱼类品质和市场价格的关键决定因素，而低氧等环境应激因子可诱导氧化应激和代谢紊乱，从而威胁鱼类健康和水产养殖可持续性。本研究通过为期50天的投喂试验及随后的急性低氧胁迫，探讨了饲料中添加叶黄素和玉米黄质对黄颡鱼（*Pelteobagrus fulvidraco*）皮肤色素沉积、肝脏脂质代谢及氧化应激反应的影响。研究人员将初始体重为25.98±0.03 g的实验鱼随机分为三组，分别投喂基础对照饲料（Con）、添加0.2%叶黄素的饲料（Lut）或添加0.2%玉米黄质的饲料（Zea）。虽然各饲料组之间生长性能无显著差异，但Lut组皮肤黄度（yellowness）及皮肤和肝脏中总类胡萝卜素沉积量均显著升高（P<0.05），Zea组次之。脂质组学分析显示，叶黄素和玉米黄质补充均可调节肝脏和皮肤组织中多种脂质类别，包括甘油磷脂（GP）、甘油脂（GL）、鞘脂（SP）、固醇（ST）和脂肪酸（FA）（P<0.05）。皮肤叶黄素含量与磷脂酰胆碱（PC）水平（R=0.978，P<0.01）及脂质转运相关基因*cd36*（R=0.978）和*scarb1*（R=0.977，P<0.01）的表达呈强正相关。在急性低氧胁迫下，投喂Lut或Zea饲料的鱼血浆超氧化物歧化酶（SOD）活性显著升高，而葡萄糖、乳酸和丙二醛（MDA）水平显著低于对照组（P<0.05）。此外，叶黄素补充特异性上调肝脏抗氧化和抗凋亡基因（*nrf2*、*sod*、*gpx*、*bcl2*）的表达，同时下调促凋亡基因（*p53*、*casp3*）的表达（P<0.05）。综上所述，膳食叶黄素在促进黄颡鱼皮肤色素沉积和抗氧化防御方面比玉米黄质发挥更显著的作用，其功能效应与脂质代谢和类胡萝卜素转运机制密切相关。

饲料叶黄素和玉米黄质对低氧胁迫下黄颡鱼皮肤色素沉积、肝脏脂质代谢及氧化应激的影响——论文解读

一、研究背景与科学问题

鱼类体色是影响其食用价值和观赏价值的重要品质性状，尤其对于黄颡鱼（*Pelteobagrus fulvidraco*）这类具有典型黄黑体色的经济养殖鱼类而言，体色直接决定其市场接受度。鱼类的黄色、橙色和红色色素主要由类胡萝卜素贡献，但鱼类自身不能合成类胡萝卜素，必须从饲料中获取，因此类胡萝卜素的吸收效率成为决定体色表现的关键环节。已有研究表明，不同鱼类对不同类型类胡萝卜素的吸收能力存在差异，例如大西洋鲑优先吸收虾青素而对叶黄素吸收效率较低，提示鱼类可能存在选择性吸收机制。此外，水产养殖中高密度饲养和操作胁迫常导致低氧应激，低氧会诱发氧化应激和代谢紊乱，进而危害鱼类健康。类胡萝卜素因具有多个共轭双键，能够有效清除自由基并增强鱼类抗氧化能力，因此被看作具有改善体色和缓解应激的双重功能营养素。然而，叶黄素（lutein）与玉米黄质（zeaxanthin）这两种结构相近的含氧类胡萝卜素在黄颡鱼中的差异性功效及其作用机制尚缺乏系统比较。为此，研究人员设计了一项为期50天的投喂试验，随后进行急性低氧胁迫，以系统评估两种类胡萝卜素对黄颡鱼生长、体色、组织类胡萝卜素沉积、肝脏脂质代谢和抗氧化能力的影响，并探讨其潜在机制，为水产养殖中合理使用类胡萝卜素调控鱼体色提供科学依据。

二、研究设计与主要技术方法

研究人员采用三种等氮等脂的实用饲料（粗蛋白38.5%，粗脂8%），分别不添加类胡萝卜素（Con）、添加0.2%叶黄素（Lut）或0.2%玉米黄质（Zea）。黄颡鱼幼鱼（初始体重25.98±0.03 g）购自中国武汉邓家州，随机分配至9个养殖桶（每桶300 L，每饲料3桶，每桶20尾），在循环水系统中饲喂50天。主要技术方法包括：使用色差仪（Konica Minolta CR-400）测定皮肤色泽参数（L*、a*、b*）；采用液相色谱-串联质谱（LC-MS/MS，AB Sciex QTRAP 6500）定量组织类胡萝卜素含量；运用基于LC-ESI-MS/MS的脂质组学平台分析肝脏和皮肤的脂质代谢物谱；通过实时荧光定量PCR（qRT-PCR）检测类胡萝卜素转运、抗氧化、炎症及凋亡相关基因表达；急性低氧胁迫试验将溶氧维持在0.28±0.01 mg/L持续30分钟，随后采集血浆和肝脏样本；组织学分析采用苏木精-伊红（HE）染色和TUNEL凋亡检测。数据采用单因素方差分析和Duncan多重比较检验，相关性分析使用Pearson相关系数。

三、研究结果

（一）生长性能与体成分

各饲料组黄颡鱼的摄食率、增重率和饲料效率均无显著差异，全鱼水分、粗蛋白和粗脂含量也未受饲料处理影响。表明在该添加水平下，叶黄素和玉米黄质对黄颡鱼生长性能无不良影响。

（二）色素含量与体色参数

肝脏和皮肤色素分析显示，Lut组肝脏总类胡萝卜素含量显著高于Con组，且肝脏叶黄素比例最高；皮肤总类胡萝卜素含量以Lut组最高、Zea组次之，显著高于对照组。Lut组皮肤中叶黄素比例最高，Zea组皮肤玉米黄质比例最高，且皮肤中叶黄素比例始终显著高于玉米黄质比例，说明黄颡鱼皮肤对叶黄素的吸收能力优于玉米黄质。体色测定结果表明，常氧状态下三组皮肤明度（L*）和红度（a*）无差异，但黄度（b*）以Lut组最高、Zea组次之、Con组最低。急性低氧仅在Con组引起皮肤L*、a*、b*显著变化，而Lut和Zea组体色参数保持相对稳定，且在低氧下Lut组背部及腹部b*值最高。表明叶黄素和玉米黄质能够增强低氧胁迫下黄颡鱼的体色稳定性。

（三）脂质代谢与相关性分析

肝脏差异脂质代谢物主要富集于甘油磷脂（GP）、甘油脂（GL）和脂肪酸（FA）类。与Con相比，Lut组N-酰基-1,2-二酰甘油-3-磷酸乙醇胺（LNAPE）、磷脂酰甘油（PG）、磷脂酰丝氨酸（PS）和溶血磷脂酰胆碱（LPC）显著升高，Zea组PG、LPC和甘油二酯（DG）升高。皮肤差异脂质主要涉及GP、鞘脂（SP）、固醇脂（ST）和FA类；与Con相比，Lut和Zea组LNAPE、PG、PE-O、PE-P降低而磷脂酰胆碱（PC）升高，Lut组还显著升高鞘磷脂（SM）、神经酰胺（Cer）、胆固醇酯（CE）和酰基肉碱（CAR），同时胆汁酸（BA）水平最低。相关性分析显示，皮肤叶黄素含量与PC呈极显著正相关（R=0.978，P<0.01），而肝脏色素与脂质代谢物无显著相关，玉米黄质也与任何脂质代谢物无显著相关。该结果提示叶黄素的选择性沉积可能依赖磷脂酰胆碱介导的脂质转运途径。

（四）类胡萝卜素转运相关基因表达与相关性分析

肝脏中*cd36*和*scarb1*表达量不受饲料影响，但Lut组皮肤中这两个基因的表达显著上调。相关性分析表明，皮肤叶黄素含量与*cd36*表达（R=0.978）和*scarb1*表达（R=0.977）均呈极显著正相关（P<0.01），玉米黄质与转运基因表达无显著相关。说明B类清道夫受体CD36和SCARB1在介导黄颡鱼皮肤叶黄素摄取中发挥关键作用，且对叶黄素具有某种选择性。

（五）血浆指标与肝脏组织形态

急性低氧后各组血浆葡萄糖均显著升高，但Con组升幅更大，且Lut和Zea组乳酸水平较低，Lut组乳酸最低。SOD活性在Lut和Zea组高于Con组，MDA含量在Con和Zea组显著升高，其中Con组最高、Lut组最低。HE染色显示，低氧导致Con组肝脏出现细胞肿胀、核固缩等病理变化，TUNEL染色证实Con组肝细胞凋亡率显著高于Lut和Zea组，其中Lut组凋亡率最低。表明叶黄素能够有效缓解急性低氧引起的氧化损伤和细胞凋亡。

（六）肝脏抗氧化、炎症和凋亡相关基因表达

低氧胁迫下，Lut组* p53*表达显著下调，*nrf2*表达上调；Lut和Zea组*sod*表达均升高，Lut组*gpx*升高；Lut组*il1β*和*il10*表达均显著高于其他组；抗凋亡基因*bcl2*在Lut和Zea组上调且Lut组最高，促凋亡基因*casp3*在Lut组显著受抑。整体表明叶黄素可通过激活Nrf2信号通路增强抗氧化酶基因表达，并通过抑制p53-caspase通路减少低氧诱导的细胞凋亡。

四、讨论与结论总结

讨论部分指出，本研究中叶黄素和玉米黄质对黄颡鱼生长无显著影响，与大黄鱼、黄慈鲷和金鱼等研究结果一致。叶黄素在提高皮肤黄度方面显著优于玉米黄质，这与斑点叉尾鲴中观察到的现象相符。皮肤中叶黄素含量显著高于玉米黄质，表明黄颡鱼对叶黄素具有更强的选择性吸收能力。磷脂酰胆碱与皮肤叶黄素高度正相关，提示PC可能通过形成混合胶束或脂质载体增强叶黄素的溶解性和生物利用度。SCARB1和CD36已被证明参与类胡萝卜素摄取，本研究中叶黄素组皮肤转运基因显著上调且与叶黄素含量强相关，进一步证实其介导叶黄素向皮肤转运的功能。在抗氧化机制方面，叶黄素通过上调*nrf2*、*sod*、*gpx*增强抗氧化酶活性，降低MDA水平，并通过下调*p53*、上调*bcl2*、抑制*casp3*减少细胞凋亡，与番茄红素在哺乳动物中的p53介导抗凋亡作用类似。

研究结论为：叶黄素比玉米黄质更能有效促进黄颡鱼皮肤色素沉积；叶黄素是黄颡鱼皮肤中的主要类胡萝卜素，并与皮肤磷脂酰胆碱含量显著正相关；*scarb1*和*cd36*介导了皮肤对叶黄素的摄取；叶黄素通过调节* nrf2*和*p53*信号通路缓解氧化应激和低氧诱导的细胞凋亡。同时，研究存在局限性：仅测试了单一剂量（0.2%），未探讨剂量效应和实际养殖应用条件；皮肤叶黄素与PC相关的分子机制尚需进一步功能验证。该研究为叶黄素和玉米黄质在鱼类着色及抗氧化防御中的差异化作用提供了新见解，为后续机制研究和应用开发奠定了基础。论文发表于《Aquaculture Reports》。