后生元通过增强肝胰腺细胞骨架完整性,对抗VHVP-2毒素,从而减轻凡纳滨对虾的半透明幼体病(TPD)

《Aquaculture》:Postbiotics mitigate translucent post-larvae disease (TPD) in Penaeus vannamei by reinforcing hepatopancreatic cytoskeletal integrity against VHVP-2 toxin

【字体: 大 中 小 】 时间:2026年09月05日 来源:Aquaculture 4.4

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   摘要半透明幼体病(TPD)是对虾养殖中一种具有高度破坏性的新发疾病。该病由一种高度致病性的副溶血性弧菌(Vibrio parahaemolyticus,VpTPD)菌株引起,该菌株携带一个新型毒力质粒,编码VHVP毒素。本研究系统评估了高效复合后生元制剂在凡纳滨对虾(Pena

  

摘要

半透明幼体病(TPD)是对虾养殖中一种具有高度破坏性的新发疾病。该病由一种高度致病性的副溶血性弧菌(Vibrio parahaemolyticus,VpTPD)菌株引起,该菌株携带一个新型毒力质粒,编码VHVP毒素。本研究系统评估了高效复合后生元制剂在凡纳滨对虾(Penaeus vannamei)VpTPD感染中的保护效果及其分子机制。实验设计将凡纳滨对虾分为对照组和两个后生元预处理组(高剂量组:1.0 × 106 cells g?1;低剂量组:1.0 × 105 cells g?1)。经过14天投喂后,对虾进行VpTPD浸染攻击试验。结果显示,在10天攻击试验中,高剂量后生元组表现出显著的剂量依赖性保护效果。高剂量组的累计死亡率(42.22%)显著低于阳性对照组(87.88%)和低剂量组(84.40%),达到相对保护率(RPS)51.96%(p < 0.001)。qPCR分析显示,高剂量组肝胰腺中vhvp-2毒力基因的负载降低了两个对数级别,相当于约100倍的减少。组织病理学分析表明,高剂量组显著减轻了毒素诱导的肝胰腺管状上皮坏死和中肠平滑肌损伤,从而防止了肠穿孔和上皮脱落。转录组分析鉴定了1924个差异表达基因(DEGs)。KEGG富集分析提示,保护机制可能主要依赖于细胞骨架结构和肌肉收缩功能的增强,包括"肌动蛋白细胞骨架调节"、"黏着斑"和与"扩张型心肌病"同源的收缩蛋白途径等显著上调的通路。关键的是,粪便蛋白质组分析揭示,未受保护的对虾粪便中大量泄漏了宿主细胞骨架和肌肉收缩蛋白(如肌动蛋白和肌钙蛋白),为这种结构破坏提供了蛋白质水平的证据。同时,组织病理学结果证实,高剂量后生元预处理有效维持了这种结构完整性。鉴于VHVP-2毒素含有类似SpvB的ADP-核糖基转移酶结构域,主要通过阻断F-肌动蛋白聚合发挥作用,本研究提出后生元预处理通过预先诱导宿主"结构防御反应"相关基因的表达,增强细胞骨架和肌肉收缩成分抵抗毒素解聚的能力。总之,本研究证明了高剂量后生元在实验攻击条件下对TPD的保护效果,揭示了后生元通过维持组织结构完整性来对抗细菌毒素的新型防御机制。

引言

全球对虾养殖业正面临严峻的生物安全挑战,特别是在2019年10月中国南方育苗场出现的"半透明幼体病"(TPD),这是最具致死性的新发疾病之一。该病主要影响凡纳滨对虾(P. vannamei)的幼体P5-P7阶段,发病时间短、死亡率高(Zou et al., 2020; Yang, 2022)。症状出现后三天内,死亡率超过90%。受感染的幼虾表现为停止摄食、活动减少、肝胰腺苍白萎缩、消化道空虚。由于这些临床症状,当地养殖户将该病命名为"半透明幼体病(TPD)"或"玻璃幼体病(GPD)"(Zou et al., 2020)。疫情迅速蔓延,扩散至中国北方养殖区域,导致2020年超过80%的沿海凡纳滨对虾幼体育苗场关闭,并且近期也发现在养殖商品虾中发生了该病,从而对对虾养殖业构成巨大威胁(Yang, 2022)。
致病性研究已证实,TPD的病原体是携带特定毒力质粒4的副溶血性弧菌(Vibrio parahaemolyticus,VpTPD)菌株。与引起急性肝胰腺坏死病(AHPND)的菌株不同,VpTPD不携带PirAB毒素基因,而是编码一组新型"弧菌高毒力蛋白"(VHVP),其中VHVP-2被认为是核心致死因子(Liu et al., 2023)。生物信息学和结构生物学分析显示,VHVP-2蛋白含有保守的SpvB样结构域(沙门氏菌质粒毒力蛋白B)和TcdB毒素复合结构域(Liu et al., 2023)。SpvB是一种强效ADP-核糖基转移酶,可特异性修饰宿主细胞内的单体型球状肌动蛋白(G-actin),阻断其聚合为纤维状肌动蛋白(F-actin)(Otto et al., 2000; Tezcan-Merdol et al., 2001)。细胞骨架肌动蛋白的破坏被认为是导致肝胰腺导管上皮细胞变圆、坏死和脱落,以及中肠平滑肌层结构溶解的直接原因(Liu et al., 2023)。这一致病机制的推测与临床观察到的严重肠穿孔和"中肠平滑肌坏死(MSMN)"的病理特征相吻合(Srisala et al., 2025)。
在养殖业中,传统的疾病管理通常依赖于化学品和抗生素。然而,这些药物的滥用不仅导致耐药菌株的出现,还引发了严重的食品安全和环境污染问题(Lin et al., 2017)。后生元,被定义为"赋予宿主健康益处的非活性微生物及其代谢物制剂",近年来作为一种更安全、更稳定的替代方案受到越来越多的关注。与活益生菌相比,后生元具有无致病性风险、易于运输和储存、剂量精确等优点。研究表明,特定的后生元(如灭活的植物乳杆菌、枯草芽孢杆菌)可以通过调节宿主免疫应答、增强物理屏障完整性和改善肠道微生物组来增强对虾的疾病抵抗力(Ren et al., 2022)?(Li et al., 2013)。特别是,最近的一项研究表明,复合后生元制剂(SYNLAC Prime)能有效调节凡纳滨对虾(Penaeus vannamei)的生长性能、非特异性免疫和肠道健康,为其在甲壳类动物养殖中的应用奠定了生理基础(Cheng et al., 2025)。然而,关于后生元如何特异性防御由细胞骨架毒素(如VHVP-2)驱动的病理过程,仍缺乏深入的分子机制研究。
转录组测序技术(RNA-seq)为阐明这种复杂的宿主-微生物组-病原体相互作用提供了有力工具。既往研究表明,病原体感染可触发JAK-STAT和Toll样信号等经典免疫通路的激活(Du et al., 2016; Dai et al., 2017)。然而,作为甲壳类动物的核心代谢和免疫器官,肝胰腺在后生元预处理后如何通过重塑其基因表达谱来对抗细胞骨架破坏,仍尚不清楚。
本研究旨在填补这一知识空白。我们系统评估了复合后生元制剂对VpTPD感染的保护作用。虽然先前的研究大多集中于一般的免疫刺激,但在细胞骨架毒素暴露期间,特别是蛋白质水平的特异性多组学响应仍未知。通过将组织病理学观察与深度转录组分析和凡纳滨对虾的新型无创粪便蛋白质组分析相结合,我们试图揭示后生元通过多组学表型与基因型关联分析强化细胞骨架和肌肉收缩通路,从而对抗VpTPD诱导的致死性损伤的分子机制。这为TPD的精准防控提供了理论基础。

各部分摘要

后生元与饲料制备

本研究中使用的SYNLAC Prime后生元(SYNBIO TECH INC.,中国台湾高雄市)。后生元制剂包括热灭活的屎肠球菌EF08、戊糖片球菌PP49、植物乳杆菌LP28、嗜酸乳杆菌LA1063和枯草芽孢杆菌STCC 0015。这些后生元通过与麦芽糊精混合稀释,制备出两种浓度的后生元产品,分别命名为P1和P2。各后生元菌株的浓度为

攻击试验

人工感染试验中各组累计死亡率结果见图1。各组对虾浸染VpTPD(浓度为1.0 × 106 CFU/mL)后,阳性对照组(PC)对虾在试验期间的累计平均死亡率为87.88%。P1和P2组对应的死亡率分别为42.22%和84.40%。相比之下,阴性对照(NC)对虾在整个感染试验中保持健康活跃,且

讨论

本研究首次从组织病理学、转录组学和蛋白质组学角度系统评估了后生元缓解凡纳滨对虾TPD的潜在机制。我们的核心发现是,后生元的保护效果不仅来源于传统的免疫激活,还源于其诱导了一种针对VpTPD毒素致病机制的特异性"结构防御"反应。P1的详细保护效果体现在

CRediT作者贡献声明

李文昌:初稿撰写、可视化、验证、调查研究、正式分析、数据整理。刘爽:资源、方法学。严金:调查研究。李平:资源、调查研究。徐婷婷:资源。林金生:审阅与编辑、概念化。张孝鼎:资源。李庭宇:资源。张青利:审阅与编辑、监督、资源、项目管理、经费获取、概念化。

伦理声明

本研究中使用动物的方案已获得中国水产科学研究院黄海水产研究所伦理委员会的批准。

伦理声明

本研究遵循以下动物福利和/或报告指南进行:中国水产科学研究院机构指南。
本研究已获机构动物护理和使用委员会(IACUC)批准。

利益冲突声明

作者无利益冲突。所有合著者已审阅并同意稿件内容,无经济利益需申报。我们保证本提交的稿件为原创作品,且未在其他出版物审稿中。

致谢

本研究得到山东省重点研发计划(2024CXGC010909)、中央级公益性科研院所基本科研业务费专项资金(中国水产科学研究院)(编号:2023TD42)、中国农业农村部农业科研体系项目(CARS-48)以及中央级公益性科研院所基本科研业务费专项资金(中国水产科学研究院黄海水产研究所)(20603022022024、20603022024023、BRESG-JB202603)的资助。
李文昌|刘爽|严金|李平|徐婷婷|林金生|张孝鼎|李庭宇|张青利
上海海洋大学 水产与生命学院,上海 201306,中国
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