在高碳水化合物日粮中添加小檗碱通过影响肠道微生物群和胆汁酸合成改善杂交石斑鱼（Epinephelus fuscoguttatus♀ × E. lanceolatus♂）的葡萄糖代谢

《Animal Nutrition》：Supplementing berberine to high-carbohydrate diets improves glucose metabolism of hybrid grouper ( Epinephelus fuscoguttatus♀ × E. lanceolatus♂) by influencing intestinal microbiota and bile acid synthesis

　　

小檗碱是一种来源于传统中草药的生物活性异喹啉生物碱，已有研究报道其可调节葡萄糖稳态。本研究评估了在高碳水化合物日粮中添加小檗碱对杂交石斑鱼（Epinephelus fuscoguttatus♀ × E. lanceolatus♂）生长性能、肠道微生物群、胆汁酸合成和葡萄糖代谢的影响。实验配制了6种日粮：对照组（C，18%碳水化合物）、高碳水化合物组（H，28%碳水化合物）以及4种分别添加25、50、75或100 mg/kg小檗碱的高碳水化合物日粮（HB1–HB4）。共540尾健康杂交石斑鱼（初始体重14.20 ± 0.03 g）被随机分为6组，每组3个重复，每个重复30尾鱼，饲养8周。与C组相比，高碳水化合物日粮显著降低了增重率（WGR）和特定生长率（SGR），同时提高了饲料转化率（FCR）（P < 0.05）。H组的甾醇12α-羟化酶（CYP8B1）、胆固醇7-α-羟化酶（CYP7A1）、甾醇27-羟化酶（CYP27A1）、磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶（PEPCK）、丙酮酸羧化酶（PC）活性及甘油三酯（TG）含量显著高于C组。然而，与C组相比，H组的肝脏和肠道胆汁酸含量及丙酮酸激酶（PK）活性降低（P < 0.05）。此外，高碳水化合物日粮还改变了肠道微生物群落结构。添加小檗碱有效缓解了这些不良影响，其中HB2组在添加小檗碱的各组中具有最高的WGR和SGR以及最低的FCR。HB2组的肠道微生物群落结构和预测功能谱与C组相对相似。小檗碱有效抑制了胆汁酸合成酶活性（CYP8B1、CYP7A1和CYP27A1）及基因表达（cyp8b1、cyp7a1和cyp27a1）（P < 0.05），上调了fxr的表达，并恢复了胆汁酸水平。此外，小檗碱增强了糖酵解酶活性（PK）和pfk表达（P < 0.05），抑制了糖异生酶活性（PEPCK和PC）及基因表达（pck和g6pc）（P < 0.05），促进了肝脏和肌肉糖原积累，并降低了血清TG和GLU水平。小檗碱可能有助于恢复肠道微生物群，可能通过FXR相关及下游参与胆汁酸合成的信号通路实现。此外，它可能促进糖酵解并抑制糖异生，从而改善杂交石斑鱼的碳水化合物利用。基于WGR的二次回归分析，高碳水化合物日粮（28%碳水化合物）中小檗碱的最适添加水平估计约为62.03 mg/kg。

杂交石斑鱼作为典型肉食性鱼类，对碳水化合物的利用能力有限。随着水产养殖业对鱼粉需求增加及其价格上升，饲料中碳水化合物比例逐渐提高，但高碳水化合物日粮常导致鱼类生长抑制、糖脂代谢紊乱和肠道微生态失衡。小檗碱是一种源于传统中草药（如黄连）的异喹啉类生物碱，已被证明具有调节葡萄糖稳态和改善代谢疾病的作用，但其在鱼类中通过肠道微生物群和胆汁酸合成调控葡萄糖代谢的具体机制尚不清楚。为此，研究人员以杂交石斑鱼为模型，系统评价了在高碳水化合物日粮中添加不同水平小檗碱对生长性能、肠道微生物群、胆汁酸合成及葡萄糖代谢的影响。该研究发表于《Animal Nutrition》。

研究人员配制了6种等氮等脂实验日粮：对照组（C，18%碳水化合物）、高碳水化合物组（H，28%碳水化合物）以及在高碳水化合物基础上分别添加25、50、75、100 mg/kg小檗碱的HB1–HB4组。试验鱼来自广东湛江东海岛石斑鱼孵化场，共540尾健康杂交石斑鱼（初始体重14.20 ± 0.03 g），随机分为6组，每组3个重复，每个重复30尾，饲养于广东海洋大学海洋生物研究基地的圆形养殖桶中，每日饱食投喂2次，持续8周。研究采用生长性能测定、体组成分析、血清生化检测、酶联免疫吸附测定（ELISA）检测肝脏糖代谢和胆汁酸合成关键酶活性、糖原和胆汁酸含量测定、实时荧光定量PCR（qRT-PCR）检测基因表达，以及基于16S rDNA V3-V4区的高通量测序分析肠道微生物群落结构，并通过Pearson相关和Mantel检验分析微生物与代谢指标的关系。

3.1 生长性能：与C组相比，H组显著降低了增重率（WGR）和特定生长率（SGR），提高了饲料转化率（FCR）；添加小檗碱后，HB2组获得最高WGR和SGR及最低FCR，且全鱼粗脂肪含量显著低于C组，表明适量小檗碱可缓解高碳水化合物日粮引起的生长抑制和脂肪沉积。基于WGR的二次回归分析得出最适添加量为62.03 mg/kg。

3.2 肠道微生物群分析：α多样性指数显示，HB4组Sobs、Chao1和Ace指数降低，Simpson指数升高；主坐标分析（PCoA）显示HB2组微生物群落结构与C组最接近。门水平上，高碳水化合物日粮降低了变形菌门相对丰度，提高了拟杆菌门和厚壁菌门等；小檗碱补充后逆转了这一趋势，HB2组变形菌门丰度最高。属水平上，光杆菌属（Photobacterium）在高碳水组降低，小檗碱补充后回升，HB2组最高。LEfSe分析鉴定了各组差异富集菌群。KEGG功能预测显示，HB2组的碳水化合物代谢、能量代谢等功能谱与C组相对相似，表明小檗碱可恢复肠道微生物群落结构和功能。

3.3 胆汁酸合成相关酶活性和含量分析：与C组相比，H组CYP8B1、CYP7A1和CYP27A1活性显著升高，而肝脏和肠道胆汁酸含量显著降低；添加小檗碱后，酶活性先降后升，HB2组最低，胆汁酸含量恢复至接近C组水平，说明适量小檗碱可通过抑制胆汁酸合成酶活性恢复胆汁酸稳态。

3.4 血清生化分析：高碳水化合物日粮显著升高了血清葡萄糖（GLU）和甘油三酯（TG）水平；小檗碱补充使TG和GLU先降后升，HB2组最低，其中TG显著低于C组，总胆固醇（T-CHO）无显著差异，表明小檗碱可改善高碳水化合物引起的血脂和血糖异常。

3.5 葡萄糖代谢相关酶活性和糖原含量分析：H组丙酮酸激酶（PK）活性显著降低，磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶（PEPCK）和丙酮酸羧化酶（PC）活性显著升高；小檗碱补充后，HB2组PK和磷酸果糖激酶（PFK）活性显著升高，PEPCK和PC活性显著降低，同时肝脏和肌肉糖原含量显著增加，表明小檗碱可促进糖酵解、抑制糖异生并增强糖原储备。

3.6 葡萄糖代谢和胆汁酸合成基因表达：高碳水化合物日粮显著上调了pfk、glut2、g6pc、pck以及胆汁酸合成基因cyp8b1、cyp7a1、cyp27a1和fxr的表达；小檗碱补充进一步上调pfk、glut2和gys，下调pck和g6pc，而fxr表达在HB2组最高，提示小檗碱可能通过FXR相关信号通路调节糖代谢和胆汁酸合成。

3.7 肠道微生物与生理指标的相关性分析：Pearson相关分析显示，变形菌门与肠道胆汁酸含量正相关，与G6Pase和pck负相关；厚壁菌门与PK负相关、与PEPCK正相关；WGR和SGR与肝脏和肠道胆汁酸含量正相关，与胆汁酸合成酶（CYP7A1、CYP8B1、CYP27A1）和糖异生相关参数负相关。Mantel检验显示，仅G6Pase与排名前10的细菌门整体显著相关，提示特定菌群可能与宿主代谢指标存在关联。

讨论部分指出，高碳水化合物日粮破坏了杂交石斑鱼的肠道微生物稳态和胆汁酸代谢，导致胆固醇积累和胆汁酸水平下降，进而影响营养吸收和代谢稳态。小檗碱补充可能通过上调fxr表达，反馈抑制胆汁酸合成关键酶（CYP7A1、CYP8B1、CYP27A1）的活性和基因表达，恢复肝肠胆汁酸含量；同时通过FXR相关信号通路促进糖酵解、抑制糖异生、上调glut2和增强糖原合成，从而改善碳水化合物利用。相关分析提示特定肠道微生物类群与胆汁酸和葡萄糖代谢指标存在关联，但因果关系仍需进一步功能验证。

研究结论：本研究系统探究了小檗碱作为功能性添加剂对高碳水化合物日粮下杂交石斑鱼生长和代谢的综合调控作用。结果表明，杂交石斑鱼作为典型肉食性鱼类，对高碳水化合物日粮的耐受性较差；28%的碳水化合物水平显著抑制了生长性能，扰乱了葡萄糖和脂质代谢稳态，改变了肠道微生物群结构，并引发肝肠胆汁酸和葡萄糖代谢的双重紊乱。小檗碱明显缓解了高碳水化合物诱导的应激，有助于恢复肠道微生物结构和功能，这可能与fxr相关及下游胆汁酸合成信号通路有关；同时可促进糖酵解、抑制糖异生并增强糖原合成，从而减轻碳水化合物摄入引起的代谢紊乱。基于增重率，在28%碳水化合物日粮中添加62.03 mg/kg小檗碱可有效改善生长性能，恢复肠道微生物多样性和葡萄糖代谢功能，提高碳水化合物利用效率。这些发现突出了小檗碱作为功能性饲料添加剂改善杂交石斑鱼高碳水化合物日粮利用的潜力，并为杂交石斑鱼养殖中的饲料配方提供了理论依据。