辛酸通过AMPK/PGC-1α途径缓解大黄鱼仔鱼的肠道氧化应激

《Aquaculture》：Octanoic acid alleviates intestinal oxidative stress via the AMPK/PGC-1α pathway in large yellow croaker larvae

　　

刘永涛|洪玉聪|姚传伟|周一凡|曲雅玉|陈志伟|赵增奇|方伟|崔坤|麦康森|艾庆辉

中国海洋大学，农业部水产营养与饲料重点实验室，教育部海水养殖重点实验室，中国青岛

摘要

鱼苗的肠道发育不完善，易受外界刺激引起的氧化应激影响，从而导致肠道损伤、生长受阻以及死亡率上升。先前的研究表明，作为典型中链脂肪酸的辛酸能够提升水生动物的抗氧化能力，减轻氧化应激，但其作用机制尚不清楚。因此，本研究结合了0.4%辛酸钠的体内喂食实验以及1000?μM（最佳浓度）辛酸的体外细胞培养实验，旨在探究辛酸减轻氧化应激的分子机制。研究结果表明，膳食中的辛酸钠通过上调SOD2、CAT和PGC-1α等蛋白的表达，以及与线粒体生物发生相关的关键基因（tfam和nrf1）的表达，从而减轻氧化应激。此外，转录组分析显示AMPK信号通路被激活。体外实验中，辛酸处理可降低AAPH诱导的ROS和MDA水平。这种保护作用可能是通过提高SOD和CAT的活性、上调关键抗氧化酶基因（sod2、sod3和cat）的表达、增加PGC-1α的蛋白表达，以及上调tfam和nrf1基因的表达来实现的。无论是通过化合物C抑制AMPK信号通路的上游反应，还是使用SR18292或siRNA-485直接干扰其下游效应因子PGC-1α，阻断AMPK/PGC-1α信号轴都能有效抑制辛酸诱导的抗氧化及相关线粒体生物发生参数的上调。这些结果表明，辛酸通过AMPK/PGC-1α信号通路减轻肠道氧化应激，为其作为功能性饲料添加剂、减少海洋鱼类养殖过程中肠道氧化损伤的潜力提供了依据。

引言

氧化应激是一种特殊的生理状态，其特征是活性氧（ROS）的产生与生物体的抗氧化防御能力之间失衡。这种氧化还原平衡的破坏会导致细胞DNA、蛋白质和脂质受到氧化损伤，最终引发细胞凋亡或坏死（Escada-Rebelo等人，2022）。包括环境压力因素和生理条件在内的多种因素都可能诱发氧化应激（Harper和Wolf，2009；Birnie-Gauvin等人，2017）。在鱼类中，氧化应激会严重损害胃肠道功能，可能破坏肠道免疫系统并引发慢性炎症（Dombkowski等人，2011；Niklasson等人，2011）。鱼苗阶段由于对环境的敏感度较高且消化系统尚未完全发育，更容易受到氧化损伤，进而威胁其存活和生长（Lauff和Hofer，1984；Ma等人，2005；Cai等人，2016；Huang等人，2020）。因此，有必要开发能够增强抗氧化能力、减轻氧化损伤并维持鱼苗肠道健康的饲料添加剂。

在哺乳动物模型中的研究表明，诸如辛酸这样的中链脂肪酸具有抗氧化作用。例如，在C57BL/6小鼠和IPEC-J2细胞中，辛酸显著提升了抗氧化酶的活性，同时降低了丙二醛（MDA）的含量（Zhao等人，2021）。Wang等人（2022）发现，辛酸可通过ERK1/2/Nrf2通路缓解AML12细胞中由H₂O₂引发的氧化应激。在家禽领域也观察到了类似的保护效果，即在肉鸡的日粮中添加含有辛酸的中链脂肪酸混合物，可缓解热应激引起的氧化应激并恢复氧化还原平衡（Santos等人，2019）。在鱼类（斑马鱼和大型黄鳍鲷幼鱼）中的相关研究也证实了辛酸能够对抗神经毒素或大豆油引起的氧化应激（Cansiz等人，2021；Zhang等人，2022；Zhao等人，2023a）。然而，辛酸在水生动物中减轻氧化应激的分子机制尚未得到系统阐明。

AMPK/PGC-1α信号通路是哺乳动物体内的重要调控轴，它在调节细胞能量代谢、抗氧化防御以及线粒体生物发生方面起着核心作用。现有证据表明，在多种病理情况下，AMPK的激活都能促进线粒体生物发生并抑制活性氧的产生（Ren和Shen，2019；Lu等人，2021；Wu等人，2021；Malik等人，2023）。在AMPK下游，PGC-1α通过协同上调抗氧化酶的表达并增强线粒体功能，从而帮助清除活性氧（Iacovelli等人，2016）。例如，AMPK/PGC-1α通路可通过增强线粒体生物发生和抗氧化防御，缓解成纤维细胞生长因子19诱导的小鼠骨骼肌成纤维细胞中棕榈酸引发的线粒体功能障碍和氧化损伤（Guo等人，2020）。不过，中链脂肪酸通过AMPK/PGC-1α信号通路调节氧化应激反应的作用在海洋鱼类中尚未被研究。

因此，本研究结合了辛酸钠的体内喂食实验以及辛酸的体外细胞实验，旨在探究辛酸减轻氧化应激的分子机制。这项工作填补了目前关于中链脂肪酸在海洋鱼类中调节氧化应激反应方面的知识空白，为改进水产养殖技术提供了科学依据。

章节节选

伦理声明

本研究中的所有动物实验和样本采集操作均严格遵循中国海洋大学动物伦理委员会制定的准则（国务院令第676号，2017年3月修订）。

实验饲料与动物

实验方案与我们已发表的论文（Liu等人，2024）中的方案一致。简而言之，大型黄鳍鲷幼鱼（初始平均体重：7.44?±?0.53?mg）是从海洋与渔业科学实验室获取的

辛酸钠通过增强抗氧化能力和线粒体功能减轻大型黄鳍鲷幼鱼肠道的氧化应激

本研究表明，日粮中添加0.4%的辛酸钠可提升SOD2和CAT的蛋白表达水平（图1A）（P?

讨论

氧化应激是由于自由基的产生（如羟基自由基和超氧阴离子）与抗氧化防御能力之间的失衡所导致的，过量的活性氧会通过脂质过氧化、蛋白质/DNA氧化以及细胞死亡等方式损害生物大分子（Devasagayam等人，2004）。与其他器官相比，胃肠道对外源氧化剂的敏感性更高，尤其是在生活在多变水环境中的鱼类中（Song等人，2017）。海洋鱼类

结论

本研究阐明了辛酸钠/辛酸减轻氧化应激的机制，该机制可能涉及通过AMPK/PGC-1α通路调控抗氧化功能和线粒体功能，这一机制在鱼苗肠道模型和肠道细胞模型中都得到了验证（图9）。因此，这一发现不仅为改善海洋鱼类幼鱼的肠道健康提供了理论依据，还揭示了一种新的抗氧化损伤保护机制。

CRediT作者贡献说明

刘永涛：写作——审阅与编辑，写作——初稿撰写，研究实施，正式分析，数据整理，概念构建。洪玉聪：验证，研究实施，资金获取。姚传伟：写作——审阅与编辑，验证，方法学设计，研究实施。周一凡：写作——审阅与编辑，验证，方法学设计。曲雅玉：写作——审阅与编辑，验证，数据整理。陈志伟：写作——审阅与编辑，验证，方法学设计。赵增奇：写作——

利益冲突声明

作者声明，本文不存在任何利益冲突。

致谢

本研究得到了国家自然科学基金（编号32202953）、国家自然科学基金（编号32503204）以及CARS-47专项基金（项目编号CARS47-11）的支持。