《Animals》：Liver Antioxidant, Transcriptomic and Metabolomic Responses to Heatwaves in an Aquatic Turtle Species, Pelodiscus sinensis
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本研究基于肝脏抗氧化测定、转录组学及代谢组学分析，探讨了暴露于单次或双次热浪（33°C，持续4天）的中华鳖（*Pelodiscus sinensis*）幼体之生理与代谢响应。热浪暴露增加了超氧化物歧化酶（SOD）和过氧化氢酶（CAT）的活性，但并未显著改变丙二
本研究基于肝脏抗氧化测定、转录组学及代谢组学分析，探讨了暴露于单次或双次热浪（33°C，持续4天）的中华鳖（*Pelodiscus sinensis*）幼体之生理与代谢响应。热浪暴露增加了超氧化物歧化酶（SOD）和过氧化氢酶（CAT）的活性，但并未显著改变丙二醛（MDA）及活性氧（ROS）水平，表明抗氧化防御能力得到增强。转录组学分析揭示了参与碳水化合物代谢、免疫功能、心血管调节及信号转导的基因差异表达，其中单次热浪暴露的龟类表现出更显著的变化。此外，一些关键氨基酸及其衍生物水平的显著改变揭示了氨基酸代谢紊乱。与单次热浪暴露的龟类相比，双次热浪暴露的龟类中差异表达基因较少且代谢紊乱程度较轻，这可能表明在重复热应激下其生理紊乱较少。尽管中华鳖能够采取生理与代谢调整以减轻短期热浪的不利影响，但重复热浪暴露仍可能对水生龟类造成严重的生理后果。这些发现对未来气候变化情境下淡水龟类物种的保护具有重要意义。
**论文解读：水生龟类中华鳖肝脏对热浪的抗氧化、转录组学及代谢组学响应**
**研究背景与科学问题**
全球气候变化导致短时极端高温事件（即热浪）频发且强度增大，对水生动物构成严重威胁。热浪可影响生物体的能量代谢、免疫功能及感染抵抗力，进而危害其健康与存活。多数现有研究集中于鱼类及海洋无脊椎动物，而对非鱼类脊椎动物（如两栖类和爬行类）的了解极为有限。中华鳖（*Pelodiscus sinensis*）是中国最常见的人工养殖淡水龟，对环境胁迫敏感，适合作研究水生爬行动物热浪响应的模型物种。然而，关于热浪如何影响其肝脏生理性能，特别是通过转录组与代谢组层面揭示的系统性变化，仍缺乏全面认识。为此，研究人员以中华鳖幼龟为研究对象，设置对照（26°C）、单次热浪（33°C，4天）及双次热浪（两次热浪间隔1天恢复）三种处理，通过抗氧化测定、转录组学及代谢组学分析，探究热浪暴露对肝脏生理生化功能的影响，并假设热浪诱导氧化损伤、干扰能量代谢并降低免疫能力，但后续热浪中这些不利影响可能有所缓解。
**研究人员开展的研究**
研究人员从浙江湖州某孵化场获取中华鳖受精卵，于28°C孵化后，将幼龟随机分为三组（每组4只）进行实验：对照组（CTRL，持续26°C）、单次热浪组（single-HW，26°C 9天后升至33°C 4天）、双次热浪组（double-HW，26°C 4天后经历两次4天热浪，间隔1天恢复）。13天后采集肝脏组织，分别进行抗氧化指标检测、转录组测序（Illumina NovaSeq平台，2 × 150 bp双端测序）及非靶向代谢组分析（液相色谱-质谱联用）。数据通过差异表达基因（DEGs）鉴定（edgeR，FDR < 0.05，|log
2FC| > 1）、基因本体论（GO）及京都基因与基因组百科全书（KEGG）通路富集分析，以及主成分分析（PCA）和方差分析进行统计。研究发现：热浪暴露显著提高肝脏SOD和CAT活性，而MDA和ROS水平未显著改变，表明抗氧化防御被激活。转录组分析显示，单次热浪组有1271个DEGs（144个上调，1127个下调），双次热浪组仅158个DEGs（18个上调，140个下调），共同DEGs为131个。GO富集表明DEGs主要参与肌肉结构发育、细胞组分及蛋白质结合等过程；KEGG富集显示碳水化合物代谢（如糖酵解/糖异生、戊糖磷酸途径）、心血管疾病（如致心律失常性右心室心肌病、肥厚性心肌病）、循环系统（如心肌收缩、血管平滑肌收缩）及信号转导（如PI3K-Akt信号通路、cGMP-PKG信号通路）通路在热浪暴露后显著改变，且单次热浪组改变的代谢通路更多，包括免疫系统（如造血细胞谱系、白细胞跨内皮迁移）和内分泌系统（如甲状腺激素信号通路）。代谢组学分析鉴定出大量差异代谢物（单次热浪组377个，双次热浪组445个），主要涉及氨基酸生物合成与代谢，如异亮氨酸、天冬氨酸、组氨酸和谷氨酰胺水平下降，而精氨酸琥珀酸二钠、α-酮异戊酸等衍生物上升；谷胱甘肽在双次热浪组下降，牛磺酸和花生四烯酸乙醇胺在两组均上升。这些结果综合表明，热浪暴露激活抗氧化防御，但导致能量代谢紊乱、免疫功能下降及心血管功能损伤，而双次热浪暴露引起的转录及代谢扰动相对较小，暗示中华鳄可能对重复热应激产生一定适应。
**研究结果分述**
**3.1 抗氧化活性**：热浪暴露显著影响肝脏SOD（F
2,9=22.84, p<0.001）和CAT（F
2,9=9.12, p<0.01）活性，双次热浪组SOD和CAT活性显著高于对照组；MDA和ROS水平虽有上升趋势但未达显著水平，表明抗氧化防御有效激活，未发生明显氧化损伤。
**3.2 转录组学特征**：单次热浪组鉴定出1271个DEGs（144上调，1127下调），双次热浪组仅158个DEGs（18上调，140下调），两组共享131个DEGs。GO富集分析显示，DEGs主要富集于肌肉结构发育、细胞组分（如超分子复合物、纤维）及分子功能（如蛋白质结合、肌动蛋白结合）。KEGG富集分析发现，与对照组相比，单次热浪组有51条通路显著变化，双次热浪组有45条通路变化；碳水化合物代谢（如糖酵解/糖异生、丙酮酸代谢、戊糖磷酸途径）、心血管疾病（如致心律失常性右心室心肌病、病毒性心肌炎、肥厚性心肌病）、循环系统（如心肌收缩、血管平滑肌收缩）及信号转导（如PI3K-Akt信号通路、钙信号通路、apelin信号通路、cGMP-PKG信号通路）在两组中均显著富集。单次热浪组还额外改变了免疫系统（如造血细胞谱系、白细胞跨内皮迁移、血小板活化）和内分泌系统（如甲状腺激素信号通路、松弛素信号通路、胰岛素分泌）相关通路。
**3.3 代谢组学特征**：PCA分析显示对照组与热浪处理组间明显分离。单次热浪组有377个差异显著代谢物（262上调，115下调），双次热浪组有445个（339上调，106下调）。这些代谢物主要参与氨基酸生物合成与代谢：单次或双次热浪组中异亮氨酸、天冬氨酸、组氨酸、谷氨酰胺等氨基酸水平下降，而精氨酸琥珀酸二钠、α-酮异戊酸等衍生物水平上升；谷胱甘肽水平在双次热浪组下降；与底物转运、热感觉及神经活动相关的代谢物（如牛磺酸、花生四烯酸乙醇胺）在两组热浪处理组中均上升。但差异代谢物富集分析未识别出显著差异的代谢通路。
**总结讨论与结论**
讨论部分指出，尽管样本量较小（每组n=4），但显著差异变量（如SOD、CAT活性及某些代谢物）的效应量较大且统计功效可接受，结果可靠。热浪暴露激活了抗氧化防御（SOD、CAT活性升高），但未引起显著氧化损伤（MDA、ROS无显著变化），表明中华鳖能有效应对热浪。转录组结果显示，热浪导致碳水化合物与能量代谢通路下调，可能引起能量供应减少，进而影响免疫等功能；而热休克蛋白基因（如*HSP90AA1*、*HSPA5*、*HSPH1*等）上调，可能通过促进正确折叠和清除错误折叠蛋白来减轻热应激损伤。此外，热浪可能影响心血管性能，相关通路基因表达失调提示心血管功能受损。代谢组结果揭示氨基酸代谢紊乱，许多氨基酸下降可能影响能量供应、免疫功能及神经活动。双次热浪组引起的DEGs和代谢通路变化少于单次热浪组，表明中华鳖对后续热浪表现出一定适应能力，这与部分无脊椎动物（如珠母贝）在重复热浪中响应增强不同，可能反映脊椎动物具有更高的耐热潜能。
**研究结论**（翻译原文“5. Conclusions”部分）：本研究基于转录组学和代谢组学分析，初步调查了水生龟类中华鳖在热浪胁迫下的生理生化响应。热浪暴露会激活抗氧化防御反应（表现为SOD和CAT活性升高），但可能诱导能量代谢紊乱并影响龟类的功能表现。双次热浪处理龟的代谢紊乱似乎有所减轻，这可能表明中华鳖通过增强防御机制和代谢调整部分适应了重复热应激。尽管对极端温度具有较高抵抗力，但与能量供应、免疫防御和心血管健康相关的代谢通路改变仍表明，热浪对水生龟类构成实质性的生理挑战。鉴于极端高温事件日益频繁和强烈，这些发现对未来情境下淡水龟类物种的保护具有重要意义。
