论文部分内容阅读
团头鲂（Megalobrama amblycephala）是中国重要的草食性鱼类之一，年总产量位居中国养殖鱼类种类的第七位，因而其饲料的消耗量同样位居单一养殖种类的前列。目前鱼类的能量饲料来源逐渐由蛋白质饲料向非蛋白能量饲料转变。在水产动物饲料生产中，糖类和脂肪可以部分的替代蛋白质。鱼饲料中高水平糖类和脂肪的添加能减少蛋白质的浪费，但过多也会造成代谢疾病以及代谢紊乱的产生。日粮中高脂和高糖是许多疾病的影响因素，两者均能对多种代谢通路、酶的调节以及器官功能有反作用，但由不平衡日粮引起的鱼类代谢性改变的研究鲜有报道。本研究以团头鲂为研究对象，经过8周的高糖高脂饲料饲养，利用1H NMR代谢组学方法，评估高脂日粮(HFD)、高糖日粮(HCD)和高脂高糖日粮(HFHCD)对团头鲂血清和肝脏中代谢产物的影响，同时对代谢产物进行了比较分析，揭示它们对应的代谢路径。最终通过对血清指标的生化分析来进一步佐证高糖高脂日粮对团头鲂能量代谢的影响，其主要结果如下:
1.在高脂日粮组(HFD)，与对照组相比，除高密度脂蛋白(HDL)外，血清中甘油三酯(TG)、胆固醇(TCHOL)、低密度脂蛋白(LDL)、谷丙转氨酶(ALT)以及谷草转氨酶(AST)的水平均差异不显著(p＞0.05)。代谢组学的方差分析（交叉验证残差法）表明:HFD组与对照组的血清样品及肝脏样品的代谢物均无显著性差异(p＞0.05)，但是血清样品的p值为0.059，几乎接近显著性阈值(0.05)。用12％的高脂日粮饲养团头鲂8周，均未造成其代谢物与血清指标的显著不同，代谢组学结果与血清生化分析结果一致。
2.在高碳水化合物日粮组(HCD)，与对照组相比，血清中HDL，ALT和AST的水平显著升高(p＜0.05)，其它均差异不显著(p＞0.05)。代谢组学分析表明:血清的差异代谢物α-/β-葡萄糖和肌酸均升高，肝组织的差异代谢物一磷酸腺苷(AMP)和甜菜碱均降低。糖酵解路径中α-/β-葡萄糖的升高导致糖酵解路径和三羧酸循环中代谢物的改变，进而通过肌酸代谢通路中的天门冬氨酸、精氨酸及胍基乙酸等中间代谢物导致肌酸升高。肌酸升高是对能量应激的反映，而AST的升高与肌酸代谢通路相关，这说明代谢组分析结果与生化分析结果一致。因此，用34％的高糖日粮饲养团头鲂8周，会导致能量平衡通路中相关代谢产物的改变，进而干扰了糖酵解、三羧酸循环及肌酸通路等能量代谢路径的稳定和能量稳态。
3.在高糖高脂日粮组(HFHCD)，与对照组相比，LDL和ALT水平显著升高(p＜0.05)，其它均差异不显著(p＞0.05)。代谢组学分析表明:血清的差异代谢物为酪氨酸、组氨酸和三甲胺（TMA）。由于肌苷和次黄嘌呤值（分别为0.59和0.56）与阈值(|r|=0.602)很接近，故作为差异代谢进行分析。然而，肝脏样品的差异不显著(p＞0.05)。作为鱼类的能量物质，酪氢酸和组氨酸的升高会导致三羧酸循环中代谢物的改变，进而影响能量代谢。ATP是能量代谢的基本功能单位，而肌苷和次黄嘌呤是三磷酸腺苷(ATP)的代谢产物，所以肌苷和次黄嘌呤的改变与能量代谢紧密相联。高糖日粮能够增加肠道微生物的活性，而TMA是肠道微生物降解胆碱（脂类物质）后的代谢产物，因此，TMA的显著升高与日粮中的高糖高脂含量密切相关。综上所述，用高糖(31％)高脂(10％)日粮饲养团头鲂8周，会通过代谢物酪氨酸、组氨酸、肌苷和次黄嘌呤的改变来影响能量代谢，并通过TMA的改变来影响肠道微生物的活性。
4.为了更好地理解每种日粮对鱼的影响，对其它组间(HFD vs.HCD，HFD vs.HFHCD，HCD vs.HFHCD)也进行了比较分析。
与HFD组相比，HCD组血清中的α-/β-葡萄糖、酪氨酸、琥珀酸、次黄嘌呤、肌苷、肌酸和TMA等代谢产物的显著升高，而肝组织中的AMP显著降低。上述代谢物分别与糖酵解、三羧酸循环、肌酸代谢、嘌呤代谢以及肠道微生物代谢紧密相关。HCD日粮引起了糖酵解通路中碳水化合物代谢（α-/β-葡萄糖）升高，进一步提高了三羧酸循环中能量的产生（酪氨酸和琥珀酸显著升高），而在三羧酸循环中，能量通过AST传递至肌酸代谢通路（肌酸升高）。为了达到能量平衡，机体通过提高嘌呤代谢通路中的能量来应对过剩的能量，从而导致AMP水平的降低以及肌苷和次黄嘌呤水平的升高。HCD组血清中TMA的升高可能是由于微生物不能很好地通过肝脏中的黄素-加单氧酶(FMO)将TMA转化成氧化三甲胺（TMAO），从而导致了血清中过量的TMA。
与HFD组相比，HFHCD组血清中的异亮氨酸、亮氨酸、缬氨酸、谷氨酰胺、蛋氨酸、酪氨酸、组氨酸和TMA等代谢产物浓度显著升高(p＜0.05)。这些差异代谢物的不同主要与三羧酸循环、一碳基团代谢和肠道微生物代谢有关。其中，HFHCD组可能由于碳水化合物和脂质代谢的产物过多，引起三羧酸循环出现“堵塞”，使得进入该循环的氨基酸数量显著减少，从而提高了血清中七种氨基酸的浓度。然而，肝脏样品的差异不显著（p＞0.05）。
与HCD组相比，HFHCD组血清中的α-/β-葡萄糖，TMA，琥珀酸，肌苷和次黄嘌呤的水平均显著降低(p＜0.05)，而组氨酸的水平升高。此结果与HFD vs.HCD比较组的结果相似。它主要引起了糖酵解和三羧酸循环（α-/β-葡萄糖和琥珀酸）、肠道微生物代谢(TMA)、组氨酸代谢（组氨酸）和嘌呤代谢（肌苷和次黄嘌呤）等代谢通路的改变。在HFHCD组中，只有组氨酸代谢中的组氨酸显著升高。组氨酸的升高可能由于机体脂肪酸的含量高，导致脂肪分解降低以及组氨酸供应受阻，从而提高了血清中组氨酸的浓度。然而，肝脏样品的差异不显著(p＞0.05)。
综上所述，高糖日粮(34％)与高糖(31％)高脂(10％)日粮饲养团头鲂8周均会导致其能量代谢的显著改变，而高脂日粮(12％)影响不显著。此研究结果为团头鲂养殖中由日粮引起的代谢紊乱进而造成经济损失提供了新的资料。
1.在高脂日粮组(HFD)，与对照组相比，除高密度脂蛋白(HDL)外，血清中甘油三酯(TG)、胆固醇(TCHOL)、低密度脂蛋白(LDL)、谷丙转氨酶(ALT)以及谷草转氨酶(AST)的水平均差异不显著(p＞0.05)。代谢组学的方差分析（交叉验证残差法）表明:HFD组与对照组的血清样品及肝脏样品的代谢物均无显著性差异(p＞0.05)，但是血清样品的p值为0.059，几乎接近显著性阈值(0.05)。用12％的高脂日粮饲养团头鲂8周，均未造成其代谢物与血清指标的显著不同，代谢组学结果与血清生化分析结果一致。
2.在高碳水化合物日粮组(HCD)，与对照组相比，血清中HDL，ALT和AST的水平显著升高(p＜0.05)，其它均差异不显著(p＞0.05)。代谢组学分析表明:血清的差异代谢物α-/β-葡萄糖和肌酸均升高，肝组织的差异代谢物一磷酸腺苷(AMP)和甜菜碱均降低。糖酵解路径中α-/β-葡萄糖的升高导致糖酵解路径和三羧酸循环中代谢物的改变，进而通过肌酸代谢通路中的天门冬氨酸、精氨酸及胍基乙酸等中间代谢物导致肌酸升高。肌酸升高是对能量应激的反映，而AST的升高与肌酸代谢通路相关，这说明代谢组分析结果与生化分析结果一致。因此，用34％的高糖日粮饲养团头鲂8周，会导致能量平衡通路中相关代谢产物的改变，进而干扰了糖酵解、三羧酸循环及肌酸通路等能量代谢路径的稳定和能量稳态。
3.在高糖高脂日粮组(HFHCD)，与对照组相比，LDL和ALT水平显著升高(p＜0.05)，其它均差异不显著(p＞0.05)。代谢组学分析表明:血清的差异代谢物为酪氨酸、组氨酸和三甲胺（TMA）。由于肌苷和次黄嘌呤值（分别为0.59和0.56）与阈值(|r|=0.602)很接近，故作为差异代谢进行分析。然而，肝脏样品的差异不显著(p＞0.05)。作为鱼类的能量物质，酪氢酸和组氨酸的升高会导致三羧酸循环中代谢物的改变，进而影响能量代谢。ATP是能量代谢的基本功能单位，而肌苷和次黄嘌呤是三磷酸腺苷(ATP)的代谢产物，所以肌苷和次黄嘌呤的改变与能量代谢紧密相联。高糖日粮能够增加肠道微生物的活性，而TMA是肠道微生物降解胆碱（脂类物质）后的代谢产物，因此，TMA的显著升高与日粮中的高糖高脂含量密切相关。综上所述，用高糖(31％)高脂(10％)日粮饲养团头鲂8周，会通过代谢物酪氨酸、组氨酸、肌苷和次黄嘌呤的改变来影响能量代谢，并通过TMA的改变来影响肠道微生物的活性。
4.为了更好地理解每种日粮对鱼的影响，对其它组间(HFD vs.HCD，HFD vs.HFHCD，HCD vs.HFHCD)也进行了比较分析。
与HFD组相比，HCD组血清中的α-/β-葡萄糖、酪氨酸、琥珀酸、次黄嘌呤、肌苷、肌酸和TMA等代谢产物的显著升高，而肝组织中的AMP显著降低。上述代谢物分别与糖酵解、三羧酸循环、肌酸代谢、嘌呤代谢以及肠道微生物代谢紧密相关。HCD日粮引起了糖酵解通路中碳水化合物代谢（α-/β-葡萄糖）升高，进一步提高了三羧酸循环中能量的产生（酪氨酸和琥珀酸显著升高），而在三羧酸循环中，能量通过AST传递至肌酸代谢通路（肌酸升高）。为了达到能量平衡，机体通过提高嘌呤代谢通路中的能量来应对过剩的能量，从而导致AMP水平的降低以及肌苷和次黄嘌呤水平的升高。HCD组血清中TMA的升高可能是由于微生物不能很好地通过肝脏中的黄素-加单氧酶(FMO)将TMA转化成氧化三甲胺（TMAO），从而导致了血清中过量的TMA。
与HFD组相比，HFHCD组血清中的异亮氨酸、亮氨酸、缬氨酸、谷氨酰胺、蛋氨酸、酪氨酸、组氨酸和TMA等代谢产物浓度显著升高(p＜0.05)。这些差异代谢物的不同主要与三羧酸循环、一碳基团代谢和肠道微生物代谢有关。其中，HFHCD组可能由于碳水化合物和脂质代谢的产物过多，引起三羧酸循环出现“堵塞”，使得进入该循环的氨基酸数量显著减少，从而提高了血清中七种氨基酸的浓度。然而，肝脏样品的差异不显著（p＞0.05）。
与HCD组相比，HFHCD组血清中的α-/β-葡萄糖，TMA，琥珀酸，肌苷和次黄嘌呤的水平均显著降低(p＜0.05)，而组氨酸的水平升高。此结果与HFD vs.HCD比较组的结果相似。它主要引起了糖酵解和三羧酸循环（α-/β-葡萄糖和琥珀酸）、肠道微生物代谢(TMA)、组氨酸代谢（组氨酸）和嘌呤代谢（肌苷和次黄嘌呤）等代谢通路的改变。在HFHCD组中，只有组氨酸代谢中的组氨酸显著升高。组氨酸的升高可能由于机体脂肪酸的含量高，导致脂肪分解降低以及组氨酸供应受阻，从而提高了血清中组氨酸的浓度。然而，肝脏样品的差异不显著(p＞0.05)。
综上所述，高糖日粮(34％)与高糖(31％)高脂(10％)日粮饲养团头鲂8周均会导致其能量代谢的显著改变，而高脂日粮(12％)影响不显著。此研究结果为团头鲂养殖中由日粮引起的代谢紊乱进而造成经济损失提供了新的资料。