沙棘与没食子酸对黏膜保护及抗病机理的异同

　　

 

我国水产养殖业蓬勃发展，养殖水产品产量位居世界第一，当前水产养殖模式正处于更新换代的发展阶段。一方面，养殖密度普遍偏高；另一方面，在饲料中大量使用植物蛋白替代鱼粉，易导致鱼类患上食源性肠肝炎，降低肠道屏障功能和免疫力，使得养殖鱼类感染性疾病频繁发生。为保障食品安全并缓解水环境的生态压力，亟需开发预防水产病害的绿色替抗方案。而具有防治疾病作用的植物源功能性饲料添加剂或药物成分，不失为一个有效的选择。

近日，水生所鱼类功能基因组学团队，基于前期沙棘及其核心成分没食子酸在斑马鱼的豆粕诱导肠炎（SBMIE）中的效应研究，在草鱼中开展了基于SBMIE的研究。该团队首先进行饲养实验，测定肠肝轴的免疫及代谢提升情况；接着，进一步用常见病原——嗜水气单胞菌进行浸泡攻毒，以测定并对比沙棘与没食子酸对黏膜保护及抗病机理的异同。

研究表明，沙棘与没食子酸都能对草鱼肠肝免疫和黏膜健康起到显著保护作用。在饲料中添加这两种成分，均有助于预防食源性肠炎，提高黏膜抗菌能力，从而大幅提高养殖存活率。相较没食子酸而言，沙棘在脂质代谢、抗嗜水气单胞菌感染、抗炎和益生菌丰度等方面表现更为出色；而没食子酸主要展现出对黏膜屏障保护的益处，还能通过增加鳃丝间隙来提高呼吸效率。

前期在斑马鱼中的研究启示没食子酸可能是通过激活PPARγ来发挥其保护作用，此次对草鱼PPARγ蛋白的同源建模和分子对接，也明确了没食子酸作为草鱼PPARγ激动剂的潜能。实验以豆粕饲料（阳性对照组）为基础，添加不同浓度的沙棘或没食子酸，同时以投喂鱼粉饲料的草鱼为阴性对照组。药物添加试验组中，9.5 g/kg的沙棘添加量和1.2 g/kg的没食子酸添加量是最适合缓解肠肝炎症的，但二者也存在区别。没食子酸在保持肠绒毛长度方面表现出优势，而沙棘则有利于控制杯状细胞的数量。

图1 SBMIE建模过程中草鱼后肠病理分析

从鱼类免疫的肠肝轴角度，实验组结果同样显示沙棘和没食子酸对草鱼的肠道菌群和肝脏组织产生了作用。肠道菌群的16S rRNA基因测序结果显示，沙棘和没食子酸组均表现为致病性弯曲杆菌门和气单胞菌的减少，而拟杆菌门和鲸杆菌门增加，这暗示黏膜免疫力的增强。沙棘组肝脏“PPAR 信号通路”上调，没食子酸组肠道“血小板活化”下调，这表明炎症得到控制，免疫稳态得以改善。抗炎通路及相关的“脂肪酸降解”、“色氨酸代谢”和“FoxO 信号通路”仅在沙棘组肝脏中升高；而没食子酸组肝脏的优势在于具有更多的“线粒体自噬”和“自噬”的自我修复功能。

图2 肠道菌群16S rRNA基因测序分析

图3 肝脏转录组DEG富集分析（A：KEGG通路；B：GO术语）

嗜水气单胞菌浸泡攻毒结果表明，沙棘或没食子酸均可提高除肠黏膜以外的其他黏膜表面的抗病能力。与豆粕组相比，沙棘组和没食子酸组中均观察到存活率的显著提高，鳃黏膜中的T辅助细胞表面蛋白CD4的炎症聚集的信号减少，同时还发现鳃丝的间距在药物组增加至鱼粉组水平。

图4 嗜水气单胞菌攻毒后的草鱼存活率（A：沙棘；B：没食子酸）

本研究是在中国科学院先导专项项目子课题“鲤饲料高效转化的分子机制”（XDA24010206）和中国科学院江西产业技术创新与育成中心科技支撑产业发展计划项目“水产替抗功能植物筛选与渔用技术研发”（ZKYJXZXCY-202210）的共同资助下完成。本工作主要由硕士研究生刘宇航、苏潋及博士研究生曹丹莹共同完成，吴南副研究员和夏晓勤研究员为本文的共同通讯作者。相关研究成果以“Comparative analysis of Seabuckthorn and its significant component in enhancing fish mucosal immunity”为题发表在Aquaculture上，文章链接为https://doi.org/10.1016/j.aquaculture.2024.741752。