缺氧诱导鲢鱼肝脏铁死亡（ferroptosis）的代谢组学解析及其分子机制研究

为解决鲢鱼（Hypophthalmichthys molitrix）低氧耐受性差导致的养殖损失问题，研究人员通过LC-MS代谢组学技术，系统分析了缺氧胁迫下鲢鱼肝脏的代谢重编程特征。研究发现30种差异代谢物可作为缺氧生物标志物，并首次证实缺氧通过ACSL4介导的铁死亡（ferroptosis）途径引发肝损伤。通过CRISPR/Cas9敲除acsl4基因获得P0代嵌合体，显著提升鱼体耐低氧能力。该研究为水产抗逆育种提供了新靶点。

　　

在水产养殖领域，鲢鱼作为中国"四大家鱼"之一，因其藻类摄食特性被广泛用于水体生态调控。然而该鱼种对低氧环境极度敏感，高密度养殖和运输过程中频发缺氧性死亡，每年造成重大经济损失。更棘手的是，传统研究多聚焦于鱼类呼吸生理适应机制，而对缺氧引发的器官损伤分子机制知之甚少，特别是肝脏——这个兼具代谢中枢和解毒功能的关键器官。

中国水产科学院长江水产研究所的研究团队在《Water Biology and Security》发表的研究，首次将代谢组学与基因编辑技术结合，揭示了缺氧导致鲢鱼肝脏损伤的"代谢-细胞死亡"双途径机制。研究采用LC-MS技术分析不同缺氧程度（缺氧组0.76 mg/L、半窒息组0.62 mg/L、窒息组0.27 mg/L）下的肝脏代谢谱，结合透射电镜超微结构观察、铁死亡标志物检测及acsl4基因敲除实验，构建了从代谢紊乱到细胞死亡的完整证据链。

LC-MS数据质量评估
通过主成分分析（PCA）和QC样本相关性验证（r>0.9），确认检测系统稳定性。共鉴定593种代谢物，其中268种为差异代谢物（DAMs），有机酸衍生物和脂质分子占比最高。

差异代谢物生物标志物筛选
30种跨组保守DAMs中，5'-肌苷酸（IMP）、D-天冬氨酸等25种代谢物的ROC曲线下面积（AUC）>0.9，具备缺氧预警价值。代谢流分析显示：β-D-果糖-6-磷酸在糖酵解通路中显著降低，而磷酸烯醇式丙酮酸（PEP）在三个缺氧组持续升高，提示能量代谢转向无氧途径。

铁死亡通路验证
透射电镜观察到线粒体嵴断裂、外膜皱缩等铁死亡特征形态。基因检测显示：促铁死亡基因vdac2、ncoa4表达上调2-3倍，而抑铁死亡基因gpx4下降60%。生化指标证实：窒息组铁离子浓度升高1.8倍，谷胱甘肽（GSH）耗竭，脂质过氧化产物MDA累积达峰值，形成"铁超载-ROS爆发-膜损伤"恶性循环。

acsl4基因编辑表型
针对铁死亡关键驱动因子ACSL4，设计4个gRNA靶向acsl4a/exon2和acsl4b/exon6，获得嵌合效率达35-72%的P0代鱼。耐缺氧测试显示：突变鱼在0.43 mg/L溶氧下141分钟才丧失平衡，较野生型（0.57 mg/L，121分钟）显著延长。肝脏超微结构显示：突变鱼线粒体损伤程度减轻，GSH水平回升37%，证实acsl4缺失可缓解铁死亡。

这项研究的意义在于：首次建立鲢鱼缺氧响应的代谢标志物体系，发现ACSL4介导的铁死亡是肝损伤的核心机制。通过基因编辑创制的耐低氧嵌合体，为鱼类抗逆育种提供了可操作的分子靶点。从应用角度看，该成果对解决夏季"翻塘"事故、长途运输存活率等产业痛点具有直接指导价值。理论层面，研究拓展了对低等脊椎动物细胞死亡调控的认知，为比较医学研究缺氧性疾病（如缺血再灌注损伤）提供了新模型。

未来研究可进一步探索：①ACSL4下游脂质过氧化的具体效应分子；②铁死亡抑制剂（如ferrostatin-1）在水产中的应用潜力；③将acsl4突变稳定遗传至F1代。这些突破或将推动水产育种进入"代谢调控+细胞死亡干预"的精准时代。