脯氨酸通过TOR信号通路调控凡纳滨对虾生长性能、蛋白质合成及低温抗性的机制研究

本研究针对凡纳滨对虾(Litopenaeus vannamei)在低温胁迫下生长受限的问题，通过6组不同脯氨酸水平(2.21%-3.02%)的饲喂实验，结合急性冷应激(20°C)模型，系统探究了脯氨酸对TOR信号通路关键基因(tor/akt/s6k)和蛋白(Akt/p-Raptor)的调控作用。结果表明2.50%-2.79%膳食脯氨酸可显著提高增重率(WGR)和蛋白效率比(PER)，通过激活TORC1促进肌肉游离脯氨酸、羟脯氨酸积累；在冷应激下通过AMPK/TOR轴调控自噬相关基因(lc3/atg4/becline-1)表达，降低ROS和细胞凋亡率，为水产饲料配方优化提供理论依据。

　　

在全球水产养殖业中，凡纳滨对虾作为产量最高的甲壳类养殖品种，其生长性能常受低温胁迫制约。当水温低于20°C时，对虾会出现摄食减少、代谢紊乱等问题，导致严重经济损失。传统解决方案依赖加温养殖，但能耗成本高昂。近年来研究发现，脯氨酸这种"多功能氨基酸"在生物应激响应中扮演关键角色——它不仅是胶原蛋白的主要成分（占胶原氨基酸总量的57%），还能通过调节TOR（雷帕霉素靶蛋白）信号通路影响蛋白质沉积，更可作为渗透调节物质和抗氧化剂应对环境压力。然而，关于膳食脯氨酸能否通过分子机制提升对虾低温抗性，学界仍存在认知空白。

针对这一科学问题，华南师范大学生命科学学院昆虫科学与技术研究所的研究团队开展了一项系统性研究。他们设计6组等氮等脂饲料（脯氨酸水平2.21%-3.02%），对720尾初始体重0.37g的幼虾进行56天饲养实验，随后进行12小时20°C急性冷应激。通过生长性能测定、肌肉游离氨基酸分析、qPCR检测、Western blotting和流式细胞术等技术手段，首次揭示了脯氨酸通过TOR/AMPK双通路调控对虾低温适应的分子机制。

关键技术方法包括：1）构建6梯度脯氨酸饲料实验体系；2）30°C常规养殖与20°C急性冷应激双模型；3）流式检测血细胞ROS（活性氧簇）和凋亡率；4）qPCR分析TOR通路关键基因(tor/akt/s6k)及应激相关基因表达；5）Western blotting检测Akt/p-Raptor蛋白磷酸化水平。

生长性能与饲料利用

通过二次回归分析发现，2.50%-2.51%膳食脯氨酸使饲料系数(FCR)降低至1.33，蛋白效率比(PER)提升至1.73。肌肉游离脯氨酸含量与膳食水平呈正相关，断线模型确定最适需求量为2.72%。

TOR信号通路激活

2.70%脯氨酸组tor基因表达量较对照组提升1.8倍，Akt蛋白表达显著增加。这表明脯氨酸通过上调TORC1复合物活性，促进核糖体蛋白S6激酶(S6K)磷酸化，进而刺激蛋白质合成。

冷应激响应机制

在20°C胁迫下：

1）血细胞组成重构：半颗粒细胞比例从38%增至52%，透明细胞减少14%；

2）氧化应激缓解：2.51%脯氨酸使ROS降低32%，上调gpx和hsp70基因表达2.1-2.3倍；

3）凋亡抑制：caspase-3/caspase-9表达量下降40%-45%；

4）自噬激活：lc3/atg4基因表达量提升1.5-2倍，伴随p-Raptor蛋白水平增加。

AMPK/TOR通路调控

冷应激显著上调ampk基因表达2.3倍，同时抑制下游s6k表达。脯氨酸通过增强Raptor蛋白Ser⁷⁹²位点磷酸化，将能量代谢从合成转向应激防御，这一发现为理解甲壳类低温适应提供了新视角。

该研究首次阐明膳食脯氨酸通过"双重通路"调控对虾低温抗性的机制：在正常生长时激活TORC1促进蛋白质沉积；在冷应激时通过AMPK磷酸化Raptor，协调自噬与凋亡平衡。2.50%-2.79%的脯氨酸添加量既能优化生长性能，又可提升低温存活率，这对指导水产饲料配方设计具有重要实践意义。研究还提示脯氨酸代谢可能与甲壳类温度适应性进化相关，为后续开展极地节肢动物抗冻机制研究提供了新思路。论文发表于《Animal Nutrition》2025年第12卷，为水产动物营养学研究提供了经典范例。