Ace2基因缺失通过破坏氨基酸吸收和改变肠道菌群动态导致斑马鱼生长迟缓

本研究通过CRISPR/Cas9技术构建ace2基因敲除斑马鱼模型，揭示了Ace2在脊椎动物生长调控中的关键作用。研究人员发现Ace2缺失导致斑马鱼生长迟缓、血浆和肌肉氨基酸水平显著降低，同时肠道菌群多样性和功能发生显著改变。该研究为理解Ace2在非哺乳动物中的生理功能提供了新见解，对鱼类营养代谢和生长调控研究具有重要意义。

　　

在脊椎动物生理学研究中，血管紧张素转换酶2(Ace2)一直被认为主要参与肾素-血管紧张素系统(RAS)调控。然而近年研究发现，Ace2在哺乳动物中还具有调节氨基酸吸收、维持肠道屏障功能和调控肠道菌群等重要作用。但在非哺乳动物特别是鱼类中，Ace2的这些非经典功能仍知之甚少。斑马鱼作为重要的模式生物，其高蛋白利用率和低糖代谢特性使其成为研究蛋白质/氨基酸代谢的理想模型。

中山大学的研究团队在《Communications Biology》发表的研究中，利用CRISPR/Cas9技术构建了ace2基因敲除斑马鱼模型，系统研究了Ace2在鱼类生长、氨基酸代谢和肠道菌群调控中的作用。研究发现Ace2缺失导致斑马鱼出现显著生长迟缓，体长和体重明显低于对照组。通过qPCR检测发现ace2在斑马鱼肠道和肝脏中高表达，提示其在肠道功能中的重要性。

研究人员采用了多项关键技术方法：通过CRISPR/Cas9构建ace2基因敲除斑马鱼模型；使用qPCR分析基因表达；进行16S rRNA全长测序分析肠道菌群；采用UHPLC-MS/MS检测肌肉氨基酸含量；进行非靶向代谢组学分析；以及RNA-seq转录组测序等技术。

研究结果部分：

Ace2缺失导致斑马鱼生长迟缓

研究发现ace2-/-突变体在16-50日龄期间表现出明显的生长迟缓，体长和体重显著低于对照组。组织学分析显示突变体肌肉密度显著降低。垂体生长激素(gh)基因表达也显著下调，表明Ace2可能通过调控gh表达影响生长。

Ace2影响氨基酸代谢

代谢组学分析显示ace2-/-突变体血浆和肌肉总氨基酸水平显著降低，特别是阳离子氨基酸L-(+)-精氨酸和L-(+)-赖氨酸，以及中性氨基酸L-亮氨酸和缬氨酸。这与哺乳动物中Ace2-B0AT1复合物调控中性氨基酸转运的发现形成对比，提示鱼类Ace2可能具有更广泛的氨基酸转运功能。

肠道菌群组成和功能改变

16S rRNA测序显示ace2-/-突变体肠道菌群多样性显著降低，Chao1和Shannon指数明显下降。菌群组成发生显著变化，如Cetobacterium somerae和Aeromonas enteropelogenes相对丰度增加，而Desulfovibrionaceae未分类菌和Staphylococcus cohnii减少。功能预测显示氨基酸生物合成通路下调，而淀粉和蔗糖代谢通路上调。

葡萄糖代谢增强

基因表达分析显示肝脏中葡萄糖转运蛋白(glut2)和糖原合成相关基因(ugp2a)表达上调，糖酵解基因(hk1, hk2, pklr)表达增加。非靶向代谢组学显示氨基酸代谢通路下调而TCA循环增强，表明代谢向葡萄糖利用方向重塑。

讨论与结论：

该研究首次系统揭示了Ace2在斑马鱼中的多重生理功能。Ace2缺失导致氨基酸吸收障碍，引发生长迟缓，这与gh表达下调相关。同时，Ace2缺失显著改变肠道菌群组成和功能，表现为菌群多样性降低和代谢通路重塑。值得注意的是，鱼类Ace2不仅影响中性氨基酸转运，还调控阳离子氨基酸吸收，这拓展了对Ace2功能的认识。

研究还发现ace2-/-突变体表现出代谢适应性改变，包括增强的葡萄糖代谢和IGF信号通路激活，这可能部分代偿氨基酸代谢缺陷导致的生长抑制。这些发现为理解脊椎动物中Ace2功能的进化保守性和物种特异性提供了新视角。

该研究的创新性在于：首次在鱼类中揭示Ace2对氨基酸代谢的广泛调控作用；阐明Ace2-肠道菌群-宿主代谢的相互作用网络；发现鱼类特有的代谢适应机制。这些发现不仅丰富了我们对Ace2生物学功能的认识，也为鱼类营养代谢研究和养殖实践提供了重要理论基础。