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鱼类脂肪肝的特征及发病原因研究概况

发表时间:2024/02/08 11:37:03  来源:科学养鱼 2020年2期  浏览次数:2080  
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鱼类脂肪肝的特征及发病原因研究概况

孔雨昕 田佳鑫 王桂芹

(吉林农业大学动物科学技术学院,吉林 长春 130118)

脂肪肝是养殖鱼类常见的营养性疾病之一,病鱼出现生长缓慢、抗应激能力较差、抗病能力降低等症状。出现脂肪肝病变的成鱼肌肉脂肪含量明显升高,导致其品质下降,严重阻碍了水产养殖业持续健康发展。本文就脂肪肝的症状及组织学特征、鱼类脂肪肝的成因、影响脂肪肝的形成关键基因等方面的研究加以综述,以期为鱼类脂肪肝的防治和更进一步深入研究提供参考。

一、鱼类脂肪肝的症状及组织学特征

在摄食高蛋白、高糖分或高脂肪饲料后的大多数鱼类都会出现生长发育变慢、摄食能力降低、抗病能力减弱、脱离群体独游等现象。肉眼检查及镜检发现病鱼体表无寄生虫,鳃及鳍条基本正常。解剖后发现病鱼的肝脏肥大,花色呈红白(黄)相间甚至整个肝脏呈乳黄色或土黄色,有脂肪浸润,组织空泡化,并发生瘀血(胡金城2004)。对病鱼进行组织学特征分析时发现,在光学显微镜水平下,肝细胞排列混乱,胞浆内出现脂滴,严重时布满整个胞浆,肝脏组织呈空泡化(冯健等 2005,Mosconi BN. 1990),肝窦狭窄,严重时会出现肝组织坏死。在电子显微镜水平下,细胞质丢失,细胞核边缘化,周围血管萎缩,粗面内质网排列方式被破坏,核糖体出现缺失,线粒体发生肿胀,且伴随着核膜破裂(Braunbeck Tet al.1990,Ding Let al. 1990)。

二、养殖鱼类脂肪肝的成因

(一)形成机理

鱼类的脂肪来源是通过直接摄取饲料中的脂质或由糖类以及蛋白质转化而来,同时通过脂肪酸的氧化分解或脂质蛋白的转运进而消耗脂肪,从而达到一种动态的平衡。鱼类脂肪主要贮存于肝脏,当肝脏中的脂肪摄入大于分解时,脂肪就会沉积,当沉积数量过多,导致肝脏受损,就会形成脂肪肝。据研究表明,脂蛋白酯酶(LPL)在鱼体的脂代谢中起到至关重要的作用,研究发现瓦氏黄颡鱼肝脏中LPL表达量最高(郑珂珂等2010),而成熟的哺乳动物的肝脏中没有LPL活性及表达,表明鱼类肝脏是脂代谢的主要场所。LPL容易受到营养条件的诱导表达,饥饿和高脂均是其诱导因子,如瓦氏黄颡鱼和团头鲂肝脏的LPL表达水平均随着脂肪水平的升高而升高,表明其与脂肪肝形成具有重要关联(梁旭方等 2004)。

(二)形成原因

鱼类的脂肪肝是机体受到多因素共同作用的结果,诱发鱼类脂肪肝的因素众多,主要包括营养素搭配、物种因素、环境因素、投喂制度等。

1.营养因素

(1)脂肪。脂肪作为饲料中的主要营养成分,承担着为鱼类提供能量和必需脂肪酸的重任,然而,饲料中脂肪水平过高会导致肝脏中沉积过多的脂肪。研究发现,松浦镜鲤幼鱼的肝脏组织结构在摄食的饲料中脂肪含量超过11%时受到损伤(徐奇友等 2012),对草鱼投喂含8.1%脂肪的饲料12周,发现草鱼血脂含量升高,且肝胰脏出现损伤(汪开毓等 2012)。在对梭鱼、条纹鲈、大西洋鳕、黑线鳕的研究中均发现,鱼体肝脏脂肪含量随饲料中脂肪的含量增加而增加(Gaylord T et al. 2000,Nanton Det al. 2001)。也有研究发现大黄鱼膳食脂肪浓度的增加影响了肝脏中的基因表达(Kai Let al. 2016)。因此,饲料中过高的脂肪含量不仅不利于鱼类生长发育,更严重干扰鱼类的脂肪代谢,造成肝脏脂肪沉积。

(2)蛋白质。蛋白质是构成机体细胞、组织和器官的重要组成成分,为鱼类生长提供必需氨基酸,但饲料中蛋白质含量过高也会引发脂肪肝。在对石斑鱼的研究中发现肝脏脂肪含量随着蛋白质含量的增加而增加(Lee SMet al. 2002),在印度鲇和马来西亚鲇的研究中也发现同样的结果(Khan Met al. 1993)。在对草鱼的研究发现饲料中蛋白质含量过高会促进不饱和脂肪酸的生成,中性脂质无法有效转运到肝外,从而增加肝脏中的脂肪沉积,严重时发生脂肪肝(曹俊明等1997)。此外,一些氨基酸也影响着脂蛋白的合成,如蛋氨酸为机体提供甲基,也是合成脂蛋白的必需氨基酸,缺乏时可能会减缓脂蛋白合成。饲料中增加适量的蛋氨酸,可使草鱼肝脏脂肪含量下降26%~74%(曹俊明等 1999)。因此,饲料中蛋白质含量过高不但易诱发严重的脂肪肝,同时一些必需氨基酸的缺乏也与脂肪肝密切相关。

(3)碳水化合物。许多研究发现高糖日粮会导致吉富罗非鱼、异育银鲫、金鲷及虹鳟的肝脂沉积严重,同时造成脂代谢紊乱,在虹鳟及金鲷的研究中还发现葡萄糖激酶的上调可以促进碳水化合物的利用(许霄霄等 2017,缪凌鸿等 2011,MetrnIetal. 2004,CapillaEetal.2003)。吉富罗非鱼的肝细胞在饲料中糖水平高达40%和45%时出现肿胀、空泡化,部分肝细胞膜破裂(蒋利和等 2013)。高糖饲料不仅能导致草鱼及奥尼罗非鱼肝脂沉积严重,同时血清中的甘油三酯和胆固醇也会升高(吴凡等 2011,孙君君等 2015)。因此饲料中过高的碳水化合物对鱼类的生长非但起不到促进的作用,还可能促使糖类转化为脂质,积累在肝脏中逐渐形成脂肪肝。

(4)矿物质。矿物质能够参与鱼体内的新陈代谢,是鱼类必需的无机营养素,有研究表明一些矿物质也与鱼体脂肪代谢有密切关系。通过参与机体内氧化磷酸化反应,磷影响着鱼类的脂肪代谢,研究者在对黑线鳕、石斑鱼、鲈、大黄鱼、黑鲷和草鱼的研究中均发现鱼体脂肪含量随饲料中磷的增加而下降(Roy PKet al. 2003,Ye CXet al2006,Zhang Cet al. 2006),在对红鲻和草鱼的研究中发现肝脏脂肪水平随饲料中镁含量的增加而升高,且高水平的镁导致了鱼体内磷含量降低(Shao Qet al. 2008,Liang J et al. 2012a),而在对黄颡鱼的研究中发现镁可通过调节与脂质代谢相关的酶活性和基因转录表达降低黄颡鱼的肝脏脂质积累(CC Weiet al.2017),可能是由于鱼种差异或规格不同导致了这一现象。由此可见,一些矿物质的过量或缺乏对鱼类脂肪肝的发生也有着一定影响。

(5)维生素。维生素与蛋白质、糖类和脂肪不同,鱼类只需从饲料中获取微量的维生素就能维持正常的生长、健康和繁殖,但饲料中维生素的水平也影响着鱼体脂肪含量。在对湖红点鲑、斑点叉尾、杂交条纹鲈的研究中均发现其肝脏脂肪含量随饲料中胆碱含量的增加而减少(Ketola H 1976,Griffin MEet al. 1994),在对吉富罗非鱼的研究中发现饲料中添加高水平的烟酸具有降低肝脏脂肪含量的作用(刘伟等 2019)。而对大西洋白姑鱼的研究中发现缺乏或过高的维生素E会造成其脂肪过高的空泡化(Rodríguez Aet al. 2017)。在维生素A对异育银鲫脂代谢的影响的研究中,发现维生素A缺乏导致全鱼及肝脏粗脂肪下降(Shao LYet al. 2016)。维生素与鱼类脂代谢之间存在着密切关联,因此维生素或维生素类物质的缺乏也可能导致脂肪肝的发生。

2.物种因素

鱼类脂肪肝的发生往往存在一定的物种特异性。在对杂食性鱼类(异育银鲫)和草食性鱼类(草鱼)对糖的利用率的研究中,发现草鱼对糖耐受能力比异育银鲫更高(Li XSet al. 2014),在对欧洲鲈和金头鲷的研究中也发现欧洲鲈的脂肪沉积程度远高于金头鲷(Spisni Eet al. 1998)。一般来说,鱼类脂肪贮存于肝脏,但异育银鲫脂肪不易沉积在肝脏,而黑线鳕在自然条件下肝脏脂肪含量可超过50%(Chen QLet al. 2013)。因此,养殖对象的种类也与脂肪肝的发生息息相关,不同种类的鱼对机体的能量利用不同,其肝脏中的脂肪沉积也有着很大的不同。

3.环境因素

鱼类是变温脊椎动物,由于其终生生活在水中,水温和盐度等都影响其生理活动,春夏水体温暖时鱼类食欲旺盛,冬季则较弱,因此随着季节的变化,脂肪沉积呈现出显著的差异。近年来,环境污染已成为人们必须面对的重要问题,日益严重的水环境污染也是造成鱼类脂肪肝的重要因素。重金属和有机物的排放都会造成水环境污染,研究表明,重金属使代谢失衡的方法破坏细胞正常的生理功能,从而造成脂肪在肝脏中大量蓄积,有机污染物慢性暴露能够干扰脂肪代谢,导致肝脏中脂肪沉积,因此环境污染也是导致鱼类脂肪肝发生不容忽视的重要因素。

4.投喂策略

投喂制度作为集约化养殖管理的重要因素,在最佳投喂制度下不但能够避免饲料浪费和养殖水体污染,同时还能最大限度提升鱼类的生长速度。通过研究发现,当处于合理的投喂制度下,大菱鲆幼鱼的机体脂肪含量会随着投喂率的下降而降低(Van EHet al. 2003),欧洲黑鲈的机体脂肪含量会伴随投喂率的上升而增加(Eroldogan Oet al. 2004),在对热带斜鲇鱼和花鲈的研究中也得出相同的结论(Webster Cet al. 2002,Mihelakakis Aet al. 2002)。因此采取合理的投喂策略,对促进鱼类健康生长及降低饲料对养殖环境的污染均有重要的意义。

三、影响鱼类脂肪肝形成的关键基因

脂肪代谢相关基因表达量的变化也严重影响着脂肪代谢,从微观角度来看,肝脏中的脂肪代谢是由鱼类通过协调控制脂肪合成与分解相关基因的表达来调节的。

(一)固醇调节元件结合蛋白

固醇调节元件结合蛋白(Sterol regulatory element binding protein,SREBP)是调控糖脂代谢相关基因表达的关键核转录因子,在胆固醇调控中起重要作用。SREBP可直接激活多种脂质合成和摄取基因的表达,它有SREBP-1a、SREBP-1c及SREBP-2三个亚型,SREBP-1基因编码SREBP-1a和SREBP-1c。对鱼类SREBP-1基因的相关研究尚不多见,在对虹鳟、花鲈和大黄鱼的研究中发现SREBP-1与人类SREBP-1a的相似性大于与人类SREBP-1c的相似性,说明鱼类SREBP-1基因可能只具有与人类SREBP-1a转录类似的功能(Dong Xet al. 2017)。在对饲料糖水平对草鱼SREBP-1c转录水平的影响的研究结果中,高糖组SREBP-1c相对表达量显著升高(孙君君等 2015)。也有研究发现,肝脏中的SREBP-1c被肝X受体α(LXRα)促进表达,使脂肪酸合酶(FAS)、乙酰辅酶A羧化酶(ACC)等量增加,促进脂肪酸和甘油三酯合成(Egea Met al. 2008,Horton J Det al.2002)。因而SREBP是促进肝脏脂肪的生成并且维持细胞内脂质稳态的重要基因。

(二)过氧化物酶体增殖物激活受体

过氧化物酶体增殖物激活受体(Peroxisome proliferator-acfivated receptor,PPAR)属于核受体超家族,能调控参与脂质代谢的各种基因。具有α、β和γ三种亚型,其中PPARα主要在肝脏中表达,参与调节过氧化物酶的β氧化;PPARβ参与大脑及皮肤功能和脂质代谢并广泛表达于多种组织;PPARγ高度表达于脂肪组织,在转录水平上激活脂肪形成基因。在对草鱼PPARα及PPARγ基因组织表达差异的研究中发现在肝胰脏中PPARα表达最高,而在脂肪中PPARγ表达最高(林亚秋等 2011),在对虹鳟PPAR基因表达的研究中发现PPAR的三个亚型在脂肪细胞分化中起着不同的作用,其中PPARγ发挥了核心作用(Oku Het al. 2008)。海鲷摄食情况下PPARγ在脂肪组织中的表达量保持不变,但在肝脏中的表达量上升,金头鲷在饥饿条件下,肝脏组织中PPARα基因表达量显著升高(LeaverMJetal.2005)。综上所述,PPAR在鱼类脂肪代谢过程中发挥着至关重要的作用。

(三)脂联素

脂联素(Adiponectin,ADPN)属于内源性生物活性多肽或蛋白质,是脂肪组织中大量分泌的脂肪因子,也是调节脂肪代谢及血糖平衡的重要调节因子。球状区域是ADPN包含的四种结构域之一,也是ADPN生物活性的关键部位。虹鳟肌细胞被人类的ADPN刺激后,能够加快脂肪酸进行氧化分解,但没有影响葡萄糖摄取率(Sguchez GJet al. 2012)。在对斜带石斑鱼的研究中发现饥饿状态下脂联素受体1和脂联素受体2在下丘脑和肝脏中的表达量不变,而在肌肉和脂肪组织中的表达量上升,再投喂后恢复正常(Qin Cet al.2014)。由此可见,脂联素在脂肪组织中起着维持能量平衡的重要作用。

(四)瘦素

瘦素(Leptin)是肥胖基因的产物,主要由脂肪组织分泌,鱼类瘦素的主要合成部位在肝脏,调节鱼类的摄食、糖脂代谢以及繁殖等生命活动过程。研究发现注射瘦素组的绿色太阳鱼脂肪代谢增强(Londraville RLet al. 2002),在瘦素对金鱼摄食及能量平衡影响的研究中,发现金鱼给药10天后肝脏总脂肪含量显著降低(De PNet al. 2006),说明瘦素能够增强鱼类脂肪代谢,缓解肝脏脂肪过度沉积。

四、展望

养殖鱼类的脂肪肝不仅危害鱼类的健康生长,影响水产品品质,也可能导致药物滥用等安全性问题。近年来对鱼类脂肪肝的研究多集中于饲料营养素搭配及能量平衡方面,但鱼类脂肪肝的发生是由多种因素共同作用的结果,因此解决鱼类脂肪肝问题不能一蹴而就,应从脂肪代谢机制着手,研究影响鱼类脂肪肝发生的代谢通路,在分子水平上探讨鱼类脂肪肝问题的解决方法。

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