餓肚子的魚兒更抗凍

[本刊訊]華東師范大學生命科學學院水生動物與環(huán)境健康實驗室杜震宇教授課題組成功揭示魚類抗寒新機制：饑餓能夠通過提高脂肪分解供能和細胞自噬活性增強魚類對低溫的耐受性，相關(guān)成果于2019年1月7日在線發(fā)表于The Journal of Physiology。

溫度是影響動物生理最重要的環(huán)境因素之一，因此研究動物應對溫度變化的適應機制具有重要的生物學意義。哺乳動物在遭受冷應激時會增加食物攝入量和提高產(chǎn)熱機能（顫栗性產(chǎn)熱和非顫栗性產(chǎn)熱）來維持恒定的體溫，從而保障內(nèi)環(huán)境的穩(wěn)定。然而作為變溫動物，魚類更容易受到冷應激的威脅。在水產(chǎn)養(yǎng)殖中，入冬期頻繁的降溫過程往往會帶來大量養(yǎng)殖魚類的死亡。因此，了解魚類的抗凍機制無論在科學意義還是產(chǎn)業(yè)實踐上都具有重要意義。

該團隊注意到，在自然界和養(yǎng)殖環(huán)境下，隨著水溫的下降，魚類會減少或停止攝食，并處于長期低能量攝入甚至饑餓狀態(tài)。這種情況和哺乳動物通過增加進食來應對低溫完全不同，這或許表明魚類存在著與哺乳動物不同的低溫適應策略。與此同時，近年來對哺乳動物以及線蟲等一些模式動物的研究表明，適度饑餓對成年個體具有很多益處，比如，適度饑餓可以通過調(diào)節(jié)能量代謝和降低氧化應激等機制增加機體的抗逆性甚至延緩衰老。因此，該團隊提出全新的假設(shè)：魚類減少進食并進入饑餓狀態(tài)，可能是其適應低溫應激的一種生存策略。

針對這一假設(shè)，該團隊進行了系統(tǒng)的探索。研究首先證實，48?96小時（2?4天）的饑餓會顯著提高斑馬魚在急性冷應激下的存活率，說明適度饑餓的確可以提高魚類的抗低溫能力。在此基礎(chǔ)上，該團隊又通過轉(zhuǎn)錄組學、電鏡和生化分析等手段，進一步確定饑餓對斑馬魚冷應激抗性的影響與能量供應和組織損傷修復有關(guān)。之后，分別從能量代謝和組織損傷修復這兩個方向入手，利用營養(yǎng)調(diào)控和藥物阻斷手段并結(jié)合基因敲除技術(shù)，最終證實饑餓所誘導增強的脂肪分解代謝和細胞自噬分別通過增加能量供應和修復細胞損傷提高了魚類對冷應激的抵抗力。此外，研究還發(fā)現(xiàn)，對mTOR信號通路的抑制，不僅能高度重現(xiàn)饑餓對脂代謝和自噬活性的調(diào)節(jié)，也能重現(xiàn)魚類增強冷應激抗性的表型，這說明mTOR信號通路很可能（部分）參與了饑餓對魚冷應激抗性的調(diào)控。

目前有關(guān)魚類應對低溫應激的研究很少從代謝角度開展。而該研究揭示了脂代謝、自噬過程和mTOR信號通路在魚類抵抗低溫應激中的作用機制，進而首次提出一個新的學術(shù)觀點：魚類在低溫下減少進食可能是其應對低溫應激的一種代謝適應策略。因此，該研究為魚類應對低溫應激領(lǐng)域提供了新的研究思路，同時也對魚類遺傳育種、功能性飼料研發(fā)和水產(chǎn)養(yǎng)殖技術(shù)具有重要的參考價值。