《Aquaculture》：Myo-inositol-mediated efferocytosis promotes lysosomal function and ROS clearance related to the pentose phosphate pathway in fish muscle
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骨骼肌是鱼类的主要可食用部分，其质量和生理完整性对水产养殖可持续发展至关重要。本研究通过补充肌醇（MI）的饲料（35-487 mg/kg），探讨MI对草鱼肌肉稳态的影响。转录组分析显示MI干预显著影响肌肉的巨噬细胞清除凋亡细胞（efferocytosis）和磷酸戊糖途径（PPP），尤其是195-389 mg/kg剂量激活了PPP关键酶G6PDH和6PGDH，提升NADPH水平，增强ROS清除能力及线粒体抗氧化酶活性。同时，MI通过抑制M1型巨噬细胞极化并增强溶酶体功能，促进凋亡细胞清除，减少肌肉细胞凋亡率达37.2%。研究证实适量MI（195-389 mg/kg）可维持肌肉细胞稳态，为优化水产饲料提供了理论依据。
王美琪|冯琳|吴佩|刘阳|张宏云|马耀斌|任宏梅|金晓婉|周晓秋|姜卫丹
四川农业大学动物营养研究所，成都611130，中国
摘要
骨骼肌是鱼类可食用部分的主要成分，其质量和生理完整性对水产养殖的可持续发展至关重要。本研究通过使用含有不同量肌醇（MI）的六种实验饲料，探讨了肌醇缺乏对草鱼（Ctenopharyngodon idella）肌肉稳态的影响：分别为35（基础饲料，缺乏组）、98、195、292、389和487毫克/千克。实验持续8周。首先对草鱼肌肉组织进行了转录组分析，发现吞噬作用和戊糖磷酸途径（PPP）是受肌醇干预影响的主要代谢途径。进一步研究表明，在195–487毫克/千克的范围内添加肌醇能有效激活PPP，这体现在该途径中两种关键酶——葡萄糖-6-磷酸脱氢酶（G6PDH）和6-磷酸葡萄糖酸脱氢酶（6PGDH）的活性显著增加。这种酶活性的提升促进了NADPH的生成。NADPH水平的升高导致细胞内NADP+/NADPH和GSH/GSSG的比例下降，反映了细胞还原环境的增强，从而提高了清除活性氧（ROS）的能力。此外，肌醇还能减少肌肉组织中的细胞死亡，并增强巨噬细胞介导的吞噬作用。因此，在饲料中添加适量（195–389毫克/千克）的肌醇有助于维持草鱼肌肉的稳态。
引言
骨骼肌作为鱼类的主要可食用部分，占鱼体重的50–60%以上（Rossi和Borowiec，2024）。骨骼肌不仅是收缩和储存营养的物质，还是局部和全身免疫反应的重要参与者，这一作用在最近的研究中越来越受到重视。肌肉组织中含有多种驻留免疫细胞，包括巨噬细胞、中性粒细胞和淋巴细胞，它们负责局部免疫监视和组织修复。因此，维持肌肉健康对水产养殖的可持续发展至关重要。在稳态条件下，作为身体最小功能单位的细胞会经历一个受调控的更新过程，包括程序性细胞死亡和新细胞的生成（Stanger，2015）。为了维持机体稳态，吞噬细胞及时清除死亡细胞对于保持宿主稳态至关重要。肌醇（MI）是一种环状糖醇，最初在肌肉组织中被发现（Shirmohammad等人，2016）。它不仅作为膜磷脂的关键结构成分，还以游离形式参与多种细胞过程，同时通过其异构体和磷酸化衍生物发挥作用。这些作用包括在信号通路中作为第二信使、调节细胞骨架重塑和蛋白质磷酸化，以及促进mRNA从细胞核输出（Bizzarri等人，2016；Chhetri，2019）。在肌肉组织中，肌醇对抗氧化防御、蛋白质沉积、肌纤维发育和肉质有积极作用（Wang等人，2025a；Wang等人，2025b）。然而，肌醇如何参与全身稳态的分子机制仍不清楚，需要进一步研究。
在大多数组织中，吞噬作用是指专业吞噬细胞（如巨噬细胞和中性粒细胞）通过吞噬作用清除凋亡细胞的过程（Sheng等人，2024；Zheng等人，2023）。长期以来，活性氧（ROS）被认为是巨噬细胞通过NADPH氧化酶介导的氧化爆发消除入侵微生物的关键介质（Nathan和Cunningham-Bussel，2013）。然而，ROS的过度积累会显著损害巨噬细胞的吞噬能力（Canton等人，2021）。研究表明，肌醇可以激活中性粒细胞并诱导氧化爆发（Eggleton等人，1991）。此外，肌醇转化为D-肌醇（DCI）可以调节ROS的产生（Condorelli等人，2017；Vendrov等人，2015）。然而，肌醇是否通过调节吞噬作用来增强ROS清除作用尚不清楚。NADPH对于清除ROS至关重要，并在此过程中被消耗（Patra和Hay，2014）。NADPH的主要产生途径是戊糖磷酸途径（PPP），该途径以葡萄糖-6-磷酸（G6P）为起始物质（Teslaa等人，2023）。值得注意的是，G6P也是肌醇从头生物合成途径中的起始底物（Cui等人，2022；Valluru和Van den Ende，2011）。作为一种关键的信号和结构分子，肌醇依赖于NADPH维持的还原性细胞内环境。因此，我们认为肌醇和PPP通过共同的底物G6P和必需的辅因子NADPH在功能上相互关联。然而，肌醇介导的吞噬作用与PPP之间的关系尚未有报道。
巨噬细胞作为重要的组织驻留哨兵细胞，响应组织特异性信号并维持必要的生理功能，包括吞噬作用（Yang等人，2023）。巨噬细胞可以根据特定刺激或周围微环境分化为经典激活型（M1）和替代激活型（M2）巨噬细胞（Shapouri-Moghaddam等人，2018）。M1巨噬细胞主要分泌促炎介质，如诱导型一氧化氮合酶（iNOS）、肿瘤坏死因子-α（TNF-α）和白细胞介素-1β（IL-1β），从而驱动炎症反应（Sica等人，2008）。相比之下，M2巨噬细胞分泌抗炎细胞因子，如精氨酸酶-1（Arg-1）和白细胞介素-10（IL-10），有助于组织修复和重塑（Kim和Nair，2019）。然而，肌醇对巨噬细胞极化的具体影响尚不明确。在我们之前的研究中，我们发现饮食中添加肌醇可以增加草鱼（Ctenopharyngodon idella）皮肤和肠道中抗炎细胞因子IL-10的mRNA水平，同时抑制促炎细胞因子IL-6和TNF-α的mRNA表达（Li等人，2018；Wang等人，2024）。研究表明，肌醇通过降低巨噬细胞膜电位来促进巨噬细胞介导的吞噬作用（Chen等人，2015）。此外，肌醇的关键磷酸衍生物肌醇六磷酸（IP6）可以通过上调Arg-1基因的表达使巨噬细胞极化为M2a亚型，从而缓解炎症反应（Wee等人，2021）。这些结果表明，肌醇可能通过调节巨噬细胞极化来提高吞噬效率和ROS清除能力，从而有助于恢复和维持组织稳态。因此，需要进一步的研究来阐明涉及的分子机制。
巨噬细胞内化的外来物质与溶酶体融合形成吞噬溶酶体，并被溶酶体水解酶降解（Qiu等人，2019）。研究表明，溶酶体内ROS的积累会破坏溶酶体的正常功能，ROS还会直接损害溶酶体膜完整性，从而影响凋亡细胞的降解和代谢废物的清除（Sies等人，2022；Zhang等人，2025）。然而，肌醇对经济重要家畜物种中溶酶体膜完整性和功能的影响尚未有报道。磷脂酰肌醇（PI）是肌醇的衍生物，是细胞膜的重要组成部分，而溶酶体作为膜结合的细胞器，是细胞的主要降解中心（Luzio等人，2000）。溶酶体膜含有多种PI，通过协调招募关键调节蛋白来调节溶酶体功能、运输、通透性和整体稳态（Ebner等人，2019）。因此，肌醇在维持正常的溶酶体降解和细胞代谢功能中起着关键作用。了解肌醇如何调节吞噬细胞有效清除ROS并在吞噬作用后恢复溶酶体活性对于阐明组织稳态的机制至关重要。
草鱼是一种具有重大经济价值的淡水鱼，是全球淡水鱼类产量最高的物种（FAO，2024）。因此，本研究选用草鱼作为实验模型。由于鱼类依赖肌肉组织进行运动，肌肉的新陈代谢非常活跃，成为ROS产生的主要场所。我们研究了肌醇如何通过调节戊糖磷酸途径来影响NADPH的产生，进而影响ROS清除能力和溶酶体功能，最终影响草鱼肌肉中的吞噬作用。研究结果有望为理解肌醇如何调节组织稳态提供新的理论基础。
实验饲料和设计
实验饲料的配方如表1所示，与我们之前的研究（Wang等人，2025a）相同。六种实验饲料中的肌醇含量分别为35（基础饲料，缺乏组）、98、195、292、389和487毫克/千克。首先让鱼在新环境中适应四周。在开始喂食前，将体重为704.84±0.91克的草鱼随机分配到六个不同的组中，每组包含三个重复实验。
肌肉转录组和Masson染色
比较肌醇补充组（292毫克/千克）和肌醇缺乏组（35毫克/千克）的转录组分析显示，差异表达基因（DEGs）主要集中在免疫反应、整合素介导的信号通路、质膜和溶酶体等生物过程和细胞成分中（GO富集分析：P<0.05）。此外，KEGG通路富集分析表明，在上调的前20条通路中，DEGs主要与这些过程相关。
讨论
本研究的重点是阐明肌醇调节草鱼肌肉生理功能的关键分子途径，特别是涉及肌醇激活PPP、NADPH产生、ROS调节、溶酶体功能以及随后的吞噬作用和免疫反应的级联调控网络。作为上游调节因子，肌醇不是通过单一分子靶点发挥作用的；相反，它通过激活PPP来启动调节过程。
结论
总结（图6），本研究阐明了饮食中肌醇在维持草鱼肌肉稳态中的关键作用。肌醇通过促进PPP中的NADPH产生，增强了草鱼肌肉组织中的吞噬作用和吞噬活性，从而支持有效的ROS清除和溶酶体功能。
作者贡献声明
王美琪：撰写——原始草稿、可视化、验证、软件使用、实验设计、数据管理。
冯琳：软件使用、资源获取、资金筹集。
吴佩：实验方法。
刘阳：实验方法。
张宏云：实验方法、正式分析。
马耀斌：软件使用。
任宏梅：实验方法。
金晓婉：实验方法。
周晓秋：资源获取、实验方法、资金筹集、概念构思。
姜卫丹：撰写——审稿与编辑、验证、监督、资源获取。
利益冲突声明
作者声明不存在可能影响本手稿研究的已知财务利益冲突或个人关系。
致谢
国家自然科学基金（32573527）、CARS专项基金（CARS-45）、国家重点研发计划（2023YFD2400600）以及四川省国家现代农业产业技术创新团队（SCCXTD-2024-15）。
