草鱼（Ctenopharyngodon idella）对长期盐度胁迫的肝脏生理和转录组反应

《Comparative Biochemistry and Physiology Part D: Genomics and Proteomics》：Hepatic physiological and transcriptomic responses of grass carp ( Ctenopharyngodon idella) to long-term salinity stress

盐度胁迫显著影响草鱼肝脏生理和分子机制，长期高盐（8 ppt）导致肝细胞形态异常和炎症浸润，而转录组分析显示甾体合成、脂代谢相关基因（如LOC127523424、igfbp7）及有机酸转运蛋白（slc6a6a/b）显著上调，提示其通过代谢调控和离子平衡增强耐盐性，但免疫相关基因表达下调。

　　

作者：陶 Zhu、朱 Zhu、李胜杰、田静、雷彩霞、杜金星、宋红梅

单位：中国农业科学院珠江渔业研究所热带与亚热带渔业资源应用与养殖重点实验室，中国广东省广州市荔湾区西朗兴裕路1号，邮编510380

摘要

盐度对鱼类的生存、分布和生理功能有着深远的影响。草鱼（Ctenopharyngodon idella）是一种重要的水产养殖物种，是研究盐度适应机制的理想模型，为水产养殖实践提供了重要的理论支持。虽然肝脏是鱼类盐度适应的关键代谢器官，但其在高盐度耐受性中的具体调节作用仍不明确。在本研究中，我们探讨了长期盐度胁迫（0 ppt、4 ppt和8 ppt，持续一个月）对草鱼肝脏的影响。在4 ppt盐度下，观察到轻微的肝细胞水肿和腺泡细胞增生；而在8 ppt盐度下，则出现肝细胞形态异常、肝窦扩张和局部炎症细胞浸润。转录组测序显示，随着盐度的升高，参与类固醇合成、脂质代谢和胆固醇合成的基因显著上调，而与免疫相关的基因表达则趋于下降。值得注意的是，LOC127523424（碳酸酐酶4）、igfbp7（胰岛素样生长因子结合蛋白7）以及牛磺酸转运蛋白基因（slc6a6b、slc6a6a）的表达均随盐度增加而增加，表明它们在增强高渗应激适应中发挥作用。总之，我们的研究结果证实了盐度对草鱼肝脏的显著影响。长期高盐度适应似乎会降低鱼类的免疫力，而肝脏则通过增加类固醇的合成和代谢来提高其对高盐度的耐受性。

引言

草鱼（Ctenopharyngodon idella）是一种全球重要的淡水养殖鱼类。2024年，中国的草鱼年产量超过了540万吨（中国渔业渔政管理局，2025年数据）。然而，传统的水产养殖高度依赖淡水环境，其最佳生长盐度通常低于3 ppt，而超过6 ppt的盐度则不利于其生长（Liu等人，2023年）。这种盐度敏感性极大地限制了养殖区域的扩展。近年来，受全球气候变化、海水入侵、内陆盐碱化加剧以及人类活动的影响，全球水盐化问题日益严重（Ahmmed等人，2017年；Jeppesen等人，2020年），这对草鱼养殖业构成了巨大挑战。 在高盐度环境中，鱼类面临的主要挑战是由钠离子和氯离子浓度升高引起的渗透压应激。在这种情况下，渗透压平衡主要由鳃、肠道和肾脏调节：鳃负责与外部环境的离子交换（Hwang等人，2011年），肠道调节水分和电解质的吸收（Grosell，2010年），肾脏调节尿量和离子排泄（Takvam等人，2021年）。虽然鳃、肠道和肾脏是直接调节离子和水分的主要器官，但有效适应高盐度环境还需要其他生理系统的协调支持。其中，肝脏由于在渗透调节、氧化应激和能量代谢中的核心作用而显得尤为重要（Lu等人，2020年）。在渗透调节方面，尽管肝脏不直接参与，但它可以分泌牛磺酸（Tian等人，2022年）、碳酸酐酶（CA）（Ceyhun等人，2011年）和胰岛素样生长因子（IGF）等物质，从而发挥间接作用。例如，IGF-1和生长激素（GH）可以协同调节K+-ATPase（NKA）的活性（Ferreira-Martins等人，2023年）。在氧化应激方面，高盐度胁迫会导致活性氧（ROS）的产生，从而引发氧化损伤（Birnie-Gauvin等人，2017年）。对此，肝脏具有复杂的抗氧化防御系统，包括超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化氢酶（CAT）、谷胱甘肽过氧化物酶（GSH-Px）和谷胱甘肽还原酶（GR）等抗氧化酶，以及非酶类抗氧化物质。研究表明，在高盐度胁迫下，肝脏中这些抗氧化酶的活性显著增强，可以提高抗氧化能力并减少损伤（Olsvik等人，2005年；Jin等人，2025年）。在能量代谢方面，高盐度胁迫会增加能量消耗，肝脏需要通过调节代谢途径来满足这一需求（Tseng和Hwang，2008年）。其中，葡萄糖代谢和脂质代谢的变化尤为显著：在葡萄糖代谢中，关键的糖异生酶如葡萄糖-6-磷酸酶（G6Pase）和磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶（PEPCK）的活性增强，促进糖异生以提供更多葡萄糖（Saha等人，2011年；Li等人，2023年）；在脂质代谢中，关键合成酶如脂肪酸合成酶（FAS）和乙酰辅酶A羧化酶（ACC）的活性发生变化，从而调节脂肪合成过程（Chen等人，2023年）。 近年来，随着分子生物学技术的快速发展，尤其是转录组学和蛋白质组学的广泛应用，鱼类对高盐度胁迫的适应机制得到了更深入的分析。研究发现，肝脏通过调节特定基因的表达和信号通路的活性来维持离子平衡和渗透压稳态（Liang等人，2021年；Dong等人，2023年）。这些分子机制的阐明不仅有助于阐明鱼类适应环境变化的进化策略，还为提高水产品的抗逆性提供了理论支持。为了研究肝脏在高盐度适应中的作用，我们在不同盐度条件下饲养了草鱼，并通过组织切片和转录组测序评估了它们的生理和分子反应。

实验设计及采样

基于以往的研究，8 ppt的盐度对草鱼的生长和生理状态有显著的不良影响（Enayati等人，2013年）。因此，设置了三种盐度处理组（0 ppt、4 ppt和8 ppt）。选择健康的草鱼幼鱼（体重约10克，体长9厘米），每组40条鱼，分别饲养在三个面积为0.8米×0.6米×0.5米的池塘中。盐度通过海盐晶体进行调整，并逐渐增加2 ppt。

肝脏组织的组织学观察

在0 ppt组中，肝细胞呈双排排列形成板状结构，肝板围绕中央静脉呈放射状分布（红色箭头所示）。肝细胞（黑色箭头所示）呈不规则多边形，细胞核较大且圆形，未观察到明显的组织异常（图1A-B）。 在4 ppt组中，肝细胞仍保持类似的双排板状排列，围绕中央静脉分布。观察到轻微的组织学变化：

肝脏对盐度胁迫的组织学反应

肝脏是鱼类能量代谢的核心器官，在维持生理稳态中起着至关重要的作用。它深度参与碳水化合物、脂质和蛋白质的代谢，对生物体适应环境变化至关重要（Topi? Popovi?等人，2023年）。当温度、盐度或溶解氧等外部因素发生变化时，鱼类必须相应地调整其生理状态，肝脏在此过程中起着关键作用。

结论

长期盐度胁迫显著影响草鱼的肝脏功能。适度的盐度会促进适应性代谢反应，而高盐度则会导致肝脏损伤和免疫能力下降。参与类固醇代谢、脂质代谢和渗透调节的基因持续上调，突显了肝脏在高渗耐受性中的核心作用。这些发现加深了我们对草鱼盐度适应机制的理解，为相关研究提供了有益的指导。 CRediT作者贡献声明 陶 Zhu：撰写初稿、验证、资源准备、方法学设计、数据管理、概念构建。 朱 Zhu：方法学设计。 李胜杰：资源准备、方法学设计、正式数据分析。 田静：撰写、审稿与编辑、概念构建。 雷彩霞：撰写初稿。 杜金星：资源准备、方法学设计。 宋红梅：撰写初稿、资金争取、概念构建。 伦理声明 本研究已获得中国农业科学院珠江渔业研究所动物研究与伦理委员会的批准（批准编号：LAEC-PRFRI-2024-03-193）。 资助信息 本研究得到了“生物育种-国家重点科技项目”（2023ZD04065）和“中央公益性科研机构基础研究基金，中国水产科学院”（2023SJXT1）的资助。 利益冲突声明 作者声明无利益冲突。