《Comparative Biochemistry and Physiology Part D: Genomics and Proteomics》：A multi-omics investigation reveals the hepatic response to salinity stress in grass carp (
Ctenopharyngodon idella)
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草鱼幼鱼急性盐胁迫下肝脏损伤机制及分子调控研究通过多组学分析揭示了盐胁迫对肝脏生理生化、转录表达和代谢产物的影响，证实抗氧化酶活性变化、脂代谢紊乱及谷胱甘肽代谢等关键通路参与应激响应，HO-1、NQO1等基因调控具有保护作用，为耐盐品系培育提供理论依据。
方秀峰|王月萱|于仁杰|唐德坤|李志涵|秦启伟|魏诗娜
华南农业大学海洋科学学院，广州，510642，中国
摘要
在淡水资源日益稀缺和气候变化对水生环境影响的背景下，培育耐盐鱼类品种已成为可持续水产养殖的关键策略。适合海水养殖的物种有限，这对渔业经济的发展构成了重大挑战。本研究调查了草鱼（Ctenopharyngodon idella）幼鱼在4 ppt、9 ppt和12 ppt盐度下暴露于淡水和海水24小时后的影响。暴露后，收集了肝脏组织以评估生理和生化指标以及转录和代谢反应。组织学检查显示，暴露于9 ppt和12 ppt盐度24小时后，肝脏结构受到损害。同时，我们观察到超氧化物歧化酶（SOD）水平下降，而丙二醛（MDA）水平上升。盐度暴露显著改变了120种代谢产物的水平（其中67%为脂质和亲脂分子），并影响了1005个基因的转录表达。代谢组学分析表明，大多数显著差异的代谢物与脂质和氨基酸的代谢有关。转录组分析显示，在盐度压力下，20条代谢途径显著富集，包括谷胱甘肽代谢、脂质消化和吸收、胆汁分泌、甘油脂代谢以及三羧酸循环。综合多组学分析显示，关键代谢途径如甘油磷脂代谢、α-亚麻酸代谢、组氨酸代谢和β-丙氨酸代谢发生了显著变化，同时还涉及HO-1、NQO1、GCLM和GSS等几个重要基因。这些变化与细胞膜脂质组成和抗氧化活性的变化密切相关。进一步分析表明，急性盐度压力会导致肝脏氧化损伤，从而引发脂质失衡和氧化应激，这表现为抗氧化功能受损以及氨基酸和脂肪酸代谢紊乱。此外，肝脏组织中的肌肽合成通过激活组氨酸和β-丙氨酸代谢途径来实现，导致CNDP2上调。这一过程在调节脂质代谢和氧化还原平衡中起着关键作用，有效缓解了急性盐度压力造成的损害。总之，这些发现深入了解了草鱼对盐度压力的分子机制，为培育耐盐草鱼品种提供了宝贵的见解。
引言
水环境是鱼类生存的基本介质，其物理化学性质的变化往往直接决定鱼类的生长、代谢甚至生存（Zhu等人，2025年）。盐度作为影响所有水生生物生存的关键环境因素，在鱼类的分布和生存策略中起着决定性作用（Zhang等人，2022a）。在沿海和河口地区，盐度经常出现剧烈波动。这种变化归因于潮汐作用、上游淡水流入和人类活动的共同影响。当盐度突然升高时，原本适应淡水或低盐度环境的鱼类会经历压力（Evans和Kültz，2020年）。据报道，淡水鱼的最佳盐度通常低于5 ppt，包括鲫鱼（Carassius auratus）和普通鲤鱼（Cyprinus carpio）（Kü?ük，2013年）。当由于海水入侵、蒸发浓缩或水产养殖废水导致栖息地盐度迅速上升到15–25 ppt或更高时，如斑点鲶鱼（Scatophagus argus）等河口鱼类必须迅速激活渗透调节机制以维持离子和水分平衡（Herbst，2001年；Su等人，2022年）。虽然这种生理挑战是必要的，但它也会引发肝毒性效应，包括代谢重编程、氧化应激和凋亡级联反应，这些是导致肝脏组织损伤和功能下降的核心病理机制（Zeng等人，2017年；Dawood等人，2022a）。因此，阐明鱼类适应盐度波动的内在机制对于改进水产养殖实践和促进水生资源的可持续利用和管理至关重要。
肝脏是鱼类的重要代谢器官，在渗透调节中起核心作用，参与脂质代谢、氨基酸代谢物供应和氧化应激管理（Pu等人，2024年）。作为靶器官，肝脏容易受到多种生物和环境压力的结构和功能改变（Bruslé和Anadon，2017年）。例如，盐度压力已被证明会引发大理石鱼（Sebastiscus marmoratus）的显著生理变化，特别是影响生长、细胞增殖和氧化应激反应（He等人，2023年）。同样，在海洋青鳉（Oryzias melastigma）中，盐度变化会触发显著的代谢转变和心率显著增加，这些反应主要由肝脏代谢调整促进（Liang等人，2021年）。总之，鱼类肝脏通过其综合的调节、生物合成和保护功能充当代谢中心，使其成为环境驱动适应性变化的关键部位。
转录组学方法极大地提高了我们对水生物种对盐度压力分子反应的理解。在罗非鱼（Oreochromis aureus）中，长期盐度压力被发现会促进能量消耗并激活一系列代谢反应，在高盐度条件下，脂肪酸合成酶（FASN）和鸟氨酸脱羧酶（ODC1）等基因显著上调（Zhou等人，2020年）。在斑点鲭鱼中也观察到了类似的现象，其表现出与能量代谢相关的广泛盐度耐受性（Zhang等人，2017年），而在大黄鱼（Seriola dumerili）中，其肝脏在低盐度和高盐度压力下均显示出显著的代谢重编程（Ru等人，2023年）。当与代谢组学结合使用时，转录组学形成了一个强大的多组学框架，能够识别潜在的生物标志物并阐明适应性生理机制（Qin等人，2022年）。这种综合研究提供了对肝脏在代谢调节中多方面作用的全面理解，为改进水产养殖实践和制定生态系统保护策略提供了理论基础。
草鱼（Ctenopharyngodon idella）是中国主要的水产养殖物种，因其丰富的饲料资源、低养殖成本和高肉质而受到重视。根据《2024年中国渔业统计年鉴》，2023年草鱼的总产量达到了590.48万吨。然而，中国西北部的产量仍远低于全国平均水平（Zhu等人，2025年），这主要是由于普遍存在的不良地质条件限制了水产养殖生产力。研究表明，与在淡水中饲养的鱼类相比，草鱼能够在低盐度水中生存、生长并发展出更高的肌肉硬度（Zhang等人，2021年），这表明它们具有适应长期盐度压力的能力，从而突显了其在海水养殖中的潜力（Jia等人，2024年）。然而，随着盐度的升高，草鱼的摄食量减少，代谢功能受损，呼吸速率增加（Liu等人，2023年），但它们对快速盐度变化的分子机制尚不清楚。为了阐明盐度适应的分子机制，我们将草鱼暴露于急性盐度压力下，并使用转录组学、代谢组学和生理生化方法分析了它们的肝脏组织。这种综合策略使我们能够识别参与肝脏应激反应的关键代谢途径和基因，为这种具有商业价值的物种的适应性提供了新的见解。
伦理声明
所有动物实验均按照华南农业大学的伦理指南进行，并获得了机构动物护理和使用委员会（IACUC）的批准，协议代码为2020G009（批准日期：2020年9月8日）。
鱼类、实验设计和采样程序
健康的草鱼幼鱼（15 ± 1.0 g，14 ± 0.5 cm）来自中国广东省广州市的当地渔场。这些鱼在实验室条件下适应了一周，环境受到严格控制
盐应力对肝脏组织形态和代谢指标的影响
为了研究肝脏对盐应力的反应，将草鱼暴露于9 ppt的盐度环境中。在暴露后0小时和24小时收集肝脏组织进行分析（图1A）。所有实验鱼都在9 ppt的盐水中存活。在对照组肝脏组织中，肝细胞排列整齐，细胞轮廓清晰完整。相比之下，受盐压力的鱼表现出一系列病理变化，包括广泛的空泡化
讨论
盐度在水产养殖中是一个主要限制因素，严重影响水生生物的生存、生长和关键生理功能（Fang等人，2022年）。因此，阐明赋予鱼类生长韧性和控制高盐度下代谢适应的机制对于利用咸水资源至关重要（Kammerer等人，2010年）。为此，研究人员越来越多地采用整合组学分析方法
结论
总之，本研究采用整合的转录组学、代谢组学和生理生化方法来描绘草鱼（Ctenopharyngodon idella）对急性盐度压力的肝脏反应。我们的发现表明，急性盐度压力会引起肝脏损伤、氧化损伤和脂质代谢紊乱。这反过来又通过组氨酸和β-丙氨酸代谢的补偿性诱导来抵消，从而刺激肌肽的产生和CNDP2的表达
作者贡献声明
方秀峰：撰写 – 原始草稿、可视化、方法学、研究、正式分析、数据管理。
王月萱：方法学、研究、正式分析、数据管理。
于仁杰：方法学、研究。
唐德坤：研究。
李志涵：研究。
秦启伟：资源支持。
魏诗娜：撰写 – 审稿与编辑。
实验涉及草鱼的方案已由华南农业大学的机构动物研究和伦理委员会根据其指南进行了审查和批准。
作者声明没有已知的竞争性财务利益或个人关系可能影响本文所述的工作。
致谢
本文所述的工作得到了生物育种-国家科学技术重大项目（2023ZD04065）的支持。
