盐度胁迫通过HPG轴与肝脏多层级调控加速点带石斑鱼卵巢退化的机制研究

《Aquaculture Reports》：Acceleration of ovarian degeneration by salinity stress is mediated at multiple levels of the hypothalamic-pituitary-gonadal axis and the liver in spotted scat ( Scatophagus argus)

本研究针对盐度波动如何影响海水鱼类繁殖调控机制这一关键问题，以点带石斑鱼为模型，系统探究了低盐和高盐胁迫对其下丘脑-垂体-性腺轴信号传导、卵巢类固醇生成及肝脏卵黄蛋白原合成的多重影响。研究发现盐度胁迫通过抑制HPG轴关键基因表达、干扰类固醇生成通路及破坏卵黄发生协调，显著加速卵巢退化，为海水养殖物种的生殖健康管理提供了重要理论依据。

　　

随着全球气候变化加剧，沿海水域盐度波动日益频繁，这对依赖稳定环境进行繁殖的海洋生物构成了严峻挑战。盐度作为影响水生生物生理功能的关键环境因子，尤其对鱼类生殖活动产生深远影响。下丘脑-垂体-性腺轴作为脊椎动物生殖调控的核心枢纽，整合环境信号并启动内分泌级联反应，然而盐度波动如何通过HPG轴多层级调控网络影响鱼类生殖生理的具体机制尚不明确。

点带石斑鱼作为一种广盐性沿海经济鱼类，成为研究盐度影响生殖机制的理想模型。这种鱼类虽然能在5-35‰的盐度范围内生存，但成功的性腺成熟和产卵却需要特定的盐度条件，这表明其生殖过程对盐度变化尤为敏感。先前研究发现盐度变化会影响点带石斑鱼的免疫状态、肝脏脂质代谢和脑部代谢，但盐度胁迫如何通过HPG轴影响其生殖功能的系统研究仍属空白。

为了解决这一科学问题，研究人员在《Aquaculture Reports》上发表了最新研究成果，系统探讨了盐度胁迫对点带石斑鱼生殖轴的多层级影响。研究团队假设亚适宜盐度胁迫通过同时破坏生殖轴的多个关键节点而加速卵巢退化，具体表现为抑制中枢HPG轴信号传导、降低卵巢类固醇生成能力以及破坏肝脏-卵巢卵黄发生协调。

研究采用的主要技术方法包括：从广东湛江养殖场获取成年雌性点带石斑鱼，在广东海洋大学东海岛海洋生物研究基地进行驯养和盐度处理；通过组织学分析评估性腺指数和卵巢组织结构；采用酶联免疫吸附测定法检测血清17β-雌二醇水平；利用定量逆转录PCR技术分析HPG轴相关基因、类固醇生成基因和卵黄发生基因的表达模式。

3.1. GSI和卵巢组织结构

研究结果显示，与对照组相比，低盐和高盐处理20天后，点带石斑鱼的性腺指数显著降低。组织学分析表明，处理前大多数卵母细胞处于第Ⅳ期，而低盐组处理后多数卵母细胞退回至第Ⅲ期，高盐组则主要为第Ⅲ期和第Ⅱ期卵母细胞，对照组则仍有大部分卵母细胞保持在第Ⅳ期，少数进入第Ⅴ期。这表明盐度胁迫确实加速了卵巢退化过程。

3.2. 血清E₂水平

尽管卵巢出现了明显的退化现象，但令人意外的是，酶联免疫吸附测定显示低盐和高盐组的血清雌二醇水平与对照组相比无显著差异。这一发现提示盐度胁迫可能通过其他途径影响卵巢功能，而非直接改变循环系统中的雌激素水平。

3.3. HPG轴生殖调控相关基因的表达

在基因表达层面，研究人员发现了更为精细的调控机制。下丘脑中，高盐胁迫显著抑制了sbgnrh表达，同时上调了gnrhr；低盐组则显著降低了lhβ表达。垂体中，fshβ在两种盐度胁迫下均保持稳定。卵巢中，lhr在低盐和高盐条件下均显著下调，而fshr则无显著变化。这些结果表明盐度胁迫对LH通路的影响更为显著，而对FSH通路影响较小。

类固醇生成相关基因表达

类固醇生成通路的关键基因表达发生了显著变化。star1在高盐组显著下调；cyp17a1、cyp17a2和hsd3b1在两种盐度胁迫下均显著下调；相反，hsd17b14显著上调；而cyp11a1和cyp19a1a则保持稳定。雌激素受体基因中，erα和erβ2显著下调，erβ1在高盐组却显著上调。这些变化表明盐度胁迫可能通过改变类固醇生成酶的表达模式影响卵巢功能。

3.4. 肝脏中vtg基因表达

肝脏中卵黄蛋白原基因表达呈现出与预期相反的模式：低盐和高盐胁迫均显著上调了vtgAa、vtgAb和vtgc的表达水平。这种肝-卵巢表达的不协调可能反映了机体在盐度胁迫下能量分配的紊乱。

综合研究结果，可以得出以下结论：盐度胁迫通过多层级机制影响点带石斑鱼的生殖功能。在HPG轴层面，盐度胁迫主要影响GnRH-LH通路，而对FSH通路影响较小；在类固醇生成层面，盐度胁迫抑制了多个关键酶的表达，可能导致类固醇激素合成障碍；在卵黄发生层面，肝-卵巢协调被破坏，肝脏中卵黄蛋白原合成增加但与卵巢摄取不匹配。

讨论部分进一步阐释了这些发现的科学意义。盐度胁迫引起的生殖抑制符合能量重分配的生理学原则，即生物体在应激条件下优先保障生存而非繁殖投资。点带石斑鱼作为耐盐物种，其生殖过程对环境盐度变化的敏感性高于生长过程，这一发现对水产养殖管理具有重要启示：在养殖实践中，即使鱼类表现出良好的生长状态，也可能因盐度不适而面临生殖障碍。

类固醇生成基因表达改变与血清E₂水平稳定之间的不一致可能源于转录变化与稳态激素浓度之间的时间延迟，也可能是盐度引起的E₂代谢清除率改变所致。肝脏卵黄蛋白原基因表达上调而卵巢却出现退化的矛盾现象，可能反映了盐度胁迫下能量分配从生殖优先转向渗透调节优先的策略转变。

这项研究的创新之处在于首次系统揭示了盐度胁迫通过HPG轴多层级网络影响点带石斑鱼生殖功能的分子机制，为理解环境变化对水生生物生殖健康的影响提供了新视角。研究结果不仅对点带石斑鱼的人工繁殖具有指导意义，也为其他经济鱼类的养殖管理提供了参考。未来研究需要进一步探讨盐度胁迫下生殖抑制的具体信号通路，以及如何通过调控这些通路缓解盐度波动对鱼类生殖的负面影响。