吲哚-3-丙酸能够改善肠道健康，并保护高脂饮食喂养的尼罗罗非鱼（Oreochromis niloticus）免受嗜水气单胞菌（Aeromonas hydrophila）的感染

《Fish & Shellfish Immunology》：Indole-3-propionic acid enhances intestinal health and protects against Aeromonas hydrophila infection in high-fat-diet fed Nile tilapia ( Oreochromis niloticus)

高脂饮食导致尼罗 tilapia 肠道氧化应激和屏障损伤，添加吲哚-3-丙酸（IPA）可改善肠道健康并增强病原体抵抗力。实验表明，80 mg/kg IPA 剂量显著降低肠道 MPO 活性、提升存活率，修复高脂引起的肠道屏障损伤，并通过激活 Ahr 诱导的核因子 E2 相关因子 2（NRF2）信号通路减少氧化应激，同时抑制 NF-κB 信号通路减轻肠道炎症。摘要分割符：

　　

丁飞飞|邓世奇|范玉欣|乔世燕|王刚

中国农业大学深圳前沿技术研究院，中国深圳，518119

摘要

高脂肪饮食（HFD）在水产养殖中被广泛使用，以促进生长和饲料蛋白质的保留，但过量摄入脂肪会导致鱼类出现全身性代谢紊乱，伴随肠道健康受损和病原体抵抗力下降。研究表明，吲哚-3-丙酸（IPA）能显著改善哺乳动物的肠道健康。我们之前的研究已经证明IPA可以缓解尼罗罗非鱼（Oreochromis niloticus）的脂质代谢紊乱和脂质毒性肝损伤。然而，IPA是否能够持续维持鱼类的肠道健康仍不清楚。在本研究中，540条尼罗罗非鱼（平均体重2.53 ± 0.02克）被分成6组，每组3个水箱，分别喂食对照组饮食或添加不同水平IPA（0、20、40、80、160毫克/千克）的高脂肪饮食。8周后，结果发现80毫克/千克的IPA对降低肠道髓过氧化物酶（MPO）活性以及提高感染Aeromonas hydrophila的尼罗罗非鱼的存活率最为有效。IPA饮食恢复了HFD引起的肠道屏障完整性，并增加了紧密连接蛋白（tjps）的基因表达，如闭合带1（zo-1）和occludin。结果表明，IPA饮食有效减轻了HFD引起的肠道氧化应激，表现为活性氧（ROS）和丙二醛（MDA）水平降低，而超氧化物歧化酶（SOD）和谷胱甘肽过氧化物酶（GSH-Px）活性升高。IPA饮食还促进了肠道中芳烃受体（Ahr）的基因和蛋白质表达。进一步的研究表明，IPA可能通过激活Ahr并影响核因子-E2相关因子2（NRF2）信号通路来减少氧化应激。此外，IPA可能通过抑制Ahr介导的核因子κB轻链增强子（NF-κB）信号通路来抑制肠炎。这些发现表明IPA具有改善HFD喂养鱼类肠道健康和病原体抵抗力的潜力，为创新饲料添加剂在水产养殖中的应用提供了重要见解。

引言

随着水产养殖中鱼粉成本的上升和供应的稀缺，提高饲料中的脂肪或碳水化合物能量含量可以节省蛋白质并促进鱼类生长[1]、[2]、[3]。然而，鱼类利用可消化碳水化合物的能量能力较低[4]。目前，高脂肪饮食（HFD）在水产饲料产业中被更广泛地应用于现代集约化养殖方式，可以减少氮排放[1]、[2]。但长期采用HFD会导致多种鱼类体内脂肪过度积累[5]、[6]，常常伴随全身性代谢和功能紊乱，包括肠道完整性下降、氧化应激和肠炎，最终导致发病率和死亡率增加[7]、[8]、[9]、[10]。由于Aeromonas hydrophila等病原体的感染，水产养殖业遭受了巨大的经济损失[11]、[12]、[13]。减少疾病相关损失通常需要使用抗生素[14]，但当前的抗药性政策迫切需要开发和使用创新、可持续的替代品。

吲哚-3-丙酸（IPA）是一种由肠道微生物群代谢色氨酸产生的吲哚衍生物[15]。与其他吲哚衍生物（如吲哚-3-乙酸（IAA）[16]、吲哚-3-甲醛（ICA）[17]和吲哚-3-乳酸（ILA）[18]类似，大量研究表明IPA能够改善受损的肠道健康[19]、[20]、[21]。对于吲哚衍生物，激活芳烃受体（Ahr）配体通常是保护动物组织健康的一种机制[20]、[22]、[23]、[24]。在西式饮食引起的代谢功能障碍相关脂肪肝病（MASLD）的小鼠模型中，IPA和IAA激活了AHR并增强了肠道屏障完整性[25]。在斑马鱼中，ILA促进了ahr2的表达，改善了HFD引起的肠道屏障损伤、肠炎和肠道菌群失调[26]。然而，Ahr如何缓解由脂肪过度积累引起的肠道功能障碍的具体机制尚不清楚。我们之前的研究发现，添加Lactiplantibacillus plantarum并富集IPA可以缓解棉酚引起的脂质代谢紊乱，并通过激活Ahr减轻尼罗罗非鱼（Oreochromis niloticus）的脂质毒性肝损伤[27]，但IPA对HFD引起的肠道健康不良影响的作用仍不明确。

尼罗罗非鱼是全球养殖量第三大的鱼类，也是研究的理想模型，因为它生长速度快、基因组数据齐全，并且对各种压力具有相当的抵抗力[28]、[29]。与其他主要的水产经济鱼类类似，尼罗罗非鱼也常在集约化养殖环境中饲养，并通常喂食HFD饮食[30]。已有研究表明，HFD会导致尼罗罗非鱼严重的肠道屏障损伤和肠道炎症[5]、[8]、[31]。本研究应用了一种新的微生物代谢产物IPA来干预HFD引起的肠道功能障碍。本研究旨在探讨IPA如何影响尼罗罗非鱼的肠道健康和病原体抵抗力，并分析其可能的机制。这将为水产饲料中新型添加剂IPA的应用提供关键见解，以防止高脂肪饮食引起的肠道屏障损伤和鱼类病原体抵抗力下降。

实验设计和样本收集

实验设计和样本收集

实验用的尼罗罗非鱼幼鱼来自广州天发鱼苗发展有限公司（中国广州），在实验前进行了两周的适应期。540条鱼（初始体重：2.53±0.02克），无外部损伤或畸形，随机分为6组，每组3个水箱，每水箱放置30条鱼。根据之前的研究[8]、[26]、[31]、[32]，高脂肪饮食（脂肪含量12%）分为五个浓度组（0、20、40、80和160毫克/千克）。

IPA饮食增强了尼罗罗非鱼的肠道免疫力和对A. hydrophila的抵抗力

为了检测IPA对肠道免疫功能的影响，评估了尼罗罗非鱼中MPO的活性，MPO是中性粒细胞和单核细胞的标志物。如图1A所示，与对照组相比，HFD组的肠道MPO活性显著增加（P < 0.0001），但在所有IPA处理组中，肠道MPO活性均显著低于HFD组（P < 0.05，图1A）。HFD组的存活率显著降低。

讨论

IPA是一种由微生物群产生的吲哚衍生物，对宿主的肠道健康有显著影响[15]。大量哺乳动物研究表明，IPA可以调节肠道屏障完整性、免疫反应和炎症反应[19]、[20]、[21]。我们之前的研究表明IPA可以缓解FFA引起的肝损伤[27]，但IPA是否能够缓解HFD喂养鱼类中的病原菌感染或改善肠道健康尚未有文献报道。

结论

总之，本研究表明，IPA饮食有助于维持尼罗罗非鱼的肠道健康，并保护其免受A. hydrophila感染。IPA饮食修复了HFD引起的肠道屏障损伤，并促进了tjps的表达。IPA饮食通过激活Ahr，刺激NRF2信号通路以减少HFD引起的氧化应激，并抑制NF-κB信号通路以防止肠道炎症。这项研究为高脂肪饮食提供了潜在的治疗策略。

伦理声明

所有实验均遵循《中国实验动物管理和使用指南》进行。实验获得了中国农业大学动物实验伦理委员会的批准（AW40215202-1-04）。

作者贡献声明

丁飞飞：研究、数据分析、数据整理、写作、编辑。邓世奇：研究、数据整理。范玉欣：方法学、软件应用。乔世燕和王刚：概念构思、监督、审稿、编辑。

利益冲突声明

作者声明没有利益冲突。

致谢

本研究得到了国家重点研发计划（2022YFC2105001）和深圳重大科技专项（20240902181745001）的支持。