L-精氨酸通过调控线粒体-内质网互作缓解草鱼肝胰腺脂质蓄积的新机制

《Animal Nutrition》：New insights on the mechanism of L-arginine in alleviating hepatopancreatic lipid accumulation in grass carp ( Ctenopharyngodon idella): by promoting mitochondria-endoplasmic reticulum interaction

本研究针对水产养殖中高脂饲料引发的草鱼肝胰腺脂质代谢紊乱问题，通过多组学技术系统探讨了L-精氨酸（Arg）的调控机制。结果表明，Arg通过抑制内质网应激（ERS）关键基因（GRP78、IRE1、p-PERK）表达、增强线粒体呼吸链复合体（COX-I~V）功能、激活Nrf2/Keap1抗氧化通路，并促进MAMs区钙离子转运蛋白（SERCA1/VAPB/GRP75）表达，最终改善脂质代谢。该研究为Arg作为水产饲料添加剂改善鱼类肝脏健康提供了理论依据，发表于《Animal Nutrition》。

　　

随着水产养殖集约化发展，高脂饲料投喂和养殖密度增加导致草鱼肝胰腺脂质过度蓄积问题日益突出，引发脂肪肝等代谢性疾病，严重制约水产养殖可持续发展。肝胰腺作为鱼类脂质代谢核心器官，其功能异常会直接导致生长性能下降和免疫调控失衡。L-精氨酸（Arg）作为必需氨基酸，既往研究表明其可调节哺乳动物脂质代谢，但对其在鱼类肝胰腺中的具体作用机制尚不明确。

本研究通过设计6组不同Arg水平（3.51~21.01 g/kg）的饲料，对450尾草鱼进行9周喂养试验，系统评估Arg对肝胰腺脂质代谢、细胞器功能及器间互作的调控作用。关键技术方法包括：组织病理学（H&E和Oil Red O染色）观察肝胰腺形态学变化；生化试剂盒检测脂肪酸合成酶（FAS）、激素敏感性脂肪酶（HSL）等酶活性和ATP/ROS水平；qRT-PCR和Western blot分析脂代谢相关基因（如srebp1、pparγ）和蛋白（如PPARα、SOD2）表达；免疫荧光染色定位内质网应激标志物GRP78和线粒体复合体COX-III等空间分布。

3.1 生长性能与组织病理学

Arg缺乏组肝细胞出现空泡化和核移位，脂滴面积显著增加（P< 0.001），而14.01 g/kg Arg组肝细胞结构完整，脂滴减少，表明Arg有效缓解肝胰腺脂质蓄积。

3.2 脂肪酸代谢参数

Arg补充显著降低FAS活性和脂合成基因（fas、acc、scd-1）表达（P< 0.05），同时提升HSL、ATGL活性及脂肪酸β-氧化基因（cpt1a、fabp）表达。蛋白水平上，Arg下调SREBP1和PPARγ，上调PPARα和p-AMPK/SIRT3信号，提示Arg通过AMPK通路促进脂解。

3.3 内质网应激调控

Arg显著抑制ERS关键基因（grp78、ire1、perk）表达（P< 0.05），降低IRE1和p-PERK蛋白水平，同时ThT荧光强度下降，证实Arg通过缓解ERS改善脂代谢稳态。

3.4 线粒体功能增强

Arg补充使ATP水平提升78.39 μmol/g prot（P< 0.001），ROS生成减少25.4%。线粒体呼吸链复合体蛋白（COX-I~V）及三羧酸循环关键酶ACO2表达均上调，表明Arg增强线粒体氧化磷酸化能力。

3.5 线粒体质量控制系统

Arg上调线粒体动态相关基因（mfn1、drp1）及线粒体生物发生蛋白NRF1、PGC-1α表达，同时激活PINK1-PARKIN介导的线粒体自噬，维持线粒体网络稳定性。

3.6 抗氧化功能提升

Arg激活Nrf2/Keap1通路，显著提高SOD活性和cat、gpx基因表达（P< 0.05），降低MDA含量，缓解氧化损伤。

3.7 线粒体-内质网互作强化

免疫荧光显示Arg组SERCA1、VAPB、GRP75荧光强度增强（P< 0.05），VDAC1和MCU蛋白表达上升，表明Arg通过促进MAMs区Ca²⁺转运优化器间通讯。

本研究首次揭示Arg通过多维度调控器间互作缓解草鱼肝胰腺脂质蓄积的分子网络：一方面通过抑制ERS和增强线粒体功能直接优化脂代谢；另一方面通过强化MAMs介导的Ca²⁺信号传递和抗氧化防御，间接维持代谢稳态。研究结果为Arg作为功能性饲料添加剂改善水产动物肝脏健康提供了创新理论支撑，对水产养殖业可持续发展具有重要实践意义。