比较代谢组学分析揭示了裸沙蚕（Sipunculus nudus）生殖细胞中的性别差异及其对热应激的反应

《Comparative Biochemistry and Physiology Part D: Genomics and Proteomics》：Comparative metabolomic analysis reveals sex differences and heat stress responses in germ cells of Sipunculus nudus

海鞘Sipunculus nudus配子代谢组学研究显示，卵细胞富含磷脂和核苷酸衍生物，精子团则含有更多脂质、氨基酸衍生物及小肽。KEGG分析表明卵细胞主要涉及神经递质和能量代谢，精子团则与抗氧化和核苷酸合成相关。高温处理（37℃）使卵细胞代谢发生显著重塑，表现为有机酸和脂质代谢物增加，核苷酸及氨基酸相关物质减少。该研究首次完整解析海鞘配子代谢特征，揭示性别特异性代谢模式及热应激响应机制，为海洋无脊椎动物生殖健康研究提供新依据。

　　

冯文敏|何美玲|李文华

教育部分子医学工程研究中心，福建分子医学重点实验室，厦门海洋与基因药物重点实验室，福建高校精准医学与分子诊断重点实验室，华侨大学生物医学科学学院，厦门，361021，中国

摘要

沙蚕Sipunculus nudus是一种雌雄异体的海洋无脊椎动物，在生态和水产养殖方面具有重要意义。为了研究配子特化及其热响应背后的代谢特征，我们使用超高效液相色谱-质谱（UHPLC–MS）技术，在对照条件下以及对急性热应激（37°C，持续24小时；n=6只雄性，6只雌性，4只受热应激的雌性）的卵母细胞进行了非靶向代谢组学分析。通过多元和单变量统计分析，并结合倍数变化和显著性阈值，我们发现了894种在卵母细胞和精原细胞之间存在差异的代谢物，以及1749种在热应激下发生显著变化的代谢物。卵母细胞富含脂质（如磷脂PI和LPC）和核苷酸衍生物（如尿苷一磷酸、脱氧核苷），而精原细胞则含有较高水平的脂质（如PE和PC类脂质）、氨基酸衍生物（如N-乙酰-DL-丝氨酸）和小肽。京都基因与基因组百科全书（KEGG）分析表明，与神经递质和能量代谢途径相关的代谢物在卵母细胞中更为显著，而与抗氧化和核苷酸生物合成途径相关的代谢物在精原细胞中相对丰富。在热应激下，卵母细胞表现出显著的代谢变化，有机酸和脂质代谢物（脂肪酸和甘油磷脂）增加，而核苷酸和氨基酸相关化合物减少。大多数KEGG映射的代谢途径的相关代谢物总体减少，包括氨基糖、核苷酸和氨基酸代谢，而与Fc epsilon RI信号传导和胆汁分泌相关的代谢途径的代谢物相对丰富。本研究首次提供了S. nudus生殖细胞的全面代谢组学谱型，揭示了性别特异性的代谢模式以及热诱导的卵母细胞代谢重编程。这些发现有助于我们理解海洋无脊椎动物的配子生理学和急性热应激反应，并可能为生殖健康生物标志物的开发提供帮助。

引言

生殖细胞对于物种的繁衍至关重要，因为它们能够将遗传和表观遗传信息传递给后代。它们的发育、功能和存活与动态的代谢过程密切相关，这些过程在配子发生和受精过程中提供能量、支持生物合成并维持氧化还原平衡（Saitou, 2021; Matsui and Hayashi, 2022）。最近在各种模式生物中的研究表明，生殖细胞成熟过程中存在阶段和性别特异性的代谢变化，表明代谢与生殖细胞的发育和功能需求紧密协调（Hayashi and Matsui, 2022; Fran?ois et al., 2023）。

沙蚕Sipunculus nudus是一种不分节的海洋无脊椎动物，广泛分布于东亚和东南亚的沿海泥滩生态系统中（Du et al., 2009; Li et al., 2019）。由于其在中医药和水产养殖中的商业价值，S. nudus最近作为具有经济意义的物种受到了越来越多的关注（Tang et al., 2025; Tao et al., 2025）。然而，迄今为止，尚未有关于Sipunculida生殖细胞的代谢组学研究，尤其是S. nudus雄性和雌性配子之间的代谢差异，特别是在环境压力条件下的差异仍不清楚。

S. nudus是雌雄异体的，没有外部性别二态性；因此，性别是根据配子的形态来识别的。受精发生在体外，配子被释放到体腔中，在那里进一步成熟（Adrianov and Maiorova, 2010）。雌性配子是由自由漂浮的球形卵母细胞组成的，而雄性配子则是由数百个精子组成的精原细胞团（Maiorova and Adrianov, 2005; Ying et al., 2010; Long et al., 2015）。这些不同的配子形式为研究性别特异性的代谢特化提供了合适的系统。

随着气候变化的加速，海洋温度的升高已成为海洋无脊椎动物的一个重要压力因素（Byrne and Przeslawski, 2013）。热应激会损害细胞稳态，干扰配子发生，并降低多种海洋物种的繁殖成功率（Gallo et al., 2023; Allen-Waller et al., 2024; Spence-Jones et al., 2025）。然而，S. nudus的生殖细胞如何应对温度升高在代谢水平上的影响仍不清楚，这使得预测其在未来气候情景下的繁殖韧性变得困难。

在这项研究中，我们对S. nudus的生殖细胞进行了非靶向代谢组学分析，包括在常温（对照）和急性热应激条件（37°C）下的卵母细胞，以及常温下的精原细胞。急性热应激处理是一种短期的高温挑战，旨在诱导可测量的生理和代谢应激反应，而不是代表平均环境条件。这一温度范围已被广泛用于实验室实验中，以诱发潮间带海洋无脊椎动物在中等热应激下的代谢重塑（Chen et al., 2021）。我们的目标是表征雄性和雌性生殖细胞之间的性别特异性代谢差异，并研究热诱导的卵母细胞代谢变化。这些发现有助于我们了解这种生态和经济上重要的海洋无脊椎动物的生殖细胞生理学和热响应。

章节片段

S. nudus的饲养

成年S. nudus从中国厦门的第八海鲜市场获得。将这些个体饲养在装有曝气海水的单独水箱中（每个水箱4升，每个水箱5个个体），盐度为30–31 ppt。动物被随机分配到对照组（保持在标准实验室温度约28°C）或热应激组（在37°C下培养），每个处理组使用三个独立的水箱作为实验重复。性别在

代谢物鉴定

为了评估样本的整体分布和重复性，首先进行了PCA分析。PCA结果显示精原细胞、卵母细胞和热诱导卵母细胞之间存在明显的分离趋势，同时质量控制样本也聚类良好，表明分析稳定性和重复性令人满意（图1）。随后，应用PLS-DA进一步表征精原细胞、卵母细胞和热诱导卵母细胞之间的代谢差异。PLS-DA模型显示

讨论

本代谢组学分析首次全面描述了S. nudus生殖细胞的代谢物特征，揭示了卵母细胞、精原细胞和热诱导卵母细胞在代谢组成上的显著差异。推测鉴定的代谢物涵盖了广泛的生化类别，包括脂质、氨基酸、核苷酸、碳水化合物、有机酸和次级代谢物，反映了配子发生过程中复杂的代谢景观

结论

本研究全面描述了S. nudus生殖细胞的代谢特征，揭示了精原细胞、卵母细胞和热诱导卵母细胞之间的显著差异。卵母细胞富含与信号传导和能量相关的代谢物，表明其代谢和调控状态比精原细胞更为活跃。热应激导致卵母细胞发生显著的代谢重塑，表现为多种氨基酸、核苷酸和

CRediT作者贡献声明

冯文敏：撰写——原始草稿，可视化，方法学，研究，数据管理。何美玲：撰写——审稿与编辑。李文华：撰写——审稿与编辑，监督。

利益冲突声明

作者声明没有利益冲突。

致谢

本工作得到了厦门科技项目基金（3502Z202372033）的支持。