大西洋鲑鱼（Salmo salar）骨骼肌中黑色素沉着灶的分子特征研究表明，氧化应激、炎症和细胞凋亡参与了这一过程

《Aquaculture》：Molecular characterization of melanised focal changes in Atlantic salmon ( Salmo salar) skeletal muscle reveals involvement of oxidative stress, inflammation, and apoptosis

本研究通过转录组测序、氧化应激评估及体外实验，揭示大西洋鲑肌肉黑斑病变（MFCs）的分子机制，发现慢性炎症、氧化应激及凋亡通路（TNF-α/NF-κB）的激活是主要特征，为制定防治策略提供依据。

　　

劳尔·科尔特斯（Raúl Cortés）|罗德里戈·苏洛阿加（Rodrigo Zuloaga）|卡米拉·戈多伊-迪亚兹（Camila Godoy-Diaz）|路易斯·乌尔达内塔（Luis Urdaneta）|何塞·路易斯·加拉兹（José Luis Galaz）|莉安·巴西尼（Liane Bassini）|塞巴斯蒂安·埃斯科瓦尔-阿吉雷（Sebastián Escobar-Aguirre）|胡安·安东尼奥·瓦尔德斯（Juan Antonio Valdés）

智利天主教大学（Pontificia Universidad Católica de Chile），农业与自然系统学院（Facultad de Agronomía y Sistemas Naturales），海洋分子生物学实验室（Laboratorio Biología Molecular Marina），智利圣地亚哥7820436

摘要

大西洋鲑鱼（Salmo salar）骨骼肌中的黑色素沉着灶性变化（MFCs）在水产养殖中日益成为一个质量问题，因为这些变化与慢性炎症、色素积累和重大经济损失有关。尽管MFCs的组织病理学特征已被广泛描述，但其背后的分子机制仍不甚明了。在这项研究中，我们采用了一种综合方法，结合了转录组分析、氧化应激评估、凋亡检测和体外功能实验，以阐明鲑鱼肉中MFCs的发展途径。RNA-seq分析显示，在MFC组中有2084个转录本上调，主要涉及细胞因子-细胞因子受体相互作用、NOD样受体信号通路和C型凝集素受体信号通路。相反，有337个转录本下调，主要与自噬、胰岛素信号通路和mTOR信号通路相关。通过对差异表达转录本（DETs）的RT-qPCR验证，以及caspase切割蛋白的Western blot分析，证实了MFC受影响肌肉中的氧化应激、炎症和凋亡增加。为了进一步评估TNF-α在骨骼肌氧化应激中的作用，我们使用了S. salar肌管进行了体外实验。肌管暴露于重组大西洋鲑鱼TNF-α后，通过NF-κB激活诱导了活性氧（ROS）的产生增加，导致肿瘤坏死因子受体（tnfr1）的转录本表达升高。我们的结果支持这样一种模型：MFCs是由持续的氧化应激和局部炎症引起的，最终导致骨骼肌中的慢性免疫激活、凋亡和色素积累。

引言

骨骼肌是硬骨鱼类中最丰富的组织，在S. salar等水产养殖物种中是主要的可食用部分（Johnston等人，2011年）。因此，其质量和结构完整性是产品价值和消费者接受度的关键决定因素（Landry等人，2024年）。近年来，一种以肌肉色素病变为特征的病理状况（称为MFCs）已成为养殖鲑鱼的主要质量问题（Berg等人，2012年；Bj?rgen等人，2024a年；Hossain，2022年；Wakamatsu等人，2023年）。虽然MFCs最早于2005年首次被记录（Koppang等人，2005年），并在挪威鲑鱼产业中得到了广泛研究（Bj?rgen等人，2025年；Brimsholm等人，2023b年；Jiménez-Guerrero等人，2022年；Larsen等人，2014年），但其在智利水产养殖中的发生率上升引起了严重关注，尤其是考虑到关于这一问题的公开研究相对较少。这些病变由于受影响产品的降级而造成了巨大的经济损失，而其根本原因仍在积极研究中（Brimsholm等人，2023c年）。尽管对智利鲑鱼产业有潜在影响，但尚未有全面和官方的数据记录来量化相关的生产损失（Cortés等人，2025年）。然而，来自Aquabench（一家监测智利所有鲑鱼养殖厂的公司）的最新数据显示，2022年MFCs在鱼片中的发生率为19.5%，2023年为22.7%，2024年初为21.9%。这些数字突显了在国家水产养殖背景下解决这一新兴病理问题的重要性和紧迫性（信息由Aquabench提供）。

MFCs主要影响养殖鲑鱼的白色肌肉，包括大西洋鲑鱼（S. salar）和虹鳟鱼（Oncorhynchus mykiss）（Bj?rgen等人，2024a年；Bj?rgen等人，2024b年）。研究表明，在养殖鲑鱼中，大多数MFCs（约70%）发生在鱼片的前部，后腹部和背部肌肉中的病变较少，尾部区域则很少见（Bj?rgen等人，2025年）。同样，Bj?rgen等人（2019年）报告称，超过90%的病变局限于鱼片的颅腹侧和中部腹侧区域（Bj?rgen等人，2019年）。MFCs的组织学分析显示，慢性肉芽肿性炎症的特征是存在黑色素巨噬细胞、上皮样细胞、朗汉斯型巨细胞和大的充满脂质的细胞外空泡（Bj?rgen等人，2020年；Bj?rgen和Koppang，2024年；Koppang等人，2005年）。这些病变被归类为慢性多相坏死性肌病，反映了单个病变中存在多种组织病理学阶段（Larsen等人，2012年）。提出的分类系统强调了MFCs的显著异质性，从轻微的色素细胞浸润到严重的炎症和纤维化变化不等（Bj?rgen等人，2019年）。虽然黑色素巨噬细胞通常位于肾脏和脾脏等淋巴器官中，但在病理条件下它们侵入骨骼肌表明了对持续组织损伤和未解决的炎症的局部反应（Bj?rgen和Koppang，2024年；Malik等人，2021年）。

现有证据支持从急性红色灶性变化（RFCs）到慢性黑色素病变的渐进过程，前者以出血、脂肪细胞坏死和早期免疫浸润为特征（Bj?rgen等人，2015年；Bj?rgen和Koppang，2024年）。RFCs的初始触发因素似乎涉及局部缺氧和脂肪坏死，可能由机械创伤、肋骨骨折和氧化应激加剧（Bj?rgen等人，2024a年；Brimsholm等人，2023b年；Brimsholm等人，2023a年）。这些急性事件促进了先天免疫细胞的招募，包括MHC I/II阳性巨噬细胞，并逐渐建立了慢性炎症，伴随着产生黑色素的细胞的出现（Jiménez-Guerrero等人，2023年；Larsen等人，2012年；Malik等人，2021年）。最近在S. salar中的转录组研究表明，MFCs不仅仅是色素病变，还反映了复杂的炎症和代谢过程。黑色素沉着部位的基因表达分析显示，与慢性炎症、B细胞激活、通过MHC II类抗原呈递以及Th2极化T细胞反应相关的基因被广泛激活（Krasnov等人，2016年；Malik等人，2021年）。此外，参与细胞外基质重塑和脂质代谢的基因显著上调，而肌纤维和线粒体基因则下调，表明组织退化正在进行（Krasnov等人，2016年）。最近的空间转录组学研究提供了关于RFCs和MFCs在细胞水平上的基因表达模式的新见解。这些分析证实了从RFCs到MFCs的渐进转变，伴随着与糖酵解、能量代谢和黑色素生成相关的基因表达增加。值得注意的是，空间映射揭示了两种病变类型内的细胞异质性，并识别出富含参与抗原处理/呈递和HIF-1信号通路的基因的转录簇，表明缺氧在其中起核心作用（Bj?rgen等人，2024c年）。总体而言，这些发现表明MFCs不仅仅是简单的色素缺陷，而是涉及慢性炎症、免疫细胞浸润和深刻代谢重编程的复杂病变。

我们团队最近研究了受MFCs影响的S. salar肌肉中黑色素生成酶和免疫标志物的转录调控（Cortés等人，2025年）。通过分析不同生产阶段（抗生素暴露后的淡水、疫苗接种后的淡水以及收获时的海水）的鱼肌肉样本（有和没有可见黑色素沉着），我们发现了与黑色素沉着进展相关的动态分子特征。在淡水阶段，表达模式表明黑色素生物合成的早期激活伴随着短暂的炎症反应。相比之下，收获阶段的鱼显示出持续的黑色素生成激活，免疫调节最小，表明向独立于急性炎症的色素积累转变（Cortés等人，2025年）。这些发现强调了黑色素沉着的时间调控，并强调了早期发育阶段作为预防干预的关键窗口。尽管经过二十年的研究，MFCs在水产养殖中仍然是一个多因素且未解决的挑战（Bj?rgen等人，2025年）。其复杂的发病机制可能反映了代谢、免疫、感染和环境因素之间的相互作用。此外，炎症病变中的黑色素存在是硬骨鱼类生理学的独特特征，与哺乳动物不同，并提出了关于慢性炎症期间色素生成的功能作用的有趣问题。

在本研究中，我们采用了全面的RNA-seq方法来表征收获阶段大西洋鲑鱼骨骼肌中表现出MFCs的转录景观。通过将差异基因表达分析与氧化应激和凋亡检测以及体外功能分析相结合，我们旨在阐明MFCs发展的信号通路。我们的目标是超越候选基因分析，提供驱动养殖鲑鱼肌肉黑色素沉着的分子机制的系统级视图，从而更好地理解这一复杂状况，并为水产养殖提供潜在的缓解策略。

部分摘录

组织采样

该研究得到了智利天主教大学生物伦理委员会的批准（协议代码220424004，批准日期2023年5月24日）。本研究中使用的S. salar样本（n = 10条；平均重量6058.2克）由一家专门从事鲑鱼养殖的制药公司提供，该公司对其产品进行监测。采样程序由Sernapesca认证的兽医执行，他们具有官方资质

S. salar骨骼肌中MFC的转录组和分子分析

为了评估黑色素沉着骨骼肌组织的转录表达，对三个对照组和三个受MFC影响的配对样本进行了RNA测序。从六个cDNA文库中生成了总共514,540,020个原始读段。去除适配子和低质量读段后，保留了514,537,241个用于RNA-seq分析的干净读段。S. salar参考基因组的平均映射率为91.8%（表1）。在对照组和MFC组之间共鉴定出2421个差异表达转录本（DETs）

讨论

了解骨骼肌黑色素沉着的炎症过程对于改善水产养殖中的鱼类福利和产品质量至关重要（Dara等人，2023年）。尽管MFCs的组织病理学特征、发生率和风险因素已被广泛记录，但其细胞和分子机制仍不甚明了（Bj?rgen等人，2025年）。这项研究提供了对养殖

结论

本研究提供了大西洋鲑鱼骨骼肌中MFCs的首次综合转录组和功能分析。我们的结果表明，MFCs的特点是慢性炎症、氧化应激和凋亡，这得到了免疫相关基因、ROS标志物和caspase激活的上调的支持。肌管中的功能实验证实，TNF-α通过NF-κB诱导ROS的产生，从而加剧了组织损伤。过度表达的

CRediT作者贡献声明

劳尔·科尔特斯（Raúl Cortés）：撰写——初稿、研究、数据管理、概念化。罗德里戈·苏洛阿加（Rodrigo Zuloaga）：方法学、研究、数据管理。卡米拉·戈多伊-迪亚兹（Camila Godoy-Diaz）：软件、方法学、研究、正式分析、概念化。路易斯·乌尔达内塔（Luis Urdaneta）：方法学、研究。何塞·路易斯·加拉兹（José Luis Galaz）：撰写——审稿与编辑、验证、概念化。莉安·巴西尼（Liane Bassini）：软件、资源、概念化。塞巴斯蒂安·埃斯科瓦尔-阿吉雷（Sebastián Escobar-Aguirre）：撰写——初稿、验证、监督

未引用的参考文献

Morgan和Liu，2011

利益冲突声明

作者声明没有利益冲突。

致谢

本工作得到了Fondecyt博士后（R.C.）和常规Fondecyt（J.A.V）的支持；优先领域研究中心资助基金（FONDAP）的资助（Incar Fondap，2023年：1522A0004；2024年：1523A0007）。莉安·巴西尼（Liane Bassini）得到了Millennium基因组调控中心（ANID - MILENIO - ICN2021_044）的支持