多组织转录组学和代谢组学分析揭示了胰岛素受体干扰后雄性凡纳滨对虾（Penaeus vannamei）的生殖腺发育障碍以及代谢稳态失衡现象

《Aquaculture》：Multi-tissue transcriptomics and metabolomics analyses uncover gonadal developmental disorders and metabolic homeostasis imbalances in male Penaeus vannamei following insulin receptor interference

本研究构建了 Pacific white shrimp（Penaeus vannamei）胰岛素受体（Pv-InR）体内干扰模型，探究其性腺发育和代谢稳态调控机制。通过RNA干扰、转录组与代谢组学分析发现，Pv-InR敲低导致性腺和肝胰腺中基因表达与蛋白水平显著下调，影响红细胞Cyclin D和睾酮水平，并扰乱氨基酸与脂质代谢通路。京都基因百科分析显示两种组织均富集氨基酸及不饱和脂肪酸合成通路。肝胰腺优先重组糖代谢以维持血糖稳态，而性腺通过ABC转运体激活营养吸收。研究揭示了Pv-InR作为关键传感器调控代谢与性腺发育的分子机制，为虾类繁殖调控与养殖提供新依据。

　　

尹艳娜|范海涛|邢瑞燕|徐家杰|焦乐飞

中国浙江省宁波市宁波大学海洋科学学院，315211

摘要

本研究建立了一种体内胰岛素受体（InR）干扰模型，探讨了其对雄性Penaeus vannamei生殖器官发育和代谢稳态的调节作用。敲低Pv-InR后，其基因在睾丸和肝胰腺中的表达显著下降，免疫荧光检测显示受体蛋白的荧光信号强度也相应减弱，这证实了干扰在转录和蛋白质水平上的有效性。结果表明，Pv-InR的敲低对肝胰腺功能造成了不同程度的损害，并显著影响了血淋巴细胞周期依赖性激酶和睾酮的水平。此外，Pv-InR的敲低还显著下调了与生殖器官发育密切相关的基因，包括胰岛素样雄激素腺激素、胰岛素样肽和甲壳类高血糖激素。整合转录组学和代谢组学分析显示，肝胰腺和睾丸的蛋白质/脂质代谢均出现紊乱。京都基因组百科全书通路分析表明，这两种组织中的氨基酸生物合成/代谢途径和不饱和脂肪酸生物合成途径显著富集。值得注意的是，组织特异性代谢重编程现象：作为代谢中心的肝胰腺优先进行葡萄糖代谢重编程以维持全身葡萄糖稳态；而当蛋白质代谢和TCA循环受到抑制时，睾丸则通过ABC转运蛋白主动运输营养物质。通过Pv-InR的敲低，我们观察到了维持内分泌稳态的补偿性反馈反应，证明Pv-InR是调节蛋白质和脂质代谢的关键因子。最后，我们鉴定出几个在雄性P. vannamei生殖器官发育过程中具有重要潜力的关键基因和代谢物。总之，我们的发现表明Pv-InR对于维持雄性虾的生殖代谢和内分泌稳态至关重要，为虾类养殖中的代谢调控提供了新的见解。

引言

亲本的最佳繁殖性能是决定后代表型质量和动物生产系统长期可持续性的关键因素（Ayisi等人，2017；Bell，2024；Dissinger和Kwasek，2025；Mylonas等人，2010；Wouters等人，2001）。因此，阐明调控亲本生殖器官发育的生物学机制对于提高其遗传潜力和幼体存活率至关重要（De Silva等人，2021；Pimentel等人，2023）。太平洋白虾Penaeus vannamei是全球水产养殖中的重要经济物种，也是高质量蛋白质的来源（Liao等人，2025）。其高存活率、快速生长能力和对高密度养殖的耐受性使其成为世界上最具生产力的水产养殖物种之一（FAO，2024；Liao和Chien，2011）。然而，核心亲本繁殖技术仍主要由少数国家掌握，导致许多发展中国家严重依赖进口苗种（Wyban，2019）。尽管已有大量研究集中在虾的养殖阶段（Lightner，2011；Perez-Velazquez等人，2003），但调控生殖器官发育的分子机制仍知之甚少。因此，推进可持续的水产养殖需要更深入地了解亲本的繁殖生物学。

P. vannamei表现出独特的繁殖行为，包括夜间交配、精包转移以及雌性在产卵前储存精子（Bauer，2010）。在商业亲本管理中，通常使用富含营养的活饵料（如多毛类、双壳类）来加速生殖器官的成熟（Wouters等人，2001）。然而，调控生殖器官发育的营养机制在分子层面仍大多未被探索，这成为阻碍合理设计养殖饲料的关键知识空白。胰岛素信号系统是动物界中高度保守的内分泌系统组成部分，它将营养感应与生殖调节联系起来（Jennifer等人，2017；Wei等人，2011）。在脊椎动物中，胰岛素超家族包括胰岛素、胰岛素样生长因子（IGF）和松弛素，它们在结构上具有显著同源性（Akira和Naoki，2013；Denley等人，2005；Walter等人，2001）。这些配体通过与细胞膜受体结合并激活胰岛素信号通路来调节生长、代谢、繁殖和寿命等关键生理过程（Federico和Juan，2010）。大量研究表明，胰岛素信号通路在多种生物类群中调控着生长、代谢稳态和免疫防御等基本生物过程（Chen等人，2024；Liu等人，2023；Liu等人，2021；Mykles，2021）。像P. vannamei这样的无脊椎动物拥有胰岛素样肽（ILPs），其在调节葡萄糖代谢方面的功能与脊椎动物的胰岛素相似。ILPs通路通过抑制糖异生来防止肝脏中糖原的过度积累（Jose等人，2015；Margherita和Maria Ina，2014）。机制上，ILPs与胰岛素受体（InR）结合，触发胰岛素受体底物（IRS）的酪氨酸磷酸化，进而使IRS与磷脂酰肌醇3-激酶（PI3K）的调节亚单位结合，最终激活蛋白激酶B（AKT）（Dai等人，2022）。有证据表明胰岛素信号在甲壳类动物的繁殖中起作用。转录组数据表明，雄性Eriocheir sinensis中的胰岛素受体可能间接调节精子发生（Fu等人，2017）。更明确的是，对泥蟹Scylla paramamosain的研究表明，InR信号通路在精子发生中起关键作用，介导精子细胞周期的进展，并与胰岛素样雄激素腺激素（IAG）发生功能相互作用（Geng等人，2025）。然而，Pv-InR在雄性P. vannamei中调控生殖器官成熟的特定分子机制仍不清楚，特别是在组织特异性信号传导和内分泌-代谢相互作用方面。

尽管已经认识到InR介导的胰岛素信号在雄性甲壳类动物生殖器官成熟中的重要性，但其精确的调控机制仍不完全清楚。为填补这一知识空白，我们采用了一种综合方法，结合RNA干扰（RNAi）靶向Pv-InR、转录组学和代谢组学，研究Pv-InR通过胰岛素信号通路在雄性P. vannamei中的生殖器官发育中的作用。这一多组学策略还通过免疫荧光分析、血清代谢物分析、激素测定和qPCR验证进行了进一步验证，旨在阐明胰岛素信号如何调节雄性虾的生理代谢。我们的发现为甲壳类动物生殖器官发育的内分泌调控提供了新的机制见解。

实验动物和养殖管理

雄性P.vannamei来自浙江宏业海鲜有限公司（中国），饲养在循环式养殖系统中（圆形水箱，底部直径1米×高度1.1米；容量700升），以确保最佳的水流循环。水质参数维持在：温度28±2°C，盐度21.6–23.5，pH值7.6–7.9，溶解氧5.0–5.6毫克/升，氨氮0.10–0.30毫克/升，亚硝酸盐0.03–0.10毫克/升。这些虾来自同一养殖群体，平均

Pv-InR的定位和敲低效率

为了研究Pv-InR在雄性L.vannamei睾丸和肝胰腺中的分布情况，我们制备了一种针对Pv-InR的多克隆抗体用于免疫荧光分析。如图1A所示，Pv-InR主要定位于睾丸中生殖细胞的质膜上。同样，在肝胰腺中，Pv-InR主要分布在质膜上，B细胞（分泌细胞）和R细胞（吸收细胞）的膜上观察到强烈的信号

讨论

亲本生殖器官中积累大量营养储备对于确保受精卵和无节幼体的正常发育至关重要（Browdy，1998；Li等人，2025；Racotta等人，2003）。在生物体内，营养物质（如葡萄糖、氨基酸、脂质）激活特定的营养感应信号通路，最终驱动能量丰富分子（如ATP）的合成（Anuradha和Jyothish，2022）。这一过程支撑着包括

结论

我们的结果表明，Pv-InR的沉默不仅扰乱了睾丸的发育和肝胰腺的代谢，还显著影响了激素水平。整合转录组学和代谢组学分析显示，肝胰腺和睾丸在氨基酸/脂质代谢方面出现紊乱，并且在胰岛素信号缺乏时表现出不同的应答机制：作为代谢中心，肝胰腺主要经历了葡萄糖

作者贡献声明

尹艳娜：撰写 – 审稿与编辑，撰写 – 原稿。范海涛：撰写 – 审稿与编辑，撰写 – 原稿。邢瑞燕：撰写 – 审稿与编辑，撰写 – 原稿。徐家杰：撰写 – 审稿与编辑，撰写 – 原稿。焦乐飞：验证、监督、资源获取、资金筹措。

作者声明

尹艳娜：实验实施和文章撰写；范海涛、邢瑞燕：数据分析；焦乐飞、徐家杰：编辑；项目管理和资金筹措。

资助

本项目得到了国家自然科学基金（42206118）和浙江省自然科学基金（LQ23C190006）的支持。

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的可能会影响本文工作的竞争性财务利益或个人关系。