饮食中的三甲胺N-氧化物（TMAO）通过促进大嘴鲈鱼（Micropterus salmoides）体内L-肉碱的合成和肌纤维的增殖，减少肝脏中的脂质沉积并增加鱼肉的硬度

《Aquaculture》：Dietary trimethylamine N-oxide (TMAO) reduces hepatic lipid deposition and increases flesh hardness through enhancing l-carnitine synthesis and myofiber proliferation in largemouth bass ( Micropterus salmoides)

本研究通过56天试验，探究TMAO对黑鲈鱼生长性能、脂代谢及肉质的影响。结果显示，0.2%和0.4% TMAO显著降低肝脏脂质沉积，上调β-氧化基因表达，并通过增强甲基化水平促进肌纤维生长，提高肉质硬度，机制涉及mTOR通路。

　　

梁宇阳|余英曼|吴晨晨|林布·萨姆韦尔·M.|刘梦婷|乔芳|张梅玲|杜振宇|罗园

华东师范大学生命科学学院水产营养与环境健康实验室（LANEH），上海200241，中国

摘要

集约化水产养殖的扩张以及饲料成分供需的变化推动了高能量饲料的采用，导致养殖鱼类的代谢紊乱和肉质下降。天然化合物三甲胺氧化物（TMAO）作为一种功能性饲料添加剂展现出巨大潜力，例如在黑鲈（Megalobrama terminalis）中添加TMAO可显著降低腹部脂肪比例，在尼罗罗非鱼（Oreochromis nilotica）中降低肝脏中的粗脂含量，但其在肉食性鱼类（如大口黑鲈Micropterus nigricans）中的效果和机制仍不明确。本研究探讨了不同TMAO添加水平对大口黑鲈生长性能、脂质代谢、鱼肉品质和目标代谢组学的影响。实验设计了为期56天的喂养试验，设置了三种TMAO添加水平（0.1%、0.2%和0.4%）。共有360条大口黑鲈（平均体重8.78±2.9克）被随机分配到四个处理组，每组有三个重复实验。所有水平的TMAO添加均对生长性能没有影响。TMAO以浓度依赖性方式减少了大口黑鲈的肝脏脂质沉积，并上调了脂肪酸β-氧化基因的表达。目标代谢组学分析进一步显示，TMAO通过增加肝脏中的SAM含量提高了肉碱含量和甲基化水平。此外，TMAO还增加了鱼肉硬度，促进了肌肉纤维的生长和发育，增强了肌肉纤维密度，并上调了mTOR通路的基因表达。本研究阐明，膳食TMAO补充通过提高肝脏中的肉碱水平来促进脂质代谢，并通过促进肌肉纤维的生长和发育来增强鱼肉硬度。

引言

随着水产养殖系统的持续集约化和复合饲料的广泛使用，养殖鱼类出现了以代谢紊乱为特征的营养问题（Dinken等人，2020；Ma等人，2020；Park等人，2025）。这导致了它们抗病能力、耐受压力能力和肌肉品质的下降，成为限制水产养殖业可持续发展的关键因素（Dai等人，2025；Zhao等人，2018）。因此，改善养殖鱼类的健康状况和肌肉品质已成为当前水产养殖研究的主要焦点。研究表明，合理使用功能性饲料添加剂是提高养殖鱼类健康和肌肉品质的关键方法之一（Zhang等人，2025a；Zhang等人，2025a）。

目前，除了生长和健康指标外，养殖鱼类的肉质日益成为决定水产品经济价值和消费者购买决策的核心因素。鱼肉的质地特性，包括硬度、弹性、凝聚性和咀嚼性等综合感官特征，直接影响消费者的初步感知和购买意愿。在细胞生理生化层面，这些质地参数与肌肉纤维的形态特征（直径和密度）和生化组成显著相关。通常观察到肌肉纤维直径与硬度之间存在负相关关系，即直径减小和密度增加有助于提高组织硬度（Hurling等人，1996；Zhang等人，2021；Zhang等人，2022；Lv等人，2020）。肌蛋白含量的下降常常伴随着肌肉纤维的萎缩以及可食用产量的减少（Wang等人，2024）。因此，通过营养干预（包括改变饲料成分和营养谱以及添加功能性添加剂）来调节肌肉纤维的生长和发育以及肌肉组织的生化组成，已成为当代鱼类营养学的重要研究方向。这种方法旨在修改质地参数并控制鱼肉品质。

三甲胺N-氧化物（TMAO）在生物体内普遍存在，被认为是鱼类渗透调节中至关重要的渗透调节物质（Nordlie，2009）。它主要来源于饮食中的胆碱、肉碱和甜菜碱，首先通过肠道微生物代谢转化为三甲胺（TMA），随后由肝脏中的黄素单加氧酶3（FMO3）氧化生成TMAO（Yu等人，2020）。研究表明，在生长-育肥猪的饮食中添加TMAO可以调节脂肪组织分布并减轻肝脏损伤（Xu等人，2002）；同样，将其添加到肉鸡饲料中可以刺激脂肪分解并减少腹部脂肪沉积（Wang等人，2016）。尽管关于鱼类中TMAO的研究相对有限，但多项研究表明，膳食TMAO补充可显著降低黑鲈（Megalobrama terminalis）的腹部脂肪沉积（Ma等人，2015），并降低尼罗罗非鱼（Oreochromis nilotica）的肝脏粗脂含量（Huang等人，2008；Sun等人，2005a；Sun等人，2005b）。此外，TMAO有助于鱼类渗透调节并增强抗氧化能力，显著改善高碳水化合物饮食引起的黑鲈肝脏脂质积累和肝细胞损伤（Huang等人，2024）。

此外，临床研究表明，TMAO水平升高与肌肉纤维化密切相关。TMAO处理可促进心肌成纤维细胞增殖和胶原蛋白分泌（Li等人，2019；Yang等人，2019），诱导人类真皮成纤维细胞产生胶原蛋白，并促进脂肪细胞前体向肌成纤维细胞的转化，同时减少脂肪细胞中的脂滴积累（Kim等人，2022）。同样，TMAO激活肾成纤维细胞并通过PERK/AKT/mTOR通路促进细胞增殖（Kapetanaki等人，2021）。这些发现表明，TMAO可能作为一种多靶点饲料添加剂，能够调节肌肉的营养代谢和肌生成发育。然而，关于TMAO对鱼类营养代谢和肉质影响的研究仍然非常有限，这严重阻碍了其在水产饲料中的应用。

大口黑鲈（Micropterus salmoides）是一种淡水肉食性鱼类，既是中国重要的食用鱼，也是生态学、水产养殖和环境研究中的重要模式生物（Liu等人，2022）。目前，大口黑鲈已能够完全依靠人工饲料饲养，但它对饲料成分仍然非常敏感。虽然高能量饲料（富含碳水化合物和脂质）可以降低养殖成本，但长期食用已被证明会对大口黑鲈的正常营养代谢产生不利影响，并影响其生长和健康（Huang等人，2025；Liang等人，2023；Liang等人，2024；Victor等人，2024）。因此，寻找合适的饲料添加剂以减轻高能量饲料的负面影响并改善肉质具有重要意义。本研究旨在探讨膳食三甲胺N-氧化物（TMAO）添加对大口黑鲈生长性能、体成分、代谢生理和肉质的影响。此外，还利用目标代谢组学方法阐明了TMAO调节代谢途径的潜在机制。这些发现有望加深对TMAO在肉食性淡水鱼类中功能作用的理解，并为其在水产饲料配方中的靶向和高效应用提供科学依据。

部分摘要

饲料和实验设计

本研究制定了四种实验饲料，每种饲料的脂质和氮含量相同：一种对照饲料（C）和三种添加了1克/千克（LT）、2克/千克（MT）和4克/千克（HT）三甲胺N-氧化物（TMAO；Macklin，上海，中国）的试验饲料。所有饲料均使用进口鱼粉、鸡粉和大豆粉作为蛋白质来源；鱼油和大豆油作为脂质来源；小麦粉和木薯淀粉作为主要碳水化合物来源。

TMAO对生长性能和器官指标的影响

膳食TMAO添加对大口黑鲈的生长没有显著影响。具体来说，最终体重、特定生长率、体重增重率、肝体指数、内脏体指数和肠系膜脂肪指数在各组之间没有差异（表3）。值得注意的是，饲料摄入量和饲料效率率的分析显示了非线性关系。尽管方差分析（ANOVA）未显示组间显著差异，但多项式比较表明

TMAO对不同鱼类生长效果的影响

三甲胺N-氧化物（TMAO）作为一种天然且安全的饲料添加剂，具有广泛的应用前景。研究表明，TMAO通过刺激嗅觉器官和增强鱼类的神经兴奋性来促进摄食行为（Sun等人，2005a；Sun等人，2005b）。膳食TMAO补充已被证明可以改善鲫鱼（Carassius auratus）等物种的摄食吸引力和饲料摄入量

结论

总之，不同水平的膳食TMAO添加并未影响大口黑鲈的生长性能参数，如最终体重、体重增重率或饲料效率比。然而，0.2%和0.4%的TMAO添加通过促进肌细胞增殖显著增加了肌纤维密度和肌肉硬度，这一过程与PI3K/AKT/mTOR通路相关，该通路在细胞增殖和蛋白质合成中起关键作用。

作者贡献声明

梁宇阳：撰写——初稿、可视化、软件应用、方法学设计、实验实施、数据管理、概念构思。余英曼：验证、方法学设计、实验实施、数据管理。吴晨晨：验证、方法学设计、数据管理。林布·萨姆韦尔·M.实验实施、数据管理。刘梦婷：验证、方法学设计、实验实施、数据管理。乔芳：验证、方法学设计、实验实施、数据管理。张梅玲：撰写——审稿与编辑、可视化、实验实施。杜振宇：撰写

未引用参考文献

Cao等人，2024

Chen等人，2023

Qin等人，2025

Song等人，2025

Zhang等人，2025b

Zhou等人，2020

利益冲突声明

作者声明以下可能构成潜在利益冲突的财务利益/个人关系。

张梅玲教授因担任《Aquaculture》杂志的副主编而存在潜在的利益冲突，她的编辑职位可能影响稿件的审稿和发表过程。

致谢

本研究由中国国家重点研发计划（2023YFD2400600）资助。