《Comparative Biochemistry and Physiology Part D: Genomics and Proteomics》：High-dose ginsenoside Rg5 induces tissue-specific metabolic and transcriptional responses in muscle and liver of grass carp (
Ctenopharyngodon idella)
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本研究通过整合全基因组重测序、转录组和靶向代谢组学，评估高剂量人参皂苷Rg5对草 carp 肌肉和肝脏的生理响应，发现其促进肌肉肥大并伴随代谢重编程及内质网应激，揭示药物增强生长的潜在生理代价。
李仁|韩晓欢|王庆西|杨凯|张金辉|张瑞毅|王玉德|曾一燕|刘玲|刘伟|李五辉|刘少军
中国湖南省长沙市湖南师范大学生命科学学院，教育部多倍体鱼类繁殖与育种工程研究中心，410081
摘要
提高草鱼（Ctenopharyngodon idella）的生长效率是水产养殖的关键目标，然而其对强化生长促进处理的广泛生理反应尚未得到充分研究。本研究结合了全基因组重测序、转录组学和靶向代谢组学技术，以评估高剂量人参皂苷Rg5处理对组织的特异性反应。全基因组重测序结果显示实验组之间的遗传背景高度相似。高剂量Rg5处理与显著的肌纤维肥大以及igf1r和肌肉结构基因表达增加相关，而肝脏中的igf1表达则降低。在肌肉组织中，烟酰胺含量增加了20.8倍，同时nampt表达也升高。在肝脏中，3-羟基丙酸（3-HP）水平显著下降，糖异生酶（g6pc和pc）的表达增加。此外，内质网应激标志物hspa5的表达显著升高，而昼夜节律调节因子（clock和arntl）的转录本在各种组织中的表达降低。这些观察结果表明，高剂量Rg5诱导的生长伴随着肌肉和肝脏中代谢和转录的协调调整，突显了与药理生长增强相关的潜在生理机制。
引言
草鱼（Ctenopharyngodon idella）是全球淡水养殖中的主要物种，对动物蛋白生产贡献巨大（Hu等人，2021；Wang等人，2024）。为了提高生产效率，人们越来越关注天然生长促进化合物作为传统促生长剂的替代品（Chakraborty等人，2014）。人参皂苷是一类从Panax ginseng中提取的生物活性三萜皂苷，已被广泛报道能够调节脊椎动物的能量代谢、炎症反应和昼夜节律相关基因表达（Zhang等人，2024）。
人参皂苷Rg5特别值得关注。在哺乳动物模型中，Rg5作为胰岛素样生长因子1受体（Igf1r）的激动剂，促进血管生成（Cho等人，2015）。最近的研究表明，它还能通过p38MAPK和Akt/mTOR信号通路积极促进肌生成并防止骨骼肌萎缩（Kim等人，2023）。然而，脊椎动物的体细胞生长涉及多个组织的协调调节，尤其是肝脏和骨骼肌，这些组织共同整合了内分泌、代谢和能量信号（Chakravarthy等人，2020）。因此，直接药理刺激外周生长通路可能会改变这种协调性，尤其是在高剂量暴露下。
与生长相关的生理反应通常受到合成代谢过程与应激相关维持之间能量分配的制约（Karasov等人，2017；Kim等人，2024）。虽然适量的人参补充与改善代谢和昼夜节律相关结果有关（Zhang等人，2024），但高剂量药理刺激的系统性后果仍不充分了解。特别是，持续激活外周生长通路可能导致肝脏代谢和应激反应的变化，进而可能影响昼夜节律基因的表达（Gao等人，2019；Dijk和Duffy，2020）。
在本研究中，我们采用了一种综合多组学策略，结合了全基因组重测序（WGS）、转录组学和靶向代谢组学，来研究草鱼对高剂量Rg5的组织特异性反应。首先排除了遗传背景的差异，我们重点关注了与Rg5处理相关的生理和分子变化。我们的结果揭示了肌肉生长、肝脏代谢和应激相关通路的协调改变，为药理增强生长所伴随的系统性反应提供了见解。
实验动物和饲养
所有涉及动物的实验程序均经过中国湖南省湖南师范大学动物伦理委员会的审查和批准。草鱼（Ctenopharyngodon idella）幼鱼（5个月大）来自中国湖南省长沙的一家商业孵化场（112.64°E，28.32°N）。实验前，选择了大小均匀且健康的个体（初始平均体重：65.6±15.2克），并在循环水系统中适应7天。
人参皂苷Rg5通过肌纤维肥大诱导体细胞生长
为了系统评估Rg5的促生长潜力，我们进行了为期35天的剂量梯度实验。连续监测显示水温自然波动在生理范围内（22.2°C - 33.3°C），没有明显的环境冲击（图1A），有效排除了环境压力作为混淆因素。生长性能评估显示存在剂量依赖性的促进趋势。高剂量组表现出最明显的生长优势。
讨论
在水产养殖中，通过营养或药理干预来促进体细胞生长需要考虑目标组织以外的系统性生理反应。本研究采用综合多组学方法，表征了草鱼在高剂量人参皂苷Rg5处理下的组织特异性转录和代谢变化。虽然观察到肌肉质量和生长性能的明显增加，但伴随的分子变化表明这些变化是协调进行的。
结论
总之，高剂量人参皂苷Rg5通过改变其调节模式而非增强内源性机制来驱动草鱼的体细胞生长。该药物作为外周加速剂促进肌纤维肥大，同时迫使肝脏进入应激反应和糖异生生存模式。此外，这种生理上的权衡与内质网应激以及特定采样窗口内核心昼夜节律基因的表达改变有关。本研究揭示了这种机制背后的隐藏代谢成本。
CRediT作者贡献声明
李仁：监督、项目管理、方法学设计、研究实施、资金获取、数据管理、概念构思。
韩晓欢：研究实施。
王庆西：研究实施。
杨凯：研究实施。
张金辉：研究实施。
张瑞毅：研究实施。
王玉德：资源协调。
曾一燕：研究实施。
刘玲：研究实施。
刘伟：资源协调、概念构思。
刘少军：方法学设计、资金获取、概念构思。
伦理批准和参与同意
所有涉及动物的实验程序均经过中国湖南省湖南师范大学动物伦理委员会的审查和批准（批准编号：2025003）。
利益冲突声明
作者声明他们没有已知的可能会影响本文研究工作的财务利益或个人关系。
致谢
本研究得到了国家重点研发计划（2023YFD2401602）、国家自然科学基金（32341057和32293252）、湖南省创新省份建设专项基金（2021NK1010）、中国农业研究系统专项基金（CARS-45）和111项目（D20007）以及湖南省世界级生物学学科的支持。
