白藜芦醇通过激活PPAR/NF-kB介导的抗氧化能力和微生物群稳态，缓解西伯利亚鲟鱼因热应激导致的肠道屏障功能障碍

白藜芦醇通过维持中华鲟肠道完整性、抑制氧化应激及病原菌增殖、调节PPAR/NF-κB通路改善脂代谢和免疫功能，缓解高温胁迫对肠道的损伤。

　　

王慧丽|张玉杰|陈晓航|张振业|徐子涵|徐文强|陈晓静|熊银林|江梦豪|魏臻|杜晓刚|杨世勇

四川农业大学渔业学院，成都，611130，中国

摘要

热应激会损害像西伯利亚鲟这样的冷水鱼的肠道屏障功能和微生物平衡。白藜芦醇可以改善水生动物的生长和肠道稳态，但其在热应激下的保护机制尚不清楚。本研究发现，白藜芦醇能够维持肠道完整性，增强抗氧化能力，并调节热应激下西伯利亚鲟的肠道微生物群：实验组中的Cetobacterium数量增加，而致病性Rhodococcus、Acinetobacter和Pseudomonas数量减少。转录组分析表明，热应激可能通过 uncoupling protein 1 (UCP1) 介导 ATP 合成与氧化磷酸化的解偶联，从而降低线粒体能量产生并导致肠道绒毛损伤。白藜芦醇通过 PPAR 途径调节十二指肠脂质代谢以增强能量供应，并通过 NF-κB 途径调节肠道免疫反应。同时，补充白藜芦醇组的保护效果显著优于对照组。这些发现表明，白藜芦醇通过保护绒毛完整性、减轻氧化应激和病原菌增殖以及通过 PPAR/NF-κB 途径调节脂质代谢/免疫来缓解热应激，阐明了其对西伯利亚鲟肠道稳态的保护机制，并为水生动物热应激的缓解提供了理论基础。

引言

西伯利亚鲟（Acipenser baerii）是全球鱼子酱生产中的关键物种，具有高存活率、先天性疾病抵抗力和耐热性等独特特性（Sun et al., 2014; Qi et al., 2017）。根据《中国渔业年鉴》（Liu, 2024），2023 年中国鲟鱼产量达到 149,376 吨（同比增长 14.07%）。肠道稳态对鱼类的生长表现至关重要（Song et al., 2017），肠道上皮具有多种功能：协调双向微生物群相互作用、同步免疫细胞信号传导以及维持黏膜屏障完整性。然而，这一重要器官特别容易受到热应激引起的功能障碍的影响，导致结构完整性和代谢平衡受损（Yang et al., 2022a, Yang et al., 2022b）。

近年来，由于全球变暖加剧，极端热事件的频率不断增加，对水产养殖产生了显著影响（Lazoglou et al., 2019; Sun et al., 2019; Zhang et al., 2021）。热暴露会引发硬骨鱼的多因素应激反应，破坏肠道稳态、扰乱代谢途径并削弱病原体抵抗力（Mcclelland et al., 2006; Qiang et al., 2017），最终威胁到生存和水产养殖生产力（Havn et al., 2015; Kovats and Hajat, 2008; Marber et al., 1993）。在西伯利亚鲟中，热应激会导致肠道结构与功能受损，包括绒毛萎缩和黏膜屏障破坏，以及肠道微生物群失衡和抗氧化防御能力下降（Yang et al., 2022a）。同样，虹鳟鱼也会出现热应激引起的肠上皮细胞凋亡和微生物群失调（Zhou et al., 2023; Zhao et al., 2024）。然而，关于白藜芦醇对西伯利亚鲟肠道功能障碍的预防作用尚未得到充分研究。

为了缓解水产养殖中的热应激引起的肠道功能障碍，通过饮食补充营养素已成为一种可行的策略。白藜芦醇是一种植物在应激条件下合成的植物抗毒素（Pan, 2019），具有多种重要生物活性，如抗氧化、抗炎、抗肿瘤等（Mayangsari and Suzuki, 2018; Li et al., 2021）。研究表明，白藜芦醇可以增强动物的生长表现和肠道屏障完整性，例如改善断奶仔猪的抗氧化状态和黏膜修复（Chen et al., 2021a, Chen et al., 2021b），并通过调节小鼠肠道中 Firmicutes/Bacteroidetes 比例来重塑微生物群（Chen et al., 2020）。在水生物种中，白藜芦醇可以增强青鱼（Siniperca chuatsi）（Tian et al., 2021）和吉贝鲤（Carassius gibelio）（Wu et al., 2023）的抗氧化能力。我们的先前研究还表明，白藜芦醇可以促进西伯利亚鲟的肌肉纤维发育和营养沉积（Yang et al., 2024）。值得注意的是，白藜芦醇补充剂在罗非鱼（Oreochromis mossambicus）中选择性地富集有益的变形菌门细菌，同时抑制病原菌而不影响微生物多样性（Zheng et al., 2018）。研究发现，白藜芦醇显著上调了热应激下肉鸡（HS）中 Nrf2（核因子 E2 相关因子 2）和 HO-1（血红素加氧酶-1）的 mRNA 和蛋白质表达水平，增强了 Nrf2 的免疫荧光信号，并激活了下游抗氧化基因 NQO1（NAD(P)H 酮醌氧化还原酶 1）和 SOD1（超氧化物歧化酶 1），从而显著提高了机体的抗氧化能力并减轻了热应激引起的肝脏损伤（Ding et al., 2023）。白藜芦醇还可以通过抑制氧化应激和炎症来缓解大鼠的热应激引起的肝脏损伤（Cheng et al., 2019）。在研究白藜芦醇缓解鸭子急性热应激引起的空肠损伤的过程中，发现急性热应激会对鸭子空肠的形态结构产生负面影响，破坏肠道紧密连接并引起肠道氧化应激。补充 400 mg/kg 的白藜芦醇可以有效增加空肠的绒毛高度/隐窝深度（V/C）比值，并显著增加空肠黏膜中的杯状细胞数量。在急性热应激条件下，白藜芦醇激活 SIRT1 信号通路，增强抗氧化酶的活性，并上调热休克蛋白（HSPs）和紧密连接蛋白的 mRNA 表达水平。此外，研究还发现急性热应激会抑制 NF-κB/NLRP3 炎症小体信号通路，而白藜芦醇补充剂可以进一步抑制 NLRP3 炎症小体通路并减少白细胞介素-1β（IL-1β）的分泌（Yang et al., 2021）。然而，白藜芦醇对鲟鱼肠道的调节作用，尤其是在热应激下的作用，仍需进一步探索。

因此，在本研究中，西伯利亚鲟在热应激前接受了 45 天的白藜芦醇补充饮食干预。通过组织形态学评估、抗氧化分析、微生物群分析和 RNA-seq 等方法全面评估了其肠道保护效果和机制。这些结果将为开发针对鲟鱼及其他养殖水生动物的热应激应对策略提供理论基础。

实验设计

鱼类维护和实验设计

从同一批鱼苗中选取了 300 条健康的 10 个月大的西伯利亚鲟（平均体重 250.8 ± 5.9 克），这些鱼苗购自中国雅安的天泉县川泽渔业有限公司，随机分配到塑料水池中，在流动系统中进行为期一周的驯化。水温、溶解氧、pH 值、氨氮和亚硝酸盐水平分别保持在 16.0 ± 0.5°C、8.0 ± 0.6 mg/L、7.6 ± 0.2 mg/L 和 ≤0.01 mg/L、≤0.05 mg/L。

白藜芦醇保护热应激下的西伯利亚鲟肠道完整性

为了研究白藜芦醇对肠道完整性的影响，观察了肠道的形态学和组织病理学变化，结果显示热应激显著降低了西伯利亚鲟肠道的完整性（图 1A, B）并降低了它们的摄食率（p < 0.05），但未导致死亡（图 1E, F）。相比之下，白藜芦醇恢复了西伯利亚鲟的肠道形态（图 1C, D）并增加了它们的摄食率（p < 0.05，图 1

讨论

西伯利亚鲟的最佳生长温度范围是 15–24°C，约 20°C 是其最适宜的生长温度（Meng et al., 2020）。养殖的鲟鱼在夏季容易受到热应激的影响，导致生长受阻（Mai et al., 2014）和死亡率增加（Yang et al., 2021）。然而，关于热应激对Acipenser baerii影响的研究尚不完善，其潜在机制仍不清楚。

结论

总之，白藜芦醇通过维持绒毛完整性、减轻氧化应激和病原菌增殖以及通过 PPAR/NF-κB 信号通路调节肠道脂质代谢和免疫功能，减轻了热应激对西伯利亚鲟的不利影响。本研究揭示了鲟鱼及其他冷水鱼类的肠道保护和热应激抵抗力，为这一领域的理论和方法论进展奠定了基础。

作者贡献声明

王慧丽：撰写初稿、验证、软件操作、数据分析。张玉杰：软件操作、数据分析。陈晓航：软件操作、数据分析。张振业：数据分析。徐子涵：软件操作、数据分析。徐文强：撰写初稿、方法设计、实验设计、数据分析。陈晓静：监督、资源协调、实验设计。熊银林：监督、资源协调、实验设计。

伦理声明

本研究中涉及鱼类的所有实验均严格遵循四川农业大学《实验动物护理和使用指南》及 ARRIVE 规范（https://arriveguidelines.org）。所有程序和实验均经过四川农业大学动物研究与伦理委员会的审查和批准，并按照委员会指南执行（批准编号 20190031）。

资助

本工作得到了四川省科技计划（2021YFYZ0015）、四川省国家现代农业产业技术创新团队项目（SCCXTD-2025-15）以及四川省长江流域关键水域水生生物监测和禁渔效果评估（2024&2025）的支持。

利益冲突声明

作者声明没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文的研究结果。

致谢

不适用。