《Aquaculture》浒苔粉及其酶解物对卵形鲳鲹生长性能、抗氧化能力和非特异性免疫力的调节作用

文摘   科学   2024-09-20 10:47   江苏  

2024年9月,来自中山大学的Wei Zhao等人在Aquaculture上发表了一篇题为Modulatory effects of Enteromorpha prolifera powder and its enzymatic hydrolysate on growth performance, antioxidant capacity, and non-specific immunity of Trachinotus ovatus的研究性论文。



通讯作者:Jin Niu
通讯单位:Corresponding author at: Institute of Aquatic Economic Animals, School of Life Science, Sun Yat-Sen University, Guangzhou 510275, P.R. China


Abstract

浒苔属的过度繁殖是赤潮发生的主要催化剂。尽管如此,该属富含硫酸多糖、酚类化合物、多肽和生物碱,在抗氧化、抗炎症和免疫反应调节方面具有显着的功效。因此,浒苔衍生产品作为水产饲料添加剂具有广阔的应用前景。本研究的主要目的是评价增乳杆菌粉(EPM)及其酶解物(EPH)卵形鲳鲹幼鱼生长、抗氧化能力、肠道形态和免疫力的影响。研究人员配制了四种等氮等脂饲料,分别添加0%(对照)0.1% EPH (EPH0.1)0.3% EPH (EPH0.3)3% EPM,并将其喂给卵形小蝌蚪8周。结果表明,EPH0.3EPM组的生长性能均超过对照组,且采食量增加,肠绒毛拉长。值得注意的是,浒苔衍生产品的补充通过激活Nrf2-Keap1信号通路,显著增强了T. ovatus的抗氧化能力,导致SODCAT等抗氧化酶以及T-AOC的升高。相反,在浒苔处理组,MDA水平明显降低。此外,浒苔衍生产品的补充显示出明显的抗炎作用,其特征是促炎细胞因子表达下调和抗炎细胞因子表达上调,同时凋亡基因表达降低。这些观察结果强调了EPMEPH潜在的抗炎特性,这可能有助于保护肝组织健康和体内平衡。综上所述,添加0.3% EPH可达到最佳的生长性能和抗氧化能力,表明该浓度对促进卵圆鱼整体健康的有效性。值得注意的是,加工方法的使用,特别是酶水解,不仅促进了这种表现,而且潜在地增强了传统上归因于EPM的固有有益属性。此外,这种改进过程降低了饲料配方中EPM的掺入率,从而提高了成本效益。因此,浒苔衍生产品成为极有希望的水产饲料添加剂候选产品,具有减轻红潮管理策略带来的经济负担的潜力。它们的利用是实现可持续水产养殖做法的战略方针。




01

简介

浒苔属是大型绿藻中的重要类群,近年来在全球范围内引发了无处不在的绿潮。这些潮汐,由于该属对环境因素的显著恢复能力和快速增殖,引起了重大的环境问题。值得注意的是,尽管浒苔对人类无毒,但在其缺氧的内部可以产生有毒的硫化氢,如果任其发展,可能会危害沿海生态系统。因此,政府部门必须拨出大量的财政资源来消灭绿潮藻。然而,浒苔被认为是可再生的海洋宝库,富含一系列生物活性化合物,特别是硫酸盐多糖、酚类化合物、多肽和生物碱,以及许多其他重要成分。这些化合物在抗衰老、减轻氧化应激、减少炎症、抑制细菌生长、调节免疫反应和增强水分保持方面表现出显著的潜力,从而强调了它们在科学探究和各种实际应用中的重要性。因此,浒苔作为一种有前途的天然藻类生物质出现,在功能食品、饲料添加剂、药物配方、化妆品和无数其他行业中提供了巨大的开发机会。研究表明,浒苔粉(EPM)或其多糖提取物对大黄鱼、、红罗非鱼、鲍鱼、刺参、鲫鱼等水生物种的生长、消化率、肌肉品质和非特异性免疫均有良好影响。然而,大多数先前的研究努力主要集中在评估与消化和免疫功能有关的酶的活性水平,而对潜在分子机制的研究明显缺乏。此外,通过不同方法加工的浒苔衍生产品(如水解物)对鱼类生长参数和生理特性的影响的比较评估仍然难以捉摸,尚未进行。

卵形鲳鲹因其鲜嫩的肉质、精致的风味和没有肌间骨而受到消费者的欢迎,在中国的海水养殖业中占有重要地位,这归功于其巨大的经济价值。2022年总产量达到292263吨,养殖规模呈持续扩大趋势。这种增长轨迹是由鱼类的快速生长速度、对不同环境的强大适应性和不断增长的市场需求推动的。然而,卵形鲳鲹的培养面临着无数疾病的巨大挑战,包括病毒、细菌和寄生虫感染。这些病理性威胁不仅阻碍了鱼类的生长潜力,而且在恶劣的情况下,还可能导致灾难性的死亡率,给农民和水产养殖企业带来巨大的经济压力。因此,应对这些疾病挑战并加强疾病预防战略对于维持中国卵形鲳鲹养殖业的盈利能力和增长潜力至关重要。随着无抗生素水产养殖饲料时代的到来,增肠菌衍生产品作为饲料添加剂中抗生素的可行替代品,在保护鱼类免受疾病和增强其免疫系统方面显示出巨大的潜力。本研究探讨了卵圆虫对EPM和增乳杆菌水解物的不同利用模式。本研究的一个关键方面是比较评估增殖乳杆菌衍生的生物制品(EPM和EPH)如何影响卵形鲳鲹的生长、抗氧化防御和免疫反应。最终目标是建立一个理论基础,以促进在水产养殖实践中扩大利用增生芽孢杆菌衍生的生物制品。




02

结果

1.生长能力,饲料效率和形态属性
如表3所示,进行了一项评估,以确定增乳乳杆菌衍生产品对卵圆蚧生长、饲料效率和形态特征的影响。结果显示,各实验组间SR、FCR、CF、HSI、VSI差异均无统计学意义(P > 0.05)。EPH0.3和EPM组的末重、增重率和增重率显著高于对照组(P < 0.05)。对照组和EPH0.1组的增重、增重、增重无显著差异(P > 0.05)。

表3. 用不同实验日粮喂养的T. ovatus的生长性能。

2.肠道形态学检查

在所有实验组中,肠道组织均未表现出明显的病理改变(图2)。然而,与对照组相比,服用含有增殖肠杆菌衍生产品的补充剂组的肠绒毛长度显著增加(P < 0.05)(图2)

图2. 用不同实验饲料喂养的Trachinotus ovatus的肠道形态和绒毛长度(μm)。值显示为SD ±平均值(n = 4)。不同小写字母表示差异显著(P < 0.05)。

3.肝脏抗氧化参数

浒苔衍生产品的使用导致肝脏抗氧化指标( P < 0.05)显著增强(图3)。具体而言,与对照组相比,EPH0.1、EPH0.3和EPM组SOD和CAT酶活性以及T-AOC显著升高(P < 0.05),其中以EPH0.3组达到峰值。相反,与对照组相比,EPH0.1、EPH0.3和EPM组MDA浓度均显著降低(P < 0.05),其中EPH0.3组MDA浓度最低。

图3. 用不同试验饲料喂养的卵形鲳鲹肝脏中的抗氧化参数。值显示为SD ±平均值。不同小写字母表示差异显著。

与对照组(P < 0.05)相比,EPH0.1、EPH0.3和EPM处理显著提高了几种关键抗氧化相关基因的mRNA表达水平,包括NF-E2相关核因子2(Nrf2 )、Mn-SOD、血红素氧合酶-1 (HO-1)、CAT和谷胱甘肽过氧化物酶(GSH-Px)。另一方面,Kelch-like-ECH-associated protein 1 ( Keap1 )的表达水平在饲喂EPH0.1、EPH0.3和EPM饲料(P < 0.05)的鱼中显著降低(P < 0.05)(图4)。

图4. 饲喂实验饲料的卵形鲳鲹肝脏中抗氧化相关基因的相对表达水平。值显示为SD ±平均值。不同小写字母表示差异显著。

4.免疫相关基因的转录水平

应用浒苔衍生产品可显著改善肝脏免疫参数(P < 0.05)(图5)。与对照组相比,EPH0.1、EPH0.3和EPM组促炎细胞因子IL-1β (IL-1β)和IL-8 (IL-8) mRNA丰度显著降低(P < 0.05)。与对照组相比,EPH0.1、EPH0.3、EPM组抗炎细胞因子IL-10、转化生长因子β1 mRNA表达量均显著上调(P < 0.05)。此外,与对照组相比,补充增肠杆菌衍生产品导致凋亡相关基因表达显著下调,特别是Caspase6和Caspase9 (P < 0.05)。而Caspase3的表达量基本不变,不受饲粮变化的影响(P > 0.05)。

图5. 饲喂实验饲料的卵形鲳鲹肝脏中免疫相关基因的相对表达水平。值显示为SD ±平均值。不同小写字母表示差异显著。



03

结论


浒苔属含有丰富的必需营养物质和生物活性物质,对促进水生动物的旺盛生长具有重要作用。它不仅加快了他们的生长速度,提高了他们的生存机会,而且增强了他们的免疫系统和对压力的抵抗力。先前的研究已表明,将浒苔属衍生产品,如EPM和浒苔属多糖,添加到水产饲料配方中,可以显著提高各种水产物种的生长性能。本研究与先前的研究结果一致,表明EPM和0.3 % EPH的添加显著改善了卵形鲳鲹的生长性能。鱼类通过摄食获得必需的营养物质和能量,是其生长的基础。FI直接影响鱼类获取这些营养物质的数量。饲料系数(FCR)是评价饲料利用效果的重要指标。因此,FI决定了可用于生长的营养物质和能量的数量,而FCR则反映了这些营养物质转化为生长的效率。它们共同在决定鱼类的整体生长性能中起着至关重要的作用。饲料利用效率高的鱼类能够更有效地利用饲料中的营养物质,从而促进其生长和发育。本研究表明,EPM和0.3 % EPH的添加显著提高了卵形鲳鲹的摄食率,但未能显著提高饲料利用率。浒苔中的甜菜碱含量高达0.9 %,显著高于其它海藻中的甜菜碱含量(P < 0.05)。甜菜碱(Betaine)是一种必需氨基酸,在肉食性鱼类中作为诱食剂,刺激FI增加。这一特性很可能解释了为什么浒苔衍生产品的添加增强了卵形鲳鲹的摄食行为,最终促进了其生长性能的显著改善。

鱼肠是食物消化和营养吸收的关键器官。消化后,氨基酸、小肽、葡萄糖、甘油和脂肪酸等小分子成分穿过位于肠壁和幽门盲肠内的柱状上皮细胞,进入血液和淋巴系统。这有利于它们随后被鱼的各种组织和器官系统利用。肠道吸收能力对鱼类的生长速度和整体健康状况有着直接而显著的影响。保存完好的肠道组织形态提高了营养吸收的效率,从而为鱼类的生长发育提供了丰富的能量和必需的营养物质。此外,拉长的绒毛长度增加了吸收表面积,增强了肠道消化和吸收营养物质的能力。因此,这种优化有助于加速鱼类的生长速度。本研究表明,饲料中添加EPM和EPH可显著延长卵形鲳鲹的肠绒毛,这一现象与卵形鲳鲹生长性能的提高呈正相关。此外,在饲料中添加浒苔产品并未引起肠道形态的任何明显的病理变化,进一步证实了使用浒苔及其相关产品作为卵形鲳鲹饲料添加剂的安全性。根据目前的研究结果,可以推断,添加EPM和EPH后,卵形鲳鲹生长性能的增强可能是由于FI的增加和肠道形态的改善。

在网箱养殖环境中饲养的鱼受到过多的环境压力,包括污染物、过度拥挤和极端气候条件。这些压力源汇聚在一起,刺激鱼体内自由基的大量产生。这些高活性物质恶毒地靶向细胞膜、DNA和蛋白质等必需生物分子,导致有害的氧化损伤。为了解决这个问题,由SOD和过氧化氢酶CAT等重要酶组成的复杂的抗氧化系统可以清除这些自由基,并调节鱼体内的氧化还原反应。这种调节对于维持氧化还原稳态和保护细胞的结构和功能完整性至关重要。因此,这一过程为鱼类的正常生理操作和免疫功能提供了至关重要的支持,确保了它们的整体健康和生存。先前的研究明确表明,浒苔衍生产品通过增加关键抗氧化酶的活性,包括SOD、CAT和谷胱甘肽过氧化物酶(GSHPX),显著增强了水生动物的抗氧化能力。这种增强强调了肠胚在促进水生物种健康和恢复力方面的潜在治疗和营养价值。与之前的研究一致,本研究得出了类似的结果,表明补充浒苔产品可显著提高SOD和CAT的酶活性。这表明EPM和EPH在增强卵形鲳鲹的抗氧化防御能力和抗逆性方面都有一定的作用,从而增强了它们作为水产养殖有益饲料添加剂的潜力。T-AOC包含了由无数抗氧化物质和酶引起的全面抗氧化状态,构成了评估生物系统抗氧化能力的重要参数。T-AOC水平的下降可能预示着对氧化应激的脆弱性增加,表明抗氧化防御系统存在潜在的不平衡。相反,脂质过氧化的显著产物丙二醛(MDA)作为定量生物标志物,在评估机体内发生的氧化损伤程度方面发挥着关键作用。因此,MDA通常被用作反映抗氧化潜力以及活性氧(ROS)的产生和内源性抗氧化防御之间的动态相互作用的替代物,从而为控制氧化应激的微妙平衡及其对策提供有价值的见解。在本研究中,EPM和EPH给药显著提高了T - AOC,同时降低了MDA浓度。本研究强调了浒苔衍生产品在增强卵形鲳鲹抗氧化防御和减轻应激反应方面的巨大贡献,从而为其在提高该鱼种整体健康状况方面的潜在应用提供了令人信服的证据。为了深入探究浒苔提取物提高卵形鲳鲹抗氧化能力的分子机制,我们进一步研究了Nrf2-Keap1信号通路的响应性。

Nrf2-Keap1信号级联在抗氧化防御机制中占据中心位置。由于其复杂的一系列机制,包括对氧化应激的感知、抗氧化基因表达的协调和细胞保护措施的增强,它确保了在氧化挑战中保持细胞的完整性、功能和稳态。在生理稳态下,Nrf2保持非活性构象,通过与Keap1的相互作用被束缚在细胞质内。在氧化应激或饮食提示下,Keap1的特定半胱氨酸残基会发生翻译后修饰,引发构象改变,促进Nrf2与Keap1的分离。这一事件促使释放的Nrf2快速易位到细胞核,在那里它与抗氧化反应元件(AREs)结合,从而激活无数抗氧化基因的转录程序,特别是SOD、CAT、GSH-PX和HO-1等,这些基因共同增强了细胞对氧化损伤的防御。在我们目前的研究中,浒苔衍生的产物显著增强了Nrf2的转录活性,同时抑制了Keap1的转录,从而表明EPM和EPH刺激了Nrf2-Keap1信号级联。这种激活反过来又引发了关键抗氧化相关基因表达谱的显著上调,这些基因包括SOD、CAT、GSH-PX和HO-1。目前的研究提供了令人信服的证据,证明通过补充EPM和EPH实现的卵形鲳鲹抗氧化能力的增强可归因于Nrf2-Keap1信号轴的激活。反过来,这种激活作为促进与抗氧化防御相关的基因上调的关键机制,以及增强抗氧化酶的活性,从而增强鱼的整体抗氧化能力。

在鱼类复杂的免疫系统中,炎症和细胞凋亡扮演着关键的角色,它们共同构成了鱼类对抗病原体和维持体内环境稳态的重要机制。当病原体(如细菌和病毒)或其他有害物质入侵时,鱼类的免疫系统会迅速产生炎症反应,协调白细胞(包括巨噬细胞和中性粒细胞)的招募,到达感染部位。这些白细胞有效地吞噬和消灭病原体及其副产品,从而保护生物体免受进一步的伤害。此外,炎症介质作为免疫细胞的有效激活剂,促使它们释放一系列细胞因子和趋化因子。这种级联放大了免疫细胞的活性和迁移能力,进一步增强了免疫反应。与此同时,细胞凋亡作为一种程序性细胞死亡形式,在鱼类免疫系统中通过消除受损、感染或潜在危险细胞而发挥关键作用。通过细胞凋亡,免疫系统迅速清除这些受损细胞,阻止病原体在宿主体内的传播,降低严重疾病进展的风险。总的来说,这些精心安排的炎症和凋亡过程代表了鱼类的一种精细调节的防御机制,确保了对病原威胁的恢复能力,并保持了其内部环境的微妙平衡。在目前的研究中,浒苔衍生产品的使用显著降低了促炎细胞因子的表达,同时增加了抗炎细胞因子的水平,并显示出凋亡基因表达的减少。观察到的凋亡基因表达的衰减表明细胞内的凋亡级联受到抑制。在病理状态下,特别是炎症,不受控制的细胞凋亡可能增殖,导致组织损伤。因此,抑制凋亡基因的表达有助于保护细胞免于不必要的细胞死亡,从而保持组织的稳定性和功能。这些观察结果强调了EPM和EPH的潜在抗炎特性,这有助于保护肝组织健康和体内平衡。

饲料中添加EPM和EPH可通过提高饲料消耗量和改善肠道形态来显著提高卵形鲳鲹的生长性能。此外,在EPM和EPH补充组中,由于Nrf2-Keap1信号通路的激活,抗氧化能力显著增强。值得注意的是,EPM和EPH都显示出有效的抗炎特性,有助于保护肝脏健康。综上所述,添加0.3% EPH获得了最佳的生长和抗氧化能力。值得注意的是,酶解等加工技术的利用,促进了EPM传统上相关的有益效果的实现甚至增强,同时降低了其在饲料配方中的添加水平。






原文:Modulatory effects of Enteromorpha prolifera powder and its enzymatic hydrolysate on growth performance, antioxidant capacity, and non-specific immunity of Trachinotus ovatus

DOI: https://doi.org/10.1016/j.aquaculture.2024.741610


END



前期回顾


《BIORESOURCE TECHNOL》低成本且高效的褐藻水解策略:褐藻胶裂解酶和纤维素酶的组合


酶工程与糖工程
定期推送酶工程与糖工程科研进展及科普知识,欢迎大家关注!!咨询、交流、合作等事宜请加运营QQ 242812212
 最新文章