鱼类脂肪肝的研究
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doi: 10.7541/2017.161水飞蓟素抑制草鱼肝细胞脂质蓄积的作用及其机制研究萧培珍1吉红1张宝彤2叶元土3孙健1杨洲1李雪贤1田晶晶1 (1. 西北农林科技大学动物科技学院, 杨陵 712100; 2. 北京市营养源研究所水产动物系统营养研究开放实验室, 北京 100069;3. 苏州大学基础医学与生命科学学院, 苏州 215123)摘要:为探究水飞蓟素(Silymarin)对草鱼肝细胞脂质蓄积的作用及其机理,体外培养草鱼肝细胞,在用400 μmol/L油酸对其进行蓄脂诱导的同时, 采用不同质量浓度的水飞蓟素处理24h, 检测了肝细胞活力、脂质蓄积状况、抗氧化指标和脂质代谢相关基因表达状况。
结果显示, 水飞蓟素质量浓度在75—125 μg/mL对草鱼肝细胞活力无影响(P>0.05); 与单独采用油酸进行蓄脂诱导的油酸组比较, 水飞蓟素和油酸共同处理的水飞蓟素组中, 随着水飞蓟素质量浓度的增加, 肝细胞内的脂质含量逐渐降低, 且水飞蓟素质量浓度在100—150 μg/ mL时的肝细胞脂质蓄积水平显著降低(P<0.05); 与油酸组相比, 100 μg/mL水飞蓟素处理组的脂质含量以时间依赖性的模式显著降低(P<0.05), 还原型谷胱甘肽含量显著升高(P<0.05), 脂肪酸合成酶和硬脂酰辅酶A去饱和酶1的mRNA表达量显著下调(P<0.05)。
研究表明, 水飞蓟素能够抑制草鱼肝细胞脂质蓄积, 其作用可能与其抑制脂质合成基因的表达有关; 同时, 水飞蓟素可能通过提高肝细胞的抗氧化能力发挥保护肝细胞的作用。
关键词: 水飞蓟素; 脂质蓄积; 肝细胞; 草鱼; 油酸中图分类号: S963.7 文献标识码: A 文章编号: 1000-3207(2017)06-1301-10饲料油脂不仅能够为鱼体提供能量, 而且是养殖鱼类必需脂肪酸的重要来源[1]。
研究表明, 提高饲料中脂肪水平能够节约蛋白质, 提高鱼体生长性能, 这已成为当前水产饲料配方技术发展的主要方向之一[2, 3]。
鱼类脂肪肝的研究鱼类脂肪肝的研究近年来我国集约化水产养殖业发展迅猛,与此同时也暴露出一个严峻的问题:对水产动物营养、生理、病理和生态等方面的基础理论和应用技术研究明显滞后于产业发展。
由于缺乏充分的科技支撑,以致生产中经常出现强化投饲、滥施药物、饲料营养组成不平衡以及添加变质(如酸败油脂和霉变原料)饲料等诸多问题,造成水产动物病害频繁发生,其中以损伤肝脏和诱发肝脏病变为特征的疾病危害甚大。
而肝脏是鱼体内最主要的代谢器官,其损伤或病变往往导致水产动物机体代谢机能紊乱和抗病力降低,极易造成继发传染性疾病的暴发和综合症的肆虐,严重威胁着集约化水产养殖业的持续健康发展。
鱼类肝脏病变中最常见和最主要的表现形式是脂肪肝,且以营养型脂肪肝为甚,已经引起水产科技工作者和养殖者的广泛关注。
有鉴于此,本文综述了国内外有关鱼类脂肪肝研究的成果,以期为鱼类脂肪肝病的深入研究提供参考。
1 鱼类脂肪肝的症状及病理变化 1 .1 症状病情较轻时,鱼体一般没有明显的症状,鱼体色、体形等无明显改变,仅食欲不振,游动无力,有时焦燥不安,甚至窜出水面,生长缓慢,饵料利用率和抗病力降低,死亡率不高;病情严重时,鱼体色发1/ 3黑,色泽晦暗,鱼体有浮肿感,鳞片松动易脱落,游动不规则,失去平衡,或静止于水中,食欲下降,反应呆滞,呼吸困难,甚至昏迷翻转,不久便死亡。
解剖发现肝脏颜色发生变化,呈花斑状、土黄色、黄褐色等,胆囊变大且胆汁变黑。
此外,鱼体抗应激能力很差,当捕捞或运输时,常会引起鱼体全身充血或出血,出水后很快发生死亡,或在运输途中死亡。
1 .2 病理变化病理解剖见患病鱼肝脏肥大,颜色苍白,肝脏表面有脂肪组织块积累,或肠管表面脂肪覆盖明显。
肝组织脂肪变性明显,组织空泡化,细胞核偏位,细胞体积增大,肝组织淤血,炎性细胞浸润,肝糖原减少,主要肝功能酶指标不正常,肝功能不全,甚至出现肝组织萎缩坏死。
Mosconi Bac 报道,在光学显微水平上,病鱼肝细胞排列不规则,肝细胞索不明显,细胞核从肝细胞中央移向边缘,肝内积累了大量的脂肪颗粒等。
鱼类肝脏病变的原因分析
1、鱼类摄食的蛋白质和碳水化合物过多。
饲料配方营养不当或人为乱投饲料(如用鲤鱼料喂团头鲂或草鱼,用鱼苗、苗种饲料喂成鱼等),导致鱼类摄食的营养中能量蛋白比过高,高蛋白饲料易诱发肝脏脂肪积累,破坏肝功能,干扰鱼类正常生理生化代谢。
碳水化合物含量过高,会引起鱼类糖代谢紊乱,造成内脏脂肪积累,妨碍正常的机能,其主要病变部位是肝脏,大量的肝糖积累和脂肪浸润,造成肝肿大,色泽变淡,外表无光泽,严重的脂肪肝还可引发肝病变,使肝脏失去正常机能。
2、维生素缺乏如胆碱、维生素E、生物素、肌醇、维生素B等都参与鱼体内的脂肪代谢,缺乏上述维生素均会造成鱼体内脂肪代谢障碍,导致脂肪在肝脏中积累,诱发肝病。
3、投喂饲料过度,每天多次不间断地投喂,引起鱼体生长过陕,出现肥胖和肝病。
4、滥用药物。
目前,一些养殖户在鱼病防治上仍然还是以化学药品为主,而这些化学药品的不正确使用会造成鱼类肝脏的损伤。
5、养殖密度过大,水体环境恶化。
当水体中的氨氮浓度过高时,鱼体内氨的代谢产物难以正常排出而蓄积于血液之中,引起鱼类代谢失衡引发肝胆疾病。
6、饲料氧化、酸败、发霉、变质。
脂肪是易被氧化的物质,脂肪氧化产生的醛、酮、酸对鱼类有毒,将直接对肝脏造成损害。
7、饲料中含有有毒物质。
如棉粕中的棉酚、菜粕中的硫葡萄糖甙、劣质鱼粉中的亚硝酸盐等有毒有害物质。
鱼类在代谢饵料的过程中造成肝脏负荷过大,进而造成肝脏损伤。
动物营养学报2014,26(7):1715-1722Chinese Journal of Animal Nutritiondoi :10.3969/j.issn.1006-267x.2014.07.001养殖鱼类脂肪肝研究现状分析黄春红1,2肖调义1*胡毅1赵玉蓉1刘巧林1(1.湖南农业大学动物科学技术学院,长沙410128;2.湖南文理学院生命科学学院,动物学湖南省高校重点实验室,常德415000)摘要:为了能够提供更多的水产品和提高养殖效益,目前我国的鱼类养殖多采用高密度、精饵料的养殖模式。
在精养条件下,一方面,鱼类的生长速度大大提高;另一方面,鱼类在养殖、捕捞和运输过程中的抗应激能力下降,死亡率上升,鱼体和肝脏脂质蓄积严重,肌肉品质和肝脏功能下降。
其中,以肝脏脂质过量蓄积为基本特征的鱼类脂肪肝引起了广泛关注。
本文主要对鱼类脂肪肝的定义、诊断方法、营养因素、致病机理等进行论述,并对鱼类脂肪肝研究中存在的具体问题进行分析,以期为鱼类脂肪肝的诊断、预防以及健康养殖提供参考。
关键词:养殖鱼类;脂肪肝;现状中图分类号:S963文献标识码:A 文章编号:1006-267X (2014)07-1715-08收稿日期:2014-02-28基金项目:国家自然科学基金项目(31272652)作者简介:黄春红(1978—),女,湖南资兴人,讲师,博士研究生,从事单胃动物和水产动物营养的研究。
E-mail :chunhong0158@sina.com *通讯作者:肖调义,教授,博士生导师,E-mail :tyx1128@aliyun.com 鱼体脂肪主要分布在皮下、肝脏、肌间隔以及肠系膜等部位,以肝脏脂质过量蓄积为特征的脂肪肝损害了鱼类的肝脏功能,降低了鱼肉品质和高温季节鱼类的抗应激能力,严重影响到了鱼类养殖的效益,鱼类脂肪肝因此引起了广泛关注。
目前,有关鱼类脂肪肝的研究主要围绕导致其产生的营养因素来进行,其中多数研究集中在宏量营养素,如蛋白质、脂肪、碳水化合物等对鱼体脂肪代谢和体脂沉积的影响方面[1-3],其次是微量营养素与添加剂,如甜菜碱、胆碱、肉碱等抗脂肪肝物质对鱼体脂肪沉积的改善作用方面[4-5]。
鱼类脂肪肝的研究近年来我国集约化水产养殖业发展迅猛,与此同时也暴露出一个严峻的问题:对水产动物营养、生理、病理和生态等方面的基础理论和应用技术研究明显滞后于产业发展。
由于缺乏充分的科技支撑,以致生产中经常出现强化投饲、滥施药物、饲料营养组成不平衡以及添加变质(如酸败油脂和霉变原料)饲料等诸多问题,造成水产动物病害频繁发生,其中以损伤肝脏和诱发肝脏病变为特征的疾病危害甚大。
而肝脏是鱼体内最主要的代谢器官,其损伤或病变往往导致水产动物机体代谢机能紊乱和抗病力降低,极易造成继发传染性疾病的暴发和综合症的肆虐,严重威胁着集约化水产养殖业的持续健康发展。
鱼类肝脏病变中最常见和最主要的表现形式是脂肪肝,且以营养型脂肪肝为甚,已经引起水产科技工作者和养殖者的广泛关注。
有鉴于此,本文综述了国内外有关鱼类脂肪肝研究的成果,以期为鱼类脂肪肝病的深入研究提供参考。
1 鱼类脂肪肝的症状及病理变化1.1 症状病情较轻时,鱼体一般没有明显的症状,鱼体色、体形等无明显改变,仅食欲不振,游动无力,有时焦燥不安,甚至窜出水面,生长缓慢,饵料利用率和抗病力降低,死亡率不高;病情严重时,鱼体色发黑,色泽晦暗,鱼体有浮肿感,鳞片松动易脱落,游动不规则,失去平衡,或静止于水中,食欲下降,反应呆滞,呼吸困难,甚至昏迷翻转,不久便死亡。
解剖发现肝脏颜色发生变化,呈花斑状、土黄色、黄褐色等,胆囊变大且胆汁变黑。
此外,鱼体抗应激能力很差,当捕捞或运输时,常会引起鱼体全身充血或出血,出水后很快发生死亡,或在运输途中死亡。
1.2 病理变化病理解剖见患病鱼肝脏肥大,颜色苍白,肝脏表面有脂肪组织块积累,或肠管表面脂肪覆盖明显。
肝组织脂肪变性明显,组织空泡化,细胞核偏位,细胞体积增大,肝组织淤血,炎性细胞浸润,肝糖原减少,主要肝功能酶指标不正常,肝功能不全,甚至出现肝组织萎缩坏死。
Mosconi Bac报道,在光学显微水平上,病鱼肝细胞排列不规则,肝细胞索不明显,细胞核从肝细胞中央移向边缘,肝内积累了大量的脂肪颗粒等。
林鼎等研究了草鱼营养性脂肪肝,发现此病变主要特征为:肝贫血,肝细胞脂肪浸润、细胞肥大、细胞质充满脂肪,细胞核被挤偏于一端。
Mosconi Bac报道,在电子超微水平上,病鱼肝细胞质分离,线粒体水肿,内质网和高尔基体内充满了大量的脂肪颗粒;细胞核偏离,核膜破裂。
2 鱼类脂肪肝的形成机制鱼类的肝脏脂肪主要来自对饲料中脂肪的直接吸收以及饲料中过量蛋白质和糖类的转化合成。
当这些脂肪运至肝脏后,若不能及时转运出去,则会堆积于肝脏中引起肝脏代谢紊乱。
因此,可以通过调节和控制肝脏中脂肪的来源和去路,实现对脂肪肝的预防和治疗。
2.1 酶促反应与脂肪肝脂肪在动物体内的生物合成是通过一系列酶促反应来实现。
鱼类体内脂肪合成需要还原型辅酶Ⅱ(NADPH)的参与,而NADPH的浓度受到葡萄糖-6-磷酸脱氢酶(G-6-PD)、6-磷酸葡萄糖酸脱氢酶(6PGDH)以及苹果酸酶(ME)的控制,同时乙酰辅酶A羧化酶(ACoAC)和脂肪酸合成酶(FAS)是脂肪合成过程的关键酶。
因此,凡是影响这几种酶活性的因素都会影响肝脏脂肪的合成。
随着脂肪摄入量的增多,G-6-PD、ME、ACoAC和FAS活性降低;而随着淀粉摄入量增多,G-6-PD、ME和ACoAC活性增强,表明脂肪和淀粉不仅可以通过能量的蓄积影响脂肪肝形成,而且也可通过调节脂肪合成与转化过程中关键酶的活性而影响脂肪肝的形成。
碳水化合物摄入量显著影响塞内加尔鳎G-6-PD,而对ME和FAS无影响,而脂肪摄入量却显著降低了G-6-PD、ME和FAS的活性,表明日粮脂肪水平能抑制脂肪的生物合成。
给军曹鱼(Rachycentron canadum)幼鱼摄食不同脂肪的日粮后,随着日粮脂肪水平的增加,脏体比(VSI)、腹脂率(IPF)和体脂含量显著增加;而G-6-PD和ME的活性随着脂肪摄入量的增加而降低。
然而,日粮脂肪却对大菱鲆(Psettamaxima)G-6-PD、ME、ACoAC活性无显著影响。
虹鳟幼鱼摄食不同水平共轭亚麻油酸(CLA)的饲料对肝体比(HIS)和脏体比(VSI)、ME、G-6-PD和FAS无显著影响。
由于鱼的种类之间生理活动与代谢机能存在差异,从而决定各营养物质对脂肪合成过程中的关键酶活性的调节存在一定的差异,最终导致脂肪肝的形成存在差异。
2.2 脂蛋白与脂肪肝鱼类肝脏组织中动员的游离脂肪酸是与血浆清蛋白结合运输的,其余各类脂类是以脂蛋白的形式输送到血液,然后转运至其它组织中再利用或在脂肪组织中储存。
作为脂类载体,脂蛋白在这个过程中发挥着重要作用。
它一般分为4种类型:乳糜微粒(CM)、极低密度脂蛋白(VLDL)、低密度脂蛋白(LDL)和高密度脂蛋白(HDL)。
脂蛋白由甘油三酯(TAG)、磷脂质和载脂蛋白构成,其中载脂蛋白的合成需蛋氨酸、丝氨酸和B族维生素等参与。
Deplano研究指出,在鱼类血浆脂蛋白对肝脏脂肪(主要是TG)的转运中发挥着重要作用,肝脏脂肪可通过极低密度脂蛋白(VLDL)的形式向肝外转运,而脂蛋白合成减少会导致脂肪以油滴形式蓄积。
脂蛋白在肝细胞粗糙内质网上合成,与肝脂结合,然后通过高尔基体分泌到细胞质中,随血液运至肝脏。
当脂蛋白的合成量不足时,肝细胞中的脂肪不能及时运出,就会造成脂肪在肝脏中积聚,导致肝脏脂肪含量升高,血浆脂肪含量降低。
Salhi等指出饲料中极性脂的增加或极性脂中n-3高不饱和脂肪酸(HUFA)含量的增加有利于金头鲷肝脏脂肪向血液中转运,其原因可能是CM合成增加造成的。
曹俊明等研究指出,草鱼肝脏脂质中所占的相对比值随总脂含量的减少而降低,而血清总脂含量则与肝脏总脂含量TAG之间存在显著的负相关关系。
饲料中极性脂的增加或极性脂中n-3 HUFA含量的增加有利于金头鲷肝脏脂肪向血液n-3 HUFA中转运,其原因可能是乳糜微粒(CM)合成增加造成的。
这些结果说明,草鱼肝脏脂质含量的升高与肝脏中脂质向血液中的转运有关。
3 引起鱼类脂肪肝的因素诱发鱼类脂肪肝的因素很多,包括养殖环境、生长发育阶段、饲料品质、营养物质组配不平衡及抗脂肪肝因子缺乏等,而营养物质组配不平衡及抗脂肪肝因子的缺乏是最主要的因素。
Lie等研究指出,大西洋鳕(Gadus morhua)肝脏中大量蓄积的脂肪主要来源于饲料中脂肪在鱼体内的直接积累以及饵料中糖类和蛋白质在机体代谢过程中的转化合成。
Deplano等认为,饲料脂肪过量和(或)营养组配失衡以及缺少抗脂肪肝因子是舌齿鲈(Dicen-trarchus labrax)肝脏脂肪化病变的重要原因。
Lin等在草鱼(Ctenopharyngodon idellus)营养性脂肪肝的病理发生和发展过程研究中也得出相似的结论。
肝脏中的脂肪若不能及时转运出去,就会引起肝脏脂肪代谢紊乱,形成营养性脂肪肝,而诱发营养性脂肪肝的营养因素主要包括脂肪、蛋白质和碳水化合物几个方面。
3.1 脂肪饲料中脂肪的含量和来源与鱼体脂肪含量和组成及脂肪肝的形成关系密切。
饲料中脂肪含量不足或缺乏,可导致鱼类代谢紊乱,饲料蛋白质利用率下降,同时还可引起脂溶性维生素和必需脂肪酸缺乏症。
但饲料中脂肪含量过高,则会转化成能量以脂肪的形式沉积在肝脏、肠系膜和肌肉中,其中以肝脏储存的能量最多,如大西洋鳕肝脏储存的能量就占其总储存能量的近60%。
Gaylord等研究发现,杂交条文鲈(Mo-rone chrysops×M.saxatilis)鱼体脂肪含量与饲料中脂肪含量存在正相关。
饲料脂肪含量高于10%,条纹鲈肝脏和上皮空腔内的脂肪就有积累的趋势;当饲料中脂肪含量超过20%时,肝脂含量显著增加,生长明显缓慢;在相同蛋白水平下,肝体比(HSI)随着日粮脂肪水平的增加而显著增加。
有研究发现,日粮脂肪水平与HSI之间存在极强的线性关系。
尖吻鲈摄食低脂(6%)饲料,肝体指数(HSI)最低为1.05;而摄食高脂(18%)饲料,其HIS则上升到2.12,间接表明肝脏中积累了过多的脂肪。
在饲料蛋白质含量(55%)不变的前提下,黑线鳕摄食脂肪含量从12%增加到21%,其肝脂含量和HSI分别由63%和9.5增至69%和12.1。
红姑鱼(Sciaenopso cellatus)肝胰脏脂肪含量与日粮脂肪水平成正比,红姑鱼均发生不同程度的营养性脂肪肝病,其病变程度与日粮脂肪水平成正相关。
据肖懿哲等报道,施氏鲟的肝脏相对重量、总脂含量、中性脂质和磷脂含量与饲料脂肪添加量的多少有关,与是否添加混合油存在显著差异;肝脏总脂含量和中性脂含量随着饲料脂肪添加量的增加而升高,但适宜的脂肪添加量不会导致脂肪肝的产生。
饲料脂肪来源不同,其所含不饱和脂肪酸的组成也不同。
在鱼类中不饱和脂肪酸(UFA),特别是n-3和n-6高度不饱和脂肪酸(HUFA)是鱼类维持生长和机体代谢所必需的。
n-3和n-6 HUFA缺乏或不平衡可使鱼肝细胞膜对脂肪的交换能力减弱,脂肪在肝脏中的沉积速度加快,肝脂含量升高,继而诱发脂肪肝病变。
Bell等采用以10%和25%菜籽油+鱼油为脂肪源的饲料饲喂大西洋鲑,HSI约为3.61和3.59;而摄食以菜籽油为唯一脂肪源的饲料,HSI为4.40,较前者明显升高。
Yang等研究了不同n-3 HUFA含量的饲料对细鳞鯻鱼体脂肪及脂肪酸组成的影响,结果表明n-3 HUFA含量低的饲料可使鱼体肌肉中脂肪含量降低而肝脂含量增加,特别是肝脏脂肪中TAG含量增加;认为肝脏中储存的脂肪远远多于肌肉,肝脂含量的变化是由于中性脂肪含量的不同所致。
Ibeas等指出在蛋白质、脂肪和糖类等主要营养素配比基本不变的情况下,饲料中n-3 HUFA含量的多少显著影响金头鲷(Sparus aurata)肝脂含量和肝体比。
摄食n-3 HUFA低的饲料,金头鲷肝脂含量比摄食前增加;而当摄食n-3 HUFA高的饲料后,其肝脂含量比摄食前略低,表明n-3 HUFA 具有降低肝脏脂肪积累的作用。
此外,该实验亦表明二十碳五烯酸(EPA,20:5n-3)和不饱和脂肪酸二十二碳六烯酸(DHA,22:6n-3)分别占饲料中脂肪含量的7%和2.6%时,肝脏内中性脂肪和部分极性脂肪的含量显著上升。
3.2 蛋白质肝脏脂肪一部分由饲料中的脂肪转化而来,而其余由蛋白质和碳水化合物转化而来。
与其它脊椎动物相似,蛋白质转化在鱼类脂肪积累中占有重要地位,当饲料中蛋白含量超过鱼类需要量时,过剩的蛋白质则通过一系列转化合成脂肪并储存起来。
有研究指出,团头鲂(Megalobrama amblycephala)脂肪肝的发生与饲料中蛋白质添加水平有密切关系,团头鲂摄食蛋白含量40%以上的饲料就会导致肝脏脂肪过度蓄积,引起脂肪肝病变。
曹俊明等研究指出,摄食高蛋白质饲料也使草鱼肝胰脏的脂质含量显著升高,特别是使中性脂质的积累大幅度增加;但低蛋白质和中蛋白质饲料对肝脏脂质积累的影响差异并不显著,说明草鱼能够将多余的蛋白质转化合成脂肪并储存在肝脏中。