环境胁迫对凡纳滨对是肝肠功能影响的机制及应用

发布时间：2020-09-12 09:54

　　环境胁迫可能引起广盐性对虾的应激反应,我们首先评估了凡纳滨对虾在逐渐降低pH(6.65-8.20)和逐渐升高pH(8.20-9.81)对比正常pH(8.14-8.31)条件下饲养28天的死亡率、生长性能、渗透调节基因的表达、消化酶活性和对副溶血性弧菌的抵抗力。结果,在逐渐升高pH条件下,虾累计死亡率不断增加,第28天达到39.9%,增重率和增长率不断下降。然而,在逐渐降低pH条件下,虾累计死亡率在7~28天稳定于6.67%,增重率和增长率先下降后恢复正常。此结果表明,虾对逐渐降低pH环境表现出适度耐受性。同时,在逐渐降低pH条件下,虾的渗透调节基因Na~+/K~+-ATPase、CAc、CAg转录不断增加或后来恢复正常,淀粉酶、脂肪酶和胰蛋白酶活性先下降后恢复正常或不断增加,副溶血弧菌浸浴的死亡率不断减少。因此,虾对逐渐降低pH环境的主要适应机制可能是其高渗透调节能力,使机体达到一个新的平衡稳态,消化酶活性增强满足能量消耗。同时,此环境还会抑制虾养殖中的疾病爆发。然后,对比分析虾肝胰腺和中肠的氧化应激、抗氧化反应、氧化损伤。结果,在短期(≤7天)逐渐降低和逐渐升高pH条件下,虾增强肝胰腺和中肠的抗氧化酶基因MnSOD、GPx和应激蛋白基因Hsp70转录作为早期适应机制,以清除过量的活性氧(ROS)。同时,肝胰腺因为较早的产生活性氧、抗氧化反应和氧化损伤,所以比中肠对pH变化及其氧化应激更敏感。而长期(≥14天)逐渐升高pH条件下加重的氧化损伤引起了虾肝胰腺和中肠丧失了抗氧化调节能力,导致虾连续死亡。相比,长期(≥14天)逐渐降低pH条件下肝胰腺和中肠的抗氧化酶基因GPx、GST和应激蛋白基因Hsp70的转录增强可能是虾的抗氧化适应机制,防止ROS进一步干扰,并减弱氧化损伤,达到新的免疫稳态,有助于存活率的稳定。因此,在逐渐升高pH条件下,可以通过保护肝胰腺来控制虾的死亡和生长抑制。然后评估了凡纳滨对虾在循环重/中度低氧(0.8-3.5 mg/L)对比常氧(6.4-7.5mg/L)条件下饲养28天的死亡率、生长性能、渗透调节基因的表达、消化酶活性和对副溶血性弧菌的抵抗力。结果,在循环重/中度低氧条件下,虾的累积死亡率不断增加,增重率和增长率不断下降,渗透调节基因Na~+/K~+-ATPase、CAc、CAg转录先增加后恢复正常或下降,淀粉酶、脂肪酶、胰蛋白酶活性不断下降,副溶血弧菌浸浴的死亡率不断增加。因此,循环重/中度低氧降低凡纳滨对虾的生存和生长性能,主要原因是渗透调节机制被破坏,使机体失去了平衡稳态,消化酶活性降低。同时,此环境可能导致虾养殖中的疾病爆发。然后,对比分析了肝胰腺和中肠的低氧诱导因子1a(HIF-1a)的表达,抗氧化反应和氧化损伤。结果显示,短期(≤7天)循环重/中度低氧条件下,虾增强肝胰腺和中肠HIF-1a、抗氧化酶基因MnSOD、Gpx、GST、MT和应激蛋白基因Hsp70转录作为虾早期的适应机制,以耐受低氧并清除过量的活性氧。同时,肝胰腺因为较早的HIF-1a转录和氧化损伤,所以比中肠对低氧及其氧化应激更敏感。然而,长期(≥14天)循环重/中度低氧加重的氧化损伤引起了虾肝胰腺和中肠丧失了抗氧化调节能力,导致虾连续死亡。特别是肝胰腺比中肠更早丧失了抗氧化调节能力。因此,循环重/中度低氧条件下,可以通过保护肝胰腺来控制虾的死亡和生长抑制。最后研究了谷胱甘肽(GSH)在循环重/中度低氧条件下对虾养殖的影响,评估了常氧、循环重/中度低氧、循环重/中度低氧并补充75 mg/kg GSH和循环重/中度低氧并补充150 mg/kg GSH条件下凡纳滨对虾的生存、生长性能、及胰胰腺氧化指标和转录表达。结果,补充75 mg/kg GSH能显著提高虾在循环重/中度低氧条件下肝胰腺GSH含量和肝胰腺指数,并保持组织结构完整性,提高存活率和生长性能,特别是其生长性能与常氧虾基本相同。然而,补充150 mg/kg GSH却没有意义。分析肝胰腺氧化指标及转录组,发现补充75 mg/kg、150 mg/kg GSH显著增强虾在循环重/中度低氧条件下肝胰腺HIF-1信号通路、GSH代谢通路、抗氧化酶基因(SOD、CAT、GPX、POD、GST)和应激蛋白基因HSP转录,降低ROS和丙二醛(MDA)含量,并且虾补充75 mg/kg比150 mg/kg GSH具有更高水平的低氧适应和抗氧化防御系统,更低的ROS和MDA含量和更完整的组织结构,特别是ROS和MDA含量和组织结构与常氧虾基本相同。补充75mg/kg GSH,而非150 mg/kg GSH,能显著增强虾在循环重/中度低氧条件下肝胰腺的免疫识别基因LRR、TIR和体液免疫基因Serpin转录。补充75 mg/kg、150mg/kg GSH能显著增强虾在循环重/中度低氧条件下肝胰腺的细胞免疫基因Rab、Ran、integrin转录,并且虾补充75 mg/kg比150 mg/kg GSH具有更好的增强效果。因此,补充75 mg/kg GSH在循环重/中度低氧条件下增强了肝胰腺抗氧化防御系统和先天免疫反应,维持组织结构完整性,缓解虾死亡和生长抑制。
【学位单位】：中国科学院大学(中国科学院海洋研究所)
【学位级别】：博士
【学位年份】：2018
【中图分类】：S917.4
【部分图文】：

平衡效应,环境胁迫,偏差,生存策略

合成通常在代谢停滞期间被抑制 93-94%（Hochachka Hand, 1996）。这个巨大的下调可以通过两个互补的机制实RNA 合成的抑制（Teodoro and O’Farrell, 2003）；2）由于，mRNA 转译整体受抑制，转译起始因子和细胞内低 pHade and Storey, 2007）。有趣的是，尽管转录率和转译率总的特定基因和蛋白质显著上调（Hochachka and Lutz, 2002），细胞代谢微调支持代谢停滞期间细胞的必要功能，以作为推论，极端环境胁迫下的代谢适应和生存策略，需要耗机制以维持组织能量平衡，正如在长期代谢停滞期间组最小消耗（Sokolova et al., 2000a; Kurochkin et al., 2009）。（包括停止摄食、同化和运动，部分过渡到厌氧以及膜运下调）可以作为过渡到生物能量不可持续状态并因此过渡志物。

示意图,氧化剂,动力学,氧化胁迫

杀虫剂等条件下，ROS 浓度可能变化，导致氧化还原反迫或还原胁迫（Ruppert et al., 2004; Lushchak, 2011a; Wa al., 2016）。在特定的生理状态下，某些外源性物质和细胞了 ROS 的大量生成，导致疾病和衰老（McAnulty et al., 2氧化胁迫的发展是任何实质性胁迫的共同组成部分。胁迫是稳态 ROS 浓度短暂或长期增大时的状态，会干扰坏细胞成分。氧化胁迫的发展示意图 1.2 所示（Lushchak,ROS 水平稳定在 ROS 生成和清除相平衡所决定的特定范OS 稳态水平，并且，如果抗氧化能力足够好，ROS 水平回短暂升高被称为“急性氧化应激”。当抗氧化系统的效率不 ROS 产量，系统可以从胁迫中恢复，这被称为“慢性氧化以稳定在新的 ROS 稳态水平，高于最初水平，可以称为

生物学效应,维生素,抗氧化剂,心肌黄酶

和脂溶性化合物如 β-胡萝卜素、维生素 A、E。它们通也可能牵涉到其他机制。例如，GSH 可能作为一种抗氧化物酶（GPx）、谷胱甘肽-S-转移酶（GST）的辅因子或抗氧化基团由特定或非特异性蛋白质组成，一个特定的GPx、DT 心肌黄酶和提供所需辅助因子的相关酶—谷胱糖-6-磷酸脱氢酶。非特定的高分子量抗氧化剂以通过结是铁和铜），如金属硫蛋白（MT）和铁蛋白而防止 ROS征，抗氧化剂的稳态水平是由它们的吸收/合成、运输、的平衡所决定。一些抗氧化剂，如维生素 E 和 β-胡萝卜物获取的，而大部分是生成的包括 GSH、维生素 C。有生通常与生物体的需要相对应，并受到活性调节。如图产生与消除之间平衡的现代思想，包括潜在的生物学效应体功能变化（Lushchak, 2011a）。

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