大菱鲆蛋白质高效利用的分子营养设计

One of the key tasks for aquaculture nutrition is to realize the high protein utilization by fish. So far, it has been a challenge because fish, especially carnivorous fish, demands high content of dietary protein, which relies on fishmeal, with other proteins of inferior performances. Our group has systematically uncovered the molecular metabolisms of various protein sources by turbot and discovered multiple key modulatory checkpoints for metabolism. This project is designed to fine-tune the postprandial free amino acid kinetics, nutrient sensing networks, and reduce cellular stresses, thus being able to propel protein anabolism. We anticipate the outcomes will significantly improve the protein utilization, especially for non-fishmeal protein sources, in turbot.

实现鱼类蛋白质高效利用是水产动物营养学研究的核心任务。目前一直无法突破肉食性鱼类饲料蛋白需求高、严重依赖鱼粉，而对其他蛋白源利用率低的瓶颈。本课题组过去几年较系统地阐明了肉食性鱼类，特别是大菱鲆对于不同蛋白源利用的分子代谢机理，发现了多个可进行营养调控的代谢节点。本项目拟在此研究基础上，分别通过调控大菱鲆摄食后游离氨基酸库的动力学、营养感知信号网络，以及降低细胞应激等分子营养学手段推动蛋白质合成代谢，实现蛋白质高效利用。预期成果将显著提高大菱鲆饲料蛋白转化效率，尤其是对于非鱼粉蛋白源的利用率。

养殖鱼类对饲料蛋白质的要求较高且高度依赖鱼粉，而全球鱼粉资源的短缺严重制约了水产养殖的健康发展，实现水产动物蛋白质高效利用和开发新蛋白源将是未来相当长的一段时间内水产动物营养与饲料学研究的核心任务。虽然国内外研究者围绕提高水产饲料的蛋白利用率进行了大量的研究，但这些研究大部分基于传统营养学手段，并未从根本上解决养殖鱼类对于非鱼粉蛋白源利用效率低的问题。本项目通过运用分子营养学手段系统解析了大菱鲆蛋白质营养利用的分子机制，主要研究结果如下：1）以调控摄食后游离氨基酸动力学为目标的营养设计：发现豆粕和肉骨粉部分替代鱼粉后显著降低摄食后大菱鲆血浆和肌肉游离氨基酸水平；提高投饲频率能够增加摄食后游离氨基酸维持在较高水平的时间；发现了组织游离氨基酸水平与TOR信号系统的活性存在正相关关系；2）以调控营养感知信号系统为目标的营养设计：成功构建了大菱鲆肌肉成纤维样细胞系，证明了大菱鲆细胞的TOR信号通路能够响应氨基酸水平；发现EPA能够提高TOR信号通路活性，论证了脂肪酸与氨基酸之间的互作关系；发现饲料中添加亮氨酸能够显著促进TOR信号通路活性；3）以降低应激为目标的营养设计：解析了常见植物凝集素-伴刀豆球蛋白A通过影响受体酪氨酸激酶-Akt信号通路诱导细胞凋亡的分子机制；证明了发酵技术对降低植物性蛋白源应激因子的作用；发现了大菱鲆肠道共生菌Shewanella sp. MR-7对脂多糖诱导的大菱鲆肠道功能障碍的修复机制；证明了花生四烯酸、白藜芦醇、水飞蓟素是潜在的渔用饲料免疫增强剂并提高大菱鲆抗氧化能力。本项目通过从摄食后游离氨基酸动力学、营养感知信号网络以及降低细胞应激等多角度系统解析了大菱鲆蛋白质营养利用的分子机制并证明了分子营养设计对于提高大菱鲆蛋白质利用具有一定的可行性。本项目的顺利实施为通过分子营养设计开发养殖鱼类高效蛋白饲料提供了理论及应用参考。