VD3/VDR 在低磷饲料中调控鱼类干扰素作用轴的机制研究

In addition to its traditional function on maintaining calcium and phosphate homeostasis in animals, vitamin D3 can bind to vitamin D receptor and thus also regulates the immune responses. The current proposal intends to systematically study the effects of dietary vitamin D3 on interferon axis expression, which is the first line to resist the pathogens, the changes of the immunity when challenged by Edwardsiella, and the relationship between the immune response and phosphorus utilization in yellow catfish (Pelteobagrus fulvidraco). We try to clear the regulation mechanism of dietary vitamin D3 on fish interferon axis genes expression. We want to explore the possibility to improve dietary phosphorus utilization by enhancing fish immunity through dietary vitamin D3. The appropriate addition level of dietary vitamin D3 will be determined in order to enhance fish immunity to resist pathogens. The final target of this proposal is to make the feed formulation both to reduce phosphorus output and to enhance fish immunity without diminishing fish growth. The results from this project will expand the use of vitamin D in fish nutritional immunology and benefit the stakeholders in reducing phosphorus output as well as improving fish innate immunity.

维生素D3除了维持动物体内钙磷平衡外，还依赖于维生素D受体，调节动物的免疫系统功能。本项目以我国重要经济鱼类-黄颡鱼为研究对象，系统研究低磷条件下，维生素D3调控鱼体抵抗病原入侵的首道防线-干扰素作用轴表达、鱼体经维生素D3营养调控后，抵御外界病原攻击的能力，以及鱼体免疫力与磷利用效率的关系。本项目将阐明干扰素作用轴基因被维生素D3影响的机制，探讨鱼类被维生素D3营养调控后，免疫力变化对提高饲料磷利用率的可行性，确定饲料中能增强鱼体抵御外源病原攻击的维生素D3合理添加水平，从而实现在不影响鱼体生长条件下，既能降低磷排放又能提高免疫力的饲料制作目标。本项目研究结果将能拓展维生素D在鱼类营养免疫领域的应用，利用维生素D的添加来降低养殖水体磷排放同时增强鱼体自身基础免疫能力。

本项目以我国重要经济鱼类-黄颡鱼为研究对象，系统研究了低磷条件下，VD3调控鱼体抵抗病原入侵的首道防线-干扰素作用轴表达、鱼体经VD3营养调控后，抵御外界病原攻击的能力。研究发现，在低磷饲料中添加VD3后，VD3浓度为16600（IU/kg）时，黄颡鱼增重率达到最大，饵料效率最高，饲料系数最小，这个浓度远超国家规定的限量值（3000 IU/Kg），而且注射爱德华氏菌后，VD3的免疫保护率、抗氧化酶活性以及溶菌酶活性随饲料中VD3的浓度升高，脾脏内含铁血黄素的沉积随着饲料VD3浓度的增加而减少。VD3通过激活VDR信号通路，在基因转录水平调控鱼体免疫细胞内干扰素作用轴基因的表达 (vdr, irf-3, ifn-a, jak1, stat1, ifi56 and ifp35)，以及转录组测序表明VD3通过‘IL-6产生的负调控’，‘IFN-β产生的负调控’ 和 ‘中性粒细胞的趋化’三条信号通路调节爱德华氏菌刺激后黄颡鱼头肾的免疫功能，免疫蛋白HSPA8, MAP4K4和MRC1可能也参与头肾中VD3调控免疫反应的各个信号通路。VD3通过‘NF-κB的经典与非经典激活途径’信号通路调节爱德华氏菌刺激后黄颡鱼脾脏的免疫功能。荧光定量PCR证明了饲料VD3下调了头肾干扰素ifn-β、炎症因子tnf-α, il1-β, il-6, il-8，上调了抗炎因子il-10的表达，上调了脾脏中炎症发生通路NIK/NF-kappa 通路中NF-κΒ 抑制因子iκb-α的表达，以及下调了nf-κb p65, 炎症因子il-6, il1-β and tnf-α的表达，以及下调了nik, ikks and nf-κb p52的表达，有效抑制了脾脏中炎症的发生。本研究的结果全面证实了维生素D3在鱼类中的免疫调控作用，维生素D3在饲料中的添加既能提高饲料磷利用率，又能提高鱼类在面对外源病原侵袭时的免疫抵抗能力，实现了在不影响鱼体生长条件下，既能降低养殖过程中的磷排放，又能提高免疫力的饲料制作的预期目标。本项目研究结果弥补了维生素D与鱼类免疫作用研究中的不足，拓展维生素D在营养免疫领域的应用，可以指导饲料配方研发中利用维生素D的添加来增强鱼类自身基础免疫能力。因此，本项目的研究结果在低磷高效环保饲料配方研制及病害防治方面，均具有重要的现实意义，也为促进鱼类健康养殖奠定坚实理论基础。