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中国科学院水生所在鱼类肠肝炎症的药物研究中取得进展

时间:2022-05-06 文章来源: 作者:

  通过增强抗病免疫来保证鱼类生长性能十分重要。水产养殖中,饲料中植物蛋白等成分可引发鱼类肠炎并引起长期不可逆的生长抑制。鱼类肠黏膜是机体与外界的双向互动界面,其免疫系统同时发挥屏蔽病原和协助营养吸收的双重功能。而鱼类的肝脏与肠黏膜组织共同构成肠肝轴,饲料引起的养殖鱼类肠炎常伴随肝脏病变。因而,针对鱼类肠肝炎症的药物及其发现方法和评价体系的研究十分必要。
 
  中国科学院水生生物研究所水体生物信息学学科组研究人员基于已在Frontiers in Physiology杂志上发表的草鱼 SBMIE 肠肝转录组数据,通过TCMID(Traditional Chinese Medicines Integrated Database)来预测对肠肝炎症有效的药物。该预测方法基于差异基因的表达量(DEG),结合蛋白互作网络(PPI),使用 GeneRank 算法对目标基因,按照其重要性排序来选取排列靠前的300个基因作为关键基因,以构建关键基因列表;再将关键基因相应的靶标化合物匹配到TCMID数据库,得到含有相应草本成分较多的中药;随后基于中药的活性成分及其药理筛选到治疗肠炎的潜在药物——沙棘(Hippophae rhamnoides L.)。根据以上鱼类肠肝炎症的药物预测结果,将沙棘添加入饲料,在斑马鱼食源性肠炎模型(SBMIE)模型中(已获专利授权)对其抗肠肝炎症的效果进行评价,运用免疫基因表达分析、免疫细胞成像、病理及生长评价、多组学分析(转录组和微生物组)等方法,揭示了沙棘的抗肠肝炎症的分子免疫机理。
 
  在斑马鱼SBMIE模型中,研究发现添加沙棘果粉后可显著减轻肠黏膜和肝脏组织的炎性反应。病理学上,沙棘果粉能够改善豆粕饲料引起的肠绒毛萎缩,同时减少肝脏中炎症相关脂肪颗粒的沉积;此外,在micro-CT数据分析中,可观察到鱼体的脂肪含量明显增加,暗示沙棘具有逆转豆粕引起的生长性能下降的潜能。在斑马鱼幼鱼SBMIE模型中,通过进一步免疫荧光成像观察,研究发现沙棘对于先天免疫细胞(中性粒细胞和巨噬细胞)和后天免疫细胞(淋巴细胞,特别是T细胞)的免疫调节作用,具体体现为显著抑制幼鱼中后肠炎性反应的中性粒细胞和巨噬细胞数量,改变巨噬细胞的形态,还可抑制T淋巴细胞的炎性聚集。在肝脏中,豆粕饲料中添加沙棘可降低CD4阳性细胞比例。斑马鱼模型中,转录组差异表达基因的通路富集分析还发现,沙棘可能会阻断肠黏膜组织凋亡相关的p53信号,并激活肝脏中的PPAR信号通路来调节脂肪酸代谢。微生物组学分析结果还表明,沙棘添加组肠黏膜的细菌丰富度(OTU数量)显著增加,并出现与非致炎的鱼粉组相似的微生物组成,提示沙棘可通过调节菌群来改善肠炎。
 
  以上研究结果提示沙棘果粉作为鱼类的饲料添加剂,能够显著改善水产养殖中因饲料引发的肠肝病变,并提高生长指标。研究提供了生物信息学预测水产饲料用功能添加剂或药物的实例,并采用遗传背景清晰和免疫细胞标记的模式鱼类斑马鱼来进行水产药理的实验室评价,相对经济鱼类的实验缩短了研究周期且节约人力物力,为水产基础研究提供了新模式。
 
  研究工作得到国家自然科学基金的资助,由水生所与华中农业大学信息学院农业生物信息湖北省重点实验室合作完成。相关研究成果以Dietary Inclusion of Seabuckthorn (Hippophae rhamnoides) Mitigates Foodborne Enteritis in Zebrafish Through the Gut-Liver Immune Axis为题,发表在Frontiers in Physiology上。

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