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自20世紀80年代以來，水產養殖魚類已逐漸成為民眾餐桌上魚類的主要來源，尤其是淡水食用魚類，大部分均來自人工養殖。盡管隨著水產飼料科技水平和人工養殖技術的提高，養殖魚類的口感和品質正在日益改善，但是在實際的水產養殖過程中，仍然存在一些問題。就當前而言，在實際的水產養殖中，養殖魚類頻繁出現脂肪肝和腹腔脂肪大量沉積，是造成養殖魚類品相不佳、品質下降的重要原因。

多年的研究表明，養殖魚類體內的脂肪嚴重沉積的主要原因來自于魚類的能量收支失衡。在當前的標準化水產養殖過程中，養殖魚類普遍使用配合飼料。和哺乳動物善于利用糖（碳水化合物）供能不同，魚類對糖的利用效率較低，卻善于利用蛋白質供能。因此，魚類配合飼料中的蛋白質含量往往較高。然而，隨著配合飼料中的重要原料——魚粉資源的日益匱乏，優質飼料蛋白源的成本也一路攀升。為了節約魚粉資源、降低飼料成本，自20世紀90年代開始，國際水產飼料界逐步開始進行“高能飼料”的研發與推廣，試圖通過提高飼料中糖和脂肪含量以激發魚類對糖和脂肪的供能效率，從而減少飼料蛋白質作為能量被消耗的比例，達到節約飼料蛋白質、降低成本、保護自然資源的作用。然而，從養殖實踐來看，當前高能飼料的普遍使用，在降低了飼料成本的同時，也使得養殖魚類的能量攝入過高，超過其生理代謝能力，從而使得多余的能量轉化為脂肪，并在體內嚴重沉積。另一方面，由于養殖水域的限制，當前的水產養殖正朝著集約化高密度工廠化模式發展。這在帶來節約水資源的益處的同時，也降低了養殖魚類的活動范圍和活動強度，使得養殖魚類的能量支出減少，從而促進能量在體內以脂肪的形式沉積下來。

多項研究表明，魚類能量收支失衡所造成的脂肪嚴重沉積類似于哺乳動物的代謝綜合征，它不僅降低了養殖魚類的生長性能，更損害了養殖魚類的健康。長期的脂肪過量沉積，會提高血脂含量、造成脂肪積累器官的氧化應激、破壞細胞正常結構、損傷免疫機能。脂肪嚴重積累的養殖魚類，往往不耐病害和環境應激，這也迫使養殖戶加大、加多水產藥物的使用劑量和頻率，造成食品安全問題。因此，魚類的能量收支失衡問題已經成為影響水產養殖業可持續發展的重要限制性因素。

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近年來，國家973計劃項目“養殖魚類蛋白質高效利用的調控機制”第三課題“魚類蛋白質高效利用的能量學基礎”課題組對魚類的能量收支調控機制進行了較為深入的研究，在國際上首先闡明了若干重要的調控機制與調控路徑，為人們了解魚類能量收支調控系統，人工調控魚類能量收支平衡提供了大量重要的基礎知識和應用技術。

課題組首先發現，魚類的能量（脂肪）儲存部位在不同魚類中存在較大差異。在以大西洋鮭、金鯧、鰻魚為代表的一些魚類中，脂肪往往大量積累于肌肉之中，其肌肉脂肪含量可達濕重的10%以上，肌肉是其脂肪的主要儲存位置。在鱈魚、鱘魚等魚類中，其脂肪則主要積累于肝臟之中，脂肪含量可達肝臟濕重的50%以上。在大部分常見的魚類中，脂肪主要積累于腹腔的脂肪組織中；而鲆鰈類魚類則主要將脂肪儲存于鰭下的皮下位置，形成明顯的皮下脂肪組織。研究表明，同樣是脂肪組織，魚類皮下脂肪組織具有比腹腔脂肪組織更為靈敏的激素響應與脂肪動員和分解的活性；而魚類腹腔脂肪則更多地以儲存脂肪為主，并釋放更多的炎癥因子，具有更高的脂肪細胞分化能力。因此，腹腔脂肪的沉積比皮下脂肪的沉積具有更大的危害。此外，大部分魚類的肝臟并不是主要的儲脂器官，但在能量收支失衡的情況下，多種魚類肝臟也會積累大量脂肪，并最后發展成為脂肪肝病，造成組織損傷和肝功能下降。因此，提高脂肪組織和肝臟的脂肪分解能力，減少脂肪在腹腔脂肪組織和肝臟的積累就成為當前魚類能量收支調控研究的重要方向。

近年來，課題組研究發現，魚類肝臟中存在一些與脂分解代謝相關的核調控受體，比如過氧化物酶體增殖激活受體α（PPARα）。研究表明，與哺乳動物類似，魚類PPARα可以被貝特類（Fibrates）藥物和n-3系高度不飽和脂肪酸所激活，并隨之激活下游的肝臟線粒體脂肪酸β-氧化體系，從而達到增強肝臟脂肪分解的效果。因此，在飼料中加入適量的n-3系高度不飽和脂肪酸，有助于提高肝臟的脂肪酸分解效率。相反，一些炎癥因子，比如TNF-α，則可以抑制PPARα，從而降低肝臟的脂肪分解活性。因此，在魚類受應激條件下，其體內炎癥因子濃度升高，將使得肝臟更容易積累脂肪，進一步促發魚類的能量收支失衡。除了核調控受體之外，肝臟的脂肪沉積還可以通過提高線粒體的脂肪酸分解活性來緩解甚至消除。課題組研究表明，線粒體脂肪酸β-氧化體系是肝臟脂肪分解的必經之路，通過外源性添加該體系的重要配基-肉堿，可以達到提高線粒體脂肪酸β-氧化活性，增加肝臟脂肪分解效率的目的。而通過基因編輯技術敲除線粒體脂肪酸β-氧化關鍵酶或者在飼料中添加肉堿合成抑制劑，就能造成肝臟脂肪的嚴重積累。這表明，提高肝臟線粒體脂肪酸β-氧化體系的活性，可以很好地調控魚類的能量收支平衡。更有價值的是，當采用肉堿提高肝臟線粒體脂肪酸β-氧化體系活性的同時，也能提高飼料蛋白質效率，促進魚體蛋白沉積。當前，課題組已篩選出肉堿、膽堿、甜菜堿等多種營養性添加劑，用于針對性地提高肝臟線粒體脂肪酸分解活性，調控魚類能量收支平衡，促進魚類高效利用蛋白質。

除了提高肝臟脂肪分解能力之外，課題組也發現，提高魚類脂肪組織的脂解（lipolysis）能力，將脂肪細胞中的甘油三酯分解為游離脂肪酸，從而促進下一步的脂肪酸β-氧化，是降低魚類腹腔脂肪沉積的有效途徑。研究表明，脂肪組織甘油三酯脂肪酶（ATGL）是脂肪組織水解的關鍵酶，而魚類ATGL的基因結構相對保守，主要在脂肪細胞中的脂滴表面發揮功能。細胞和養殖實驗研究表明，通過膽汁酸、水飛薊素等動植物提取物，可以有效激活ATGL介導的脂解過程，有效減少腹腔脂肪組織中的脂肪含量。反之，炎癥因子則能抑制ATGL，促進腹腔脂肪的沉積。此外，課題組也發現，在魚類攝入過多脂肪時，脂肪細胞一方面快速吸收血液中的游離脂肪酸，一方面也會激發ATGL介導的脂解反應，以維持相對的能量平衡。因此，進一步篩選對ATGL的有效激活物質，評價其食用和飼用安全性，并將其作為飼料添加劑，調控魚類能量收支平衡，是今后非常有價值的研究方向。

除了對魚類自身能量調控機制的研究之外，課題組最新的研究也發現，魚類腸道微生物和環境因子也在魚類的能量收支平衡調控中起到重要作用。比如，通過對油脂攝入敏感的腸道菌的分離和篩選，一些魚類腸道菌可以通過影響腸壁結構來調控飼料中油脂的消化和吸收，從而影響魚體的脂肪沉積，改變能量收支平衡。因此，如果能篩選出對魚類能量代謝有調控效應的菌群，那么就能通過移植菌落等方法，人為調控魚類的能量收支平衡。研究也表明，養殖水環境中諸多的理化因子，包括鹽度、溫度等，以及環境雌激素、多氯聯苯（PCB）等環境污染物，都會直接或者間接影響能量代謝，影響脂肪的分解和合成，從而影響魚類能量收支平衡。

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總之，魚類能量收支的良性平衡是維持魚類健康和水產業可持續發展的重要生物學基礎。盡管當前的水產科學研究已經初步探究了魚類能量收支平衡調控的基本過程、部分調控節點和一些調控物質，但仍有大量魚類能量代謝的細節過程和調控機制仍未被闡明，尚不足以徹底解決當前養殖實際中普遍發生的魚類能量收支失衡困境。因此，闡明魚類能量收支平衡的生物學機制、解決養殖魚類能量收支失衡問題，仍將是水產科研人員長期而艱巨的重要科研任務。

致謝：感謝國家973計劃課題“魚類蛋白質高效利用的能量學基礎”（課題編號：2014CB138603）的支持。

本文刊登于IEEE Spectrum中文版《科技縱覽》2018年6月刊。

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