高度不饱和脂肪酸对水生动物代谢的影响及其机理

■许友卿 刘晓丽 安晓玲 王利香 丁兆坤

（广西大学水产科学研究所，广西南宁 535004）

双键数等于或大于3，碳原子数多于20的多不饱和脂肪酸(PUFAs)[1]，如花生四烯酸(AA)[2]、二十碳五烯酸(EPA)和二十二碳六烯酸(DHA)等[3]称为高度不饱和脂肪酸(HUFAs)。

HUFAs特别是AA、DHA和EPA，是水生动物尤其是鱼类的必需营养素，在维持机体的正常机能、提高免疫力、促进生长、发育、繁殖等方面发挥重要的生理作用[4-8]。HUFAs还可调节机体代谢、抗氧化和相关基因表达。HUFAs在一定程度上提高水生动物肌肉脂肪酸含量，降低肝胰脏脂质沉积，具有重要的实际生产意义[9]。HUFAs在降低脂质过度沉积的同时，促进脂肪酸β氧化，调控脂代谢相关基因和脂肪酸组成，进而影响机体的能量代谢[10]。HUFAs还可以提高水生动物的抗氧化能力，进而提高机体清除脂质过氧化产物的能力[9]。HUFAs跟其他脂肪酸一样，既可储存，又可通过β氧化为机体提供能量。HUFAs还可调节血糖水平、葡萄糖代谢、糖代谢相关基因的表达，提高胰岛素的敏感性，改善胰岛素的功能[11]。HUFAs可提高饲料蛋白质的转化效率，对蛋白质具有节约效应，显著提高饲料的营养价值[12]。此外，HUFAs可调控某些重要基因的表达[13]。

至今为止，对HUFAs的研究主要集中研究HU⁃FAs对水生动物生长、发育、繁殖及免疫调节的影响等，鲜见HUFAs影响水生动物代谢的报道。

本文概述HUFAs对水生动物代谢的影响及机理，重点综述HUFAs对脂肪酸代谢、蛋白质代谢、糖(能量)代谢、核酸代谢的影响及其机理。以便进一步深入研究、掌握HUFAs影响水生动物代谢的规律和调控机制，有效地应用HUFAs调控水生动物代谢，改善水生动物的生长发育，促进其健康养殖，提高生产效率，增加社会效益和经济效益。

1 HUFAs影响水生动物脂肪酸代谢

首先，HUFAs能提高水生动物体内AA、DHA和EPA等的含量。提高饲料中n-3 HUFAs的水平，可显著提高水生动物体内脂肪酸含量，其中主要是AA、DHA和EPA，进而促进机体脂肪代谢[14]。淡水鱼可由18∶3n-3转化为DHA和EPA[15]。但大多数海水鱼不具这种转化能力或能力有限，只能通过直接摄食HU⁃FAs，满足生长需求[16]。因此，HUFAs对大多数海水鱼尤为重要。

HUFAs能促进水生动物脂肪分解，抑制脂肪合成，影响机体脂肪酸的组成。研究发现，HUFAs一方面能促进脂肪分解，另一方面能抑制脂肪合成，进而减缓脂肪过多沉积的问题[17]。n-3 HUFAs尤其是EPA和DHA在哺乳动物中具有抑制肥胖的作用，饲喂富含DHA和EPA的日粮可降低小鼠体重，且脂质蓄积下降。与低能量的饮食相比，富含n-3 HUFAs的饮食能更有效地降低体重[18]。对于水生动物尤其是鱼类来说，能优先利用脂类作为能源物质，当食物中脂肪含量或组成不合理时，会导致鱼类代谢紊乱，造成必需脂肪酸缺乏或脂肪沉积过多，影响鱼体健康，而添加HUFAs可有效缓解体内应激反应并促进脂质代谢[7，19]。

n-3 HUFAs能调节机体脂肪细胞的脂解作用。饲料中添加n-3 HUFAs，可显著降低大西洋鲑(Salmo salar)[20]和 草 鱼 (Ctenopharyngodon idellus)[9]的 脂 质 蓄积。Liu等[21]研究表明，在饲料中添加DHA和EPA可显著增加草鱼体内甘油和游离脂肪酸的释放，并显著提高相关酶如脂肪甘油三酯脂肪酶(ATGL)、激素敏感脂肪酶(HSL)等的表达，这表明 n-3 HUFAs调节草鱼体内或体外脂肪细胞的脂解作用。Ji等[12]发现，n-3 HUFAs可抑制草鱼脂质合成及其转运，降低肝胰脏及腹腔脂肪的沉积，影响草鱼的抗氧化作用、脂肪代谢和生长。Li等[13]报道，投喂富含HUFAs的鱼油，一方面显著降低草鱼腹膜内脂肪(IPF)比率(P＜0.05)，显著提高n-3 HUFAs在肌肉、肝胰脏和腹腔脂肪中的含量(P＜0.05)；另一方面，显著降低脂肪合成酶(FAS)和乙酰-CoA羧化酶基因的表达(P＜0.05)，显著提高过氧化物酶体增殖物激活受体α型(PPARα)基因的表达。Tian等[22]和Wang等[23]在草鱼日粮中添加适宜的花生四烯酸(AA)(0.30%)可有效抑制其脂肪积累，改变脂肪代谢的关键基因表达，说明AA在调节脂肪代谢中发挥重要作用。EPA和DHA等HUFAs对降低血清胆固醇和甘油三酯有很大的作用，可防止血液中过多的脂质在血管中沉积[24-25]。n-3 HUFAs可以显著降低黑鲷(Sparus macrocephlus)幼鱼血清中甘油三酯的含量[26]。PUFAs特别是HUFAs能抑制脂肪酸合成酶(FAS)、葡萄糖-6-磷酸脱氢酶(G-6-PD)等脂肪合成酶的活力，从而降低肝脂含量[8]。

DHA、EPA、AA等HUFAs的水平影响水生动物脂肪酸代谢，它们的比例亦然。Boglino等[27]研究发现，必需脂肪酸(如DHA、EPA、AA)水平或它们的比例(EPA/DHA、AA/EPA、AA/DHA、(n-3)/(n-6)HUFAs、AA/PUFAs)稍有变化，就会改变塞内加尔鳎(Soleasen⁃egalensis Kaup)幼鱼靶组织的脂肪代谢，扰乱其脂肪积累，导致肠和肝脂肪变性。

n-3 HUFAs还显著影响机体的脂肪酸组成。n-3 HUFAs和DHA/EPA能显著影响大黄鱼的脂肪酸组成和生长[28]。随着n-3 HUFAs水平增加，三疣梭子蟹(Portunus trituberculatus)粗脂肪下降[29]。DHA可通过抑制细胞分化、促进细胞凋亡和水解、增加线粒体数量，降低脂肪细胞数量和脂质含量，从而降低脂质蓄积[30]。黄裕等[31]用含7.5%鱼油和含7.5%小麦胚芽油的饲料，分别投喂半滑舌鳎(Cynolossus semilaevis Günter)幼鱼68 d，发现投喂富含n-3 HUFAs的鱼油组全鱼粗脂肪含量显著低于小麦胚芽油组，且鱼油组血清甘油三酯和总胆固醇含量显著低于小麦胚芽油组。

然而，也有报道称，添加n-3 HUFAs提高或不影响全鱼组织中脂肪含量。2016年，Li等[32]报告，随着饲料中鱼油含量的增加(0%、1%、3%)，三疣梭子蟹肌肉中粗脂肪含量呈上升趋势。张稳[33]报道，用n-3 HUFAs含量分别为0.74%、1.14%、1.55%、1.94%、2.35%、2.76%(DHA/EPA比例均为1∶1)的日粮，投喂幼蟹8周，其机体粗脂肪含量显著高于对照组(P＜0.05)。饲料n-3 HUFAs只降低黑鲷幼鱼肌肉中的脂肪含量，但对全鱼组织的脂肪含量无显著影响[34]。

HUFAs除了为机体提供必需脂肪酸外，还可储存和通过β氧化提供能量。脂肪酸的β氧化是在线粒体和过氧化物酶体中进行的一个完整的酶促反应过程。HUFAs都可以促进线粒体的β氧化。当EFAs的量超过机体利用限度时，便会被β氧化，最终以ATP的形式提供能量。DHA也可被β氧化，并促进线粒体的生成，为机体提供能量[35]。草鱼在摄食n-3 HUFAs后的第1～2周，甘油三酯脂肪酶(ATGL)基因的表达水平显著高于对照组[36]。ATGL是催化脂肪水解的关键酶。但是，不同脂肪酸被利用的顺序相异[35]。通常，DHA、EPA、AA被选择性地优先保存下来。金头鲷(Sparus aurata)和大菱鲆(Scophthalmus maximus)等在胚胎发育和仔鱼吸收卵黄内源营养阶段，利用脂肪酸的顺序是按n-9、n-6、n-3系列进行的[37]。饲料HU⁃FAs的组成除了影响大西洋鲑(Salmo salar)脂肪生成，还间接影响其葡萄糖、糖原的沉积和中间代谢[11]。

2 HUFAs影响水生动物蛋白质代谢

适宜的HUFAs能提高饲料蛋白质的转化效率。Liao等[38]给刺参(Stichopus japonicus)幼参分别投喂含0.22%和0.46%n-3 HUFAs的饲料后，其体重、饲料转化率、蛋白有效率、粗蛋白含量均显著高于投喂含0.15%n-3 HUFAs饲料的幼参。饲料中适宜的HU⁃FAs含量和比例，能提高饲料蛋白质转化效率，节约蛋白质[39]。此外，在同一蛋白质水平内，黑鲷幼鱼的特定生长率和蛋白质效率随饲料中脂肪水平的增加而提高，降低饲料系数[40]。Bell等[41]认为，饲料中n-3 HUFAs能促进蛋白质在大西洋鲑肌肉中沉积。通常，鱼类对碳水化合物的消化能力较差，一部分蛋白质作为能源被消耗。因此，提高脂肪含量，增加可利用的能量(脂肪)后，能节约消耗蛋白质，提高蛋白质利用效率，即脂肪对蛋白质的节约效应[39]。HUFAs能显著提高生长速率、饲料转化率和粗蛋白含量[42]。在饲料中添加0.52%的n-3 HUFAs，可减少肝胰脏脂质含量和提高鲤鱼幼鱼的蛋白质效率，并促进一些与脂质代谢相关的基因如脂蛋白脂肪酶(LPL)、硬脂酰辅酶A去饱和酶(SCD)和过氧化物酶体增殖物激活受体α(PPARα)的表达[43]。潘瑜[44]用添加1.5%鱼油的饲料投喂鲤鱼，显著增加了鱼粗蛋白含量，显著降低粗脂肪含量，显著提高肝胰脏LPL活性。

然而，应该指出的是，脂肪对蛋白质的节约作用有一定的限度范围，蛋白质和脂肪的生理功能不能相互替代。一方面，蛋白质含量过低将严重阻碍鱼类生长，另一方面，饲料脂肪过高，会使脂肪沉积在腹腔及肠系膜上，影响鱼类的品质及健康[42]。Helland等[45]发现，同在54%蛋白质水平，当饲料的脂肪水平从16%增加到20%时，脂肪对所投喂的太平洋刺鳍鱼(Centro⁃pyge hotumatua)的蛋白质有节约作用，但再增加脂肪水平，则无节约作用。

此外，何流健[46]配制成n-3 HUFAs水平分别为0.5%、1.5%、3.0%、4.0%、5.0%、6.0%、7.0%的七组等氮等脂实验饲料，投喂斜带石斑鱼(E.coioides)幼鱼66 d，鱼体粗脂肪的含量随饲料n-3 HUFAs水平的升高而显著降低(P＜0.05)，但对石斑鱼全鱼水分和粗蛋白的含量无显著影响(P＞0.05)。魏广莲等[47]用富含HUFAs的饲料(鱼油含量为4.76%)投喂刀鲚(Coilia nasus)幼鱼60 d，其肌肉中粗蛋白质含量比对照组降低了27.78%，而粗脂肪含量稍有升高，但差异不显著(P＞0.05)。

3 HUFAs影响水生动物糖(能量)代谢

HUFAs可调节鱼体血糖水平、葡萄糖代谢、提高胰岛素敏感性，改善胰岛素功能等。脂联素能够调节葡萄糖代谢、降低血脂水平、改善胰岛素功能，而HU⁃FAs能显著促进脂联素基因的表达和分泌[48]。在DHA 25～100 mol/l浓度范围，DHA可以提高细胞脂联素mRNA表达，改善糖脂代谢[49]。但是，用不同浓度DHA(50～400 mol/l)、不同作用时间(0～72 h)之于小鼠胚胎或纤维细胞(3T3-3L)，发现DHA下调脂联素mRNA的表达，且抑制效应呈时间、剂量依赖性[50]。Bueno等[51]发现，HUFAs调节脂联素mRNA表达受时间和剂量影响。

高DHA/EPA能有效降低机体空腹血糖水平，具有较好的降血糖作用。与模型小鼠对照组比较，高DHA/EPA组的小鼠血清胰岛素平均下降18.5%(P＜0.01)；HOMA-IR指数平均下降35.4%(P＜0.01)。说明，高DHA/EPA能较好地降低血清胰岛素，改善胰岛素功能[52]。

通常，鱼类对碳水化合物的消化能力较差。然而，HUFAs可间接影响葡萄糖、糖原的沉积和中间代谢，从而影响鱼类能量代谢。Morais等[11]发现，饲料HU⁃FAs的组成除了影响大西洋鲑(Salmo salar)肝脂肪生成外，还间接影响葡萄糖、糖原的沉积及其中间代谢。

HUFAs在调控脂类代谢时，会抑制肝中糖酵解酶的基因转录[53]。在斑马鱼(Daniorerio)、大西洋鲑(Salmo salar)和金头鲷(Sparus aurata)，其固醇调节元件结合蛋白(SREBP-1)可调节脂肪酸合成或糖代谢相关基因的表达[54-58]。

4 HUFAs影响水生动物核酸代谢

HUFAs通过影响机体核酸、蛋白质等代谢，直接或间接影响生长发育。实验证明，添加EPA、DHA和AA等n-3 HUFAs，可促进军曹鱼(Rachycentron cana⁃dum)幼鱼的核酸代谢，提高RNA/DNA比率，增加蛋白质合成，加速生长；而且不同剂量和比例的EPA、DHA和AA对军曹鱼幼鱼核酸代谢影响相异，剂量高的影响大，与鱼肌肉核酸代谢成正比，与幼鱼生长正相关[59-60]。用添加n-3 HUFAs的饲料饲喂草鱼三个月后，发现n-3 HUFAs能够影响鱼核糖核酸聚合酶Ⅱ核心启动序列和真核翻译起始因子eIF-4a等基因的表达[43]。HUFAs可通过影响过氧化物酶体增殖物激活受体(PPARs)和PPARγ辅助活化因子α(PGC-1α)而对一些基因进行调控[61]。而且用含有2.02%n-3 HUFAs的饲料投喂西伯利亚鲟(Acipenser baeri Brandt)仔鱼32 d，其内脏团中PPARs、LPL等基因表达量均显著高于0.27%n-3 HUFAs组[14]。HUFAs能提高鱼体中Δ5、Δ6脂肪酸去饱和酶基因的表达量，表明HUFAs能诱导Δ5、Δ6脂肪酸去饱和酶基因mRNA的转录[62-64]。

5 HUFAs对水生动物代谢影响的机理

5.1 HUFAs通过受体和基因影响代谢

HUFAs可通过直接或间接的途径影响某些重要基因的表达，进而调控机体代谢。日粮n-3 HUFAs影响参与信号转导、细胞进程、代谢、转运、转录调节和免疫反应的基因，也影响编码蛋白丝氨酸/苏氨酸激酶、核激素受体以及细胞因子受体基因的表达[65]。其中一个重要的转录因子就是PPARs，已在乌颊鱼(Spa⁃rus macrocephlus)和比目鱼(Hippoglossus stenolepis)等鱼类发现三类PPARs亚型[66]。PPARs对于n-3 HU⁃FAs亲和性强于n-6 HUFAs。PPARα能够促进脂肪酸分解基因如乙酰辅酶A氧化酶(ACO)和硫解酶等的表达，促进脂肪酸转运、吸收基因如脂肪酸转运蛋白(FATP)和脂肪酸转位酶(FAT)/CD36等的表达，还可促进脂蛋白A-Ⅰ和A-Ⅱ基因的表达，进而影响脂肪代谢。n-3 PUFAs能上调PPARα的表达，进而激活其靶基因如脂蛋白酯酶(LPL)和肉毒碱棕榈酰转移酶Ⅰ(CPTⅠ)的表达，促进脂肪分解代谢[67]。

Gorge Howell等[68]发现，n-3 PUFAs是通过抑制肝X受体α(LXRα)的转录而抑制胰岛素上调的SREBP-1c基因转录的。肝LXR是一种转录调控因子[69]。LXR可以调节胆固醇代谢[70]、脂肪酸合成[68]等过程中相关基因的表达。不饱和脂肪酸可作为LXR激动剂[71]，HUFAs可调控LXR的表达[10]。植物油替代66%鱼油显著降低鲑鱼肝[72]和金头鲷(Sparus aurata)[73]脂肪组织LXR基因的表达，饲料中较低n-3 PUFAs、较高的n-6 PUFAs和较低胆固醇含量，均导致LXR表达量降低。

5.2 HUFAs通过影响代谢酶调节代谢

HUFAs通过影响酶的表达或活性调节代谢。HUFAs可以影响脂质生成相关酶LPL的表达及酶活性，进而影响机体脂肪代谢。HUFAs抑制肝脂肪生成相关酶AMP和激活蛋白激酶(AMPK)，再通过抑制固醇调节元件结合蛋白-1c(SREBP-1c)基因表达而抑制脂肪合成[74]。在体及离体研究均证实，HUFAs可以促进脂肪细胞内线粒体和过氧化酶体脂肪酸的氧化速率，这一作用主要是通过促进氧化相关酶的活性来实现的，这些酶包括肉毒碱棕榈酰转移酶-Ⅰ、酰基辅酶A氧化酶和烯酰辅酶A水合酶。Luo等[65]研究发现，投喂含n-3 HUFAs饲料后，罗非鱼(Oreochromis niloti⁃cus)肌肉中的HUFAs含量增加，总n-3脂肪酸和总PUFAs也随之升高，显著影响肝中琥珀酸脱氢酶、乳酸脱氢酶、苹果酸脱氢酶、脂蛋白脂酶和肝脂酶的活性并促进脂质代谢。

6 小结与展望

综上所述，HUFAs可通过多种途径影响水生动物代谢，其机理十分复杂，我们对此研究和理解有限。今后应多学科结合，综合运用现代分子生物学技术，认真研究HUFAs对水生动物代谢的影响及其机理，在深入理解的基础上，应用HUFAs调控水生动物代谢，促进水产业的高效生产，提高社会效益和经济效益。今后，应加强以下方面的研究：①探讨相关研究技术，为深入研究提供先进的技术手段；②进一步研究水生动物对n-3 HUFAs、n-6 HUFAs的需求量，以及n-3/n-6的比例；③研究其他物质和HUFAs共同对水生动物的影响；④深入研究HUFAs如何通过转录因子调节水生动物代谢；⑤研究HUFAs对不同物种海、淡水水生动物的代谢影响，从生态系统水平上研究HUFAs对代谢的影响；⑥深入研究作用机制。