魚類腸肝炎癥的藥物研究獲進展

通過增強抗病免疫來保證魚類生長性能十分重要。水產(chǎn)養(yǎng)殖中，飼料中植物蛋白等成分可引發(fā)魚類腸炎并引起長期不可逆的生長抑制。魚類腸黏膜是機體與外界的雙向互動界面，其免疫系統(tǒng)同時發(fā)揮屏蔽病原和協(xié)助營養(yǎng)吸收的雙重功能。而魚類的肝臟與腸黏膜組織共同構(gòu)成腸肝軸，飼料引起的養(yǎng)殖魚類腸炎常伴隨肝臟病變。因而，針對魚類腸肝炎癥的藥物及其發(fā)現(xiàn)方法和評價體系的研究十分必要。

中國科學院水生生物研究所水體生物信息學學科組研究人員基于已在Frontiers in Physiology雜志上發(fā)表的草魚 SBMIE 腸肝轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)，通過TCMID（Traditional Chinese Medicines Integrated Database）來預測對腸肝炎癥有效的藥物。該預測方法基于差異基因的表達量（DEG），結(jié)合蛋白互作網(wǎng)絡（PPI），使用 GeneRank 算法對目標基因，按照其重要性排序來選取排列靠前的300個基因作為關(guān)鍵基因，以構(gòu)建關(guān)鍵基因列表；再將關(guān)鍵基因相應的靶標化合物匹配到TCMID數(shù)據(jù)庫，得到含有相應草本成分較多的中藥；隨后基于中藥的活性成分及其藥理篩選到治療腸炎的潛在藥物——沙棘（Hippophae rhamnoidesL.）。根據(jù)以上魚類腸肝炎癥的藥物預測結(jié)果，將沙棘添加入飼料，在斑馬魚食源性腸炎模型（SBMIE）模型中（已獲專利授權(quán)）對其抗腸肝炎癥的效果進行評價，運用免疫基因表達分析、免疫細胞成像、病理及生長評價、多組學分析（轉(zhuǎn)錄組和微生物組）等方法，揭示了沙棘的抗腸肝炎癥的分子免疫機理。

在斑馬魚SBMIE模型中，研究發(fā)現(xiàn)添加沙棘果粉后可顯著減輕腸黏膜和肝臟組織的炎性反應。病理學上，沙棘果粉能夠改善豆粕飼料引起的腸絨毛萎縮，同時減少肝臟中炎癥相關(guān)脂肪顆粒的沉積；此外，在micro-CT數(shù)據(jù)分析中，可觀察到魚體的脂肪含量明顯增加，暗示沙棘具有逆轉(zhuǎn)豆粕引起的生長性能下降的潛能。在斑馬魚幼魚SBMIE模型中，通過進一步免疫熒光成像觀察，研究發(fā)現(xiàn)沙棘對于先天免疫細胞（中性粒細胞和巨噬細胞）和后天免疫細胞（淋巴細胞，特別是T細胞）的免疫調(diào)節(jié)作用，具體體現(xiàn)為顯著抑制幼魚中后腸炎性反應的中性粒細胞和巨噬細胞數(shù)量，改變巨噬細胞的形態(tài)，還可抑制T淋巴細胞的炎性聚集。在肝臟中，豆粕飼料中添加沙棘可降低CD4陽性細胞比例。斑馬魚模型中，轉(zhuǎn)錄組差異表達基因的通路富集分析還發(fā)現(xiàn)，沙棘可能會阻斷腸黏膜組織凋亡相關(guān)的p53信號，并激活肝臟中的PPAR信號通路來調(diào)節(jié)脂肪酸代謝。微生物組學分析結(jié)果還表明，沙棘添加組腸黏膜的細菌豐富度（OTU數(shù)量）顯著增加，并出現(xiàn)與非致炎的魚粉組相似的微生物組成，提示沙棘可通過調(diào)節(jié)菌群來改善腸炎。

以上研究結(jié)果提示沙棘果粉作為魚類的飼料添加劑，能夠顯著改善水產(chǎn)養(yǎng)殖中因飼料引發(fā)的腸肝病變，并提高生長指標。研究提供了生物信息學預測水產(chǎn)飼料用功能添加劑或藥物的實例，并采用遺傳背景清晰和免疫細胞標記的模式魚類斑馬魚來進行水產(chǎn)藥理的實驗室評價，相對經(jīng)濟魚類的實驗縮短了研究周期且節(jié)約人力物力，為水產(chǎn)基礎研究提供了新模式。

研究工作得到國家自然科學基金的資助，由水生所與華中農(nóng)業(yè)大學信息學院農(nóng)業(yè)生物信息湖北省重點實驗室合作完成。相關(guān)研究成果以Dietary Inclusion of Seabuckthorn (Hippophae rhamnoides) Mitigates Foodborne Enteritis in Zebrafish Through the Gut-Liver Immune Axis為題，發(fā)表在Frontiers in Physiology上。

圖1.基于GeneRank的魚類食源性腸肝炎癥的藥物篩選及機理分析流程

圖2.micro-CT測定實驗魚的總脂肪含量（脂肪組織標為紫色；FM：魚粉組，SBM：豆粕組，SB：沙棘組）

來源：中國科學院水生生物研究所