維生素A對比目魚生長和發育影響的研究進展

譚 珊，宋欣媛，吳培福

（西南林業大學，云南昆明 650224）

1 前言

海洋魚類養殖中，比目魚的養殖比例較小。2008年，其占海魚品種總產量的10%。

但受高端市場價格的驅動，許多亞洲和歐洲國家比目魚的產量由26310 t增至148807 t。在過去的十年里，比目魚的生產一直受到阻礙，如生殖障礙、色素沉積、幼蟲死亡率高、質量差，產卵不連續和骨骼畸形（Hamre等，2007）。大多數骨骼結構的發育在幼蟲和青年階段，骨骼疾病與一種目前還尚不清楚的環境和物質之間存在相關性，早期發育過程是影響骨形成的關鍵因素（Michie，2001）。

視黃醇，又稱維生素A（Vitamin A，VA），是一種影響形態發生的營養素，包括所有與視黃醇具有相同生物活性的化合物。因為魚類不能合成VA，它們必須從日糧中獲得最佳水平，適當的化學形式的VA。一般來說，VA及其前體（類胡蘿卜素）通過復雜的新陳代謝從食物中獲取，蛋白質和酶調控VA的吸收、運輸、沉積和轉化為活性形式，目前研究表明，主要有兩種活性形式：（1）視黃醛，作為視紫紅質在眼睛中的發色團（Pepe，1999）；（2）視黃酸，其是VA的主要活性代謝物，代表VA的其他非視覺功能（Ross等，2000）。視黃酸與細胞核視黃酸受體（如VA酸受體和視黃醇X受體）結合，通過核視黃酸受體調控基因表達，細胞分化和增殖過程決定身體模式，生長和骨骼結構的發育，以及作為一個重要的元素如神經和免疫系統中發揮作用（Ross等，2000）。營養需求和環境與每一種魚類的幼蟲發育階段、骨骼發育和解剖結構密切相關，因此，了解魚類幼蟲的營養需要和環境要求必不可少。然而，盡管營養對哺乳動物的骨骼發育和重塑的影響已經得到廣泛研究，但在魚類中的研究較少。飼糧中VA對比目魚發育和水產養殖的影響取決于以下因素：飼糧中VA的化學形式和劑量、供應時間、魚的發育階段以及該物種的特定個體發生，因此，可以通過日糧對每種比目魚的VA需求進行微調，盡管它們具有相似的骨骼結構和共同發育過程（Watanabe等，2008）。

2 比目魚骨骼發育與變形

一般來說，海洋魚類的幼蟲比其他脊椎動物孵化的時間早得多，其發育會持續數天或數月（Haga等，2002）。硬骨動物骨骼的時空序列與高等脊椎動物有很大不同，特別是魚類幼蟲在其早期個體發育過程中，會經歷形態發生和骨骼發生，幼蟲發育成幼魚的所有器官和系統，而在比目魚中，由于其變形和底部沉降，使幼魚發育更為復雜（Geffen等，2007）。總之，變形是一個胚胎后期的過程，為了適應新的生境，它涉及到形態、生化和生理變化（Power等，2008）。由于比目魚局域顯著的發育特征（可能是為了適應底棲生物的生存而進化的），如側眼，一只眼睛移向頭部的另一邊，需要對組織進行廣泛的重新排列和再造，而這些重組和再造發生在單個形態元素的層面上，而不是軟骨的整體變形（Martinez和 Bolker，2003）。比目魚在蛻變過程中，其骨架會出現以下形態的變化：（1）顱和內臟骨骼發生90°旋轉；（2）眼球移向眼上側，導致神經顱和咽顱重組；（3）胸鰭的重塑（Schreiber，2006）。

除了蛻變，幼蟲還會經歷另一個關鍵時期——定居期，即發育過程達到少年期。在這個過程中，幼蟲從遠洋遷移到水底環境，包括行為和生態的改變，使魚能夠適應它最終的環境，變形過程或變形后的影響視比目魚的品種而定（Geffen等，2007）。在發育期間，即使沒有進行眼動，也可能發生定居，這表明它不是對眼球移動的適應性反應，而是改變前庭對甲狀腺激素反應的結果（Schreiber，2006）。在定居期間，幼魚也是如此，發揮正常的色素沉著模式，但即使成功的變形（眼睛一棟）眼睛移動和定居發生，魚可能仍表現為色素沉著受損，如白化病或著色過度（Haga等，2002）。比目魚幼蟲發育過程中最重要的過程之一是骨形成，在這個過程中，支撐身體的骨骼結構通過骨骼發育和轉化從雙邊對稱到完全不對稱形式的重塑，允許正確的眼球移動并導致魚類正常沉降和色素沉著（Schreiber，2006）。

總結，變形階段（眼球移動）和骨形成在合適的時間上進行可以提高幼年比目魚的生產效率，提高養殖效率、魚的品質和市場價值（Michie，2001）。營養在第一進料階段已被確定是一個影響幼蟲發育的關鍵因素。在過去的一些研究中表明，均衡的營養在初次喂養中起至關重要的作用，且由于比目魚幼蟲最初發育階段不同，喂養和不同的骨骼發生，每一個營養化學形態的微調、日糧劑量及幼蟲發育提供營養物質的階段對比目魚達到適當的骨骼發育都非常重要（Hamre等，2005）。

3 VA的代謝

VA是一種影響形態發生營養素，包括所有視黃醇相同生物活性的化合物。眾所周知，視黃酸是VA的主要活性代謝物，在形態發生和細胞增殖分化中起著關鍵作用，決定脊椎動物生長，身體發育模式、神經系統、四肢和骨骼的發育（Ross等，2000）。目前關于VA的大多數研究集中在高等脊椎動物上，很少有研究關注魚類。此外，隨著VA在飼料和動物組織中的定量檢測方法的改進，視黃酸的檢測得到提升，由于該化合物是VA最活躍的代謝物，其在動物組織中含量極低（Moren等，2005）。

目前已知的類胡蘿卜素大約有600種，但只有大約50種具有VA前體的活性（Olson，1989）。β-胡蘿卜素（最有效的視黃醇前身）通過中央裂解產生視黃醛，進而形成與細胞視黃醇結合蛋白II 的a復合物，這個復雜過程是為了保護視黃醛免受氧化，并允許其在視黃醛還原酶的作用下還原為視黃醇（Kakkad和 Ong，1998）。視黃醇一旦與目標細胞結合，就會被轉化用于視黃醛，用作視紫紅質在眼睛中的發色團或作為類VA的來源，為后續胚胎發發育成幼蟲提供促進作用（Irie和Seki，2002）。此外，視黃醇還可以通過酯化的方式儲存或代謝產生視黃酸，然而，這是一個復雜的代謝途徑，涉及到兩個與調控細胞內視黃酸生理水平緊密聯系的合成和分解代謝（Duester等，2003）生理水平。在這一代謝激活過程中，視黃醇脫氫酶將視黃醇還原為視黃醛，然后通過視黃醛脫氫酶轉化為視黃酸，最后游離的細胞質視黃酸可以被Cyp26酶降解為4-OH-視黃酸，4-oxo-視黃酸或18-OH-視黃酸（Germain等，2006）。

幼蟲視黃醇含量下降，棕櫚酸視黃醇隨時間的增加含量下降。此外，有研究表明，比目魚幼蟲能迅速分解日糧中的at視黃酸，使喂食后18 h內分泌量降低50%（Haga等，2004）。綜上所述，VA的代謝是一個高度復雜的過程，它包括不同來源的VA，涉及不同酶和轉運蛋白的參與，需要特定的組織儲存。此外，由于幼蟲階段消化系統還沒有發育完全，幼蟲期的日糧對VA和VA化合物的需求可能與幼蟲的發育階段有關（Moren等，2005）。類維生素A的代謝途徑與體內穩態的關系，包括在魚類個體發育過程中的吸收、儲存和分解還需要進一步的研究。

4 維生素A對比目魚產卵性能和后代質量的影響

關于飼糧VA含量對性成熟和生殖性能的影響有大量研究，如飼糧VA對哺乳動物代謝、類維生素A向性腺的積累和轉運、性腺發育和生殖的影響，以及后代的數量和質量（Clagett-Dame和Deluca，2002）。不同形式的VA（視黃醇、視黃醇酯和類胡蘿卜素）已經在幾種淡水和海魚的卵中被檢測到，比目魚卵主要含有視黃醛和少量的視黃 醇（Lubzens等，2003）。Furuita等（2001）評價了不同水平的日糧VA對比目魚產卵性能和魚卵質量的影響，結果發現，110000 IU/kg的VA可以延長產卵期和產卵總數。同時日糧高水平VA（3370000 IU/kg）增加魚卵VA含量和產卵性能，但不影響幼蟲質量。魚卵中的視黃酸濃度可能不足以超過細胞內視黃酸結合蛋白的結合能力，從而阻止RARs的異位，導致基因表達異常，或是因為胚胎不能提供適當的代謝酶來將卵黃囊中的高視黃醇轉化為其他類視黃醇。這似乎表明，在胚胎發育到第一次喂食之前，動物不能將VA轉化為視黃醛，然后再將視黃醛轉化為視黃酸（Suzuki等，2000）。此外，上述研究證實了以下結論：（1）日糧直接影響魚類繁殖和蟲卵質量；（2）魚類具有很強的能力來調節VA的代謝和VA從肝臟到卵的運輸；（3）比目魚魚卵沉積視黃醇，而不僅是視黃醛（Furuita等，2003）。此外，以棕櫚酸視黃醇酯或醋酸酯作為VA的添加形式能給處于發育階段的魚類將這些類維生素A轉化為所需的活性視黃醛和視黃酸形式，但這并不能代表它是比目魚繁殖所需的最適VA水平。

5 維生素A對比目魚幼蟲發育的影響

由于骨骼畸形通常存在于幼魚發育階段，了解誘導幼魚在這個階段發生骨骼畸形的機制有助于采取相應策略。由于儲存在魚卵中的營養物質會影響軟骨成分的發育，如咽弓、神經顱和胸鰭。但要改變卵中VA的含量是不容易的，因為母體能控制VA從肝臟到卵巢的運輸。此外，卵黃中高水平VA未誘導幼蟲骨骼發育異常（Furuita等，2001）。為了進一步研究這條思路，前人開展了不同的試驗來研究VA過量或缺乏對骨骼發育的影響（Tarui等，2006）。Suzuki等（2000）將幼魚放在不同濃度的視黃酸異構體及不同類視黃酸酸X受體激動劑條件下，研究視黃酸對幼魚發育過程的重要性。這種實驗方法可以很好的反映視黃酸是如何控制骨骼（咽弓、胸鰭、顎和椎體）的發育及與骨骼在發育早期畸形表現存在的相關分子通路。

毫無疑問，研究視黃酸對骨骼分子通路的影響具有重要作用。然而，比目魚養殖的生產需要實用信息，在這方面，有相關研究確定了飼料中VA的最佳需要量。比目魚的幼蟲，與大多數海魚養殖品種一樣，只進食活的外源性物質，因此，研究營養物質對魚類早期發育的需求和影響是否使用足夠的活獵物，如輪蟲和鹵蟲（Monroig等，2006）。一般來說，有許多因素影響獵物胞液營養物質富集效率的因素，如生活環境的密度、溶解氧、曝氣強度或水動力（Takeuchi等，1995）。比目魚幼蟲因其具有特異性發育時間，研究其營養需要較為復雜。在設計VA營養需要研究時，很難保持比目魚第一次喂食活獵物時VA的總量不變。有學者認為，椎體畸形（融合和壓迫）加速了椎體的形成和生長，其中主要是發生在軟骨細胞增殖分化過程中；然而也有研究表明，比目魚和其他硬骨魚一樣，椎體發生膜間骨化，因此，壓迫和融合的椎骨可能是一個結果，如脊索遭受破壞（Hall，2005）。比目魚胚胎暴露于高水平視黃酸條件下對幼魚的存活率無顯著影響（Suzuki等，2000）。這些差異可能是由于日糧中VA含量較高時并不會嚴重導致骨骼畸形，但可能會降低幼魚的生存能力，因為骨骼畸形如咽弓的畸形可以很大程度上降低幼魚的生存能力（Suzuki等，2000）。

日糧VA的最適需要水平取決于幼魚的發育階段，更重要的是對魚類骨骼形成的影響取決于日糧中所含的每一種VA化合物及VA總量。日糧和VA提高了活獵物的生存條件（溫度、溶解氧和光），日糧中高水平VA可以加速眼球移動和骨化，在提高比目魚生產效率的同時，降低了幼魚批次之間的變異性和變異時間，最終降低養殖成本（Fernandez等，2009）。然而，日糧高水平VA可能破壞骨的正常發育時間和結構，導致骨骼畸形，濃度過高會引起黑素過多。

6 維生素A對成魚生長發育的影響

大量研究主要集中在日糧維生素A水平對幼魚骨骼發育的影響，但關于維生素A對成魚的研究報道較少（Lewis-McCrea和 Lall，2010）。Goda等（1994）的研究發現，日糧VA水平對肝臟脂肪酸含量存在影響，高VA水平日糧可以降低肝臟EPA含量和n-3脂肪酸含量。當考慮骨骼畸形發生的頻率，Goda等（1994）也發現VA對平均椎骨數量無顯著影響，雖然對照組未發現脊柱側彎，融合和壓縮，但高水平VA是否對脊柱有影響還尚不清楚。

7 結論

研究日糧VA含量對比目魚成骨發育的影響，在幼體發育過程中，主要以日本比目魚為主要研究對象。利用不同營養手段進行研究，由于日糧、環境和VA的化學形式不同，研究過程也存在一定困難。但目前關于VA對比目魚生長和發育的影響也得到了一些結果：日糧VA水平不平衡會影響比目魚骨骼的發育，但這也取決于個體生理與發育狀態、發育階段、VA的化學形態及養殖環境（溫度、水流和光照）。