魚碳水化合物營養研究進展(下)

劉興旺，徐田田，黃燕華，朱敬強

(1.廣州飛禧特生物科技有限公司，廣東 廣州 510640；2.廣東省農業科學院動物科學研究所，廣東 廣州 510640；3.上海海洋大學水產與生命學院，上海 201306)

在肉食性魚上碳水化合物供能能力有限，魚攝食高糖飼料后高血糖時間延長。一方面可能是葡萄糖穩態混亂導致的，主要原因是肝臟葡萄糖磷酸化與葡萄糖-6-磷酸水解兩個過程不平衡(Panserat等，2001)；另一方面可能與以下因素有關：①葡萄糖對魚體運動所需氧化供能貢獻小，魚體內葡萄糖周轉率與哺乳動物相比顯著降低(Haman等，1996)；②氨基酸刺激胰島素分泌的作用比葡萄糖大(Mommsen等，1991)；③生長抑素等其他激素抑制胰島素的分泌(Sher idan等，2004年)；④缺乏抑制內源性葡萄糖生成的作用(Per eira等，1995；Pansert等，2000)；⑤肌肉胰島素受體水平低(Par rizas等，1994；Navar r o等，1999)；⑥葡萄糖引起的肝脂肪生成較弱(Hemr e等，1997)；⑦葡萄糖轉運載體缺乏(Wr ight等，1998)或己糖激酶活性較低(Wil son，1994)等。血糖是葡萄糖攝取和清除差值的結果，葡萄糖穩態通過反饋機制保持血糖穩定。體內不同組織的葡萄糖感應器對血糖濃度進行監控并使機體做出響應，如激素分泌、自主神經系統激活等。魚的葡萄糖感應器(以虹鱒為例)主要分布在腸道、肝胰臟布氏體、腦中某些神經元及星型膠質細胞中。腦和布氏體中葡萄糖感應器的構成部件主要是葡萄糖轉運蛋白2(GLUT2)、葡萄糖激酶(GK)、ATP敏感性鉀通道(KATP)及糖原；在腸道中則主要是Na+依賴性葡萄糖轉運載體(SGLT)、GLUT2、GK和KATP等。

對畜禽動物來說，饑餓狀態下機體會調動肝糖原快速分解以維持血糖穩定，而在魚上糖原在此狀態下作用有限。鱈魚(Bl ack等，1986)、鯉魚(Bl asco等，1992)和擬鯉(Mendez等，1993)上的研究發現饑餓狀態下魚優先使用肝脂供能，其次是肌肉脂肪、肝糖原和肌糖原，最后才是蛋白質。紅鮭在產卵洄游過程中則優先使用肌肉蛋白，肝糖原卻相對穩定，這意味著洄游過程肌肉蛋白被同時用于供能和提供合成肝糖原的骨架(Mommsen等，1980)。彈涂魚在饑餓時期也更優先利用肌糖原而非肝糖原(Lim等，1989)。在此，我們必須提出一個問題，對魚來說是肝糖原轉化為葡萄糖的效率較低，還是轉化為葡萄糖后轉運出肝臟的效率較低？飼料中不同碳水化合物水平條件下肝臟糖原磷酸化酶的表達量變化值得對比研究。此外，糖原在糖原磷酸化酶作用下轉變為6-磷酸葡萄糖，后者在葡萄糖-6-磷酸酶作用下再生成葡萄糖。因此，在討論肝臟糖異生作用時，應綜合考慮糖異生不同步驟的關鍵酶表達量，而不應僅僅關注葡萄糖-6-磷酸酶的活性。

在虹鱒上的研究發現，胰島素具有其在哺乳動物上的近乎所有生理功能(Pol akof等，2012)，包括降低血糖水平(Pol akof等，2010)、激活IR和Akt(Seil iez等，2011年)、刺激周邊組織的葡萄糖攝取(Capil l a等，2004)、通過激活糖酵解減輕葡萄糖氧化應激(Pet er sen等，1987)、促進糖原和脂肪生成(Pol akof等，2011)、抑制糖異生和脂肪酸氧化電位(Pet ersen等，1987；Pl agnes-Juan等，2008；Pol akof等，2010)。這些反應大部分是在肝臟中測定的，肝臟往往表現出對胰島素的敏感性，而肌肉和脂肪組織對胰島素的敏感性不強，而且長期的外源胰島素補充可能導致組織對其敏感性喪失。雖然已經證實氨基酸能夠刺激魚的胰島素分泌，但不同實驗均證明葡萄糖也可以誘導魚的胰島素分泌。把魚的胰島素細胞移植到糖尿病模型的裸鼠中，發現出現對葡萄糖的積極響應。由以上研究可以推測，魚對葡萄糖的利用率低可能不是由于缺乏胰島素分泌導致的。除胰島素外，還存在一些其他激素可能會調節魚的葡萄糖代謝，如胰高血糖素對胰島素起拮抗作用，但在肉食性魚中他們之間的作用還不明確；胰高血糖素樣肽(GLP-1)通過糖原分解和糖異生作用促進葡萄糖產生；胰島素樣生長因子-I(IGF-I)在刺激虹鱒肌肉和脂肪細胞葡萄糖攝取方面比胰島素更有效(Bour aoui等，2010)；瘦素在激活草魚糖酵解的同時抑制糖異生(Lu等，2015)等。

Wr ight等(1998)在羅非魚上只發現葡萄糖轉運載體GLUT-1(胰島素不依賴型)，在哺乳動物細胞中GLUT-1只負責葡萄糖的基礎轉運，而哺乳動物有的GLUT-4轉運蛋白(胰島素敏感型轉運載體)在羅非魚上卻沒有發現。在高等脊椎動物中，GLUT4在葡萄糖穩態中起著重要作用，它介導胰島素促進周圍組織葡萄糖攝取的作用。基礎狀態下，GLUT4位于細胞內，在胰島素刺激下，GLUT4被吸收到質膜上，允許葡萄糖進入細胞(Br yant等，2002)。褐鱒、鮭魚和大西洋鱈魚的心臟、肌肉和脂肪組織中均可發現GLUT4表達(Capil l a等，2004；Hal l等，2006；Pl anas等，2000)。但魚的GLUT4顯示出與已知胰島素反應性轉運蛋白的序列差異性，從而導致其對葡萄糖的親和力相對較低，而且對胰島素的刺激反應較弱(Capil l a等，2010)。此外，在金鯧和軍曹魚上的研究也發現飼料碳水化合物反而會抑制肌肉GLUT4的表達(Li等，2019)，虹鱒上的研究也發現了類似的結果(Kamal am等，2013)。這可能是魚對葡萄糖不耐受的主要原因。此外，魚肌肉中的胰島素受體數量非常少，這就導致即使血漿胰島素水平較高時其在周圍組織中也難以發揮最大的作用(Gut ier r ez等，1991；Navar ro等，1999年)。

有研究發現高糖條件下可促進GK催化葡萄糖合成糖原。魚以糖原形式儲存多余碳水化合物的能力受魚的食性及營養狀況影響(NRC，2011)；肝臟是主要的儲存部位，其次是紅肌、腦和骨骼白肌。肝臟中糖原濃度可以達到200毫克/克，而在白色肌肉中糖原濃度在0.4～2毫克/克。研究發現肝糖原生成在海鱸葡萄糖清除中起著重要作用，其通過將葡萄糖的大部分轉化為糖原緩解其葡萄糖不耐受問題(Mar t ins等，2013)。陳林等(2016)在芙蓉鯉鯽的研究中發現試驗魚肌糖原含量隨飼料碳水化合物增加而顯著上升。劉康(2016)也發現金鯧肌肉中糖原含量顯著高于加州鱸，而肝臟糖原含量顯著低于加州鱸，而且肌糖原含量增加能夠促進肌肉己糖激酶活力增強。可以推測，魚能否有效將肝糖原轉換成肌糖原是其糖類利用能力高低的重要標志。

哺乳動物肝臟脂肪合成酶(FAS)基因表達能夠受碳水化合物水平作用而上調，這是細胞對高糖的適應機制，即胰島素分泌的適應機制。在草魚上也發現高碳水化合物會促進糖酵解(GK)，同時脂肪酸合成酶(FAS)和乙酰輔酶A羧化酶(ACC1)基因表達顯著上調，脂蛋白脂肪酶和肉堿棕櫚酰轉移酶1顯著下調，從而誘導更多脂肪沉積(Cai等，2018)。但是這種效應可能在不同魚上有所差異，例如在歐洲海鱸上就發現飼料高淀粉水平能夠促進脂肪合成，并形成內臟脂肪沉積，而在亞洲海鱸上這種作用就沒有看到(Viegas等，2019)。

(全文完)