魚碳水化合物營(yíng)養(yǎng)研究進(jìn)展(下)

劉興旺，徐田田，黃燕華，朱敬強(qiáng)

(1.廣州飛禧特生物科技有限公司，廣東 廣州 510640；2.廣東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院動(dòng)物科學(xué)研究所，廣東 廣州 510640；3.上海海洋大學(xué)水產(chǎn)與生命學(xué)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(shí)間延長(zhǎng)。一方面可能是葡萄糖穩(wěn)態(tài)混亂導(dǎo)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(gè)過程不平衡(Panserat等，2001)；另一方面可能與以下因素有關(guān)：①葡萄糖對(duì)魚體運(yùn)動(dòng)所需氧化供能貢獻(xiàn)小，魚體內(nèi)葡萄糖周轉(zhuǎn)率與哺乳動(dòng)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(zhǎng)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(nèi)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(zhuǎn)運(yùn)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(jié)果，葡萄糖穩(wěn)態(tài)通過反饋機(jī)制保持血糖穩(wěn)定。體內(nèi)不同組織的葡萄糖感應(yīng)器對(duì)血糖濃度進(jìn)行監(jiān)控并使機(jī)體做出響應(yīng)，如激素分泌、自主神經(jīng)系統(tǒng)激活等。魚的葡萄糖感應(yīng)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(jīng)元及星型膠質(zhì)細(xì)胞中。腦和布氏體中葡萄糖感應(yīng)器的構(gòu)成部件主要是葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)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(zhuǎn)運(yùn)載體(SGLT)、GLUT2、GK和KATP等。

對(duì)畜禽動(dòng)物來說，饑餓狀態(tài)下機(jī)體會(huì)調(diào)動(dòng)肝糖原快速分解以維持血糖穩(wěn)定，而在魚上糖原在此狀態(tài)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(fā)現(xiàn)饑餓狀態(tài)下魚優(yōu)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(zhì)。紅鮭在產(chǎn)卵洄游過程中則優(yōu)先使用肌肉蛋白，肝糖原卻相對(duì)穩(wěn)定，這意味著洄游過程肌肉蛋白被同時(shí)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(shí)期也更優(yōu)先利用肌糖原而非肝糖原(Lim等，1989)。在此，我們必須提出一個(gè)問題，對(duì)魚來說是肝糖原轉(zhuǎn)化為葡萄糖的效率較低，還是轉(zhuǎn)化為葡萄糖后轉(zhuǎn)運(yùn)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(dá)量變化值得對(duì)比研究。此外，糖原在糖原磷酸化酶作用下轉(zhuǎn)變?yōu)?-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(shí)，應(yīng)綜合考慮糖異生不同步驟的關(guān)鍵酶表達(dá)量，而不應(yīng)僅僅關(guān)注葡萄糖-6-磷酸酶的活性。

在虹鱒上的研究發(fā)現(xiàn)，胰島素具有其在哺乳動(dòng)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I(lǐng)R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(yīng)激(Pet er sen等，1987)、促進(jìn)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(yīng)大部分是在肝臟中測(cè)定的，肝臟往往表現(xiàn)出對(duì)胰島素的敏感性，而肌肉和脂肪組織對(duì)胰島素的敏感性不強(qiáng)，而且長(zhǎng)期的外源胰島素補(bǔ)充可能導(dǎo)致組織對(duì)其敏感性喪失。雖然已經(jīng)證實(shí)氨基酸能夠刺激魚的胰島素分泌，但不同實(shí)驗(yàn)均證明葡萄糖也可以誘導(dǎo)魚的胰島素分泌。把魚的胰島素細(xì)胞移植到糖尿病模型的裸鼠中，發(fā)現(xiàn)出現(xiàn)對(duì)葡萄糖的積極響應(yīng)。由以上研究可以推測(cè)，魚對(duì)葡萄糖的利用率低可能不是由于缺乏胰島素分泌導(dǎo)致的。除胰島素外，還存在一些其他激素可能會(huì)調(diào)節(jié)魚的葡萄糖代謝，如胰高血糖素對(duì)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(jìn)葡萄糖產(chǎn)生；胰島素樣生長(zhǎng)因子-I(IGF-I)在刺激虹鱒肌肉和脂肪細(xì)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(shí)抑制糖異生(Lu等，2015)等。

Wr ight等(1998)在羅非魚上只發(fā)現(xiàn)葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)載體GLUT-1(胰島素不依賴型)，在哺乳動(dòng)物細(xì)胞中GLUT-1只負(fù)責(zé)葡萄糖的基礎(chǔ)轉(zhuǎn)運(yùn)，而哺乳動(dòng)物有的GLUT-4轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白(胰島素敏感型轉(zhuǎn)運(yùn)載體)在羅非魚上卻沒有發(fā)現(xiàn)。在高等脊椎動(dòng)物中，GLUT4在葡萄糖穩(wěn)態(tài)中起著重要作用，它介導(dǎo)胰島素促進(jìn)周圍組織葡萄糖攝取的作用?；A(chǔ)狀態(tài)下，GLUT4位于細(xì)胞內(nèi)，在胰島素刺激下，GLUT4被吸收到質(zhì)膜上，允許葡萄糖進(jìn)入細(xì)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(fā)現(xiàn)GLUT4表達(dá)(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(yīng)性轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白的序列差異性，從而導(dǎo)致其對(duì)葡萄糖的親和力相對(duì)較低，而且對(duì)胰島素的刺激反應(yīng)較弱(Capil l a等，2010)。此外，在金鯧和軍曹魚上的研究也發(fā)現(xiàn)飼料碳水化合物反而會(huì)抑制肌肉GLUT4的表達(dá)(Li等，2019)，虹鱒上的研究也發(fā)現(xiàn)了類似的結(jié)果(Kamal am等，2013)。這可能是魚對(duì)葡萄糖不耐受的主要原因。此外，魚肌肉中的胰島素受體數(shù)量非常少，這就導(dǎo)致即使血漿胰島素水平較高時(shí)其在周圍組織中也難以發(fā)揮最大的作用(Gut ier r ez等，1991；Navar ro等，1999年)。

有研究發(fā)現(xiàn)高糖條件下可促進(jìn)GK催化葡萄糖合成糖原。魚以糖原形式儲(chǔ)存多余碳水化合物的能力受魚的食性及營(yíng)養(yǎng)狀況影響(NRC，2011)；肝臟是主要的儲(chǔ)存部位，其次是紅肌、腦和骨骼白肌。肝臟中糖原濃度可以達(dá)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(fā)現(xiàn)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(zhuǎn)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(fā)現(xiàn)試驗(yàn)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(fā)現(xiàn)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(jìn)肌肉己糖激酶活力增強(qiáng)?？梢酝茰y(cè)，魚能否有效將肝糖原轉(zhuǎn)換成肌糖原是其糖類利用能力高低的重要標(biāo)志。

哺乳動(dòng)物肝臟脂肪合成酶(FAS)基因表達(dá)能夠受碳水化合物水平作用而上調(diào)，這是細(xì)胞對(duì)高糖的適應(yīng)機(jī)制，即胰島素分泌的適應(yīng)機(jī)制。在草魚上也發(fā)現(xiàn)高碳水化合物會(huì)促進(jìn)糖酵解(GK)，同時(shí)脂肪酸合成酶(FAS)和乙酰輔酶A羧化酶(ACC1)基因表達(dá)顯著上調(diào)，脂蛋白脂肪酶和肉堿棕櫚酰轉(zhuǎn)移酶1顯著下調(diào)，從而誘導(dǎo)更多脂肪沉積(Cai等，2018)。但是這種效應(yīng)可能在不同魚上有所差異，例如在歐洲海鱸上就發(fā)現(xiàn)飼料高淀粉水平能夠促進(jìn)脂肪合成，并形成內(nèi)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)