溫度是影響動物生理最重要的環(huán)境因子之一，因此研究動物應(yīng)對溫度變化的適應(yīng)機(jī)制具有重要的生物學(xué)意義。哺乳動物在遭受冷應(yīng)激時會增加食物攝入和提高產(chǎn)熱機(jī)能（顫栗性產(chǎn)熱和非顫栗性產(chǎn)熱）來維持恒定的體溫以保障內(nèi)環(huán)境的穩(wěn)定。然而，作為變溫動物，魚類更容易受到冷應(yīng)激的威脅。在水產(chǎn)養(yǎng)殖中，入冬期頻繁的降溫過程也往往帶來大量養(yǎng)殖魚類的死亡。但是，人類對魚類的冷應(yīng)激適應(yīng)機(jī)制的了解至今仍非常有限，因此，了解魚類的抗凍機(jī)制無論在科學(xué)意義還是產(chǎn)業(yè)實(shí)踐上都具有重要意義。

華東師大水生動物與環(huán)境健康實(shí)驗(yàn)室（LANEH）杜震宇教授課題組注意到，在自然界和養(yǎng)殖環(huán)境下，隨著水溫的下降，魚類會降低甚至停止攝食，并處于長期低能量攝入甚至饑餓狀態(tài)，這和哺乳動物通過增加進(jìn)食來應(yīng)對低溫完全不同，這或許表明魚類存在著與哺乳動物不同的低溫適應(yīng)策略。同時，近年來對哺乳動物以及線蟲等一些模式動物的研究表明，適度饑餓對成年個體具有很多益處，比如，適度饑餓可以通過調(diào)節(jié)能量代謝和降低氧化應(yīng)激等機(jī)制增加機(jī)體的抗逆性甚至延緩衰老。因此，杜震宇課題組提出全新的假設(shè)認(rèn)為：魚類在低溫應(yīng)激下減少進(jìn)食進(jìn)入饑餓狀態(tài)，除了由于水溫降低造成運(yùn)動下降減少主動掠食之外，減少進(jìn)食乃至饑餓本身也可能是魚類適應(yīng)低溫應(yīng)激的一種生存策略。

針對這一假設(shè)，杜震宇課題組在過去4年中里進(jìn)行了系統(tǒng)而細(xì)致的探索。研究首先證實(shí)，48到96小時（2到4天）的饑餓會顯著提高斑馬魚在急性冷應(yīng)激下的存活率，說明適度饑餓的確可以提高魚類的抗低溫能力。在此基礎(chǔ)上，課題組又通過轉(zhuǎn)錄組學(xué)、電鏡和生化分析等手段，進(jìn)一步確定饑餓對斑馬魚冷應(yīng)激抗性的影響與能量供應(yīng)和組織損傷修復(fù)有關(guān)。之后，課題組分別從能量代謝和組織損傷修復(fù)這兩個方向入手，利用營養(yǎng)調(diào)控和藥物阻斷手段并結(jié)合基因敲除技術(shù)，最終證實(shí)饑餓所誘導(dǎo)增強(qiáng)的脂肪分解代謝和細(xì)胞自噬分別通過增加能量供應(yīng)和修復(fù)細(xì)胞損傷提高了魚類對冷應(yīng)激的抵抗力。此外，課題組也發(fā)現(xiàn)，對mTOR通路的抑制，不僅能高度重現(xiàn)饑餓對脂代謝和自噬活性的調(diào)節(jié)，也能重現(xiàn)魚類增強(qiáng)冷應(yīng)激抗性的表型，這說明mTOR通路很可能（部分）參與了饑餓對魚冷應(yīng)激抗性的調(diào)控。

圖注：48-96小時的饑餓可以顯著提高斑馬魚在11℃急性冷應(yīng)激下的存活率

圖注：饑餓通過對脂分解供能和細(xì)胞自噬的激活從而增強(qiáng)魚類對低溫應(yīng)激的抵抗

本研究證實(shí)了脂代謝、自噬過程和mTOR通路在魚類抵抗低溫應(yīng)激中的作用機(jī)制，并首次提出一個新的學(xué)術(shù)觀點(diǎn)：魚類在低溫下減少進(jìn)食可能是其應(yīng)對低溫應(yīng)激的一種代謝適應(yīng)策略。

當(dāng)前魚類應(yīng)對低溫應(yīng)激的研究很少從代謝角度開展，因此，本研究工作為該研究領(lǐng)域提供了新的研究思路。本工作中的諸多實(shí)驗(yàn)結(jié)果也可為魚類遺傳育種、功能性飼料研發(fā)和水產(chǎn)養(yǎng)殖技術(shù)提供有價值的參考。近日，本研究的相關(guān)論文《Fasting enhancescold resistance in fish through stimulating lipid catabolism and autophagy》已在生理學(xué)權(quán)威期刊The Journal ofPhysiology（IF_5year= 4.78）上在線發(fā)表。

本研究論文的第一作者為我校生科院LANEH實(shí)驗(yàn)室博士生魯棟梁，通訊作者為杜震宇教授。該工作獲得了多項(xiàng)國家自然科學(xué)基金的支持。

論文第一作者 魯棟梁

相關(guān)論文在線網(wǎng)址：

https://physoc.onlinelibrary./doi/abs/10.1113/JP277091

注：The Journal of Physiology (London)創(chuàng)刊于1878年，是國際上最經(jīng)典的老牌生物學(xué)期刊之一，在生理學(xué)界享有盛譽(yù)。近10年來，JP極少發(fā)表魚類生理學(xué)的論文。