维生素A对比目鱼生长和发育影响的研究进展

谭 珊，宋欣媛，吴培福

（西南林业大学，云南昆明 650224）

1 前言

海洋鱼类养殖中，比目鱼的养殖比例较小。2008年，其占海鱼品种总产量的10%。

但受高端市场价格的驱动，许多亚洲和欧洲国家比目鱼的产量由26310 t增至148807 t。在过去的十年里，比目鱼的生产一直受到阻碍，如生殖障碍、色素沉积、幼虫死亡率高、质量差，产卵不连续和骨骼畸形（Hamre等，2007）。大多数骨骼结构的发育在幼虫和青年阶段，骨骼疾病与一种目前还尚不清楚的环境和物质之间存在相关性，早期发育过程是影响骨形成的关键因素（Michie，2001）。

视黄醇，又称维生素A（Vitamin A，VA），是一种影响形态发生的营养素，包括所有与视黄醇具有相同生物活性的化合物。因为鱼类不能合成VA，它们必须从日粮中获得最佳水平，适当的化学形式的VA。一般来说，VA及其前体（类胡萝卜素）通过复杂的新陈代谢从食物中获取，蛋白质和酶调控VA的吸收、运输、沉积和转化为活性形式，目前研究表明，主要有两种活性形式：（1）视黄醛，作为视紫红质在眼睛中的发色团（Pepe，1999）；（2）视黄酸，其是VA的主要活性代谢物，代表VA的其他非视觉功能（Ross等，2000）。视黄酸与细胞核视黄酸受体（如VA酸受体和视黄醇X受体）结合，通过核视黄酸受体调控基因表达，细胞分化和增殖过程决定身体模式，生长和骨骼结构的发育，以及作为一个重要的元素如神经和免疫系统中发挥作用（Ross等，2000）。营养需求和环境与每一种鱼类的幼虫发育阶段、骨骼发育和解剖结构密切相关，因此，了解鱼类幼虫的营养需要和环境要求必不可少。然而，尽管营养对哺乳动物的骨骼发育和重塑的影响已经得到广泛研究，但在鱼类中的研究较少。饲粮中VA对比目鱼发育和水产养殖的影响取决于以下因素：饲粮中VA的化学形式和剂量、供应时间、鱼的发育阶段以及该物种的特定个体发生，因此，可以通过日粮对每种比目鱼的VA需求进行微调，尽管它们具有相似的骨骼结构和共同发育过程（Watanabe等，2008）。

2 比目鱼骨骼发育与变形

一般来说，海洋鱼类的幼虫比其他脊椎动物孵化的时间早得多，其发育会持续数天或数月（Haga等，2002）。硬骨动物骨骼的时空序列与高等脊椎动物有很大不同，特别是鱼类幼虫在其早期个体发育过程中，会经历形态发生和骨骼发生，幼虫发育成幼鱼的所有器官和系统，而在比目鱼中，由于其变形和底部沉降，使幼鱼发育更为复杂（Geffen等，2007）。总之，变形是一个胚胎后期的过程，为了适应新的生境，它涉及到形态、生化和生理变化（Power等，2008）。由于比目鱼局域显著的发育特征（可能是为了适应底栖生物的生存而进化的），如侧眼，一只眼睛移向头部的另一边，需要对组织进行广泛的重新排列和再造，而这些重组和再造发生在单个形态元素的层面上，而不是软骨的整体变形（Martinez和 Bolker，2003）。比目鱼在蜕变过程中，其骨架会出现以下形态的变化：（1）颅和内脏骨骼发生90°旋转；（2）眼球移向眼上侧，导致神经颅和咽颅重组；（3）胸鳍的重塑（Schreiber，2006）。

除了蜕变，幼虫还会经历另一个关键时期——定居期，即发育过程达到少年期。在这个过程中，幼虫从远洋迁移到水底环境，包括行为和生态的改变，使鱼能够适应它最终的环境，变形过程或变形后的影响视比目鱼的品种而定（Geffen等，2007）。在发育期间，即使没有进行眼动，也可能发生定居，这表明它不是对眼球移动的适应性反应，而是改变前庭对甲状腺激素反应的结果（Schreiber，2006）。在定居期间，幼鱼也是如此，发挥正常的色素沉着模式，但即使成功的变形（眼睛一栋）眼睛移动和定居发生，鱼可能仍表现为色素沉着受损，如白化病或着色过度（Haga等，2002）。比目鱼幼虫发育过程中最重要的过程之一是骨形成，在这个过程中，支撑身体的骨骼结构通过骨骼发育和转化从双边对称到完全不对称形式的重塑，允许正确的眼球移动并导致鱼类正常沉降和色素沉着（Schreiber，2006）。

总结，变形阶段（眼球移动）和骨形成在合适的时间上进行可以提高幼年比目鱼的生产效率，提高养殖效率、鱼的品质和市场价值（Michie，2001）。营养在第一进料阶段已被确定是一个影响幼虫发育的关键因素。在过去的一些研究中表明，均衡的营养在初次喂养中起至关重要的作用，且由于比目鱼幼虫最初发育阶段不同，喂养和不同的骨骼发生，每一个营养化学形态的微调、日粮剂量及幼虫发育提供营养物质的阶段对比目鱼达到适当的骨骼发育都非常重要（Hamre等，2005）。

3 VA的代谢

VA是一种影响形态发生营养素，包括所有视黄醇相同生物活性的化合物。众所周知，视黄酸是VA的主要活性代谢物，在形态发生和细胞增殖分化中起着关键作用，决定脊椎动物生长，身体发育模式、神经系统、四肢和骨骼的发育（Ross等，2000）。目前关于VA的大多数研究集中在高等脊椎动物上，很少有研究关注鱼类。此外，随着VA在饲料和动物组织中的定量检测方法的改进，视黄酸的检测得到提升，由于该化合物是VA最活跃的代谢物，其在动物组织中含量极低（Moren等，2005）。

目前已知的类胡萝卜素大约有600种，但只有大约50种具有VA前体的活性（Olson，1989）。β-胡萝卜素（最有效的视黄醇前身）通过中央裂解产生视黄醛，进而形成与细胞视黄醇结合蛋白II 的a复合物，这个复杂过程是为了保护视黄醛免受氧化，并允许其在视黄醛还原酶的作用下还原为视黄醇（Kakkad和 Ong，1998）。视黄醇一旦与目标细胞结合，就会被转化用于视黄醛，用作视紫红质在眼睛中的发色团或作为类VA的来源，为后续胚胎发发育成幼虫提供促进作用（Irie和Seki，2002）。此外，视黄醇还可以通过酯化的方式储存或代谢产生视黄酸，然而，这是一个复杂的代谢途径，涉及到两个与调控细胞内视黄酸生理水平紧密联系的合成和分解代谢（Duester等，2003）生理水平。在这一代谢激活过程中，视黄醇脱氢酶将视黄醇还原为视黄醛，然后通过视黄醛脱氢酶转化为视黄酸，最后游离的细胞质视黄酸可以被Cyp26酶降解为4-OH-视黄酸，4-oxo-视黄酸或18-OH-视黄酸（Germain等，2006）。

幼虫视黄醇含量下降，棕榈酸视黄醇随时间的增加含量下降。此外，有研究表明，比目鱼幼虫能迅速分解日粮中的at视黄酸，使喂食后18 h内分泌量降低50%（Haga等，2004）。综上所述，VA的代谢是一个高度复杂的过程，它包括不同来源的VA，涉及不同酶和转运蛋白的参与，需要特定的组织储存。此外，由于幼虫阶段消化系统还没有发育完全，幼虫期的日粮对VA和VA化合物的需求可能与幼虫的发育阶段有关（Moren等，2005）。类维生素A的代谢途径与体内稳态的关系，包括在鱼类个体发育过程中的吸收、储存和分解还需要进一步的研究。

4 维生素A对比目鱼产卵性能和后代质量的影响

关于饲粮VA含量对性成熟和生殖性能的影响有大量研究，如饲粮VA对哺乳动物代谢、类维生素A向性腺的积累和转运、性腺发育和生殖的影响，以及后代的数量和质量（Clagett-Dame和Deluca，2002）。不同形式的VA（视黄醇、视黄醇酯和类胡萝卜素）已经在几种淡水和海鱼的卵中被检测到，比目鱼卵主要含有视黄醛和少量的视黄 醇（Lubzens等，2003）。Furuita等（2001）评价了不同水平的日粮VA对比目鱼产卵性能和鱼卵质量的影响，结果发现，110000 IU/kg的VA可以延长产卵期和产卵总数。同时日粮高水平VA（3370000 IU/kg）增加鱼卵VA含量和产卵性能，但不影响幼虫质量。鱼卵中的视黄酸浓度可能不足以超过细胞内视黄酸结合蛋白的结合能力，从而阻止RARs的异位，导致基因表达异常，或是因为胚胎不能提供适当的代谢酶来将卵黄囊中的高视黄醇转化为其他类视黄醇。这似乎表明，在胚胎发育到第一次喂食之前，动物不能将VA转化为视黄醛，然后再将视黄醛转化为视黄酸（Suzuki等，2000）。此外，上述研究证实了以下结论：（1）日粮直接影响鱼类繁殖和虫卵质量；（2）鱼类具有很强的能力来调节VA的代谢和VA从肝脏到卵的运输；（3）比目鱼鱼卵沉积视黄醇，而不仅是视黄醛（Furuita等，2003）。此外，以棕榈酸视黄醇酯或醋酸酯作为VA的添加形式能给处于发育阶段的鱼类将这些类维生素A转化为所需的活性视黄醛和视黄酸形式，但这并不能代表它是比目鱼繁殖所需的最适VA水平。

5 维生素A对比目鱼幼虫发育的影响

由于骨骼畸形通常存在于幼鱼发育阶段，了解诱导幼鱼在这个阶段发生骨骼畸形的机制有助于采取相应策略。由于储存在鱼卵中的营养物质会影响软骨成分的发育，如咽弓、神经颅和胸鳍。但要改变卵中VA的含量是不容易的，因为母体能控制VA从肝脏到卵巢的运输。此外，卵黄中高水平VA未诱导幼虫骨骼发育异常（Furuita等，2001）。为了进一步研究这条思路，前人开展了不同的试验来研究VA过量或缺乏对骨骼发育的影响（Tarui等，2006）。Suzuki等（2000）将幼鱼放在不同浓度的视黄酸异构体及不同类视黄酸酸X受体激动剂条件下，研究视黄酸对幼鱼发育过程的重要性。这种实验方法可以很好的反映视黄酸是如何控制骨骼（咽弓、胸鳍、颚和椎体）的发育及与骨骼在发育早期畸形表现存在的相关分子通路。

毫无疑问，研究视黄酸对骨骼分子通路的影响具有重要作用。然而，比目鱼养殖的生产需要实用信息，在这方面，有相关研究确定了饲料中VA的最佳需要量。比目鱼的幼虫，与大多数海鱼养殖品种一样，只进食活的外源性物质，因此，研究营养物质对鱼类早期发育的需求和影响是否使用足够的活猎物，如轮虫和卤虫（Monroig等，2006）。一般来说，有许多因素影响猎物胞液营养物质富集效率的因素，如生活环境的密度、溶解氧、曝气强度或水动力（Takeuchi等，1995）。比目鱼幼虫因其具有特异性发育时间，研究其营养需要较为复杂。在设计VA营养需要研究时，很难保持比目鱼第一次喂食活猎物时VA的总量不变。有学者认为，椎体畸形（融合和压迫）加速了椎体的形成和生长，其中主要是发生在软骨细胞增殖分化过程中；然而也有研究表明，比目鱼和其他硬骨鱼一样，椎体发生膜间骨化，因此，压迫和融合的椎骨可能是一个结果，如脊索遭受破坏（Hall，2005）。比目鱼胚胎暴露于高水平视黄酸条件下对幼鱼的存活率无显著影响（Suzuki等，2000）。这些差异可能是由于日粮中VA含量较高时并不会严重导致骨骼畸形，但可能会降低幼鱼的生存能力，因为骨骼畸形如咽弓的畸形可以很大程度上降低幼鱼的生存能力（Suzuki等，2000）。

日粮VA的最适需要水平取决于幼鱼的发育阶段，更重要的是对鱼类骨骼形成的影响取决于日粮中所含的每一种VA化合物及VA总量。日粮和VA提高了活猎物的生存条件（温度、溶解氧和光），日粮中高水平VA可以加速眼球移动和骨化，在提高比目鱼生产效率的同时，降低了幼鱼批次之间的变异性和变异时间，最终降低养殖成本（Fernandez等，2009）。然而，日粮高水平VA可能破坏骨的正常发育时间和结构，导致骨骼畸形，浓度过高会引起黑素过多。

6 维生素A对成鱼生长发育的影响

大量研究主要集中在日粮维生素A水平对幼鱼骨骼发育的影响，但关于维生素A对成鱼的研究报道较少（Lewis-McCrea和 Lall，2010）。Goda等（1994）的研究发现，日粮VA水平对肝脏脂肪酸含量存在影响，高VA水平日粮可以降低肝脏EPA含量和n-3脂肪酸含量。当考虑骨骼畸形发生的频率，Goda等（1994）也发现VA对平均椎骨数量无显著影响，虽然对照组未发现脊柱侧弯，融合和压缩，但高水平VA是否对脊柱有影响还尚不清楚。

7 结论

研究日粮VA含量对比目鱼成骨发育的影响，在幼体发育过程中，主要以日本比目鱼为主要研究对象。利用不同营养手段进行研究，由于日粮、环境和VA的化学形式不同，研究过程也存在一定困难。但目前关于VA对比目鱼生长和发育的影响也得到了一些结果：日粮VA水平不平衡会影响比目鱼骨骼的发育，但这也取决于个体生理与发育状态、发育阶段、VA的化学形态及养殖环境（温度、水流和光照）。