在當(dāng)前我國水產(chǎn)行業(yè)進(jìn)行綠色健康養(yǎng)殖模式轉(zhuǎn)型升級的新形勢下，通過增強(qiáng)抗病免疫來保證魚類生長性能尤為重要。水產(chǎn)養(yǎng)殖中，飼料中植物蛋白等成分引發(fā)魚類腸炎并引起長期不可逆的生長抑制。魚類腸黏膜是機(jī)體與外界的雙向互動界面，其免疫系統(tǒng)同時發(fā)揮屏蔽病原和協(xié)助營養(yǎng)吸收的雙重功能。而魚類的肝臟與腸黏膜組織共同構(gòu)成腸肝軸，飼料引起的養(yǎng)殖魚類腸炎常常伴隨肝臟病變。因而，針對魚類腸肝炎癥的藥物及其發(fā)現(xiàn)方法和評價體系的研究已成為目前水產(chǎn)行業(yè)的必需。 

　　中國科學(xué)院水生生物研究所水體生物信息學(xué)學(xué)科組研究人員，基于已在Frontiers in Physiology雜志上發(fā)表的草魚 SBMIE 腸肝轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)，通過TCMID（Traditional Chinese Medicines Integrated Database）來預(yù)測對腸肝炎癥有效的藥物。該預(yù)測方法是基于差異基因的表達(dá)量（DEG），結(jié)合蛋白互作網(wǎng)絡(luò)（PPI），使用 GeneRank 算法對目標(biāo)基因，按照其重要性排序，來選取排列靠前的 300 個基因作為關(guān)鍵基因，以構(gòu)建關(guān)鍵基因列表；再將關(guān)鍵基因相應(yīng)的靶標(biāo)化合物，匹配到 TCMID 數(shù)據(jù)庫，得到含有相應(yīng)草本成分較多的中藥；然后，基于中藥的活性成分及其藥理篩選到治療腸炎的潛在藥物——沙棘（Hippophae rhamnoides L.）。根據(jù)以上的魚類腸肝炎癥的藥物預(yù)測結(jié)果，將沙棘添加入飼料，在斑馬魚食源性腸炎模型（SBMIE）模型中（已獲專利授權(quán)），對其抗腸肝炎癥的效果進(jìn)行評價，運(yùn)用免疫基因表達(dá)分析、免疫細(xì)胞成像、病理及生長評價、多組學(xué)分析（轉(zhuǎn)錄組和微生物組）等方法，揭示了沙棘的抗腸肝炎癥的分子免疫機(jī)理。 

　　具體來說，在斑馬魚SBMIE模型中，發(fā)現(xiàn)添加沙棘果粉后可顯著減輕腸黏膜和肝臟組織的炎性反應(yīng)。從病理學(xué)來說，沙棘果粉能夠改善豆粕飼料引起的腸絨毛萎縮，同時減少肝臟中炎癥相關(guān)脂肪顆粒的沉積；另一方面，在micro-CT數(shù)據(jù)分析中，可觀察到魚體的脂肪含量明顯增加，暗示沙棘具有逆轉(zhuǎn)豆粕引起的生長性能下降的潛能。在斑馬魚幼魚SBMIE模型中，通過進(jìn)一步免疫熒光成像觀察，也發(fā)現(xiàn)沙棘對于先天免疫細(xì)胞（中性粒細(xì)胞和巨噬細(xì)胞）和后天免疫細(xì)胞（淋巴細(xì)胞，特別是T細(xì)胞）的免疫調(diào)節(jié)作用，具體體現(xiàn)為顯著抑制幼魚中后腸的炎性反應(yīng)的中性粒細(xì)胞和巨噬細(xì)胞數(shù)量，改變巨噬細(xì)胞的形態(tài)，還可抑制T淋巴細(xì)胞的炎性聚集。與之呼應(yīng)的是，在肝臟中，豆粕飼料中添加沙棘，可降低CD4陽性細(xì)胞比例。斑馬魚模型中，轉(zhuǎn)錄組差異表達(dá)基因的通路富集分析還發(fā)現(xiàn)，沙棘可能會阻斷腸黏膜組織的凋亡相關(guān)的p53信號，并激活肝臟中的PPAR信號通路來調(diào)節(jié)脂肪酸代謝。同時，微生物組學(xué)分析結(jié)果還表明：在沙棘添加組中，腸黏膜的細(xì)菌豐富度（OTU數(shù)量）顯著增加，并出現(xiàn)與非致炎的魚粉組相似的微生物組成，提示沙棘還可通過調(diào)節(jié)菌群來改善腸炎。 

　　以上研究結(jié)果提示沙棘果粉作為魚類的飼料添加劑，能夠顯著改善水產(chǎn)養(yǎng)殖中因飼料引發(fā)的腸肝病變，并提高其生長指標(biāo)。本研究提供了生物信息學(xué)預(yù)測水產(chǎn)飼料用功能添加劑或藥物的一個例子，并采用了遺傳背景清晰和免疫細(xì)胞標(biāo)記的模式魚類斑馬魚，來進(jìn)行水產(chǎn)藥理的實驗室評價，相對經(jīng)濟(jì)魚類的實驗，縮短了研究周期，節(jié)約了人力物力。為水產(chǎn)基礎(chǔ)研究提供了一種新的模式。 

圖1 基于GeneRank的魚類食源性腸肝炎癥的藥物篩選及機(jī)理分析流程 

　　本研究是在吳南副研究員主持的國家自然科學(xué)基金(31872592)的資助下，由水生所與華中農(nóng)業(yè)大學(xué)信息學(xué)院農(nóng)業(yè)生物信息湖北省重點(diǎn)實驗室合作，主要工作是碩士研究生黎明、趙旭陽、佟馨宇、謝家元等人共同完成。夏曉勤研究員和吳南副研究員為共同通訊作者。相關(guān)研究成果以“Dietary Inclusion of Seabuckthorn (Hippophae rhamnoides) Mitigates Foodborne Enteritis in Zebrafish Through the Gut-Liver Immune Axis”為題發(fā)表在Frontiers in Physiology雜志上，被收錄在“New insights into mucosal associated lymphoid tissues in fish”這個專題內(nèi)，文章鏈接為https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fphys.2022.831226/full。 

圖2 micro-CT測定實驗魚的總脂肪含量（脂肪組織標(biāo)為紫色；FM：魚粉組， SBM：豆粕組， SB：沙棘組）