不同食性鱼类4型葡萄糖转运蛋白及其介导PI3K信号通路的糖耐受调控机制比较研究

The carbohydrates is the cheapest of three important energy sources (protein, fat and carbohydrate) in fish diet. This sutdy focus on the sustained high blood glucose appeared in economic fishes of different food habits (carnivorous Epinephelus coioides, omnivorous Oreochromis niloticus and herbivorous Ctenopharyngodon idellus) fed with artificial diets of rich carbohydrates, restricting the key scientific mechanism of glucose utilization, we use the standardized nutrition metabolism in experimental methods and molecular and cell biology methods, conduct from the basic research on glucose metabolism of fishes with different food habits mechanism. The glucose tolerance fishes, the glucose utilization regulation ability by the expression of GLUT4, as well as insulin or insulin-like growth factor mediated signal pathway of PI3K are compared in this study for glucose tolerance regulation. In order to clarify the regulatory mechanism of glucose metabolism in different fishes; reveal the tolerance variation of different fishes of sugar; analysis of the regulation mechanism of glucose transporter type 4 protein and insulin on the metabolism of glucose in fishes with different feeding habits, and put forward different fishes of glucose utilization ability measures. At the same time, we aim to analysis of different fishes PI3K signal transduction pathway, reveale rapid growth of carbohydrate metabolism in fishes of different food habits, so as to enrich the glucose metabolism mechanism theory in different feeding habits of economic fishes, and promote the healthy breeding of important economic fishes development in China.

糖类是鱼类饲料中三大能源物质（蛋白质、脂肪和糖）中最为经济的能源。本课题拟针对养殖不同食性鱼类(肉食性石斑鱼、杂食性罗非鱼和草食性草鱼)饲喂富糖类物质的人工配合饲料后出现持续的高血糖，制约其对糖的利用的关键科学机理问题，采用规范的营养代谢实验研究方法和分子、细胞生物学手段，从不同食性鱼类糖代谢机理的基础研究入手，围绕鱼类对糖的耐受性，4型葡萄糖转运蛋白表达对鱼类糖利用能力的调节作用，以及胰岛素或类胰岛素生长因子介导PI3K信号通路对糖耐受调控等关键环节展开比较研究。旨在阐明不同食性鱼类糖代谢调控机理；揭示不同食性鱼类对糖的耐受性变化规律；分析4型葡萄糖转运蛋白和胰岛素对不同食性经济鱼类糖代谢的调控机制，并据此提出不同食性鱼类对糖利用能力的措施。同时解析不同食性鱼类PI3K信号转导通路，揭示快速生长鱼类糖代谢的物质和能量基础，在理论上丰富不同食性鱼类糖代谢机理，促进我国水产养殖产业健康发展。

不同食性鱼类饲喂富糖人工配合饲料后出现持续的高血糖，严重制约了其对糖的利用。本项目发现不同食性鱼类葡萄糖耐受能力具有显著不同，以草鱼葡萄糖耐受能力最强，卵形鲳鲹次之，石斑鱼葡萄糖耐受能力最低。4型葡萄糖转运蛋白（GLUT4）在调节机体血糖平衡中起到非常重要的作用。鱼类GLUT4在结构上高度保守并包含多个调控其在细胞内转运的功能位点，但存在突变。鱼类GLUT4在FQQI、LL、TELEY功能位点的差异可能导致鱼类GLUT4功能和结构及胞内转运和效率的差异，进而影响鱼类食性和糖代谢能力。不同食性鱼类组织中GLUT4表达量调控存在显著不同，以增重率为判据，30%糖水平珍珠龙胆石斑鱼饲料中适宜牛磺酸水平为1.31%；44%糖水平尼罗罗非鱼饲料中适宜牛磺酸水平为0.86%；38%糖水平草鱼饲料中适宜牛磺酸水平为0.08%，鱼类对牛磺酸的需求量与食性紧密相关。高糖饲料会降低肉食性珍珠龙胆石斑鱼IR和PDK-1的SUMO1修饰和核移位，使胰岛素/PI3K/Akt信号通路被抑制；高糖饲料中添加牛磺酸使珍珠龙胆石斑鱼胰岛素/PI3K/Akt信号通路信号转导被显著激活。而尼罗罗非鱼通过UBC9的表达上调使IGF-1R发生核移位直接对糖代谢进行调控；高糖饲料中添加牛磺酸后，尼罗罗非鱼IGF-1R的表达下调导致胰岛素/PI3K/Akt级联反应减弱，但能够通过提高UBC9来增强AKT和HIF-1定位来促进PI3K/AKT信号通路对糖代谢的调控。草食性鱼类能够通过上调IGF-1R的表达，保证胰岛素级联反应的进行；高糖饲料中添加牛磺酸后，草鱼IGF-1R表达下降，但能够通过对胰岛素受体的SUMOylation修饰促进GSK3β和FOXO1的转录表达从而积极介导胰岛素信号的转导。本研究从不同食性经济鱼类糖代谢机理的基础研究入手，围绕鱼类对糖的耐受性，从分子、基因、蛋白质、细胞、组织、器官、个体、群体等多层次、全方位深入系统研究了不同食性鱼类的糖代谢机制，并探讨了食性、营养状态、营养水平等对不同食性鱼类糖代谢的影响，初步阐明了4型葡萄糖转运蛋白表达对不同食性鱼类糖耐受能力的调节作用，解析了胰岛素或类胰岛素生长因子介导PI3K-Akt信号通路对不同食性鱼类糖耐受的调控机制，并据此提出不同食性鱼类对糖利用能力的措施，为阐明鱼类糖代谢调控与利用机制，提高鱼类对饲料糖类利用率奠定了坚实的理论基础。