脂滴水解和脂滴自噬在鱼类甘油三酯和胆固醇
脂肪是三大营养素中储能最高的营养素，在鱼类营养供应和生长发育中具有不可替代的作用。鱼类天生对糖类物质的利用能力较弱，当前优质蛋白质原料又较为昂贵，因此，如果能提高养殖鱼类对脂肪的分解供能，将有助养殖鱼类降低对糖类和蛋白质的供能依赖，提高蛋白质沉积率，也有助于降低养殖鱼类的过度脂肪沉积，缓解相应的代谢疾病。
在动物的脂肪分解中，将脂肪的主成分甘油三酯（TAG）分解为游离脂肪酸是其中的必需过程。近年来，一系列哺乳动物的研究初步阐明这个步骤主要由脂滴水解（Lipolysis，或叫中性水解）和脂滴自噬（Lipophagy，或者叫酸性水解）两条代谢途径来完成。然而，这两条途径在甘油三酯分解过程中的各自地位如何？两者是否存在协同或竞争机制？这些问题都仍在探索之中。而在鱼类中，针对这两条通路的研究更是极其稀少。为阐明鱼类脂分解供能机制，华东师大水生动物营养与环境健康实验室杜震宇课题组在近年先后证实脂滴水解和脂滴自噬在斑马鱼和罗非鱼中的存在并验证其基本功能。有趣的是，哺乳动物文献显示脂滴水解关键酶甘油三酯脂肪酶ATGL基因在脂肪组织或乳腺有极高的表达，但该基因在鱼类中却主要高表达于肝脏，提示鱼类肝脏是脂滴水解的活跃器官。同时，我们的前期工作发现，脂滴自噬也主要在鱼类肝脏中发生。因此，鱼类肝脏是一个脂滴水解和脂滴自噬都非常活跃的器官，可用于研究两者之间的相互关系。由此，本课题组分别构建了脂滴水解关键酶基因-atgl突变纯合斑马鱼（AKO）以及脂滴自噬关键脂肪酶基因-lal突变纯合斑马鱼（LKO），并首先在幼鱼上探索突变斑马鱼的整体代谢模式。结果（见下图）发现：虽然这两个基因突变后均造成鱼体生长滞缓、运动活性减弱、耗氧率降低以及蛋白质沉积下降，然而两者呈现出的脂代谢模式明显不同。AKO斑马鱼全鱼总脂极显著增加，TAG含量明显上升，肝色偏白；而LKO斑马鱼全鱼总脂显著下降，但胆固醇酯CE比例极显著增加，肝色偏黄。结合转录组数据，表明AKO和LKO造成两种不同的脂代谢模式。
之后，本课题组又进一步探索：如果脂滴水解与脂滴自噬在一方受阻情况下，另一方如何变化，会产生补偿效应吗？倘若两者同时受阻，鱼体会有怎样的应对方式呢？随后，本课题组进一步聚焦于肝脏，对AKO鱼的自噬过程，以及LKO鱼的脂滴水解过程进行更深入的研究；同时，又对AKO鱼施加自噬抑制剂，而对LKO鱼施加脂滴水解抑制剂，探索两者同时抑制下的代谢情况（实验方案如下图）。这部分结果显示：
1）AKO鱼肝脏甘油三酯积累显著，电镜照片显示其肝细胞内脂滴巨大；额外的自噬抑制剂3MA处理，加剧了AKO鱼肝脏甘油三酯积累。通过检测三组鱼肝脏中脂滴水解、脂滴自噬相关的基因和蛋白表达，进一步表明脂滴自噬在AKO鱼的脂稳态中仍发挥基本作用（basaleffect），但并未因为脂滴水解的抑制而出现明显的代偿性增强。
2）LKO鱼肝脏积累大量胆固醇而非甘油三酯；脂滴水解相关基因和蛋白在LKO鱼均出现显著的补偿性高表达；而额外的脂滴水解抑制剂AI处理则诱导肝脏出现非Lal依赖的自噬增强。
3）无论是在AKO基础上抑制自噬（额外添加3MA）还是在LKO基础上抑制脂滴水解（额外添加AI），斑马鱼肝细胞内均出现更多、更大的脂滴。与此同时，这两组还观察到线粒体数目的增多以及形态上的肿大，尤其在LKO+AI组出现明显的线粒体自噬现象。
由此，本研究通过对脂滴水解关键酶Atgl和脂滴自噬关键酶Lal敲除的斑马鱼模型，以及脂滴水解和脂滴自噬抑制剂的组合使用，在活体上阐明了脂滴水解和脂滴自噬在脂代谢中的相互关系（总结图如下）：
1）脂滴水解关键酶Atgl对于甘油三酯代谢具有重要意义；脂滴自噬不能为受抑制的脂滴水解提供明显的代谢补偿；
2）脂滴自噬关键酶Lal更显著地影响胆固醇代谢；脂滴水解在脂滴自噬受抑制后会产生补偿性上升；
3）脂滴水解和脂滴自噬同时抑制会导致肝脏健康严重受损，并诱发线粒体自噬。
本课题组的这项工作首次阐明了脂滴水解和自噬在鱼类脂肪分解供能中的相互关系，为正在建构中的鱼类脂肪分解代谢理论体系增添了更多的代谢细节，也为跨物种间的可能类似机制提供了重要参考。经过4年的研究积累，本工作近期已在脂代谢知名期刊BiochimicaetBiophysicaActa(BBA)-MolecularandCellBiologyofLipids在线发表。本研究论文的第一作者为华东师大生科院LANEH实验室博士生韩思兰，通讯作者为杜震宇教授。该工作获得国家自然科学基金重点项目（）和上海市学术带头人项目的支持。
论文在线
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