本研究由Yang Feng、Jiao Wang、Wei Fan、Bowen Huang、Zhenyang Qin、Ziqi Tian、Yi Geng、Xiaoli Huang、Ping Ouyang、Defang Chen和Weimin Lai等作者共同完成，分别来自四川农业大学兽医学院、四川省农业科学院水产研究所、内江市农业科学院等机构。该研究于2024年6月15日发表在《Fish and Shellfish Immunology》期刊上，题为“Exploitation of Multiple Host-Derived Nutrients by the Yellow Catfish Epidermal Environment Facilitates Vibrio mimicus to Sustain Infection Potency and Susceptibility”。
学术背景
本研究属于水产动物免疫学领域，重点关注了黄颡鱼（Pelteobagrus fulvidraco）与拟态弧菌（Vibrio mimicus）之间的宿主-病原体相互作用。拟态弧菌是一种与霍乱弧菌形态和生理特征相似的细菌，对淡水鱼类和甲壳类动物具有高致病性，尤其在鲇形目鱼类中感染率和死亡率极高。黄颡鱼是中国水产养殖中的重要品种，2022年产量达到59.98万吨，占鲇形目总产量的43.9%。然而，拟态弧菌的感染严重威胁了黄颡鱼的养殖业。
此前的研究发现，拟态弧菌感染黄颡鱼后，会引发坏死、炎症风暴和组织重塑等病理反应。然而，这些病理反应与宿主免疫反应之间的具体联系尚未完全阐明。因此，本研究旨在通过代谢组学和转录组学技术，进一步揭示拟态弧菌感染过程中宿主代谢变化及其对病原体感染的影响，为黄颡鱼疾病的预防和治疗提供理论依据。
研究流程
本研究包括多个实验步骤，主要分为以下几个部分：
1. 细菌培养与感染模型建立
研究使用了从四川某养殖场分离的拟态弧菌SCCF01菌株。通过无菌技术从感染黄颡鱼中分离菌株，并在Luria肉汤（LB）培养基中培养。随后，通过浸泡法将黄颡鱼暴露于不同浓度的菌液中，建立感染模型。实验中设置了对照组和感染组，每组包括四个重复水槽，每槽10尾鱼。感染后，研究人员记录了鱼的死亡率和活动水平，并在七天后采集皮肤和肌肉样本进行后续分析。
代谢物比较分析
研究对黄颡鱼皮肤和肌肉样本、草鱼皮肤和肌肉样本以及拟态弧菌样本进行了代谢物分析。样本经过均质化处理后，使用液相色谱-质谱联用技术（LC-MS/MS）进行代谢物检测。数据分析采用了Progenesis QI软件，并结合HMDB和KEGG数据库进行代谢物注释。通过主成分分析（PCA）和差异代谢物筛选，研究人员比较了不同样本之间的代谢物组成差异。
转录组学分析
研究构建了真核和原核转录组，分别分析了黄颡鱼皮肤和肌肉组织以及拟态弧菌在感染过程中的基因表达变化。通过RNA测序（RNA-seq）技术，研究人员鉴定了差异表达基因（DEGs），并进行了KEGG通路富集分析。此外，还通过实时定量PCR（qPCR）验证了部分基因的表达水平。
组织学与酶活性检测
研究对黄颡鱼皮肤和肌肉组织进行了组织学分析，使用苏木精-伊红（H&E）染色和Masson三色染色技术观察组织病理变化。同时，通过酶活性检测试剂盒测定了5′-核苷酸和氨基酸的含量，进一步验证了代谢组学的结果。
代谢物对拟态弧菌生长和运动的影响
研究选取了黄颡鱼皮肤和肌肉中高表达的代谢物，评估了这些代谢物对拟态弧菌生长和运动的影响。通过将不同浓度的代谢物添加到培养基中，研究人员观察了拟态弧菌的生长曲线和运动能力变化。
主要结果
1. 感染诱导的代谢变化
研究发现，拟态弧菌感染后，黄颡鱼皮肤和肌肉中的核苷酸和氨基酸含量显著下降。代谢组学分析鉴定了265个差异表达代谢物，其中32个上调，233个下调。这些代谢物主要涉及氨基酸代谢、碳水化合物代谢、脂质代谢和核苷酸代谢等通路。
转录组学揭示的基因表达变化
转录组学分析显示，感染后黄颡鱼皮肤和肌肉中与核苷酸酶和肽酶活性相关的基因显著上调，如cpm和aass基因。同时，宿主细胞的翻译过程受到抑制，表明拟态弧菌通过增强其代谢能力，利用宿主的寡肽和核苷酸完成感染过程。
黄颡鱼体表微环境与拟态弧菌感染的关系
研究发现，黄颡鱼体表富含多种核苷酸（如dIMP、dAMP、脱氧鸟苷和ADP）以及氨基酸和肽类物质，这些代谢物显著促进了拟态弧菌的生长和运动能力。此外，黄颡鱼体表神经节苷脂的高表达也有助于拟态弧菌的黏附，增加了感染风险。
黄颡鱼缺乏抗炎脂肪酸的影响
研究还发现，黄颡鱼皮肤和肌肉中缺乏多种多不饱和脂肪酸（如二十碳五烯酸、12-oxo-ETE和13-oxo-ODE），这些物质在抗炎机制中起重要作用。它们的缺乏可能导致黄颡鱼在感染过程中出现免疫失调，进而引发炎症风暴。
结论
本研究揭示了黄颡鱼体表微环境在拟态弧菌感染中的关键作用。拟态弧菌通过利用宿主提供的核苷酸和氨基酸等营养物质，增强了其代谢和感染能力。同时，黄颡鱼缺乏抗炎脂肪酸可能加剧了感染过程中的炎症反应。这些发现为理解拟态弧菌的感染机制提供了新的视角，并为黄颡鱼疾病的预防和治疗提供了潜在的理论依据。
研究亮点
1. 首次通过代谢组学和转录组学技术系统揭示了黄颡鱼体表微环境在拟态弧菌感染中的作用。
2. 发现了黄颡鱼体表富含的核苷酸和氨基酸显著促进了拟态弧菌的生长和运动能力。
3. 揭示了黄颡鱼缺乏抗炎脂肪酸可能是其感染后出现免疫失调的重要原因。
4. 为水产养殖中黄颡鱼疾病的防控提供了新的理论依据和潜在的治疗靶点。
其他有价值的内容
本研究还探讨了不同宿主对拟态弧菌感染的敏感性差异，发现黄颡鱼比草鱼和甲壳类动物更容易感染拟态弧菌。这一发现为进一步研究宿主-病原体相互作用的机制提供了重要线索。此外，研究中使用的高通量代谢组学和转录组学技术为类似研究提供了可借鉴的方法学框架。