Scylla paramamosain在眼柄切除压力下的代谢组学和内分泌生化反应

眼柄切除诱导泥蟹卵巢成熟中代谢稳态与抗氧化应答的时空协同调控研究。通过整合代谢组学与生化分析，揭示泥蟹眼柄切除后（0、1、3、7、14天）卵巢代谢重构、内分泌激活（甲羟戊酸和血浆维生素结合蛋白显著升高）及抗氧化防御动态平衡机制。研究发现，急性代谢紊乱（脂质动员、氧化损伤）通过神经内分泌网络（CHH家族激素）调控，激活卵黄蛋白合成代谢通路，并伴随超氧化物歧化酶等抗氧化酶活性增强，最终实现卵巢快速成熟。该研究为甲壳类动物繁殖调控提供了系统生物学证据。

Nida Imtiaz|李荣华|穆长高|曹石|王春林|吴庆阳

中国浙江省宁波市宁波大学海洋科学学院，邮编315211

摘要

在甲壳类水产养殖中，通常通过切除单侧眼柄来诱导生殖成熟；然而，其对全身代谢、内分泌和抗氧化系统的影响尚未得到充分研究。本研究采用综合代谢组学和生物化学方法，分析了Scylla paramamosain在切除眼柄后五个时间点（第0天、第1天、第3天、第7天和第14天；n=30）的生理反应。代谢组学分析显示卵巢代谢立即出现显著紊乱，第1天的偏离最为明显，随后在第3天、第7天和第14天逐渐恢复正常。在所有时间点，15种核心代谢物表现出一致的调控变化，主要与脂质动员、氧化还原稳态以及卵细胞发育相关途径有关。内分泌分析显示切除眼柄后肝胰腺中的甲基法尼索酸（MF）迅速增加，血浆中的卵黄蛋白（Vg）持续升高，表明卵黄生成过程受到强烈刺激。同时，抗氧化能力评估显示总抗氧化能力和关键抗氧化酶显著增加，表明在从早期代谢紊乱到生殖激活的过渡过程中，机体有效应对了氧化应激。尽管代谢周转率增加，脂质过氧化（MDA）水平保持稳定，表明氧化损伤得到了有效缓解。总体而言，这些发现表明了一个协调的、时间依赖性的生理过程：急性代谢紊乱之后是内分泌激活和抗氧化防御能力的增强，最终促进了卵巢的加速成熟。这项综合分析从系统层面揭示了泥蟹在眼柄切除后如何平衡应激适应与生殖投入的机制，并确定了优化水产养殖种苗管理的潜在代谢和内分泌生物标志物。

引言

泥蟹（Scylla paramamosain）是一种广盐性甲壳类动物，属于Portunidae科（Zhang等人，2020年）。它的分布范围从印度洋延伸到西太平洋（Yao等人，2021年）。近几十年来，泥蟹引起了极大的兴趣，其养殖业在全球范围内迅速发展（Chen和Wang，2019年；Cheng等人，2022年）。泥蟹的代谢和生殖过程受到高度复杂的神经内分泌系统的严格调控，该系统中的X器官或窦状腺位于眼柄中（Kamaruding等人，2018年）。该系统产生的多种肽类激素，包括：抑制性腺激素（GIH）、抑制蜕皮激素（MIH）和CHH家族的多种成员，负责调控生殖、代谢以及渗透调节（Asmat-Ullah等人，2023年；Amankwah等人，2019年）。为了克服内分泌系统的抑制作用并加速卵巢成熟，人们通过切除眼柄来诱导甲壳类的卵巢成熟和产卵（Kamaruding等人，2018年）。切除眼柄可增加蜕皮活性和卵黄生成速度（Asmat-Ullah等人，2023年）。多项研究表明，眼柄切除对甲壳类的生长和发育（Alfaro-Montoya等人，2019年）、卵巢成熟（Sittikankaew等人，2020年）有积极影响。此外，有报道称眼柄切除可提高虾和蟹的繁殖率（Magaña-Gallegos等人，2018年）。

尽管眼柄切除效果显著，但它也被认为是一种生理压力源，会改变全身代谢调节，尤其是碳水化合物和其他营养物质的利用（Irabor等人，2024年）。血淋巴中的葡萄糖、脂质动员和应激反应受CHH（甲壳类高血糖激素）家族成员的调控；眼柄切除会改变CHH的动态，进而导致高血糖和能量周转率增加。代谢组的优先级转向支持卵巢激活（Chen等人，2020年）。

研究还表明，眼柄切除会影响氧化应激的动态。卵巢成熟和代谢变化可能产生活性氧，挑战细胞的氧化还原稳态。抗氧化防御系统，包括超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化氢酶（CAT）和谷胱甘肽过氧化物酶（GPx），在减轻氧化损伤中起重要作用。然而，根据眼柄切除后的时间、取样组织（肝胰腺、生殖腺、血淋巴）以及物种和实验条件的不同，这些酶可能会上调或下调（Meng等人，2021年），但长期或高繁殖需求可能会超出防御能力，导致氧化损伤（脂质过氧化、氧化还原代谢物改变）。在十足目甲壳类动物中，研究表明抗氧化相关蛋白质和酶在生殖成熟过程中发生协调变化，表明这种做法伴随着生理成本（Meng等人，2020年）。尽管眼柄切除在水产养殖中得到广泛应用，但大多数研究集中在生长表现和繁殖产出上（Alfaro-Montoya等人，2019年；Patowary，2023年）。关于眼柄切除后的综合代谢、内分泌和氧化应激反应的变化仍不甚明了，尤其是在Scylla paramamosain中（Chen等人，2020年；Meng等人，2021年）。由于缺乏系统的和时间的生物化学证据，人们对这种方法的生理成本和权衡了解有限（Irabor等人，2024年）。

尽管眼柄切除是水产养殖中广泛使用的诱导生殖成熟的技术，但其对全身代谢和内分泌的影响仍不甚清楚，尤其是在泥蟹（Scylla paramamosain）中。现有研究大多关注外部生长和繁殖结果，而非内部生化机制。因此，本研究旨在探讨眼柄切除是否会在Scylla paramamosain中引发卵巢代谢、内分泌信号传导和氧化应激调节的协调且时间依赖性的变化。具体来说，我们探讨了以下问题：

(i) 切除眼柄后卵巢的代谢组学谱是否发生时间上的重新编程；

(ii) 内分泌和抗氧化生物标志物是否反映了全身应激反应；

(iii) 关键代谢途径是否将氧化应激与生殖激活联系起来。

因此，本研究的主要目标是：眼柄切除是否会导致卵巢的代谢组学变化？是否会引起全身应激反应，包括代谢组学、内分泌和抗氧化途径的变化？哪些代谢组和激素途径介导了眼柄切除后的氧化应激与生殖激活之间的关系？

伦理行为

本研究在宁波大学梅山校区进行。虽然宁波大学动物实验伦理委员会（编号SYXK20190005）成立于2019年，但所有涉及螃蟹的实验均遵循行业标准的动物处理协议以及浙江省关于实验动物使用的法规（省政府令第263号）和中国的实验动物管理法，实验对象仅限于兔子、小鼠和大鼠。

样本收集与消毒

在六月

代谢组学数据概述

该项目从30个样本中鉴定出1723种正离子模式代谢物和1714种负离子模式代谢物。根据VIP>1.0、FC>1.2或FC<0.833以及P值<0.05的标准筛选出差异代谢物。

聚类分析

图1显示了PCA得分图，展示了不同采样时间（第0天、第1天、第3天、第7天、第14天）的代谢物谱分布和聚类模式，以及质量控制样本。

讨论

本研究通过代谢组学方法分析了Scylla paramamosain在单侧眼柄切除后的全身代谢和内分泌反应。第1天的严重代谢紊乱可能是由于抑制性眼柄激素突然消失引发的急性神经内分泌休克所致。这种突然的紊乱表明能量资源迅速重新分配，因为中枢代谢途径被激活以启动

结论

本研究对Scylla paramamosain在眼柄切除后的生理级联反应进行了多组织分析。我们明确指出，这一过程首先引发急性且严重的代谢休克，随后进入一个适应期，其特征是卵巢代谢物的大规模重新编程。代谢组学和内分泌数据的结合表明，生殖激活有效，这从甲基法尼索酸水平的升高中得到证实

CRediT作者贡献声明

Nida Imtiaz：撰写——原始草稿、可视化、验证、方法学、调查、正式分析、数据整理、概念构建。李荣华：撰写——审稿与编辑、可视化、验证。穆长高：撰写——审稿与编辑、正式分析。曹石：撰写——审稿与编辑、可视化。王春林：撰写——审稿与编辑、可视化、验证、监督。吴庆阳：撰写——审稿与编辑、验证、监督、软件使用、资源协调、项目管理

未引用参考文献

Wang等人，2020年

利益冲突声明

作者声明以下财务利益/个人关系可能被视为潜在的利益冲突：

吴庆阳报告称，本研究得到了浙江省“培育新农业品种的关键科学技术资助”（2021C02069–6）的支持。

致谢

本研究由“浙江省培育新农业品种的关键科学技术资助”（2021C02069-6）资助。