溫度是影響動物生理最重要的環(huán)境因子之一，因此研究動物應(yīng)對溫度變化的適應(yīng)機制具有重要的生物學意義。哺乳動物在遭受冷應(yīng)激時會增加食物攝入和提高產(chǎn)熱機能（顫栗性產(chǎn)熱和非顫栗性產(chǎn)熱）來維持恒定的體溫以保障內(nèi)環(huán)境的穩(wěn)定。然而，作為變溫動物，魚類更容易受到冷應(yīng)激的威脅。在水產(chǎn)養(yǎng)殖中，入冬期頻繁的降溫過程也往往帶來大量養(yǎng)殖魚類的死亡。但是，人類對魚類的冷應(yīng)激適應(yīng)機制的了解至今仍非常有限，因此，了解魚類的抗凍機制無論在科學意義還是產(chǎn)業(yè)實踐上都具有重要意義。

華東師大水生動物與環(huán)境健康實驗室（LANEH）杜震宇教授課題組注意到，在自然界和養(yǎng)殖環(huán)境下，隨著水溫的下降，魚類會降低甚至停止攝食，并處于長期低能量攝入甚至饑餓狀態(tài)，這和哺乳動物通過增加進食來應(yīng)對低溫完全不同，這或許表明魚類存在著與哺乳動物不同的低溫適應(yīng)策略。同時，近年來對哺乳動物以及線蟲等一些模式動物的研究表明，適度饑餓對成年個體具有很多益處，比如，適度饑餓可以通過調(diào)節(jié)能量代謝和降低氧化應(yīng)激等機制增加機體的抗逆性甚至延緩衰老。因此，杜震宇課題組提出全新的假設(shè)認為：魚類在低溫應(yīng)激下減少進食進入饑餓狀態(tài)，除了由于水溫降低造成運動下降減少主動掠食之外，減少進食乃至饑餓本身也可能是魚類適應(yīng)低溫應(yīng)激的一種生存策略。

針對這一假設(shè)，杜震宇課題組在過去4年中里進行了系統(tǒng)而細致的探索。研究首先證實，48到96小時（2到4天）的饑餓會顯著提高斑馬魚在急性冷應(yīng)激下的存活率，說明適度饑餓的確可以提高魚類的抗低溫能力。在此基礎(chǔ)上，課題組又通過轉(zhuǎn)錄組學、電鏡和生化分析等手段，進一步確定饑餓對斑馬魚冷應(yīng)激抗性的影響與能量供應(yīng)和組織損傷修復有關(guān)。之后，課題組分別從能量代謝和組織損傷修復這兩個方向入手，利用營養(yǎng)調(diào)控和藥物阻斷手段并結(jié)合基因敲除技術(shù)，最終證實饑餓所誘導增強的脂肪分解代謝和細胞自噬分別通過增加能量供應(yīng)和修復細胞損傷提高了魚類對冷應(yīng)激的抵抗力。此外，課題組也發(fā)現(xiàn)，對mTOR通路的抑制，不僅能高度重現(xiàn)饑餓對脂代謝和自噬活性的調(diào)節(jié)，也能重現(xiàn)魚類增強冷應(yīng)激抗性的表型，這說明mTOR通路很可能（部分）參與了饑餓對魚冷應(yīng)激抗性的調(diào)控。

圖注：48-96小時的饑餓可以顯著提高斑馬魚在11℃急性冷應(yīng)激下的存活率

圖注：饑餓通過對脂分解供能和細胞自噬的激活從而增強魚類對低溫應(yīng)激的抵抗

本研究證實了脂代謝、自噬過程和mTOR通路在魚類抵抗低溫應(yīng)激中的作用機制，并首次提出一個新的學術(shù)觀點：魚類在低溫下減少進食可能是其應(yīng)對低溫應(yīng)激的一種代謝適應(yīng)策略。

當前魚類應(yīng)對低溫應(yīng)激的研究很少從代謝角度開展，因此，本研究工作為該研究領(lǐng)域提供了新的研究思路。本工作中的諸多實驗結(jié)果也可為魚類遺傳育種、功能性飼料研發(fā)和水產(chǎn)養(yǎng)殖技術(shù)提供有價值的參考。近日，本研究的相關(guān)論文《Fasting enhancescold resistance in fish through stimulating lipid catabolism and autophagy》已在生理學權(quán)威期刊The Journal ofPhysiology（IF_5year= 4.78）上在線發(fā)表。

本研究論文的第一作者為我校生科院LANEH實驗室博士生魯棟梁，通訊作者為杜震宇教授。該工作獲得了多項國家自然科學基金的支持。

論文第一作者 魯棟梁

相關(guān)論文在線網(wǎng)址：

https://physoc.onlinelibrary./doi/abs/10.1113/JP277091

注：The Journal of Physiology (London)創(chuàng)刊于1878年，是國際上最經(jīng)典的老牌生物學期刊之一，在生理學界享有盛譽。近10年來，JP極少發(fā)表魚類生理學的論文。