水产学院鱼类营养学 1 第三章鱼类糖代谢及其调控研究进展 2002

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戌曹
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1 杨丽萍水产动物营养与饲料系

2 水产学院鱼类营养学 1 第三章鱼类糖代谢及其调控研究进展 2002

3 水产学院鱼类营养学 2 第三章鱼类糖代谢及其调控研究进展人低血糖症状鱼胰岛素惊厥脑部必须要葡萄糖提供能量

4 水产学院鱼类营养学 3 本章目录 C O N T E N T S 目录 01 糖的生理作用 02 不同食性鱼类的糖利用差异 03 肉食性鱼类对糖的不耐受机制研究 04 鱼类糖的感知与代谢调节 05 展望

5 1. 糖的生理作用 Amino acid Fat Cholesterol Nucleoside 水产学院鱼类营养学

6 水产学院鱼类营养学 1. 糖的生理作用糖蛋白蛋白聚糖糖脂

7 水产学院鱼类营养学 6 1. 糖的生理作用

8 水产学院鱼类营养学 7 1. 糖的生理作用生物体的主要能源物质提供合成体内其他物质的原料 ( 氨基酸脂肪胆固醇核苷等物质 ) 机体组织细胞的组成成分糖蛋白蛋白聚糖糖脂等的组成成分细胞识别的信息分子

9 水产学院鱼类营养学 2. 不同食性鱼类的糖利用差异 2.1 不同食性鱼类饲料中糖的含量 2.2 不同食性鱼类的葡萄糖耐性实验差异

10 水产学院鱼类营养学 2.1 不同食性鱼类饲料中糖的含量 Rainbow trout 肉食性 <20% Common carp 杂食性 40% Grass carp 草食性 50%

11 水产学院鱼类营养学 2.1 不同食性鱼类饲料中糖的含量 Capacity of Carbohydrate use Dietary Carbohydrate level Rainbow trout < 20% European sea bass Channel catfish Common carp Nile Tilapia 50%

12 水产学院鱼类营养学 2.1 不同食性鱼类饲料中糖的含量 ü 植食性和杂食性鱼类对糖类的适应性较好, ü 肉食性鱼类对饲料糖类的利用能力比较低

13 水产学院鱼类营养学 2.2 不同食性鱼类的葡萄糖耐性实验差异 ü 糖耐量试验是用于诊断人类糖尿病的手段 ü 具体做法是在空腹状态下口服一定剂量 ( 一般是 167mg/100g 体重 ) 葡萄糖后, 于不同时刻测定血糖水平 ü 目前已被应用与鱼类研究中

14 2.2 不同食性鱼类的葡萄糖耐性实验差异水产学院鱼类营养学 Polakof etal., 2012

15 水产学院鱼类营养学 2.2 不同食性鱼类的葡萄糖耐性实验差异

16 水产学院鱼类营养学 2.2 不同食性鱼类的葡萄糖耐性实验差异 ü 植食性和杂食性鱼类糖耐量实验后, 血糖可在短时间内恢复 ü 肉食性鱼类糖耐量实验后, 血糖维持在较高水平, 或恢复时间延长

17 水产学院鱼类营养学肉食性鱼类对糖的不耐受机制研究 Rainbow trout 典型的肉食性经济鱼类当饲料糖类添加 <20% 时, 蛋白质节约效应显著生长不受影响, 鱼肉的品质也不受影响当饲料糖类添加 >20% 时, 生长受抑制肉食性鱼类为什么对糖不耐受?

18 水产学院鱼类营养学肉食性鱼类对糖的不耐受机制研究原因? 改善机制

19 水产学院鱼类营养学肉食性鱼类对糖的不耐受机制研究原因 ü 缺乏糖代谢关键酶 GK? ü 胰岛素降血糖作用不明显? ü 肌肉及肝脏脂肪等各组织对糖的利用不足?

20 3. 肉食性鱼类对糖的不耐受机制研究原因 (GK) Panserat et al., 2000 水产学院鱼类营养学 19

21 水产学院鱼类营养学肉食性鱼类对糖的不耐受机制研究原因 ( Insulin 是否具有降血糖作用 ) Cowey,1977

22 水产学院鱼类营养学肉食性鱼类对糖的不耐受机制研究原因 ( Insulin 分泌是否受到影响 ) Capilla,2003

23 水产学院鱼类营养学肉食性鱼类对糖的不耐受机制研究原因 ( 肝脏和肌肉组织对糖的利用 ) ü Liver size and liver lipid content increased in direct relationship to the dietary level of digestible carbohydrate. ü The highest percentage of muscle lipid was found in fish fed the diet containing 25% carbohydrate and 10% lipid as non-protein energy sources. ü 但是肌肉脂肪对糖的转运能力较低 Brauge,1994

24 水产学院鱼类营养学肉食性鱼类对糖的不耐受机制研究原因 ( 总结 ) Insulin Glucose=poor insulin secretion Low glucose transport and phosphorylation after carbohydrate intake Glucose production Gluconeogenesis: No inhibition after carbohydrate intake Lipogenesis: weak induction by carbohydrates Low induction of GLUT4/HK After carbohydrate intake

25 水产学院鱼类营养学肉食性鱼类对糖的不耐受机制研究改善 ü 通过药理学方法 ü 通过对饲料成分的改进 ü 通过营养程序

26 水产学院鱼类营养学肉食性鱼类对糖的不耐受机制研究改善 ( 通过药理学方法 ) Metformin( 二甲双胍 ): potentials the insulin action 30%CHO 30%CHO+met -CHO Panserat et al. AM J Physisol 297:

27 水产学院鱼类营养学肉食性鱼类对糖的不耐受机制研究改善 ( 通过药理学方法 ) Insulin: Ins Metformin: Met Insulin +Metformin: Int +Met

28 水产学院鱼类营养学肉食性鱼类对糖的不耐受机制研究改善 ( 通过药理学方法 - 小结 ) 抑制肝脏糖异生促进糖酵解诱导肝脂肪合成改善肌肉中葡萄糖转运

29 水产学院鱼类营养学肉食性鱼类对糖的不耐受机制研究改善 ( 通过对饲料成分的改进 ) All fed with dietary carbohydrate (25%): LFD(1wk): low lipid 4% HFD(1wk): high lipid 20% HFD(1wk) to LFD(1wk) Figueiredo Silva (2012) J Exp Biol

30 水产学院鱼类营养学肉食性鱼类对糖的不耐受机制研究改善 ( 通过对饲料成分的改进 ) All fed with the same level of carbohydrate Dietary protein level: hepatocyte P40 P30 P20 P10 a ab ab b Kirchner et al. J Nutr(2003) Lansard et al. Amino Acid ( 2010)

31 水产学院鱼类营养学肉食性鱼类对糖的不耐受机制研究改善 ( 通过对饲料成分的改进 - 小结 ) 在高水平的膳食碳水化合物的存在下 : ü 高蛋白膳食水平 : 诱导肝脏糖异生 ; ü 高脂饲料 : 抑制肝脏脂肪合成

32 水产学院鱼类营养学肉食性鱼类对糖的不耐受机制研究改善 ( 通过营养程序 ) 营养程序 : 早期应激可能调节成体时基因组表达 Receive and Record Mechannisms involved: Epigenetics Organ/tissue formation Remember Reveal The 4 "R" of nutritional programming Lucas 1998 J Nutr 402S-406S

33 水产学院鱼类营养学肉食性鱼类对糖的不耐受机制研究改善 ( 通过营养程序 ) Trout alevin fed with "stimuli" at first feeding 成功诱导成鱼对糖耐受, 对生长无副作用, 对存活率无影响, 对代谢基因表达的影响

34 水产学院鱼类营养学肉食性鱼类对糖的不耐受机制研究小结肉食性鱼类饲喂高糖饲料存在不耐受现象 ; 肉食性鱼类体内存在糖的吸收转运代谢机制, 但活性较弱 ; 肉食性鱼类可以通过药物饲料配方及营养程序改善其对糖的利用

35 水产学院鱼类营养学鱼类糖的感知与代谢调节哺乳类糖的感知 Levin et al., 2004

36 水产学院鱼类营养学 4. 鱼类糖的感知与代谢调节鱼类也存在糖感受器

37 水产学院鱼类营养学鱼类糖的感知与代谢调节鱼类也存在糖感受器 ü 在斑马鱼虹鳟等鱼类的脑中有 GLUT2 和 GK 等基因的表达 ; ü 在尼罗罗非鱼脑中能够检测到 GLUT1 的 mrna 表达 ; ü 目前已在多种鱼类 ( 虹鳟欧洲海鲈斑马鱼鲤鱼金头鲷 ) 肝脏中检测到 GK 等基因的表达 ü 肉食性鱼类的肠道也具有感应单糖的能力在虹鳟中的研究发现, 肠道在糖代谢过程中的作用显著, 它能够感应葡萄糖半乳糖和甘露糖等单糖的变化, 进而做出响应并改变糖敏感基因的表达水平, 如 GLUT2 GK SGLT1, 肝 X 受体 α(liver X receptor alpha, LXRα) 以及 G 蛋白偶联味觉受体相关基因等, 进而启动葡萄糖氧化或糖原转化贮存

38 水产学院鱼类营养学 4. 鱼类糖的感知与代谢调节内分泌调节 ü 哺乳动物中, 存在一对拮抗调节血糖的激素 : 胰岛素和胰高血糖素 ü 鱼类中是否也存在?

39 4. 鱼类糖的感知与代谢调节内分泌调节胰岛素 ü 在鱼类可激活糖原合成酶 (glycogen synthase, GSase ) 和抑制糖原磷酸化酶 (glycogen phosphorylase, GPase) 活性的功能, 从而加强了糖原合成 ü 胰岛素对糖酵解和糖异生途径的作用受到鱼类营养状况种类的影响 ü 当用胰岛素灌喂处理禁食虹鳟 4 d 后, 发现糖异生相关酶类 mrna 表达水平下降 ; 而若用胰岛素灌喂高碳水化合物饲喂的虹鳟, 其糖代谢基因的表达则不受影响, 显示灌注胰岛素对血糖调节作用不明显, 血糖维持在较高水平水产学院鱼类营养学

40 水产学院鱼类营养学 4. 鱼类糖的感知与代谢调节内分泌调节 Glucagon-like peptide, GLP, 存在 GLP-1 和 GLP-2 两种形式 ü 在哺乳动物中,GLP-1 能够促进胰岛素的分泌抑制胰高血糖素的释放, 从而具有降血糖的功能 ü 鱼类中, GLP-1 促进糖质新生和肝糖原分解具有升高血糖水平的作用, 而对胰岛素的分泌没有影响 ü 在虹鳟中的研究发现, 腹腔注射和脑室注射 GLP-1 均能够引起血糖水平和肝糖原水平升高, 并影响肝脏下丘脑或后脑中 GK 丙酮酸激酶 (pyruvic kinase, PK) GSase GLUT2 等的活性或 mrna 表达水平 ü 因此, 推测 GLP-1 可通过脑 - 肠轴双重调控鱼类的糖代谢 Polakof et al., 2010

41 5. 展望肉食性鱼类糖代谢研究的资料非常丰富, 而对杂食性草食性鱼类的报道则相对较少杂食性鱼类与肉食性鱼类在糖耐受力以及高糖对其糖异生和 GK 活性的作用等方面存在差异, 这种差异的调控机制有待进一步阐明另外, 糖异生作用对鱼类外周高血糖的贡献力以及饲料脂肪对不同鱼类糖酵解代谢的作用机制尚不明确针对营养素改变, 机体胃肠激素作出如何调节, 中枢神经系统作出怎样的响应? 中枢葡萄糖感应器位于哪些神经元中, 它们检测到葡萄糖水平的变化后, 通过什么方式整合营养内分泌等信号进而调节鱼类摄食, 发放摄食调节信号? 这些问题都有待深入研究水产学院鱼类营养学 40

$"' 水产学报!& 卷哺乳动物的葡萄糖感应器广泛分布于中枢神经系统和外周组织中其中中枢葡萄糖感应器主要是位于下丘脑及后脑的葡萄糖兴奋性神经元!/& %( 0 &) 29 &) 和葡萄糖抑制性神经元!/& % % %( 0 &) 21 &) 而外周葡萄糖感应器最经典部位是胰腺它在感应到

$' 水产学报!& 卷哺乳动物的葡萄糖感应器广泛分布于中枢神经系统和外周组织中其中中枢葡萄糖感应器主要是位于下丘脑及后脑的葡萄糖兴奋性神经元!/& %( 0 &) 29 &) 和葡萄糖抑制性神经元!/& % % %( 0 &) 21 &) 而外周葡萄糖感应器最经典部位是胰腺它在感应到第!& 卷第期 ' " 年月水产学报 $:8..1 9819. 1 /'!& ' ' ' " 文章编号 ''' '$ # ' " ' $! 1 ''!%" '$'! '' "'" " & 综述鱼类的葡萄糖感知与糖代谢调节研究进展杨丽萍秦超彬郑文佳卢荣华聂国兴河南师范大学水产学院河南新乡 "#!''% 摘要为加深对鱼类糖的感知与代谢调控的认识本文综述了鱼类的葡萄糖感知与摄食调控