■許友卿 劉永強(qiáng) 劉 陽 丁兆坤

（廣西大學(xué)水產(chǎn)科學(xué)研究所，廣西南寧 530004）

分子生物學(xué)的發(fā)展促進(jìn)了維生素D(vitamin D,VD)功能和機(jī)理的研究。新的研究發(fā)現(xiàn)，VD除調(diào)節(jié)鈣磷平衡外，可能還發(fā)揮更多其他重要生理功能[1-3]，如代謝[4-6]、影響細(xì)胞增殖和分化[7-8]、自身免疫[9-13]、心血管生理功能[14-17]、神經(jīng)與肌肉功能[4,18]、防癌作用[19-22]等。

Lock等（2010）[1]指出，魚類具有與哺乳類功能相似的VD內(nèi)分泌系統(tǒng)，但是魚只能累積而不能合成VD，全靠攝入VD來滿足其需要。由于魚對VD3的吸收和利用率最高[23]，因此研究VD3在魚類的生理功能及其機(jī)理具有特別重要的意義。

本文重點綜述VD3對魚類的生理、生化影響及其機(jī)理研究進(jìn)展，旨在更好地理解、研究、利用和調(diào)控VD3，發(fā)揮其最佳功能，促進(jìn)養(yǎng)殖魚類健康、生長和發(fā)育，同時提高魚類的VD3含量和質(zhì)量，促進(jìn)漁業(yè)發(fā)展，提高經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。

1 魚類VD、VD代謝物及其作用

VD3是魚的主要利用和儲存形式。Dusso等[24]指出，所有魚類都直接從日糧吸收VD。在水生食物鏈中，浮游生物是VD的最初合成者，浮游動物和植物都含有兩種高濃度的VD，即VD2和VD3[23]。由于浮游生物在水生食物鏈的底部，因此利于魚攝入VD。然而，浮游生物中VD2和VD3的比值與魚儲存的不一致，浮游生物為1∶1，而魚為1∶10。表明魚對VD3的生物利用率更高，攝入更多，而且VD3是魚的主要儲存形式[23]。由于魚體含脂肪的組織器官如肝和肌肉能存儲大量VD3，所以魚成為人類VD3的極好食物來源[25]。不同魚種的VD3含量相異，但是，同種魚的VD3含量變化不大。Mattila等[23]推斷，日糧是魚種間和魚種內(nèi)VD3含量變化的緣故。

VD3在魚肝被羥基化為25（OH）D3。VD是固醇類衍生物，即脂溶性維生素。腸道以乳糜微粒的形式吸收VD，后者主要與腸道合成的脂蛋白結(jié)合，通過血液運(yùn)輸?shù)礁?。其中VD3在魚肝被羥基化，生成25(OH)D3，后者在魚肝、腎和其他組織進(jìn)一步被羥基化為最活躍的1,25(OH)2D3和24,25(OH)2D3[1]。25(OH)D包括25(OH)D2和25(OH)D3。對人來說，機(jī)體25(OH)D是攝入VD和紫外光照射產(chǎn)生VD的總和，其半衰期為2～3周[26]；而1,25(OH)D的半衰期只有4～6 h，其循環(huán)量不到25(OH)D的千分之一[27]。因此血清25(OH)D是機(jī)體VD狀況的最好指標(biāo)[21]，唯一被用來確定臨床病者的VD狀況[28]。用液相色譜和質(zhì)譜串聯(lián)(LC-MS)方法可以直接測定血清25(OH)D，同時定量測定25(OH)D2和25(OH)D3[29]。

魚對不同VD3代謝物、濃度和暴露時間的應(yīng)答不同，對同一VD處理的反應(yīng)，種內(nèi)不同，種間也相異。給大西洋鱈(G.morhua)反復(fù)注射1,25(OH)2D3，發(fā)現(xiàn)血漿游離鈣增加了，而總血鈣保持不變[30]。給雄性莫桑比克羅非魚(O.mossambicus)注射1,25(OH)2D3，發(fā)現(xiàn)總血鈣增加了，而血漿游離鈣不變[31]。此外，魚對VD3應(yīng)答還受其他條件的影響[32]。

VD3代謝物對不同魚種血漿磷水平的影響相異。每天給鯰魚(C.batrachus)[33]、美國鰻魚(Anguilla rostrata)和鯉魚(C.carpio)[34]注射 VD3或 1,25(OH)2D3會增加其血漿磷含量。但是莫桑比克羅非魚(Tilapia mossambicus)例外[35]。關(guān)于VD3參與魚的磷代謝信息不多，尚待研究。

就組織器官而言，腸是吸收鈣和磷的重要器官，因此腸是VD內(nèi)分泌系統(tǒng)的主要敏感(靶)器官。分離鯉魚腸并迅速(5 min內(nèi))暴露于1,25(OH)2D3，會增加腸蛋白激酶C的活性。生理濃度VD3可刺激金魚腸道對鈣的吸收[36]。鰓是魚從水中吸收鈣的重要器官[37]。VD受體(vitamin D receptor,VDR)在幾種硬骨魚的鰓中表達(dá)[38]。關(guān)于VD參與魚腎對鈣和磷重吸收的信息很少。但是有報道認(rèn)為，VD3參與美洲鰻腎對磷的重吸收[39]。

VD參與淡水魚骨骼平衡調(diào)節(jié)。在養(yǎng)殖水體中添加VD3或1,25(OH)2D3，斑馬魚(Danio rerio)幼魚骨骼礦化呈劑量依賴性增加[40]。相反，給莫桑比克羅非魚重復(fù)注射1,25(OH)2D3之后，成骨細(xì)胞的大小和數(shù)量減少，鰭條骨中鈣和磷的濃度也減少[41]。但是，1,25(OH)2D3的這種效應(yīng)取決于魚的生理狀態(tài)。VD3代謝物對骨的影響復(fù)雜，而且有諸多其他因素（如其他激素）參與調(diào)節(jié)[42]。

VD能夠抗氧化，提高機(jī)體免疫功能。Wiseman等[43]指出，VD的代謝產(chǎn)物l,25(OH)2D3具有抗氧化能力，能夠保護(hù)正常細(xì)胞膜免受自由基的氧化損傷；當(dāng)VD及其代謝產(chǎn)物l,25(OH)2D3在膜中累積到一定程度，能夠保護(hù)細(xì)胞膜免受脂質(zhì)過氧化損傷。因此，適當(dāng)添加VD對提高機(jī)體免疫和抗氧化功能具有重要作用。在一定范圍內(nèi)增加VD，可以提高肉雞血清和肝的總超氧化物歧化酶（SOD）和谷胱甘肽過氧化物酶(GPX)活性，提高總抗氧化能力，降低丙二醛(MDA)含量[44]。然而，另有報道，皺紋盤鮑（Haliotis discus hannai Ino）的不同組織(內(nèi)臟團(tuán)和肌肉)對缺乏或過量VD的敏感性不同[45]。相關(guān)報道不多，尚需研究。

2 VD受體及其可能作用機(jī)理

VD發(fā)揮作用是由VD受體(vitamin D receptor,VDR)介導(dǎo)的。Lin等(2011)[2]報道，魚通過受體介導(dǎo)VD3代謝。Carlberg等(2012)[12]進(jìn)一步指出，1α,25(OH)2D3的所有作用基本上是由轉(zhuǎn)錄因子VDR介導(dǎo)的。

VDR分為膜受體(membrane vitamin D receptor，mVDR)和核受體(nuclear vitamin D receptor，nVDR)兩大類，mVDR主要參與鈣、磷平衡調(diào)節(jié)，而nVDR通過影響基因表達(dá)，調(diào)控相應(yīng)蛋白質(zhì)的合成。1,25(OH)2D3的nVDR是一種配體激活型轉(zhuǎn)錄因子。nVDR經(jīng)1,25(OH)2D3激活與視黃酸受體(RXR)形成一個RXR/VDR異質(zhì)二聚體，后者轉(zhuǎn)移到胞核并與VD反應(yīng)基因上游的特定DNA序列相互作用而調(diào)節(jié)基因表達(dá)[46-47]。

Suzuki等[48]首先報道硬骨魚nVDR mRNA序列，他們測定了日本比目魚(Paralichthys olivaceus)VDR兩種亞型的序列。Howarth等[49]在淡水青鳉(Oryzias latipes)VDR的研究中發(fā)現(xiàn)了兩種旁系同源物，兩者的轉(zhuǎn)化活性和對1,25(OH)2D3的敏感度不同，表明這兩種受體的功能相異。已經(jīng)在河豚(Takifugu rubripes)、棘魚(Gasterosteus aculeatus)、歐洲石斑魚(Dicentrarchus labrax)、大西洋鮭(Salmo salar）、鯉魚鑒定了α-和β-VDR[1，50-51]。目前還不清楚這些亞型是由于基因復(fù)制所致，還是選擇性接合的結(jié)果。已測定VDR序列的還有斑馬魚和虹鱒[1]。

VDR在魚的各種組織中普遍表達(dá)，反映了VD內(nèi)分泌系統(tǒng)的多效性。已經(jīng)對比目魚[48]、河豚[51]、斑馬魚[40]、大西洋鮭[50]等的各種組織器官進(jìn)行了VDR mRNA表達(dá)研究。用特殊VDR染色法發(fā)現(xiàn)，VDR存于鰓泌氯細(xì)胞、腎小管細(xì)胞、腸細(xì)胞和膽管上皮細(xì)胞中。在睪丸細(xì)管中Sertoli細(xì)胞(Sertoli cells)發(fā)現(xiàn)了陽性VDR mRNA染色，表明VD內(nèi)分泌系統(tǒng)在雄性繁殖中起作用。在成骨細(xì)胞中發(fā)現(xiàn)骨骼特殊VDR染色，在鰓絲的軟骨細(xì)胞和神經(jīng)系統(tǒng)（腦、脊髓和視網(wǎng)膜）也發(fā)現(xiàn)陽性VDR mRNA染色。VDR在斑馬魚上皮內(nèi)分泌組織和神經(jīng)組織中廣泛地表達(dá)，而且在早期發(fā)育階段就已經(jīng)表達(dá)[40]。

現(xiàn)在普遍認(rèn)為，膜信號是由類固醇激素(通過G-蛋白耦聯(lián)受體)激發(fā)的[52]。敏感(靶)細(xì)胞中非基因信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途經(jīng)的激活包括mVDR。24,25(OH)2D3和25(OH)D3兩者競爭性地與mVDR結(jié)合，這是mVDR與nVDR區(qū)別之處。

Whitfield等[53]報道，七鰓鰻（Petromyzon marinus）存在原始和潛在的活性VDR(lamp VDR)。七鰓鰻是古老無顎脊椎動物的代表，因為它缺乏鈣化骨骼和牙齒而導(dǎo)致其lamp VDR功能受到質(zhì)疑。Lock等[1]推測lamp VDR的功能可能是作為內(nèi)源或外源毒素的傳感器，并作為這些毒素解毒的CYP酶誘導(dǎo)劑。

應(yīng)該指出的是，當(dāng)前的VDR活性構(gòu)象模型是假設(shè)的，而且是以哺乳動物為基礎(chǔ)的[54]。VD的作用及機(jī)制尚待更廣泛、深入的研究，對魚類來說更是如此。

3 幾種魚種對VD3的最低參考需要量

魚缺乏VD3會發(fā)生痙攣和降低生長率。Barnett等[55]首先證明了虹鱒日糧VD3的重要性。魚在整個生命過程中都以其食物水平的速率積累VD3[56]。VD主要累積在肝、腸、腎、脾、鰓、皮膚和肌肉[57]。Brown等[58]在易于控制水流的養(yǎng)魚池中，養(yǎng)殖溝鯰(Ictalurus punctatus)約4～25 g，以增重和飼料轉(zhuǎn)化率計算，每千克飼料至少需要VD36.25～12.5 μg；而以血清25(OH)D3作為VD3狀況指標(biāo)，每千克日糧至少需要VD350 μg。幾種魚種對VD3的最低參考需要量見表1。

表1 幾種魚種對VD3的最低參考需要量（以每千克日糧計算）

與其他魚種比較，鮭科魚類要求較多的VD3。給3月齡一指長的虹鱒幼魚投喂缺乏VD3的日糧，發(fā)現(xiàn)于數(shù)周后幼魚生長開始減緩[54]。Barnett等[61]估計，虹鱒的每千克日糧至少需要20 μg VD3。缺乏VD3的魚表皮薄、廣泛地潛在壞死肌肉組織和低血鈣。連續(xù)給缺乏VD3的魚投喂添加VD3的日糧四周，可使其缺乏VD3的病理變化大有好轉(zhuǎn)[62]。

魚對日糧含高水平VD3很有耐受性。給大西洋鮭魚苗分別投喂每千克含57、5、0.2 mg VD3的日糧，14周后它們的重量、長度、特定生長率和死亡率沒有顯著差異。給大西洋鮭幼魚和溝鯰[58]投喂大量VD3，也沒有表現(xiàn)VD過多的征兆。只有少數(shù)報道日糧中高水平VD3會抑制魚類生長[63]。

在日糧中添加VD2代替VD3取得的效果很小。Barnett等[61]從生長曲線估算，虹鱒日糧VD3的效果大概是VD2的3.3倍。如果用植物產(chǎn)品部分替代魚粉或魚油來滿足魚對VD的最低需求或許沒有問題。然而，替代品可能會降低富含VD的海產(chǎn)品效益，尚待研究[64]。

目前，多以單因素來估計最低和最高維生素需求量，未考慮其他因素和不同維生素之間的可能相互作用。給大西洋鮭注射視黃酸(retinoic acid,RA)后，降低其血漿1,25(OH)2D3水平。當(dāng)注射RA抑制骨基質(zhì)Gla蛋白(bone matrix Gla protein,MGP)和骨特殊膠原1a型的基因表達(dá)時，堿性磷酸酶mRNA表達(dá)上調(diào)，這可能會長期影響骨骼強(qiáng)度和發(fā)育[65]。因此,考慮其他因素，探索用多重變量計算維生素需要量將是一個更完善的方法。

4 結(jié)語

總而言之，VD的新功能及其機(jī)理是該領(lǐng)域當(dāng)前研究的前沿和熱點。然而，VD的功能與作用機(jī)制尚待更廣泛、深入的研究，特別是能為人類提供極好VD3來源的魚類VD內(nèi)分泌系統(tǒng)功能尚缺少充分、直接證據(jù)，亟待研究。今后應(yīng)從多方面和不同層次深入研究VD3對魚類的生理、生化作用及其機(jī)制，尤其是分子機(jī)制；探索用多重變量研究魚類對VD3的適宜需要量和替代品，促進(jìn)漁業(yè)的持續(xù)健康發(fā)展。