【组学新刊精读】 定量脂质组学等方法揭示穴居鱼类的神经和全身脂质代谢途径的洞穴适应

2022年3月，中科院遗传发育所、中科院动物研究所、中科脂典等单位的相关研究人员在生物进化领域刊物《Molecular Biology and Evolution》（IF: 16.3）上发表了题为“Quantitative lipidomics and spatial MS-Imaging uncovered neurological and systemic lipid metabolic pathways underlying troglomorphic adaptations in cave-dwelling fish”的研究论文，揭示了洞穴金线鲃在其特殊生存环境下的脂类代谢适应的主要途径。（中科脂典技术总监Lam Sin Man博士和中科院遗传发育所博士生李婕为本文共同第一作者。）

为了阐明脂质代谢和空间脂质分布的区域特异性差异，研究人员随后对每个种群的全脑进行了系统的横向切片。脑切片按纵轴位置分为四个主要脑区，即端脑（Tel）、视顶盖（TeO）、小脑体（CC）和延髓（MO）。在硬骨鱼中，5-HT能神经元主要存在于后脑中缝核和位于前脑的三个下丘脑核中。定量脂质组学结果显示，在所有四个脑区中，地表鱼中含有ARA的膜磷脂含量相对于洞穴鱼都有所降低。相比之下，其他脂质类别表现出区域特异性变化，研究人员注意到，与ARA相反，洞穴鱼TeO和CC中的二十二碳六烯酸（DHA）水平相较于地表鱼显著降低。

硫苷脂 (SLs)与其代谢前体半乳糖基神经酰胺 (GalCer) 一起构成了确保髓鞘正常结构和功能属性的主要脂质成分。基于先前MSI 结果显示的地表鱼与洞穴鱼脑切片SLs的富集区域， 研究人员又进行了髓鞘碱性蛋白的免疫染色和后脑CC区域的透射电子显微镜（TEM）图像分析，结果表明，相对于洞穴鱼，金线鲃地表鱼在后脑区域的中缝 5-HT能神经元群体髓鞘化程度更高，洞穴鱼在它们的中缝5-HT能神经元中出现了选择性脱髓鞘作用，而下丘脑5-HT能神经元没有此现象。

最后，为了阐明洞穴鱼和地表鱼之间差异脂质代谢的候选基因，研究人员检测了DHA生物合成/摄取、磷脂重塑、脂肪动员、线粒体和过氧化物酶体β-氧化途径中基因的相对表达情况，以及大脑和肝脏中的缩醛磷脂生物合成过程。结果表明，表层鱼通过 Δ4 去饱和酶途径增强大脑中的 DHA 生物合成，并依赖于 Sprecher 途径（elovl2、elovl5、acox1）来增强肝脏中的 DHA 生物合成。洞穴鱼的脂肪肝可能是由于脂肪酰的动员和氧化减弱所致，表现在脂肪动员相关基因（pnpla2、lipea、lipeb、dagla 和 mgll）以及参与线粒体 β 氧化相关基因（cpt1ab、hadhaa、cpt2、decr1和acox1）的表达显著降低。

综上所述，该研究通过将定量脂质组学与空间MSI相结合，发现洞穴金线鲃的神经脂质代谢可塑性，尤其是增强氧化磷酸化、减少DHA生物合成和膜掺入、中缝5-HT能神经元的脱髓鞘等过程可能有助于穴居行为适应，消除洞穴鱼不必要的形态和行为特征（例如高级眼部功能和社会行为的丧失），这有助于减少能量消耗，在食物供应不规律的洞穴环境中赋予其生存选择优势。

洞穴鱼和地表鱼在大脑和肝脏中

对其*环境进行代谢适应的主要途径

文中采用的定量脂质组学平台：

SCIEX QTRAP^®系统