鲢（Hypophthalmichthys molitrix）作为中国四大家鱼之一，以浮游生物为食，在控制蓝藻水华和净化水质方面发挥着重要的生态功能。然而，鲢对水体低氧的耐受性较差，在高密度养殖和长途运输过程中常发生大规模死亡，造成严重的经济损失。铁死亡是一种铁依赖性的新型细胞程序性死亡，其机制有别于细胞凋亡和细胞自噬。该过程主要通过二价铁或酯氧合酶催化细胞膜上高表达的不饱和脂肪酸发生脂质过氧化，同时伴随抗氧化谷胱甘肽系统核心调控酶GPX4的表达下调，最终导致细胞死亡。然而，缺氧与铁死亡之间的关联机制尚未得到充分阐明。

  在本研究中，对不同程度缺氧应激的鲢肝脏组织进行了代谢组学分析，共鉴定出593种代谢物，其中268种为差异丰度代谢物（DAMs）。随着缺氧胁迫加剧（缺氧、半窒息至窒息状态），共筛选出30种共同的DAMs。这些DAMs的受试者工作特征（ROC）分析表明，它们具有作为缺氧应激生物标志物的潜力。对DAMs的KEGG通路富集分析显示，氨基酸代谢与合成以及葡萄糖代谢相关通路显著富集。我们构建了全面的代谢流程图，系统性地阐明了在缺氧条件下，与氨基酸生物合成、精氨酸生物合成、糖酵解/糖异生、丙氨酸/天冬氨酸/谷氨酸代谢以及半乳糖代谢等通路相关的关键代谢物变化。此外，缺氧还显著富集了铁死亡（ferroptosis）信号通路。铁死亡是一种铁依赖性的新型细胞死亡方式。为确认铁死亡的发生，我们检测了其相关敏感指标，结果证实缺氧条件下鲢肝脏中存在铁死亡。随后，我们应用CRISPR/Cas9技术靶向敲除鲢中促进铁死亡脂质过氧化的关键基因acsl4（长链脂酰辅酶A合成酶4），成功获得P0代acsl4缺陷嵌合体鲢鱼。对野生型鲢鱼和P0代嵌合体的比较实验表明，acsl4缺陷嵌合体表现出更强的耐缺氧能力。铁死亡相关指标的检测进一步证实，破坏acsl4可有效减轻缺氧诱导的铁死亡。这些发现为深入解析鱼类肝脏缺氧适应性反应与损伤的分子机制提供了有价值的见解，并为培育耐缺氧鱼类新品种奠定了重要的理论基础。

  上述成果于2025年6月4日在Water Biology and Security上在线发表。河北大学2022级水生生物学专业硕士研究生张春燕为论文第一作者，河北大学为第一署名与通讯作者单位。河北大学张继泉研究员、中国水产科学院长江水产研究所梁宏伟研究员为论文通讯作者。

  论文信息：Chunyan Zhang #, Xiaohui Li #, Cui Feng, Hang Sha, Xiangzhong Luo, Siyao Ai, Guiwei Zou, Jiquan Zhang *, Hongwei Liang *, Metabolomics analysis identifies hypoxia-induced ferroptosis in the liver of silver carp (Hypophthalmichthys molitrix), Water Biology and Security, 2025, 100422.（中科院一区Top，Q1，IF：5.1）

图1 正负离子模式下代谢物鉴定及差异分析。（A）常氧、缺氧、半窒息和窒息组代谢物差异积累热图；（B）已鉴定代谢物的化学类别分布；（C-E）三组间差异丰度代谢物 (DAM) 的火山图；（F）三组比较中 DAM 化学类别的统计图。

图2 三组比较中差异丰度代谢物（DAM）的分析。（A）韦恩图展示三组比较中DAM的分布特征；（B）热图呈现前100位DAM的丰度变化趋势；（C）和弦图揭示基于代谢物数据库注释的30个共有DAM的相关性网络；（D）箱线图表征四个特征聚类中30个目标DAM的定量分布。

图3 基于ROC分析的潜在生物标志物筛选。(A)缺氧组；(B)半窒息组；(C)窒息组。

图4 差异代谢物通路富集与关联基因表达分析。(A)三组共有差异代谢物的通路富集；(B)关键代谢通路中基因表达模式的聚类热图。

图5 缺氧胁迫下鲢鱼肝细胞铁死亡特征分析。(A)肝组织苏木精-伊红（H&E）染色形态学观察；(B)透射电镜下线粒体超微结构特征；(C)铁死亡通路关键基因相对表达水平；(D)缺氧组铁离子浓度、丙二醛（MDA）及谷胱甘肽（GSH）含量比较。

图6 CRISPR/Cas9介导的鲢acsl4a/b基因编辑。(A)双基因靶向设计示意图：acsl4a外显子16（gRNA1/gRNA2）与acsl4b外显子6（gRNA3/gRNA4）；(B)P0代嵌合体靶位点测序图谱。

图7 缺氧胁迫下acsl4a/b缺陷型嵌合体鲢鱼肝脏铁死亡特征。(A)基因缺陷型嵌合体缺氧耐受性增强：野生型与缺陷型在平衡丧失点（LOE）的耐受时间及溶解氧（DO）阈值比较；(B)野生型与acsl4a/b缺陷型嵌合体中_acsl4a_及_acsl4b_基因表达水平对比；(C)肝细胞线粒体超微结构透射电镜分析（标尺=2μm）；(D)肝脏脂质过氧化指标检测：丙二醛（MDA）、脂质过氧化物（LPO）及谷胱甘肽（GSH）含量比较

图8 不同程度缺氧应激下代谢物水平的变化。