[发明专利]鱼鳞中作为对于慢性应激的生物标记物的糖皮质激素的量化

说明书

发明技术领域

本发明涉及确定鱼类经历的应激水平，其可以用于评估鱼类的慢性应激状态。更具体地，本发明涉及从鱼中取样的鳞片以及其他钙化组织如脊、软鳍条和耳石用于量化所述鳞片和其他基质中的糖皮质激素水平的用途。所述糖皮质激素如皮质醇或皮质酮的水平在鳞片中随时间累积并且反映鱼类在其生命期间经历的并且影响其应激水平的长期的和应激性状态。因此，本发明公开了，使用鳞片作为用于所述应激激素的准确和精确量化的逻辑可行并且非侵入性的基质，以量化鱼中慢性应激水平的体外方法。

背景技术

全世界范围内，鱼类越来越引起公共、科学和政治的兴趣。娱乐和商业渔场在我们社会中是重要的：鱼类问题在与保护生物学(1)和环境保护工作(例如，气候改变、新型食肉动物、新型动物-环境关系对应激的影响以及因此对健康(fitness)的影响)(2、3)有关的讨论中占据高度相关的位置。人类活动(例如，能量生产、船运交通、工业污染)损害了野生种群(4)。因此，各种国际性监测方案旨在科学地阐明它们对海洋生态位(niche)的健康状态的影响。对于淡水种群来说存在相似的情形，因为随着农业扩张，它们处于土壤侵蚀、肥料等的威胁下。人类人口持续膨胀，使得对可持续食物生产的需求成为全球的首要优先问题。鱼肉蛋白质是用于人类消耗的最重要的蛋白质来源之一。既然渔场在产率方面受限，水产养殖在世界范围迅速扩张并且对农民施加了日益增加的压力以最佳、可持续且动物友好的方式生产(5、6)。大量的鱼类(例如斑马鱼(zebrafish)和鳉鱼(medaka))在生物医学研究中(例如在骨生理研究中)用作脊椎动物模型和啮齿动物的替代方案。在全球经济输出减少的同时维持该领域中研究驱动的创新的必要性增加了对鱼类的开发。在最近，随着大量的鱼类参与到渔场(7)、迅速增长和加强的水产养殖产业(8、9)、公共水族馆(10、11)和科学研究实验室(12)中，与鱼类受折磨和福利相关的伦理学引起了更多的注意。理解和明白作为鱼类开发中管理、控制和做决策的基础的鱼类生物学对来自大量学科(从分子生物学到生态-生理学)、从多个角度(所有不同的利益相关者)观察并且代表高度具体且珍贵的专业知识的所包括的那些带来了明显的挑战。在该框架下，用于评估鱼类中的应激尤其是慢性应激的水平的新型的科学验证的生物标记物是最重要的。

鱼类福利容易被损害，并且产生了共识：适当的福利评估需要基于动物的生理指标优于较不一致的、间接农业相关的参数如水质。然而，对于用于慢性应激的实际、可靠和验证的生物标记物存在不足。经常使用的、似乎符合逻辑的用于鱼类的生物标记物是“应激类固醇”皮质醇的血液水平。面对应激性刺激的鱼类通过激活下丘脑-垂体-肾间组织(hypothalamic-pituitary-interrenal，HPI-)轴启动内分泌应激反应以将皮质醇(13、14)释放至血液中。皮质醇诱发一系列生理和行为变化(15-17)，这允许鱼类应对改变的环境(18-20)。广泛识别了短期皮质醇行为的适应性的值(21、22)。关于持久性应激及其对健康、生长、和繁殖的主要有害后果所知甚少(19、20)。稳健、容易发挥作用并且科学验证的慢性应激生物标记物的定义因此是最重要的。鱼类血浆中的糖皮质激素水平显示出昼夜变化(23)，不显示鱼类对应激的终生暴露，并且提供不多于一个在取样时的皮质醇状态的快照(snapshot)(24、25)。此外，血液取样是侵入性的并且由于网捕、空气暴露和处理而不可避免地对鱼类造成混乱应激(confounding stress)。这使得血浆皮质醇在遇到应激物之后数分钟水平迅速升高时易于产生偏差(13)。用于促进血液取样的麻醉剂其本身可以降低或阻断HPI轴的活化，从而影响血液中的皮质醇释放并且得到错误的结果(26、27)。限制也适用于在备选基质如黏液(28、29)、肠内容物(29)、排泄物(30)和水(31、32)中的皮质醇的测定。相关文献缺乏关于适用于慢性应激评价的基质中的皮质醇的数据。迄今为止，大多数研究仅提出了皮质醇，并且关于一种或多种糖皮质激素产生通路(33)或它们在慢性应激中的重要性的报道很少。鱼类记录了(非)生物事件并且将该历史储存在钙化组织中(34-37)。与鸟类的羽毛(38)和哺乳动物的毛发(39)一样，用于鱼类中慢性应激评估的理想基质应该至少满足以下标准：(i)糖皮质激素的结合；(ii)缓慢但持久性的生长；和(iii)取样容易。