熊傳帥，張海波，張進明，關瑋琨，廖曉鵬，黎力之*，郭冬生*

（1.宜春學院生命科學與資源環(huán)境學院，江西省高等學校硒農業(yè)工程技術研究中心，江西宜春 336000；2.江西省養(yǎng)蜂研究所，江西南昌 330000）

硒通過谷胱甘肽過氧化物酶（Glutathione Peroxidase，GPX）、硫氧還蛋白（Thioredoxin，Trx）和硫氧還蛋白還原酶（Thioredoxin Reductase，TrxR）等硒蛋白發(fā)揮抗氧化功能，維持機體內環(huán)境穩(wěn)態(tài)[1-2]。GPX 由GPX1、GPX2、GPX3 和GPX4 組成，其中GPX1 可抑制脂多糖（Lipopolysaccharide，LPS）誘導的氧化應激，降低核因子кB 抑制蛋白激酶（Inhibitor of Nuclear Factor Kappa B Protein Kinase，IкK）、кB 抑制蛋白α（Inhibitor of Kappa B Proteinα，IкBα）和核轉錄因子p65（Nuclear Factor Kappa B p65，NF-кB p65）的磷酸化水平，抑制核因子кB（Nuclear Factor Kappa B，NFкB）信號和絲裂原活化蛋白激酶（Mitogen Activated Protein Kinase，MAPK）蛋白活性，減少一氧化氮（Nitric Oxide，NO）生成，緩解炎癥，提高動物抗氧化力[3-4]。機體受到氧化應激時，激活核因子E2 相關因子2（Nuclear Factor Erythroid 2 Related Factor 2，Nrf2）與抗氧化反應元件（Antioxidant Reaction Element，ARE）構成的Nrf2/ARE 通路，提高Trx 和TrxR 蛋白活性，推進Trx/TrxR 系統(tǒng)抗氧化功能，減少促炎因子產(chǎn)生及釋放，降低細胞炎癥反應，調節(jié)氧化還原信號，增強機體抗氧化功能[5-7]。因此，本文主要闡述硒蛋白（GPX1、Trx 與TrxR）調節(jié)動物抗氧化功能的機理，旨在為硒的進一步利用提供理論參考。

1 硒和硒蛋白

1.1 硒蛋白概述 動物中具有重要功能的硒蛋白主要有25種，如GPX1、GPX4、Trx、TrxR 和硒蛋白P 等[2]。GPX是一類具有過氧化物酶活性的酶類總稱，分為GPX1、GPX2、GPX3 和GPX4 4 種類型，能將機體內過量活性氧（Reactive Oxygen，ROS）、過氧化氫（Hydrogen Peroxide，H2O2）等過氧化物還原為羥基化合物，并催化還原型谷胱甘肽轉化為氧化型谷胱甘肽，緩解組織氧化損傷，維持機體正常功能[8-9]。硫氧還蛋白還原酶家族生物學功能主要集中在提高機體抗氧化活性、輔酶結合和增強免疫功能等方面[10]。Trx、TrxR 和還原型輔酶Ⅱ（Nicotinamide Adenine Dinucleotide Phosphate，NADPH）組成Trx/TrxR 系統(tǒng)，其和谷胱甘肽抗氧化系統(tǒng)相互作用，發(fā)揮抗氧化功能，維持體內細胞穩(wěn)態(tài)[5,11]。Trx 屬多功能酸性蛋白，在動物體內主要有2 種亞型，分別為細胞質與細胞核中調節(jié)ROS 信號傳導的Trx1，以及線粒體中調節(jié)ROS 活性的Trx2，二者均可清除自由基，具有抗氧化脅迫作用，調節(jié)機體氧化還原平衡[12-14]。TrxR 屬吡啶核苷酸/ 二硫氧化還原酶，通過氧化還原反應，傳遞電子，消除過量過氧化物，是機體抵抗氧化應激效應的主要途徑之一，主要包括2 種同工酶TrxR1和TrxR2[15]。TrxR1 在細胞質和細胞核中調節(jié)氧化還原反應，TrxR2 在線粒體中可降低促炎因子轉錄，緩解氧化應激，減少線粒體凋亡。二者均可降低炎癥反應，提高動物抗氧化能力[16-18]。

1.2 硒和硒蛋白對動物抗氧化的影響 機體攝入硒后合成硒蛋白，可增強動物抗氧化功能，抑制炎癥，穩(wěn)定機體內環(huán)境[19]。機體硒含量影響抗氧化系統(tǒng)中GPX1、GPX4、Trx和TrxR等基因表達，硒和硒蛋白含量在一定程度上決定細胞氧化還原狀態(tài)，調節(jié)細胞內炎癥和凋亡信號級聯(lián)[20-21]。研究發(fā)現(xiàn)，隨硒水平的升高，可上調機體中硒蛋白（如GPX1、Trx 和TrxR 等）和免疫因子等表達水平[22]。硒還可提高機體中吞噬細胞和自然殺傷細胞活性，加快病原微生物清除，平衡氧化還原反應，調節(jié)機體內環(huán)境穩(wěn)定。同時，硒和硒蛋白對鉛、砷、鎘和汞等有毒元素引起的氧化應激有保護作用。在鎘誘導雞肝細胞非正常應激和凋亡中，硒代蛋氨酸調節(jié)磷脂酰肌醇-3-激酶/蛋白激酶B 途徑，降低鎘引起的雞肝細胞非正常生理反應，緩解細胞應激反應[23]。在兔飼糧中添加0.1、0.5、2.5 mg/kg 有機硒Sel-Plex，與對照組相比，兔體內砷、鎘和汞含量與硒添加量呈負相關，表明硒能有效降低有毒元素在細胞中積累，提高細胞耐受性[24]。500 μg/（kg·d）硒可以提高小清蛋白在大鼠體內含量，增強動物抗氧化能力，降低一氧化碳中毒引起的腦組織損傷[25]。1 日齡海蘭公雞飼喂含0.008 mg/kg硒（正常硒含量為0.15 mg/kg）飼料后，機體硒蛋白合成顯著下降，激活雙重特異性蛋白激酶1/NF-кB 途徑，抑制樹突狀細胞分化，引起胞內內質網(wǎng)應激，脾細胞核結構受損，致使動物脾臟免疫防御障礙[26]。硒缺乏還導致輔助性T 細胞1/ 輔助性T 細胞2（T Helper Cells 1/T Helper Cells 2，Th1/Th2）失衡，影響機體細胞免疫和體液免疫[27]。在疫苗稀釋劑中加入1.0 μg/mL 硒，間隔14 d 連續(xù)免疫小鼠2 次后發(fā)現(xiàn)，Th1/Th2 免疫應答反應速率提高[28]。總之，合理補硒可有效提高動物抗氧化能力，維持細胞免疫功能并穩(wěn)定機體內環(huán)境，對動物重金屬中毒有一定防御恢復作用。

2 硒蛋白調節(jié)動物抗氧化功能的機理

2.1 GPX1 在動物抗氧化過程中的作用機理 GPX1 作為機體內重要抗氧化酶之一，可降低機體促炎因子積累，增強機體抗氧化能力，其表達受Nrf2/ARE 通路影響[29-31]。Nrf2 是一種參與維持細胞氧化還原平衡和信號傳遞的關鍵蛋白，在未受氧化應激時，其與Kelch 樣環(huán)氧氯丙烷相關蛋白1（Kelch-like ECH2 Associated Protein 1，Keap1）偶聯(lián)，保護機體免受外源性應激；當機體受到氧化應激時，Nrf2 與Keap1 蛋白解偶聯(lián)，進入細胞核后與ARE 結合，激活Nrf2/ARE 通路，增強下游GPX1基因表達，緩解機體氧化應激[32-33]。在乳腺上皮細胞（Bovine Mammary Epithelial Cells，BMEC）培養(yǎng)中加入50 nmol/L 硒，體系中Nrf2 蛋白含量提高45%，Keap1基因表達降低，Nrf2/ARE 通路被激活，培養(yǎng)體系中GPX1 含量增加48%，BMEC 細胞活性提高53.8%[4]。GPX1 水平升高后抑制NF-кB 通路，降低炎癥因子白細胞介素（Interleukin，IL）-1β及過氧化物對機體的損傷，提高動物抗氧化力。采用0.1 μg/mL LPS 對奶牛BMEC 處 理6 h 后，NF-кB 通路中p65基因表達顯著提高，NF-кB 信號通路被激活并觸發(fā)NF-кB向細胞核轉移，激活MAPK 蛋白，促進腫瘤壞死因子（Tumor Necrosis Factor，TNF）-α、IL-1 和IL-6 等促炎因子釋放，導致機體發(fā)生炎癥反應；采用1 μg/mL維生素A 與0.1 μg/mL LPS 共同處理BMEC 6 h 后，Nrf2/ARE 通路被激活，GPX1 較正常細胞含量提高6.6%，降低IкK、IкBα和NF-кB p65的磷酸化，抑制NF-кB 和MAPK 蛋白活性，減少促炎因子IL-1β分泌，下調誘導型一氧化氮合酶（Inducible Nitric Oxide Synthase，iNOS）基因表達，降低NO 產(chǎn)生量，緩解氧化應激，機體抗氧化能力增強[3]。GPX1 還可抵御機體急性氧化應激，降低NADPH 氧化酶（NADPH Oxidase，NOX）介導產(chǎn)生的過量ROS，減少內質網(wǎng)應激，維持機體內環(huán)境穩(wěn)定。將大鼠腦微血管內皮細胞與100 μmol/L H2O2共同處理24 h 后，ROS 含量急劇增加，加入NOX 抑制劑夾竹桃麻素后，ROS 含量回歸正常水平[34]。表明機體中ROS 大部分源于NOX 介導產(chǎn)生。研究發(fā)現(xiàn)，敲除GPX1基因后，動物抗氧化能力受損，機體中ROS 大量堆積，誘導內質網(wǎng)氧化應激，影響細胞正常功能；黑素細胞在100 μmol/L 的雙溴二胺和1 mmol/L 的H2O2共同處理24 h 后，與對照組相比，細胞中GPX1 含量提高173%，因H2O2誘導產(chǎn)生的ROS 含量急劇下降，避免了內質網(wǎng)氧化應激，減少細胞非正常凋亡[35-36]。此外，GPX1 可以介導DNA 甲基轉移酶1（DNA Methyltransferase 1，DNMT1）表達，在緩解DNA 損傷中具有重要作用。研究發(fā)現(xiàn)，4.0 μg/mL赭曲霉毒素A 會對細胞產(chǎn)生毒害作用和DNA 損傷，添加2.0 μg/mL 硒后，GPX1 含量較正常細胞提高121.4%，抗氧化能力增強，上調DNMT1 表達，阻斷DNA 氧化損傷，緩解細胞的毒害作用[37]。

綜上所述，Nrf2/ARE 通路的激活，增強了GPX1活性。GPX1 可抵抗LPS 誘導的氧化應激，緩解IкK、IкBα和NF-кB p65 磷酸化水平，抑制NF-кB通路并降低MAPK 蛋白活性，減少促炎因子和NO 產(chǎn)生，緩解氧化應激對機體產(chǎn)生的促炎反應；GPX1 還可清除NOX 介導生成的過量ROS，緩解H2O2對細胞產(chǎn)生的不利影響；此外，GPX1 介導DNMT1 表達，降低氧化應激對機體DNA 的損傷作用（圖1）。

圖1 GPX1 調控動物抗氧化功能機理

2.2 Trx/TrxR 在動物抗氧化過程中的作用機理 Nrf2與ARE 結合，構成Nrf2/ARE 通路，受硒蛋白、ATP與ROS 等多種因素影響，其是機體抗氧化和免疫中重要的信號通路[29]。激活Nrf2/ARE 通路可增強下游Trx和TrxR基因表達，提高機體抗氧化能力[38]。Trx、TrxR 作為Trx/TrxR 系統(tǒng)主要組成成分，通過傳遞電子還原底物狀態(tài)，影響抗氧化系統(tǒng)中抗氧化酶活性，調節(jié)細胞信號通路，清除機體過量過氧化物，抑制炎癥因子產(chǎn)生及釋放，在維持氧化還原平衡和穩(wěn)定免疫穩(wěn)態(tài)中具有重要作用[39]。過量ROS 通過與硫氧還蛋白互作蛋白（Thioredoxin Interacting Protein，TXNIP）反應，從Trx 中釋放核苷酸結合寡聚化結構域樣受體蛋白3（Nucleotide Binding Oligomerization Domain-like Receptor Protein 3，NLRP3）炎性小體，異常激活IL-1，促使機體產(chǎn)生氧化損傷，引發(fā)炎癥反應[40-41]。Trx 參與清除細胞內ROS，與硫氧還蛋白結合蛋白-2/ 維生素D3上調蛋白1/TXNIP 等分子相互作用，實現(xiàn)緩解機體氧化應激和抗炎等生物學功能[40]。TrxR 作為氧化還原依賴性細胞通路關鍵調控因子，可減少炎癥小體產(chǎn)生，降低促炎反應[42-43]。Trx 是TrxR 反應的底物之一，TrxR 傳遞電子還原Trx，減少氧化性Trx，增強抗氧化能力，抑制Trx/TXNIP 復合體產(chǎn)生，降低炎癥誘因NLRP3 釋放，避免機體炎癥產(chǎn)生[6]。研究發(fā)現(xiàn)，將細胞暴露在百草枯中，ROS、TXNIP/Trx 復合體和NLRP3 炎性小體含量顯著上升，在加入0.2 μg/mL 水飛薊素處理3 h后，Trx 和超氧化物歧化酶（Superoxide Dismutase，SOD）等抗氧化酶表達增強，Trx 和SOD 較對照組分別提高53.2 % 和175 %，ROS、TXNIP/Trx 復合體及NLRP3 炎性小體含量顯著降低，緩解炎癥反應[44]。此外，Trx/TrxR 系統(tǒng)不僅可調節(jié)IL-1基因表達，降低NO 生成，還能與NO 結合，減少機體NO 含量，降低氧自由基產(chǎn)生，提高機體抗氧化能力。研究發(fā)現(xiàn)，IL-1 可促進iNOS基因表達，增加機體內NO 含量，利用10 μg/mL LPS 與40 μmol/L 長春胺處理機體角膜上皮細胞24 h 后，與對照組相比，機體中TrxR基因表達增強，IL-1 顯著降低[45-46]。Trx 的S-亞硝基可與NO 結合，降低機體中ROS 含量，抑制細胞非正常凋亡[47]。

綜上所述，激活Nrf2/ARE 通路可增強Trx/TrxR系統(tǒng)抗氧化功能，清除機體內過量ROS，保持機體氧化還原平衡，抑制Trx/TXNIP 復合體產(chǎn)生，降低炎性小體NLRP3 含量，減少IL-1 異常激活，在提高機體抗氧化功能和維持機體穩(wěn)態(tài)等過程中發(fā)揮重要作用。此外，Trx/TrxR 還可降低NO 產(chǎn)生，緩解機體促炎反應。

3 硒在動物生產(chǎn)中的作用

硒可促進動物消化吸收，提高動物平均日增重（Ave-rage Daily Gain，ADG）、飼料轉化率（Feed Conversion Ratio，F(xiàn)CR）與平均日采食量（Average Daily Feed Intake，ADFI），改善動物生長性能。于1 歲梅花鹿基礎日糧中添加0.3 mg/kg 亞硒酸鈉和100 IU/kg 維生素E，飼養(yǎng)70 d 后，與對照組相比，ADG 與FCR 分別提高22.4%、54.7%，可促進梅花鹿生長[48]。研究發(fā)現(xiàn)，在仔豬基礎日糧中添加0.30 mg/kg 有機硒Sel-Plex 600，飼喂36 d 后，ADG 和ADFI 顯著提高[49]。研究表明，硒可通過提高GPXs、Trx、TrxR 等硒蛋白活性發(fā)揮抗氧化作用，防止脂質過氧化，保護細胞膜結構完整性，減少肌肉滴水損失，改善畜禽肉品質[50]。在飼糧中添加0.5 mg/kg 亞硒酸鈉，相比于對照組，育肥豬GPX1、TrxR 和SOD 蛋白含量增加，總抗氧化指數(shù)（Total Antioxidant Capacity Index，T-AOC）提高，多不飽和脂肪酸（Polyunsaturated Fatty Acids，PUFA）氧化減少，豬肉氧化穩(wěn)定性提高[51]。在22～42 d 肉仔雞日糧中添加0.50 mg/kg 亞硒酸鈉，可降低肉仔雞腿肌剪力和胸肌肉色L*值，肉仔雞胸肌和腿肌酸度也呈降低趨勢，從而改善肉雞肌肉品質[52]。在飼糧中添加0.5 mg/kg 有機硒Sel-Plex，可提高處于生長期兔的抗氧化功能，減少肌肉丙二醛（Malondialdehyde，MDA）含量，降低氧自由基吸收能力，調節(jié)肌肉中PUFA 組成，提高肌肉品質[53]?？傊?，硒可通過硒蛋白發(fā)揮抗氧化作用，改善畜禽肉品質。

此外，硒通過提高抗氧化酶活性，保護精細胞原生質維持還原態(tài)，防止精細胞原生質膜氧化，還可緩解氧化應激對母豬排卵產(chǎn)生的不利影響，提高精子和卵子的活性，增強動物繁殖能力。與對照組相比，小鼠注射0.5 mg/kg硒納米顆粒其體內GPX活性增強，含量增加39.7%，T-AOC提高100%，緩解了精子膜因MDA 過高而受到的氧化損傷，改善了成熟雄性小鼠生殖能力[54]。與對照組相比，在母豬日糧中添加1 mg/kg 酵母硒與10 g/kg 酵母培養(yǎng)物其T-AOC 提高7.3%，SOD 和GSH 含量及活性均有提高，緩解了氧化應激對母豬卵巢的影響，提高了卵泡穩(wěn)定性，可改善母豬生產(chǎn)性能[55]。綜上所述，在動物飼料中添加適量硒制劑，可改善動物生長和繁殖性能及肉品質。

4 總結

硒攝入后增加了機體中硒蛋白GPX1、TrxR 和Trx等含量，可促進機體抗氧化功能。GPX1 可降低LPS對機體的刺激作用，抑制NF-кB 通路和MAPK 蛋白活性，降低IL-1β、IL-6 和TNF-α等促炎因子產(chǎn)生，并下調iNOS基因表達，減少NO 產(chǎn)生，清除過量H2O2，減輕細胞損傷，增強動物抗氧化功能；GPX1 還可減輕過量ROS 對細胞的毒害作用，介導DNMT1 表達，減少DNA 損傷，保護細胞。Nrf2/ARE 通路激活Trx/TrxR系統(tǒng)，還原Trx，可抑制TXNIP/Trx 復合體產(chǎn)生，降低促炎小體NLRP3 產(chǎn)生，減少IL-1 異常激活誘因，清除機體中過量ROS，并減少NO 產(chǎn)生及釋放，增強機體抗氧化能力。硒蛋白在緩解動物氧化應激效應、降低炎癥反應、調節(jié)機體內環(huán)境穩(wěn)態(tài)、提高動物抗氧化功能和增強動物生產(chǎn)性能方面具有重要作用。但硒蛋白如何參與其他通路調節(jié)氧化應激、提高動物抗氧化能力與免疫力等問題尚未明確，還需進一步探究。