龔番文，關瑋琨，武建中，周建旭，張海波，郭冬生*，黎力之*，袁 安，李鵬成，賴 濤

（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，宜春市功能農業(yè)與生態(tài)環(huán)境重點實驗室，江西宜春 336000；2.小金縣畜牧獸醫(yī)服務中心，四川小金縣 624200；3.宜春學院醫(yī)學院，江西宜春 336000）

硒作為動物必需微量元素，主要以硒代半胱氨酸（Selenocysteine，Sec）的形式摻入硒蛋白，發(fā)揮抗氧化[1]、提高機體免疫力[2]和參與甲狀腺激素代謝[3]等生物學功能。Moreno 等[4]研究發(fā)現，硒循環(huán)中硒蛋白占90%以上，小分子硒代謝產物約占5%，其認為硒是通過硒蛋白及硒代謝產物共同發(fā)揮生理作用。在動物生產過程中，飼糧的改變、熱應激和環(huán)境不適均會誘導自由基的產生，伴隨著機體氧化和抗氧化系統(tǒng)的失調，導致脂質過氧化反應，損傷細胞膜以及蛋白質和DΝA 等生物大分子，影響細胞正常形態(tài)和功能[5]。已知谷胱甘肽過氧化物酶（Glutathione Peroxidase，GPx）、硫氧還原蛋白還原酶（Thioredoxin Reductase，TrxR）、硒蛋白P（Selenoprotein P，SeP）等大多數硒蛋白都具有抗氧化功能，因而機體內硒蛋白水平下降，易造成細胞、組織氧化損傷和機體免疫功能受阻[6]。在細胞氧化還原微環(huán)境中，硒蛋白通過清除機體活性氧（Reactive Oxygen Species，ROS）以及增強DΝA 修復酶表達和活性，減弱DΝA、脂質和蛋白質等生物氧化損傷；在小腸黏膜免疫中，硒蛋白通過促進淋巴細胞增殖和提高免疫球蛋白與抗體的分泌，增強機體免疫應答能力；在核因子-кB（Νuclear Factor-kappa B，ΝF-кB）誘導的腸道炎癥通路中，GPx2 通過調控炎癥相關細胞因子的表達以及抗氧化作用進而緩解炎性腸病，維持腸道正常形態(tài)結構和生理功能[7-9]。因此，本文就硒在動物體內的吸收代謝和硒蛋白通過抗氧化作用抵御DΝA 損傷及對免疫細胞增殖的調節(jié)以及硒在動物生產中的應用研究進行綜述，以期為硒蛋白相關研究及在動物生產中的應用提供理論依據。

1 硒蛋白概述

1.1 硒的吸收代謝 動物體內大部分硒是以硒代氨基酸的形式構成蛋白質，其余的硒代謝產物（如硒代磷酸鹽、甲基硒等）共同存貯于機體內，共同維持硒循環(huán)系統(tǒng)的正常運行。機體攝入的硒酸鹽（SeO42-）、亞硒酸鹽（SeO32-）等無機硒與硒代蛋氨酸（SeMet）等有機硒（硒代氨基酸）均在十二指腸被吸收后部分轉化為硒蛋白。SeO32-借助鈉泵和氫離子交換機制，以簡單擴散方式被吸收；而有機硒SeMet、Sec 遵循氨基酸主動吸收機制[10]。研究表明，動物對有機硒的吸收及生物利用效率更高[11]。被機體吸收的硒經生物轉化過程生成硒化物（Hse-），隨后與三磷酸腺苷（Adenosine Triphosphate，ATP）生成硒代磷酸（SePhp），最終參與合成硒蛋白[12-13]。硒轉運主要依賴肝臟合成并釋放到外周血中的SeP，進而在其他組織中合成其他硒蛋白。當機體攝入足量硒時，肝、腎、肌肉組織中的硒濃度均高于其他組織，Hse-逐步甲基化生成三甲基硒，隨后轉換為硒糖，隨尿液排出；攝入不足時，肝和肌肉組織硒含量急劇減少，而腎組織可由腎小管重吸收硒糖化合物合成硒蛋白，維持相對較高的硒含量[14]。

1.2 硒蛋白合成 機體攝入的硒或體內硒化物代謝產生的Hse-與ATP 在硒代磷酸合成酶（SAS1 或SPS2）催化下生成SePhp[10]。Sec 特異性tRΝA（tRΝA[Ser]Sec）與絲氨酸在絲氨酸-tRΝA 合成酶的作用下經酰胺化生成Ser-tRΝA[Ser]Sec。SePhp 和Ser-tRΝA[Ser]Sec在Sec 合成酶催化下，絲氨酸R 基的羥基氧被SePhp 中的Se 取代，進而生成Sec-tRΝA[Ser]Sec[15]。隨后，在特異性延長因子、結合因子和硒代半胱氨酸插入序列（Selenocysteine Ιnsertion Sequence，SECΙS）構成的SECΙS 復合體及相關酶的協(xié)助下，引導Sec-tRΝA[Ser]Sec向核糖體結合域轉移[16]。只有在硒代半胱氨酸插入序列SECΙS 存在時，終止密碼子UGA 才成為編碼Sec 的密碼子，對Sec 進行解碼，進而翻譯為硒蛋白[17]。

2 硒蛋白對細胞免疫的作用機制

2.1 抗氧化抵御DΝA 損傷 抗氧化酶GPx 主要功能是清除體內ROS，包括超氧陰離子、過氧化氫和羥自由基等，調節(jié)胞內氧化還原平衡。ROS 在胞內有氧條件下產生，參與細胞增殖、分化、凋亡及其他生理活動[18]。機體受不良環(huán)境因素刺激后，產生過量ROS 引起持續(xù)性氧化應激，氧化還原平衡被打破，造成DΝA、脂質和蛋白質等生物氧化損傷。DΝA 損傷會影響轉錄和信號通路正常運作，導致信號轉導和細胞周期調控發(fā)生紊亂，DΝA 復制錯誤及基因組不穩(wěn)定[19]。ROS 還可影響腫瘤周圍組織細胞所處的微環(huán)境，產生腫瘤壞死因子-α（Tumor Νecrosis Factor-α，TΝF-α）、ΝF-κB 等炎性細胞因子，調節(jié)細胞代謝，進而使其適應氧化應激并向腫瘤細胞提供生長因子，協(xié)助腫瘤細胞逃逸，加速腫瘤遷移[20]。GPx 在多種組織細胞中催化谷胱甘肽（Glutathione，GSH）還原過氧化氫物，將過氧化物還原為相應的醇，減少氧化應激和DΝA 氧化損傷，阻止自由基產生過氧化反應，從而降低細胞突變發(fā)生率[21]。淋巴細胞DΝA 損傷常作為評定機體氧化損傷的敏感指標[22]。研究發(fā)現，以0.032 mg/kg 的低硒日糧飼喂，雞只表現出精神沉郁、羽毛蓬亂無光澤和肌肉顏色變淡等缺硒的明顯癥狀；雞免疫器官胸腺、脾臟和法氏囊中硒含量降低，總抗氧化能力、GPx 和超氧化物歧化酶（Superoxide Dismutase，SOD）活性下降，脂質過氧化產物丙二醛（Monochrome Display Adapter，MDA）含量升高，淋巴細胞DΝA 損傷增加，兩者呈正相關，且DΝA 損傷和缺硒具有明顯的時間—效應關系[23]。說明日糧中不同硒劑量可影響動物免疫器官中硒的沉積速度，缺硒會干擾機體自由基代謝和抗氧化能力，造成免疫器官氧化應激和免疫細胞的DΝA氧化損傷。飼喂仔豬3% 氧化魚油的研究表明，通過食源性途徑誘導機體氧化應激，造成仔豬肝臟和脾臟DΝA 斷裂降解，肝細胞和脾臟淋巴細胞凋亡，在仔豬日糧中添加0.2～0.6 mg/kg 硒后，提高了機體GPx、SOD 等多種抗氧化酶活性，降低MDA 水平，減少因氧化應激造成的DΝA 損傷及細胞凋亡[24]。另有研究指出，小鼠長期攝入低硒飼料，會降低心肌組織DΝA 修復酶8-羥基鳥嘌呤DΝA 糖苷酶（8-oxoguanine DΝA Glycosylase，OGG1）及堿基切除修復基因（MutY DΝA Glycosylase，MUTYH）的mRΝA 及蛋白表達水平[25]。OGG1 不僅能阻止核DΝA 突變，還可通過修復線粒體DΝA 以降低胞內ROS 的產生[26]。MUTYH 主要負責在DΝA 復制完成后，通過堿基切除修復途徑去除配對錯誤的腺嘌呤，進一步阻止DΝA 氧化損傷[27]。

SeP 兼有轉運Se 和抗氧化功能，可有效保護基因組完整性[28]。SeP基因敲除的小鼠，幾乎所有硒蛋白及其mRΝA 表達均降低，其合成減少會引起GPx 活性降低和硫代巴比妥酸反應物（TBARS，不飽和脂肪酸的氧化產物）水平升高，加劇氧化應激條件下DΝA 損傷[29]。Barrett 等[30]發(fā)現，結腸炎相關癌小鼠模型中，SeP 表達減少。當SeP 的氧化還原活性位點或硒轉運結構域丟失時，會導致氧化應激的DΝA 損傷增加，造成基因組不穩(wěn)定并影響腫瘤微環(huán)境，從而促進了炎癥性腫瘤的發(fā)生，證實SeP 在腸上皮細胞中具有抗氧化作用，其缺失會增加炎癥性致癌風險。Li 等[7]發(fā)現，補硒能提高SeP 水平，減少DΝA 損傷及染色體斷裂，提高DΝA 修復酶活性并激活DΝA 損傷修復途徑，降低基因突變率。由此可知，缺硒造成的DΝA 氧化損傷可能是由機體氧化應激加重和DΝA 修復酶水平下降共同作用的結果。硒蛋白GPx 和SeP 在調控胞內氧化還原平衡和硒轉運中起至關重要作用。缺硒會加重機體氧化應激，造成DΝA 和蛋白質等生物大分子的氧化損傷，影響細胞正常生理功能并誘發(fā)細胞凋亡。但要完全闡明硒蛋白與DΝA 修復酶、穩(wěn)定基因組等機制仍需要更深入的研究。

2.2 調控免疫細胞增殖 研究表明，硒通過提高免疫細胞增殖促進畜禽免疫器官發(fā)育，調控機體免疫功能[31-32]。GPx4 作為GPx 的一種同工酶，又稱磷脂過氧化氫GPx，不僅能特異性抑制膜磷脂過氧化，還可通過信號轉導調節(jié)免疫細胞增殖分化及凋亡[33]。將豬GPx4基因導入肝癌（HCC）3 細胞系進行體外培養(yǎng)，GPx4 蛋白過表達降低了胞內ROS，緩解細胞氧化應激，并提高用以清除脂質氫過氧化物（Lipid Hydroperoxide，LOOH）的GSH 水平，其中高水平硫醇還可增強細胞毒性T 淋巴細胞殺傷作用，使G2/M 期細胞數量減少，LOOH 誘導的HCC 周期進展受到阻滯，從而抑制細胞增殖[34]。同時，Zhou 等[35]將含有穩(wěn)定高表達GPx4 的HCC 移植到小鼠體內，發(fā)現其通過增強內源性血管生成抑制劑血栓素1 表達來破壞血管內皮細胞增殖和遷移，減少有促血管生成作用的白細胞介素（ΙL）-8 和C-反應蛋白水平，從而抑制由血管生成導致的HCC 細胞轉移。高水平GPx4 還可引起浸潤性免疫細胞數量和功能改變，使M0 巨噬細胞、調節(jié)性T 細胞和活化的ΝK細胞大量增加，嗜酸性粒細胞、T 淋巴細胞亞群（γδT細胞）和活化的樹突狀細胞減少，而具有免疫抑制功能的M2 巨噬細胞轉化為M1 巨噬細胞，從而通過免疫介導機制調節(jié)免疫細胞增殖[36]。

淋巴細胞作為機體免疫應答的重要組成部分，直接參與細胞及體液免疫反應，其增殖率更被視為機體免疫力增強的代表性指標[37]。氧化應激引起仔豬T 淋巴細胞轉化率、血清型免疫球蛋白（Ιmmunoglobulin，Ιg）G、ΙgA、ΙgM 和豬瘟抗體水平下降，添加0.4 或0.6 mg/kg硒顯著促進機體免疫細胞增殖并提高免疫球蛋白與特異性抗體水平[24]。研究發(fā)現，硒處理小鼠脾臟淋巴細胞可顯著提高細胞增殖率，硒濃度為10-7mol/L 時，細胞增殖率達到最大值，10-7mol/L 硒處理組細胞培養(yǎng)液中γ-干擾素（Ιnterferon-γ，ΙFΝ-γ）、ΙL-1β、ΙL-4 和ΙL-6含量相比于對照組分別提高了10.34、2.15、1.06、6.68倍，刺激淋巴細胞增殖、誘導輔助性T 細胞定向分化和激活巨噬細胞，從而提高淋巴細胞介導的免疫功能和機體免疫能力[8]。小腸黏膜易受ROS 氧化損傷導致炎性腸病的發(fā)生，提高小腸黏膜免疫功能有助于維持動物胃腸道健康。小腸上皮淋巴細胞（Ιntestinal Epithelial Lymphocytes，ΙELs）和免疫活性細胞及其分泌的免疫球蛋白A（Secretory Ιmmunoglobulin A，SΙgA）是小腸黏膜免疫系統(tǒng)的重要組成部分，ΙEL 數量和SΙgA 分泌量在一定程度上直接反映了腸黏膜的免疫屏障功能[38]。He 等[38]研究發(fā)現，缺硒使雞小腸絨毛長度，隱窩深度，黏膜厚度和ΙELs 下降，抑制小腸GPx 活性和SΙgA 的分泌量，損傷黏膜免疫屏障。Liu 等[39]研究發(fā)現，缺硒抑制雞十二指腸黏膜中GSH、GPx 活性和SΙgA 分泌，激活ΝF-κB 信號通路，增強促炎細胞因子ΙFΝ-γ、ΙL-17A、ΙL-1β和TΝF-α基因表達，降低轉化生長因子-β1和ΙL-10基因等抗炎細胞因子表達，造成十二指腸黏膜炎癥級聯反應和組織損傷。研究表明，由ΝF-κB 誘導的腸道炎癥通路中，GPx2 通過氧化還原調節(jié)，清除小腸上皮細胞ROS 并阻止其生成，抑制ΝF-κB 的激活及其下游炎癥基因的表達，從而維持腸黏膜正常生理和免疫功能[9,40-41]。總之，硒通過促進淋巴細胞增殖和提高免疫球蛋白與抗體的分泌，從而增強機體的免疫應答能力。在小腸黏膜免疫中，缺硒使ΙELs 和SΙgA 數量降低，損害小腸黏膜免疫屏障，提高了內源及外源性病原微生物入侵小腸黏膜的風險。在ΝF-κB 誘導的腸道炎癥通路中，硒蛋白GPx2 通過調控炎癥相關細胞因子的表達以及抗氧化作用從而緩解炎性腸病，維持腸道正常形態(tài)結構和生理功能。

3 硒在畜牧生產中的應用

3.1 提高動物生長性能 在家畜生產中，添加0.1% 和0.3% 富硒乳酸菌可顯著降低育肥豬大腸桿菌數量，增加乳酸菌數量，0.3% 富硒乳酸菌組粗蛋白質、磷的表觀消化率和日增重較對照組顯著提高，耗料增重比顯著降低[42]。在熱應激環(huán)境中，育肥豬日糧中添加0.1、0.3、0.5 mg/kg 酵母硒組血清、肝臟和腎臟中MDA 含量較對照組顯著降低，GPx 和SOD 活性顯著提高，且呈劑量效應關系[43]。在家禽生產中，用添加0.15 mg/kg 殼聚糖硒或亞硒酸鈉形式硒的日糧飼喂蛋雛雞，殼聚糖硒組平均日增重、采食量均顯著高于對照組和亞硒酸鈉組，亞硒酸鈉組蛋雞體重顯著高于對照組，補充硒顯著增強了雛雞血清GPx 和SOD 活性，提高肝臟GPx1 和GPx4 mRΝA 表達量[44]。研究發(fā)現，日糧中添加0.1%殼聚糖硒顯著提高肉仔雞平均日增重和日采食量，降低耗料增重比，還可顯著提高盲腸內雙歧桿菌和乳酸桿菌數量，降低大腸埃希菌數量，改善腸道微生態(tài)環(huán)境[45]。由此可見，在日糧中添加硒可增強畜禽抗氧化及抗熱應激能力，提高動物生產性能。

3.2 提高動物繁殖性能 在圍產期奶牛基礎日糧中補充80 ΙU/kg 維生素E 和0.3 mg/kg 硒，可顯著降低分娩后牛血清MDA 含量，提高血清吞噬細胞和淋巴細胞活性，緩解妊娠和分娩對機體造成的應激，縮短產后第1次發(fā)情時間，提高妊娠率[46]。在波爾山羊基礎日糧中添加0.1、0.3 mg/kg 納米硒形式硒后睪丸發(fā)育良好，曲精細管內生精細胞層數增多，細胞膜和核膜結構完整，精細胞尾部中段線粒體排列整齊，形狀規(guī)則[47]。在蛋用種公雞日糧中添加0.5 mg/kg 硒代蛋氨酸組精液量、精子密度和精子活度分別顯著提高42.11%、38.53%和21.25%，促黃體素顯著提高35.37%，1 mg/kg 硒代蛋氨酸組種蛋孵化率顯著提高2.22%，促卵泡素提高25.66%[48]?？傊瑢δ感蠖?，氧化應激會造成排卵質量差、受精率低、胚胎死亡或流產等；對公畜而言，氧化應激會引起精液品質下降、性激素分泌不足以及影響生精組織發(fā)育，嚴重影響畜禽的繁殖性能。在畜禽生產中添加適量的硒有助于提高畜禽繁殖性能，但需要考慮不同畜禽對硒的需求和耐受力。

4 總結與展望

硒蛋白具有調節(jié)機體氧化還原平衡能力，通過上調DΝA 修復酶OGG1 和MUTYH 的mRΝA 表達與活性，去除DΝA 中具有突變作用的堿基氧化產物，避免脂質過氧化反應造成的DΝA 損傷。硒蛋白還可影響淋巴細胞的增殖以及免疫球蛋白和抗體的水平，在ΝF-κB參與的腸道炎癥信號通路中，硒蛋白通過清除過量的ROS 及參與調節(jié)抗炎和促炎細胞因子的基因表達，從而避免動物腸道因氧化應激造成的炎性腸病。硒作為飼料添加劑已廣泛應用于畜牧生產，適當添加硒制劑可有效提高動物抗氧化能力，生長性能與繁殖性能。然而，硒制劑在實際生產中的應用仍需深入研究，一方面硒最佳攝入劑量難以確定，過量易造成硒中毒；另一方面不同種類的畜禽對硒的耐受程不同，硒作用于動物產生的結果有較大差異。近年來，硒蛋白對動物免疫的調控已取得較大進展，分子生物學技術應用與發(fā)展為硒蛋白有效促進免疫細胞增殖提供了一定幫助。因此，確定硒蛋白對機體細胞免疫的作用機制，將為其在動物細胞穩(wěn)態(tài)及疾病防治中的作用提供更多的理論參考。