硒代蛋氨酸的生物学功能及在蛋鸡生产中的应用

孟田田 刘怡琳 张 彬 吴 信,* 印遇龙,

(1.湖南农业大学动物科学技术学院，湖南畜禽安全生产协同创新中心，长沙 410128；2.中国科学院亚热带农业生态研究所，中国科学院亚热带农业生态过程重点实验室，湖南省畜禽健康养殖工程技术研究中心，长沙 410125)

硒代蛋氨酸的生物学功能及在蛋鸡生产中的应用

孟田田1刘怡琳2张 彬1吴 信1,2*印遇龙1,2

(1.湖南农业大学动物科学技术学院，湖南畜禽安全生产协同创新中心，长沙 410128；2.中国科学院亚热带农业生态研究所，中国科学院亚热带农业生态过程重点实验室，湖南省畜禽健康养殖工程技术研究中心，长沙 410125)

硒代蛋氨酸(SeMet)是生物利用效率最高的有机硒化物，不仅比无机硒吸收利用率高，而且具有提高机体免疫力和增强抗应激能力等生物学功能。SeMet能显著提高蛋硒含量,改善蛋品质,增强机体抗氧化、免疫和应激能力。本文对SeMet的吸收代谢、生物学功能及其在蛋鸡生产中的应用现状进行综述，旨在为SeMet在蛋鸡生产领域的应用及其深入的研究提供理论依据。

硒代蛋氨酸；蛋鸡；生物学功能；生产；应用

硒元素是机体不可缺少的微量元素，其过量或缺乏都可对动物机体造成严重的危害。硒刚发现时被定义为有毒物质，因为硒过量对机体有一定的毒害作用。但硒缺乏会显著降低蛋鸡的产蛋率和孵化率。因此饲粮中应添加适量的硒来满足动物的需求。目前家禽硒补充剂一般有2种形式，硒酸盐、亚硒酸钠(sodium selenite，SS)等形式的无机硒或硒代蛋氨酸(selenomethionine，SeMet)形式的有机硒。无机硒生物利用率较低、并且可能与其他矿物质拮抗，导致体内硒沉积和贮备力差，而且亚硒酸根离子易发生氧化作用。因此添加无机硒并不能达到理想的补硒效果，还可能对动物产生潜在的危害以及对环境造成污染。而有机硒吸收利用率高、毒副作用小，且在提高机体抗氧化、抗应激和免疫能力等方面效果可能优于无机硒。L-SeMet可在满足机体对硒的生理需求后，在体内形成硒生物池，避免短期内再次缺硒[1-2]。因此，以SeMet为主要形式的有机硒越来越受到养殖业的关注。本文综述了SeMet的吸收代谢、生物学功能及其在蛋鸡生产中的应用现状等。

1 SeMet概述

SeMet是自然界中硒以有机形式存在于植物和饲料谷物中的一种化合物，是生物利用效率最高的有机硒化物[3]。SeMet和蛋氨酸(Met)结构相似(图1)，它是Met中硫被硒取代后的产物。SeMet存在3种形式：L型、D-对映异构体和合成获得的DL-混旋物。L-SeMet是硒在自然界中存在的天然形式，同时也是酵母硒等有机硒的主要存在形式，酵母硒总硒的70%～76%以L-SeMet的形式存在。与其他氨基酸一样，SeMet也存在D型和L型2种同分异构体，人工合成的SeMet产品均为DL型(即D型和L型各50%的混旋物)[3]。与SS比，在饲粮中补充L-SeMet和酵母硒的有益作用已经得到了肯定[4]。SeMet由于毒性低，且天然存在于食物中，是补硒的一种理想形式。

2 SeMet吸收代谢

2.1 吸收转运机制

无机硒主要通过简单扩散吸收，吸收效率较低[5]。SeMet主要在回肠内通过钠离子(Na+)依赖性中性氨基酸转运系统吸收[3]。由于SeMet的吸收可与Met共享Na+依赖、载体介导的同一转运机制，因而Met浓度过高时会抑制它的吸收。研究发现，硒被肠道吸收后，无机硒主要以谷胱甘肽过氧化物酶(GPX)的形式存在，而以SeMet为主要形式的有机硒主要沉积在组织蛋白中。

图1 SeMet的结构式

硒肠道转运蛋白在SeMet吸收和转运中起重要作用[6]。小肠刷状缘上的b0、+rBAT、B0、PAT1等蛋白是多数中性氨基酸的转运载体，具有Na+依赖性，在机体的吸收中发挥重要作用。SeMet和硒代半胱氨酸(selenocysteine，SeCys)主要通过b0、+rBAT系统吸收，并且一定条件下SeMet与Met的吸收途径一致[7]，这为以后研究硒转运蛋白提供了借鉴。

单胃动物对SeMet的吸收利用效率高。研究发现，与SS比，蛋鸡饲粮中酵母硒的硒吸收率能显著提高[8]。在血清和组织中SeMet的硒沉积率较高，肥育猪中添加SeMet和SS均能显著增加血清、肌肉、肝脏、胰腺和肾脏组织中的硒含量，而SeMet组肌肉、肝脏和胰腺中硒的含量显著高于SS组[9]。蒋宗勇等[10]研究结果也表明，SeMet组肥育猪血浆、肝脏和背最长肌硒的含量显著高于SS组。王永侠等[11]在研究不同构型SeMet对肉鸡的作用效果时发现，DL-SeMet组和L-SeMet组的血清和组织硒含量及血清三碘甲状腺原氨酸含量均显著高于SS组。

2.2 代谢

SeMet在体内主要有2条代谢途径，如图2：1)吸收后的SeMet可以在体内代替部分Met非特异性地掺入一般组织蛋白，并且作为硒的生物池，在机体缺硒时转化为SeMet供机体使用[3,12]。Juniper等[13]研究发现，与SS相比，添加不同水平的酵母硒显著增加了羔羊全血总硒和SeMet占总硒的比例，以及红细胞GPX活性。游离氨基酸池中的SeMet可掺入组织蛋白或降解，其中SeMet掺入蛋白质是可逆的，但其降解是不可逆的。SeMet掺入蛋白质或降解取决于饲粮中Met的含量。2)SeMet在机体内代谢生成的SeCys可在肝脏中降解为硒化物，后者可被转化为硒磷酸盐进而合成含SeCys的硒蛋白，也可能被甲基化生成二甲基硒醇或三甲基硒离子通过尿液排出。硒酸盐和亚硒酸盐则直接转化为硒化物，合成含硒的蛋白或通过尿液排出体外[3]。

图2 动物体内的硒代谢途径

3 SeMet的生物学功能

3.1 SeMet的抗氧化性

硒最重要的生物学功能是抗氧化作用。硒是GPX活性中心的主要成分，后者能够清除细胞生物膜的脂肪，防止因自由基产生的脂质过氧化产物——超氧阴离子(O-)、氢过氧化物(ROOH)和过氧化氢(H2O2)等物质堆积所造成的氧化膜损伤，从而维持细胞完整性[3]。除了直接作用于H2O2的GPX-1外，已经证明GPX-4在ROOH的清除中起关键作用[14]。缺硒会使GPX活性降低、细胞内自由基积累，进而导致细胞和线粒体膜破坏、机体活性氧水平升高、氧化应激增强[15]。其他含硒酶或硒蛋白也在机体的抗氧化系统中发挥重要作用。例如，硫氧还蛋白还原酶(TR)-1和TR-2在还原态硫氧还蛋白(TRX)的再生过程中起重要作用，而TRX可在细胞内发挥还原作用，以维持氧化还原平衡状态[16]；硒蛋白P除了作为硒转运蛋白外，还具有一定的抗氧化活性[17]。

早期的研究表明，添加SS和酵母硒均可显著提高肥育猪血清GPX活性，添加剂量为0.1 mg/kg时，SS组的血清GPX活性显著高于酵母硒组，而添加剂量为0.3 mg/kg时，2组的GPX活性达到同等水平[18]。最近研究表明，硒添加剂量为0.3 mg/kg时，与SS相比，SeMet制剂可提高肥育猪血浆GPX活性、过氧化氢酶活性和总抗氧化能力[10]，提高肝脏和肌肉GPX活性[9]，显著降低血浆、肝脏和肌肉中丙二醛含量[9-10]；酵母硒可提高蛋鸡血清的GPX活性[19]，以及肉鸡血清和肝脏的GPX活性、肝脏和脾脏中GPX-1基因表达量[20-22]。这表明SeMet形式的有机硒对机体的抗氧化功能有明显的增强作用。

3.2 SeMet与免疫

硒主要通过GPX-1、GPX-4、TR-1、TR-2等硒蛋白发挥免疫调节作用，如增强巨噬细胞和自然杀伤细胞活性，促进T淋巴细胞和B淋巴细胞的活化增殖，从而增强机体的非特异性免疫、细胞免疫和体液免疫能力[23]。研究发现，黏附分子可以从外周到炎症部位招募嗜中性粒细胞和T淋巴细胞，通过产生细胞因子白细胞介素(IL)-1b、肿瘤坏死因子-α(TNF-α)和IL-6来激活核因子-κB(NF-κB)，导致炎症反应增强，而添加SS能够以剂量依赖的方式显著抑制TNF-α诱导的黏附分子的表达[24]。表明硒可能通过GPX抑制蛋白激酶对NF-κB抑制蛋白α(IκBα)的磷酸化，进一步抑制NF-κB释放和激活，从而减轻炎症[23]。最近研究发现，硒还可通过抑制丝裂原活化蛋白激酶通路，显著降低脂多糖诱导的主要促炎基因TNF-α和环氧合酶-2的表达[25]。研究发现，饲粮中添加0.3 mg/kg的SS可显著增加蛋鸡血清中的抗坏血酸、视黄醇和α-生育酚的浓度[26]，及血清和胸腺中γ-干扰素含量[27]。与SS相比，酵母硒能显著提高雄性肉鸡血清免疫球蛋白(Ig)G和IgM含量[28]、雏鸡血液中的淋巴细胞玫瑰花环形成率和脾脏指数及法氏囊指数[29]以及仔猪血清中IgG、IgA、IgM和补体3含量[30]。这表明SeMet形式的有机硒对机体的免疫功能有明显的增强作用。

3.3 SeMet与抗应激

酵母硒可作为硒的生物池在应激状态下释放SeMet，为合成GPX和其他硒酶提供硒源，硒酶用于保护组织和器官因氧自由基作用导致的损伤，因此其生物学效价明显高于SS[31]。研究发现，酵母硒组的蛋鸡脾脏硒含量显著高于SS组，表明SeMet还可通过在免疫器官中沉积，干预免疫器官中细胞脂质的过氧化反应，从而保护和改善因刺激因素诱导的细胞毒性和损伤组织的细胞稳态，提高机体的抗应激能力[32]。热应激状态下，SeMet形式的有机硒还可提高肉仔鸡的生长性能和抗氧化能力，缓解高温应激带来的不利影响[33]。

4 SeMet在蛋鸡生产上的应用

4.1 SeMet对鸡蛋硒沉积的影响

硒蛋白P的一个重要作用是反映机体的硒稳态，在肝脏中表达最为丰富[39]。研究发现，蛋硒浓度与母鸡肝脏硒浓度显著相关[40]。此外，Bennett等[41]在含有0.3 mg/kg SS的蛋鸡基础饮食中添加1.0、2.4或5.1 mg/kg酵母硒，发现蛋硒的含量随着硒水平升高而线性增加，即使是有机硒水平高达3～6 mg/kg，也不会对蛋鸡产生毒害作用。Wang等[42]研究发现，一定浓度下酵母硒可与Met协同作用，显著增加种母鸡的后代仔鸡肌肉硒含量。

4.2 SeMet对蛋品质的影响

SeMet为主要形式的有机硒有利于提高鸡蛋的蛋品质。研究表明，蛋鸡饲粮中添加0.25和0.50 mg/kg的酵母硒均能减缓贮存过程中鸡蛋哈夫单位的下降，延长蛋品保鲜期[43]。与SS相比，酵母硒能显著增强蛋壳强度，而显著降低蛋白高度和哈夫单位[44]。另外有研究发现，蛋鸡饲粮中添加酵母硒和SeMet制剂均可极显著增加试验60～90 d的蛋黄颜色，且酵母硒优于SeMet，但SeMet组软破壳蛋率显著高于酵母硒组，并有降低蛋壳厚度的趋势[45]。

5 小 结

综上所述，与无机硒盐形式的硒相比，较低水平的SeMet的添加量可提高蛋鸡机体的抗氧化性能、免疫性能、抗应激能力、蛋硒含量以及蛋品质。但由于生物体发酵的复杂性，很难在大批量生产的同时保持有机硒产品中SeMet含量和化学形态的稳定，因而阻碍了有机硒进一步应用推广。此外生产成本也是制约其在生产中推广应用的关键因素之一。因此，深入研究SeMet的生产工艺、产品质量检验、不同动物中的作用效果及其机制，有利于进一步促进SeMet在生产中的应用。

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BiologicalFunctionsofSelenomethionineandItsApplicationinLayingHens

MENG Tiantian1LIU Yilin2ZHANG Bin1WU Xin1,2*YIN Yulong1,2

(1.HunanCo-InnovationCenterofSafetyAnimalProduction,CollegeofAnimalScienceandTechnology,HunanAgriculturalUniversity,Changsha410128,China; 2.HunanProvincialEngineeringResearchCenterofHealthyLivestock,KeyLaboratoryofAgro-EcologicalProcessesinSubtropicalRegion,InstituteofSubtropicalAgriculture,ChineseAcademyofSciences,Changsha410125,China)

As the highest bioavailability of organic selenide, selenomethionine has some advantages including higher absorption rate compared with inorganic selenium, biological functions such as enhancing the body immunity and the anti-stress ability, etc. Selenomethionine can improve the egg selenium content, the egg quality of laying hens, and enhance their abilities of antioxidation, immunity and antistress. This paper mainly reviewed the absorption metabolism, biological functions of selenomethionine and its application in laying hen production, aiming to provide theoretical basis for the application of selenomethionine in laying hen production and further study of selenomethionine.[ChineseJournalofAnimalNutrition,2017,29(12)：4281-4286]

selenomethionine; laying hens; biological functions; production; application

10.3969/j.issn.1006-267x.2017.12.006

S816

A

1006-267X(2017)12-4281-06

2017-05-06

国家重点研发计划专项(2016YFD0500504，2016YFD0200900)

孟田田(1994—)，女，河南周口人，硕士研究生，从事动物营养生理代谢调控研究。E-mail: 1849101129@qq.com

*通信作者：吴 信，副研究员，硕士生导师，E-mail: wuxin@isa.ac.cn

*Corresponding author, associate professor, E-mail: wuxin@isa.ac.cn

(责任编辑 田艳明)