硒在猪营养和繁殖中的作用

唐彩琰

上期回顾：上期主要介绍了活细胞抗氧化系统的3个重要防御水平。

中图分类号：S816.72 文献标志码：C 文章编号：1001-0769（2018）09-0071-02

5 公猪精液中的谷胱甘肽过氧化物酶

由于过氧化氢和脂质过氧化物对精子均有毒性作用（Walczak-Jedrzejowska等，2013；Wright等，2014），因此谷胱甘肽过氧化物酶（Glutathione peroxidase，GSH-Px）在保护精子细胞膜的脂质免受过氧化反应中发挥着重要作用，从而保持细胞膜的完整性（Flohe和Zimmermann，1970）。事实上，精子中的GSH-Px被认为是去除过氧化物，进而保护细胞免受自由基和体内脂质过氧化产物损害的主要酶（Griveau等，1995）。

人们已经在哺乳动物中鉴定出了8种GSH-Px，其中5种是硒依赖性GSH-Px（Se-GSH-Px） （Brigelius-Flohé和Maiorino，2013），它们分别是经典的细胞溶质谷胱甘肽过氧化物酶（cytosolic GSH-Px，cGSH-Px或GSH-Px1）、胃肠道谷胱甘肽过氧化物酶（Gastrointestinal GSH-Px，GI-GSH-Px或GSH-Px2）、血浆谷胱甘肽过氧化物酶（plasma GSH-Px，pGSH-Px或GSH-Px3）、磷脂谷胱甘肽过氧化物酶（Phospholipid GSH-Px，GSH-Px4或PH-GSH-Px）和GSH-Px6。其中，GSH-Px6与GPx3高度同源，在人体中它是一种硒蛋白，但在老鼠和其他物种中则是一种非硒-GSH-Px（Surai，2006）。其他非硒依赖性GSH-Px包括GSH-Px-5和GSH-Px7。GSH-Px-5在小鼠、大鼠、猪、猴和人中是一种附睾特异性Cys-GSH-Px，与GSH-Px3同源；GSH-Px7是GSH-Px4和GSH-Px8的非硒同源物，最近人们将其归入内质网膜蛋白（Brigelius-Flohé和Maiorino，2013）。应该注意的是，硒依赖性GSH-Px和非硒依赖性GSH-Px二者协同工作，可在多种组织中提供抗氧化保护。特别是，有人指出非硒依赖性GSH-Px5可以作为硒依赖性GSH-Px的备用系统（Vernet等，1999）。例如，日粮中剔除硒后，附睾仍能提供有效保护，防止过氧化状态增强。事实上，缺乏硒的动物其附睾产生的脂质过氧化物数量有限，其总的GSH-Px活性没有受到硒供应不足的显著影响，研究还观察到GSH-Px5 mRNA和蛋白质水平增加（Vernet等，1999）。

Ursini等（1985）报道了一种特殊形式的GSH-Px，它使用磷脂酰胆碱氢过氧化物作为底物（PH-GSH-Px），表现为硒依赖性。研究表明，该酶是一种大小为23 kDa的单体，每 22 000 g蛋白中含有1 g硒原子，硒以硒醇形式存在。PH-GSH-Px的动力学数据与“经典的”谷胱甘肽过氧化物酶兼容。该酶与氢过氧化物底物反应的二级速率常数（K1）表明，虽然cGSH-Px可以使H2O2快速地减少，但PH-GSH-Px会使亚油酸氢过氧化物快速地减少。这些作者认为PH-GSH-Px在细胞的膜和水相的交界面具有活性。实际上，PH-GSH-Px与经典的GSH-Px不同，因为它在单体形式下具有活性，并具有不同的氨基酸组成（Sunde，1994）。

事实上，GSH-Px4有3种异构体，即胞质型（cytosolic GSH-Px4，cGSH-Px4）、线粒体型（mitochondrial GSH-Px4，mGSH-Px4）和精子核型GSH-Px4（sperm nuclear GSH-Px4，snGSH-Px4）。已经证明cGSH-Px4在细胞中普遍存在，而mGSH-Px4和snGSH-Px4主要在睾丸中表达，其他组织中仅有少量表达（BrigeliusFlohé和Maiorino，2013）。PH-GSH-Px的mRNA从其基因组DNA外显子Ia的两个起始位点开始转录，可以合成长形（long form，23 kDa）和短形（short form，20 kDa） PH-GSH-Px（Imai和Nakagawa，2003）。 短形PH-GSH-Px是非线粒体型PH-GSH-Px，而长形PH-GSH-Px是线粒体型PH-GSH-Px。研究人员在大鼠精子细胞核中检测到了第3种PH-GSH-Px，它是一种大小为34 kDa的硒蛋白，也被称为精子核GSH-Px（snGSH-Px）。它具有硫醇鱼精蛋白过氧化物酶的作用，在蛋白间形成二硫键交联，从而能够稳定和保护DNA（Schneider等，2009）。PH-GSH-Px在还原酯氢过氧化脂质的能力方面是独一无二的，即使它们被掺入到生物膜或脂蛋白中也如此。GSH-Px家族的其他成员通过磷脂酶C等酶从膜中初步释放过氧化物，它们是解毒的重要组成部分。

众所周知，PH-GSH-Px在正常组织中广泛表达，尤其在睾丸中高度表达（Guerriero等，2014），并且它在此处对精子发生和精子功能发挥着重要的作用，并受到促性腺激素的调控。在睾丸中，一个成比例的PH-GSH-Px活性与正在朝精子分化的细胞的线粒体强烈相关。

关于PH-GSH-Px的最特别的发现是与其从活性酶到结构蛋白的聚合和转化有关。实际上，PH-GSH-Px蛋白被鉴定为角蛋白样物质的主要成分，它可以将线螺旋状粒体嵌入精子中段（Ursini等，1999；Foresta等，2002）。实际上，精子中线粒体型PH-GSH-Px的表达失败被认为是造成男性不育的少精子症的病因之一（Imai等，2001）。PH-GSH-Px對精子尾部和头部有很强的结合能力。饲喂硒含量不足的基础氨基酸日粮的大鼠，其肝脏、心脏、肾脏和肺脏中PH-GSH-Px的活性只相当于饲喂硒含量充足的日粮的大鼠相应组织中的41%、50%、26%和25%（Lei等，1995）。这些作者认为，睾丸中的PH-GSH-Px活性比肝脏和肾脏中的高15倍，比心脏和肺脏中的高25倍。此外，有研究显示PH-GSH-Px的mRNA水平不受日粮硒缺乏的影响。因此，硒、精子质量和男性生育能力之间的关键纽带是PH-GSH-PX，该酶负责产生中段结构正常的精子。

最初，Saaranen等（1989）的研究显示公猪精浆中GSH-Px的活性非常低。然而，后来Kolodziej和Jacyno（2005）、Marin-Guzman等（1997）和Koziorowska-Gilun等（2011）成功测定了GSH-Px在公猪精浆中的活性。Cerolini（2001）证明公猪血浆中硒依赖性GSH-Px占总酶活性的80.7%～90.8%。GSH-Px活性与公猪精液质量间的关系似乎取决于多种因素，并不总是确定的。在公猪一次正常射精的精浆中检测到的GSH-Px活性水平几乎是精子中GSH-Px活性水平的3倍（Jelezarsky等，2008）。事实上，这些作者证实了在公猪的精囊、前列腺、尿道球腺和精子中存在分子量为20 kDa的GSH-Px，但精浆中不含有。此外，在公猪副性腺分泌物和精浆中，没有针对GSH-Px的免疫反应。Martins等（2014）认为公猪精液中的PH-GSH-Px受硒的状态影响，Speight等（2012）也证实公猪日粮中的有机硒对公猪睾丸中PH-GSH-Px基因表达有积极影响。上述数据清楚地表明，GSH-Px在公猪精液中的形式和保护功能需要进一步研究。值得一提的是，只有最佳的硒状态才能提供有效的抗氧化保护作用，因为与饲喂充足水平硒的动物（小鼠）相比，饲喂临界水平或过量硒的动物其肝脏中抗氧化酶（GSH-Px和CAT）的活性会降低（Zhang等，2013）。

上述数据表明，人们对GSH-Px的关注主要源自它是一种能够表明硒状态和具有潜在抗氧化防御功能的重要成分。然而，目前的证据表明，对于硒的作用，其他硒蛋白可能比GSH-Px更重要，并且最佳水平可能取决于所摄入硒的形式（Ferguson等，2012）。

（待续）