硒在豬營(yíng)養(yǎng)和繁殖中的作用

唐彩琰

上期回顧：上期主要介紹了活細(xì)胞抗氧化系統(tǒng)的3個(gè)重要防御水平。

中圖分類號(hào)：S816.72 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：C 文章編號(hào)：1001-0769（2018）09-0071-02

5 公豬精液中的谷胱甘肽過(guò)氧化物酶

由于過(guò)氧化氫和脂質(zhì)過(guò)氧化物對(duì)精子均有毒性作用（Walczak-Jedrzejowska等，2013；Wright等，2014），因此谷胱甘肽過(guò)氧化物酶（Glutathione peroxidase，GSH-Px）在保護(hù)精子細(xì)胞膜的脂質(zhì)免受過(guò)氧化反應(yīng)中發(fā)揮著重要作用，從而保持細(xì)胞膜的完整性（Flohe和Zimmermann，1970）。事實(shí)上，精子中的GSH-Px被認(rèn)為是去除過(guò)氧化物，進(jìn)而保護(hù)細(xì)胞免受自由基和體內(nèi)脂質(zhì)過(guò)氧化產(chǎn)物損害的主要酶（Griveau等，1995）。

人們已經(jīng)在哺乳動(dòng)物中鑒定出了8種GSH-Px，其中5種是硒依賴性GSH-Px（Se-GSH-Px） （Brigelius-Flohé和Maiorino，2013），它們分別是經(jīng)典的細(xì)胞溶質(zhì)谷胱甘肽過(guò)氧化物酶（cytosolic GSH-Px，cGSH-Px或GSH-Px1）、胃腸道谷胱甘肽過(guò)氧化物酶（Gastrointestinal GSH-Px，GI-GSH-Px或GSH-Px2）、血漿谷胱甘肽過(guò)氧化物酶（plasma GSH-Px，pGSH-Px或GSH-Px3）、磷脂谷胱甘肽過(guò)氧化物酶（Phospholipid GSH-Px，GSH-Px4或PH-GSH-Px）和GSH-Px6。其中，GSH-Px6與GPx3高度同源，在人體中它是一種硒蛋白，但在老鼠和其他物種中則是一種非硒-GSH-Px（Surai，2006）。其他非硒依賴性GSH-Px包括GSH-Px-5和GSH-Px7。GSH-Px-5在小鼠、大鼠、豬、猴和人中是一種附睪特異性Cys-GSH-Px，與GSH-Px3同源；GSH-Px7是GSH-Px4和GSH-Px8的非硒同源物，最近人們將其歸入內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜蛋白（Brigelius-Flohé和Maiorino，2013）。應(yīng)該注意的是，硒依賴性GSH-Px和非硒依賴性GSH-Px二者協(xié)同工作，可在多種組織中提供抗氧化保護(hù)。特別是，有人指出非硒依賴性GSH-Px5可以作為硒依賴性GSH-Px的備用系統(tǒng)（Vernet等，1999）。例如，日糧中剔除硒后，附睪仍能提供有效保護(hù)，防止過(guò)氧化狀態(tài)增強(qiáng)。事實(shí)上，缺乏硒的動(dòng)物其附睪產(chǎn)生的脂質(zhì)過(guò)氧化物數(shù)量有限，其總的GSH-Px活性沒(méi)有受到硒供應(yīng)不足的顯著影響，研究還觀察到GSH-Px5 mRNA和蛋白質(zhì)水平增加（Vernet等，1999）。

Ursini等（1985）報(bào)道了一種特殊形式的GSH-Px，它使用磷脂酰膽堿氫過(guò)氧化物作為底物（PH-GSH-Px），表現(xiàn)為硒依賴性。研究表明，該酶是一種大小為23 kDa的單體，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的動(dòng)力學(xué)數(shù)據(jù)與“經(jīng)典的”谷胱甘肽過(guò)氧化物酶兼容。該酶與氫過(guò)氧化物底物反應(yīng)的二級(jí)速率常數(shù)（K1）表明，雖然cGSH-Px可以使H2O2快速地減少，但PH-GSH-Px會(huì)使亞油酸氫過(guò)氧化物快速地減少。這些作者認(rèn)為PH-GSH-Px在細(xì)胞的膜和水相的交界面具有活性。實(shí)際上，PH-GSH-Px與經(jīng)典的GSH-Px不同，因?yàn)樗趩误w形式下具有活性，并具有不同的氨基酸組成（Sunde，1994）。

事實(shí)上，GSH-Px4有3種異構(gòu)體，即胞質(zhì)型（cytosolic GSH-Px4，cGSH-Px4）、線粒體型（mitochondrial GSH-Px4，mGSH-Px4）和精子核型GSH-Px4（sperm nuclear GSH-Px4，snGSH-Px4）。已經(jīng)證明cGSH-Px4在細(xì)胞中普遍存在，而mGSH-Px4和snGSH-Px4主要在睪丸中表達(dá)，其他組織中僅有少量表達(dá)（BrigeliusFlohé和Maiorino，2013）。PH-GSH-Px的mRNA從其基因組DNA外顯子Ia的兩個(gè)起始位點(diǎn)開始轉(zhuǎn)錄，可以合成長(zhǎng)形（long form，23 kDa）和短形（short form，20 kDa） PH-GSH-Px（Imai和Nakagawa，2003）。 短形PH-GSH-Px是非線粒體型PH-GSH-Px，而長(zhǎng)形PH-GSH-Px是線粒體型PH-GSH-Px。研究人員在大鼠精子細(xì)胞核中檢測(cè)到了第3種PH-GSH-Px，它是一種大小為34 kDa的硒蛋白，也被稱為精子核GSH-Px（snGSH-Px）。它具有硫醇魚精蛋白過(guò)氧化物酶的作用，在蛋白間形成二硫鍵交聯(lián)，從而能夠穩(wěn)定和保護(hù)DNA（Schneider等，2009）。PH-GSH-Px在還原酯氫過(guò)氧化脂質(zhì)的能力方面是獨(dú)一無(wú)二的，即使它們被摻入到生物膜或脂蛋白中也如此。GSH-Px家族的其他成員通過(guò)磷脂酶C等酶從膜中初步釋放過(guò)氧化物，它們是解毒的重要組成部分。

眾所周知，PH-GSH-Px在正常組織中廣泛表達(dá)，尤其在睪丸中高度表達(dá)（Guerriero等，2014），并且它在此處對(duì)精子發(fā)生和精子功能發(fā)揮著重要的作用，并受到促性腺激素的調(diào)控。在睪丸中，一個(gè)成比例的PH-GSH-Px活性與正在朝精子分化的細(xì)胞的線粒體強(qiáng)烈相關(guān)。

關(guān)于PH-GSH-Px的最特別的發(fā)現(xiàn)是與其從活性酶到結(jié)構(gòu)蛋白的聚合和轉(zhuǎn)化有關(guān)。實(shí)際上，PH-GSH-Px蛋白被鑒定為角蛋白樣物質(zhì)的主要成分，它可以將線螺旋狀粒體嵌入精子中段（Ursini等，1999；Foresta等，2002）。實(shí)際上，精子中線粒體型PH-GSH-Px的表達(dá)失敗被認(rèn)為是造成男性不育的少精子癥的病因之一（Imai等，2001）。PH-GSH-Px對(duì)精子尾部和頭部有很強(qiáng)的結(jié)合能力。飼喂硒含量不足的基礎(chǔ)氨基酸日糧的大鼠，其肝臟、心臟、腎臟和肺臟中PH-GSH-Px的活性只相當(dāng)于飼喂硒含量充足的日糧的大鼠相應(yīng)組織中的41%、50%、26%和25%（Lei等，1995）。這些作者認(rèn)為，睪丸中的PH-GSH-Px活性比肝臟和腎臟中的高15倍，比心臟和肺臟中的高25倍。此外，有研究顯示PH-GSH-Px的mRNA水平不受日糧硒缺乏的影響。因此，硒、精子質(zhì)量和男性生育能力之間的關(guān)鍵紐帶是PH-GSH-PX，該酶負(fù)責(zé)產(chǎn)生中段結(jié)構(gòu)正常的精子。

最初，Saaranen等（1989）的研究顯示公豬精漿中GSH-Px的活性非常低。然而，后來(lái)Kolodziej和Jacyno（2005）、Marin-Guzman等（1997）和Koziorowska-Gilun等（2011）成功測(cè)定了GSH-Px在公豬精漿中的活性。Cerolini（2001）證明公豬血漿中硒依賴性GSH-Px占總酶活性的80.7%～90.8%。GSH-Px活性與公豬精液質(zhì)量間的關(guān)系似乎取決于多種因素，并不總是確定的。在公豬一次正常射精的精漿中檢測(cè)到的GSH-Px活性水平幾乎是精子中GSH-Px活性水平的3倍（Jelezarsky等，2008）。事實(shí)上，這些作者證實(shí)了在公豬的精囊、前列腺、尿道球腺和精子中存在分子量為20 kDa的GSH-Px，但精漿中不含有。此外，在公豬副性腺分泌物和精漿中，沒(méi)有針對(duì)GSH-Px的免疫反應(yīng)。Martins等（2014）認(rèn)為公豬精液中的PH-GSH-Px受硒的狀態(tài)影響，Speight等（2012）也證實(shí)公豬日糧中的有機(jī)硒對(duì)公豬睪丸中PH-GSH-Px基因表達(dá)有積極影響。上述數(shù)據(jù)清楚地表明，GSH-Px在公豬精液中的形式和保護(hù)功能需要進(jìn)一步研究。值得一提的是，只有最佳的硒狀態(tài)才能提供有效的抗氧化保護(hù)作用，因?yàn)榕c飼喂充足水平硒的動(dòng)物（小鼠）相比，飼喂臨界水平或過(guò)量硒的動(dòng)物其肝臟中抗氧化酶（GSH-Px和CAT）的活性會(huì)降低（Zhang等，2013）。

上述數(shù)據(jù)表明，人們對(duì)GSH-Px的關(guān)注主要源自它是一種能夠表明硒狀態(tài)和具有潛在抗氧化防御功能的重要成分。然而，目前的證據(jù)表明，對(duì)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決于所攝入硒的形式（Ferguson等，2012）。

（待續(xù)）