硒在豬營養和繁殖中的作用

唐彩琰

上期回顧：上期主要介紹了活細胞抗氧化系統的3個重要防御水平。

中圖分類號：S816.72 文獻標志碼：C 文章編號：1001-0769（2018）09-0071-02

5 公豬精液中的谷胱甘肽過氧化物酶

由于過氧化氫和脂質過氧化物對精子均有毒性作用（Walczak-Jedrzejowska等，2013；Wright等，2014），因此谷胱甘肽過氧化物酶（Glutathione peroxidase，GSH-Px）在保護精子細胞膜的脂質免受過氧化反應中發揮著重要作用，從而保持細胞膜的完整性（Flohe和Zimmermann，1970）。事實上，精子中的GSH-Px被認為是去除過氧化物，進而保護細胞免受自由基和體內脂質過氧化產物損害的主要酶（Griveau等，1995）。

人們已經在哺乳動物中鑒定出了8種GSH-Px，其中5種是硒依賴性GSH-Px（Se-GSH-Px） （Brigelius-Flohé和Maiorino，2013），它們分別是經典的細胞溶質谷胱甘肽過氧化物酶（cytosolic GSH-Px，cGSH-Px或GSH-Px1）、胃腸道谷胱甘肽過氧化物酶（Gastrointestinal GSH-Px，GI-GSH-Px或GSH-Px2）、血漿谷胱甘肽過氧化物酶（plasma GSH-Px，pGSH-Px或GSH-Px3）、磷脂谷胱甘肽過氧化物酶（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質網膜蛋白（Brigelius-Flohé和Maiorino，2013）。應該注意的是，硒依賴性GSH-Px和非硒依賴性GSH-Px二者協同工作，可在多種組織中提供抗氧化保護。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（Vernet等，1999）。例如，日糧中剔除硒后，附睪仍能提供有效保護，防止過氧化狀態增強。事實上，缺乏硒的動物其附睪產生的脂質過氧化物數量有限，其總的GSH-Px活性沒有受到硒供應不足的顯著影響，研究還觀察到GSH-Px5 mRNA和蛋白質水平增加（Vernet等，1999）。

Ursini等（1985）報道了一種特殊形式的GSH-Px，它使用磷脂酰膽堿氫過氧化物作為底物（PH-GSH-Px），表現為硒依賴性。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的動力學數據與“經典的”谷胱甘肽過氧化物酶兼容。該酶與氫過氧化物底物反應的二級速率常數（K1）表明，雖然cGSH-Px可以使H2O2快速地減少，但PH-GSH-Px會使亞油酸氫過氧化物快速地減少。這些作者認為PH-GSH-Px在細胞的膜和水相的交界面具有活性。實際上，PH-GSH-Px與經典的GSH-Px不同，因為它在單體形式下具有活性，并具有不同的氨基酸組成（Sunde，1994）。

事實上，GSH-Px4有3種異構體，即胞質型（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）。已經證明cGSH-Px4在細胞中普遍存在，而mGSH-Px4和snGSH-Px4主要在睪丸中表達，其他組織中僅有少量表達（BrigeliusFlohé和Maiorino，2013）。PH-GSH-Px的mRNA從其基因組DNA外顯子Ia的兩個起始位點開始轉錄，可以合成長形（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，而長形PH-GSH-Px是線粒體型PH-GSH-Px。研究人員在大鼠精子細胞核中檢測到了第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氧化物酶的作用，在蛋白間形成二硫鍵交聯，從而能夠穩定和保護DNA（Schneider等，2009）。PH-GSH-Px在還原酯氫過氧化脂質的能力方面是獨一無二的，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磷脂酶C等酶從膜中初步釋放過氧化物，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，尤其在睪丸中高度表達（Guerriero等，2014），并且它在此處對精子發生和精子功能發揮著重要的作用，并受到促性腺激素的調控。在睪丸中，一個成比例的PH-GSH-Px活性與正在朝精子分化的細胞的線粒體強烈相關。

關于PH-GSH-Px的最特別的發現是與其從活性酶到結構蛋白的聚合和轉化有關。實際上，PH-GSH-Px蛋白被鑒定為角蛋白樣物質的主要成分，它可以將線螺旋狀粒體嵌入精子中段（Ursini等，1999；Foresta等，2002）。實際上，精子中線粒體型PH-GSH-Px的表達失敗被認為是造成男性不育的少精子癥的病因之一（Imai等，2001）。PH-GSH-Px對精子尾部和頭部有很強的結合能力。飼喂硒含量不足的基礎氨基酸日糧的大鼠，其肝臟、心臟、腎臟和肺臟中PH-GSH-Px的活性只相當于飼喂硒含量充足的日糧的大鼠相應組織中的41%、50%、26%和25%（Lei等，1995）。這些作者認為，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、精子質量和男性生育能力之間的關鍵紐帶是PH-GSH-PX，該酶負責產生中段結構正常的精子。

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Kolodziej和Jacyno（2005）、Marin-Guzman等（1997）和Koziorowska-Gilun等（2011）成功測定了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活性與公豬精液質量間的關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）。事實上，這些作者證實了在公豬的精囊、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，沒有針對GSH-Px的免疫反應。Martins等（2014）認為公豬精液中的PH-GSH-Px受硒的狀態影響，Speight等（2012）也證實公豬日糧中的有機硒對公豬睪丸中PH-GSH-Px基因表達有積極影響。上述數據清楚地表明，GSH-Px在公豬精液中的形式和保護功能需要進一步研究。值得一提的是，只有最佳的硒狀態才能提供有效的抗氧化保護作用，因為與飼喂充足水平硒的動物（小鼠）相比，飼喂臨界水平或過量硒的動物其肝臟中抗氧化酶（GSH-Px和CAT）的活性會降低（Zhang等，2013）。

上述數據表明，人們對GSH-Px的關注主要源自它是一種能夠表明硒狀態和具有潛在抗氧化防御功能的重要成分。然而，目前的證據表明，對于硒的作用，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）