硒对动物机体细胞损伤的保护作用研究进展

Progress on studying the effects of selenium on protecting the cellular damage in animals

摘要

[目的]研究硒对动物机体细胞损伤的保护作用机制，为硒在动物生产中应用提供参考依据。[方法]综述硒的多种生理功能，探讨在细胞受损伤的情况下硒对家禽缓解氧化应激、提高机体免疫、拮抗毒性元素等的影响。[结果]硒具有抗氧化应激、提高机体免疫、拮抗毒性元素等作用，可以作为良好的抗生素替代品来提升家禽的生产性能、免疫性能和抗氧化性能，改善家禽的肠道健康。[结论]硒可以作为动物生产中有效解毒剂、保护剂。目前针对硒调节动物机体细胞损伤的研究在家畜上的研究相对较少，对于信号通路之间协同、关联调控作用机制少有报道，还有待进一步研究。

关键词

硒 / 细胞损伤 / 保护作用 / 微量营养元素 / 营养性饲料添加剂

Key words

selenium / cellular damage / protective effect / trace nutrients / nutritional feed additives

动物机体在正常状态下会维持相对的稳态，这种稳态是细胞进行正常生命活动的基础，但受环境或自身状态改变，这种生理平衡可能会失调，从而引发机体损伤。动物机体损伤主要由一些不利的因素造成，如氧化应激，食用霉菌毒素污染的饲粮，外源致病菌、病毒，重金属中毒和LPS诱导等。我国南方地区降雨持续强烈，影响范围广、时间长，导致病毒、细菌和霉菌等滋生，诱发多种疾病，其危害愈加明显。因此，寻求和添加安全有效的营养性饲料添加剂，对于养殖业相当重要。

硒存在于动物机体组织、器官和体液中，具有广泛的生理功能。近年来，众多研究表明，硒在维持细胞正常生理功能^[1]、减轻动物遭受的氧化应激损伤^[2-3]、缓解炎症反应、提高机体免疫能力^[4-5]、拮抗有毒有害物质^[6-7]等方面发挥着至关重要的作用。尽管硒的生理功能已被广泛认知，但其在细胞损伤修复中的分子调控机制仍存在研究空白。随着集约化养殖中应激源增多导致的动物细胞损伤问题日益突出，深入解析硒的细胞保护机制对开发精准营养干预策略具有重要实践意义。本文综述了硒对动物机体细胞损伤的缓解、拮抗、保护作用及其机制，以期为硒在动物受损伤情况下的应用提供参考。

1 硒对动物机体氧化应激损伤的保护作用

实际生产中，畜禽氧化应激已经成为常态，如机体微量元素、维生素缺乏或过量，采食霉菌毒素污染饲料及动物自身断奶等，导致机体内一氧化氮（NO）、花生四烯酸（ARA）和活性氧自由基（ROS）含量升高，进而打破抗氧化系统之间的稳态平衡，引起氧化应激，造成细胞氧化损伤，严重的会导致细胞凋亡。硒能够通过硒蛋白，如谷胱甘肽过氧化物酶（GPx）及硫氧还蛋白还原酶（TrxR）家族来调节细胞内信号通路，有效抑制NO、ROS和ARA的生成，从而改善机体氧化与抗氧化之间的稳态平衡，减缓动物氧化应激^[8]。硒通过促进硫氧还蛋白还原酶1（TrxR1）的基因和蛋白表达，抑制了p38丝裂原活化蛋白激酶（p38MAPK）/氨基末端蛋白激酶JNK信号通路的磷酸化水平，进而降低了IL-1β和一氧化氮合酶（iNOS）的基因与蛋白质表达，抑制了NO的过量释放，保护了奶牛乳腺上皮细胞（BMEC）免受氧化应激的损伤^[9]。Nrf₂是抗氧化防御系统的重要转录因子，能调节GSH-Px、SOD等多种抗氧化酶的转录^[10]，而硒可激活信号通路Nrf2，促进GPX1的基因及其酶活性的升高，增加过氧化物酶体增殖物激活受体γ（PPARγ）的基因表达，核转录因子NF-κB信号通路被抑制，炎症因子IL-1β含量降低，减少NO的生成，进而保护BMECs免受氧化应激的损伤作用^[11]。

由此可见，硒可增强BMEC的抗氧化功能，其机制可能是硒通过调节Sel P、GPX和TrxR等的合成，来激发TrxR活性，抑制丝裂原活化蛋白激酶（MAPK）信号通路的活化，使得ARA、NO及其相关代谢产物的浓度降低，进而预防和保护细胞免受氧化损伤^[12]。

2 硒对动物机体受霉菌毒素毒性损伤的保护作用

当今全球气候异常，南方长时间出现暴雨，饲料原料、农作物稍有存放不当，就会增加黄曲霉毒素B₁（AFB₁）、赭曲霉毒素A（OTA）和玉米赤霉烯酮（ZEN）等霉菌毒素的发生几率，其中AFB₁毒性最强，被世界卫生组织（WHO）列为Ⅰ级致癌物^[13]，动物采食被霉菌毒素污染的饲粮后，直接影响细胞生长，对机体造成损伤，危害人畜健康。目前有很多报道聚焦硒应用于缓解霉菌毒素造成的动物机体损伤这一领域。研究表明，AFB₁能引起ROS的大量产生，使脂质过氧化，造成DNA和线粒体损伤，诱导细胞凋亡^[14]。细胞凋亡主要通过死亡受体通路、线粒体动力平衡途径和内质网通路等3条通路发生^[15]。Fas/FasL是介导死亡受体通路的关键蛋白^[16]，能启动一系列的细胞凋亡级联反应^[17]。硒可缓解AFB₁致雏鸡胸腺细胞凋亡率升高的机制与死亡受体通路中Fas-Fas L-FADD-caspase8-caspase3途径和Fas-ASK1-JNK-Bcl-2途径受到干预有关^[18]。GRP78是内质网应激的标志蛋白，发生内质网应激，其表达上调^[19]。有研究表明，0.6 mg/kg AFB₁可阻碍雏鸡空肠黏膜的发育，可导致雏鸡脾脏指数减低，淋巴细胞减少，AFB₁一方面通过死亡受体通路导致细胞凋亡；另一方面通过内质网应激引起细胞凋亡，而硒拮抗AFB₁导致雏鸡空肠黏膜细胞、脾脏细胞过度凋亡的分子机制可能是硒抑制了AFB₁对死亡受体通路和内质网通路的激活^[20-21]。以上研究表明，硒拮抗AFB₁可以通过死亡受体和内质网通路2条通路而发挥保护功能，减少细胞凋亡。

此外，0.6 mg/kg AFB₁可阻碍雏鸡空肠黏膜发育，G₂/M期阻滞，硒可缓解AFB₁对ATM-Chk₂-Cdc₂₅-Cyclin B/cdc₂和ATM-Chk2-p53信号通路的激活，这是硒拮抗AFB₁对雏鸡空肠黏膜细胞G₂/M期阻滞的分子机制^[22]。另有研究^[23-24]表明，硒可保护AFB₁所致空肠组织、肾脏结构的损伤，其保护机制是硒上调Bcl-2 mRNA和下调Bax及Caspase-3 mRNA的表达，改善G₀/G₁期阻滞和增加PCNA的表达量，从而提高细胞增殖。上述有关研究表明，硒可以通过缓解细胞G₂/M期阻滞及G₀/G₁期阻滞、增强PCNA表达来减少细胞凋亡，拮抗AFB₁引起的细胞损伤。

OTA是1种常见的真菌毒素，具有极强肾毒性、遗传毒性和破坏细胞氧化还原平衡等，威胁人类和动物健康。Nrf2是氧化还原反应敏感的转录因子，具有细胞保护功能，能够促进细胞存活、抑制细胞凋亡^[25]。OTA通过破坏猪空肠上皮细胞IPEC-J2细胞的氧化还原平衡系统，添加硒可以促进Nrf2的活化，提高下游抗氧化基因的表达，从而保护IPEC-J2细胞^[26]。酵母硒可以有效减轻OTA引起的肉鸡肝脏组织损伤，降低MDA的含量，提高T-SOD、T-AOC和GSH-Px的活性，能通过激活Nrf2-Keap1信号通路、增加Nrf2及其下游基因的表达、降低Keap1的mRNA的表达来提高机体抗氧化应激能力，说明酵母硒可能通过激活Nrf2-Keap1信号通路拮抗OTA诱导的氧化损伤^[27]。综上所述，硒缓解OTA诱导的细胞毒性作用主要是通过氧化应激通道来保护动物机体免受损伤。

猪对ZEN毒性十分敏感^[28]。傅春妮等^[29]研究表明，低聚壳聚糖硒可缓解ZEN引起的猪肠上皮细胞IPEC-J2细胞氧化损伤和内质网应激。ZEN通过降低抑制细胞凋亡的Bcl-2的mRNA表达，诱导葡萄糖调节蛋白78（GRP78）、GRP94、Caspase-3等的mRNA表达，从而促使鸡脾脏淋巴细胞凋亡的产生。硒对ZEN引起的细胞氧化应激反应和细胞凋亡均具有较强的颉颃效应^[30]。

3 硒对动物机体受重金属毒性损伤的保护作用

近年来，环境中重金属污染不断加重，若摄入受污染的饲料、食品，会严重威胁到人类、动物机体健康。镉能导致鸡胰腺内分泌功能障碍，诱导细胞凋亡和自噬，而硒可以通过调控PPAR-γ基因的表达对机体起到良好的抗氧化作用^[31]。硒可以在一定程度上颉颃镉通过破坏线粒体动力学平衡以及抑制能量代谢2个途径诱导的鸡脾脏细胞凋亡，改善机体免疫功能^[32]。NF-κB参与调控免疫功能的重要信号通路^[33]。铅会引起鸡脾脏病理学结构的改变，通过激活MAPK和NF-κB信号通路，诱导细胞发生氧化应激，导致细胞发生程序性坏死和炎症反应，还会促进热休克蛋白家族基因的表达，而硒能缓解、拮抗铅对鸡脾脏的毒性作用^[34]。铅中毒能引起鸡心脏氧化应激相关因子NO、iNOS等改变，而补充硒能缓解铅中毒引起的鸡心脏氧化应激和免疫毒性^[35]。铅可诱导鸡神经组织、脑组织损伤，诱导发生细胞凋亡，而硒通过调控细胞凋亡相关因子（Bcl-2、Bax和Caspase-3）的mRNA和蛋白表达，可缓解铅引起的鸡神经毒性作用^[36]。铅可诱导鸡肾脏^[37]、免疫器官^[38]发生氧化应激，引起炎症反应和免疫反应，产生鸡的肾脏、免疫器官毒性的作用，而补充硒能改善铅诱导鸡肾脏、免疫器官的T-AOC、GPx、GST、SOD、CAT活力及GSH含量的降低，使MDA和H₂O₂含量升高，促进炎症因子（IL-4、IL-6、IL-12β和IL-17）的mRNA表达以及HSPs（HSP60、HSP70和HSP90）的蛋白表达升高，这表明硒具有缓解铅诱导鸡肾脏、免疫器官毒性的作用。硒能通过调控鸡肠道热休克蛋白mRNA表达来拮抗铅引起的鸡肠道氧化应激和炎症损伤^[39]。这些研究进一步说明，重金属引起细胞毒性作用都跟炎症反应和氧化应激有密切关系，说明炎症和氧化应激是相互关联的，与Lü等^[40]的研究结果一致。

综合相关报道可以发现，重金属可以诱导鸡胰腺泡细胞凋亡、脾脏细胞发生炎症反应、心脏组织损伤和免疫毒性、鸡神经、肾脏、免疫器官毒性，鸡肠道炎症损伤和氧化应激，而硒能够通过提高氧化应激相关因子含量、缓解细胞凋亡、拮抗炎症因子的表达，从而缓解铅引起的毒性作用。

4 硒对动物机体受LPS诱导的保护作用

脂多糖（LPS）是革兰氏阴性细菌细胞壁外壁的组成成分，可诱导氧化损伤、炎症反应、组织程序性坏死等病理症状。在炎症的发生中，NLRP3炎性小体起着关键作用^[41]。LPS刺激可导致肉鸡的肺组织中NLRP3炎性小体以及下游程序性坏死相关基因的表达上升，蛋氨酸硒（SeMet）可通过上调miR-15a的表达，抑制JNK/NLRP3炎性小体通路的活性，缓解程序性坏死的发生^[42]。

LPS可诱导鸡肝脏组织细胞炎症，导致细胞结构破坏明显，程序性坏死相关基因（RIP1、RIP3、MLKL）、细胞因子（IL-1β、IL-18）及炎症因子（NF-κB、TNF-α、MyD88）表达量明显升高，CAT、GSH-Px、SOD活力和GSH含量降低，MDA含量升高，而添加硒后这些问题能得到明显改善，说明蛋氨酸硒可通过调控ROS/RIP3相关信号通路，缓解LPS诱导的肝脏组织程序性坏死^[43]。硒可增强DHA在LPS诱导巨噬细胞炎症反应中的抗炎作用^[44]。

综上所述，LPS可以激活炎症信号通路，添加硒后可以抑制LPS诱导的促炎细胞因子IL-1β和TNF-α的表达，说明硒可以抑制炎症信号通路的活化。

5 硒对动物机体受其他损伤的保护作用

金黄色葡萄球菌（S.aureus）感染BMECs能使自噬体和溶酶体无法正常融合，自噬流受阻，细胞发生自噬；硒通过促进自噬体和溶酶体的结合，改善自噬流的通畅程度，降低S.aureus在BMECs中的增殖，从而参与调节和改善S.aureus感染BMECs的进程^[45]。有研究^[46]显示，4 μm的硒能够调节TLR2以及Nod2信号通路的中上游关键蛋白的表达，进而起到对NF-κB以及MAPK信号通路的抑制作用，降低肽聚糖诱导BMECs相关炎性细胞因子的释放，减弱肽聚糖诱导BMECs的炎性损伤。氟化钠能诱导小鼠肝细胞损伤，导致细胞凋亡，而纳米硒可通过线粒体途径调控CYt-C细胞凋亡，缓解氟化钠的毒性作用，这可能是纳米硒保护氟中毒的机制^[47]。

6 结语与展望

大量研究表明，添加硒主要通过缓解、拮抗组织病理学改变、氧化应激、内质网应激、炎症损伤、免疫毒性、细胞凋亡、组织病理学改变和热休克蛋白的激活来保护氧化应激损伤、霉菌毒素和重金属毒性损伤、LPS诱导和细菌感染以及其他所致的机体损伤，说明硒可以作为动物生产中有效解毒剂、保护剂。

目前针对硒调节动物机体细胞损伤的研究多集中在家禽上，在家畜上的研究相对较少。此外，大多数研究局限于单一信号通路的作用，对于信号通路及其与其他信号通路之间协同、关联调控作用机制少有报道，还有待进一步深入研究。

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