長期缺硒對大鼠血漿氨基酸的影響

余海立 張小麗 張彥 阮之陽 唐銅 張雙慶

摘 要：目的：探討長期缺硒對大鼠血漿氨基酸的影響。方法：選取20只SPF級3 w齡雄性斷乳Sprague-Dawley大鼠隨機分為2組：對照組喂養正常飼糧（0.18 mg Se/kg）、缺硒組喂養低硒飼糧（0.02 mg Se/kg）。應用L-8900氨基酸分析儀檢測血漿氨基酸水平。結果：第300天缺硒組大鼠血漿磷酸絲氨酸、牛磺酸、天門冬氨酸含量顯著降低;第532天缺硒組大鼠血漿絲氨酸、纈氨酸、異亮氨酸、亮氨酸、苯丙氨酸、組氨酸含量顯著升高，甘氨酸含量顯著降低。結論：長期缺硒引起大鼠氨基酸代謝發生顯著變化。

關鍵詞：硒;氨基酸;代謝

補硒對于防治疾病和維持健康的重要意義[1-2]。硒水平與脂質代謝、葡萄糖代謝的研究逐漸增多，Fang等[3]研究了血硒水平和糖脂代謝的關系，發現血硒水平和血清膽固醇水平呈正相關。Zhao等[4]研究發現，硒可以調節2型糖尿病小鼠空腹血糖、糖化血紅蛋白、胰島素和瘦素水平，改善糖耐量，并調節脂質代謝。硒可以調節血漿和肝臟中胰島素水平，并以組織特異性調節肝臟和和肌肉中蛋白質、脂質代謝水平[5]。硒水平與糖脂代謝的研究逐漸增多，但缺硒或者補硒對于氨基酸代謝的研究較少。Sun等[6]利用富硒小球藻喂養褶皺臂尾輪蟲建立的長壽輪蟲模型，發現富硒輪蟲體內谷胱甘肽過氧化物酶和過氧化氫酶活性升高，氧化應激水平降低，說明硒可以增加輪蟲氨基酸代謝水平，可能通過將能量代謝途徑從三羧酸循環轉向糖酵解途徑，從而減少活性氧的生成，對輪蟲起到抗衰老作用。富硒酵母利用無機硒經過生物轉化合成有機硒，與普通酵母相比，富硒酵母中賴氨酸、亮氨酸、纈氨酸含量顯著升高，富硒酵母適應環境壓力的能力顯著提升[7]，目前缺少長期缺硒對氨基酸代謝影響的研究。本課題組前期研究發現，缺硒300 d對大鼠血漿、小腦中D-絲氨酸、L-絲氨酸水平無顯著影響[8]，本研究應用氨基酸分析儀檢測長期缺硒大鼠氨基酸代謝變化，篩選代謝途徑變化，分析硒水平對代謝通路變化的影響和生物學意義。

1 材料與方法

1.1 主要材料與試劑

SPF級雄性3 w齡斷乳Sprague-Dawley大鼠，體質量（48.3±5.9）g，湖北省三峽大學實驗動物中心，生產許可證號：SCXK（鄂）2017-0012，飼養于三峽大學實驗動物中心（使用許可證號：SYXK（鄂）2017-0061）。

飼料：大鼠低硒飼糧和正常飼糧，由南通特洛菲有限公司按照美國AIN93標準生產純化型標準飼糧，經60Co輻照滅菌，-20 ℃保存，其飼糧組成和營養成分見表1。經檢測，低硒飼糧和正常飼糧硒水平分別為0.02、0.18 mg/kg。氨基酸標準混合溶液、PF系列標準緩沖溶液、氨基酸分析儀配套茚三酮顯色液，日本和光純藥工業株式會社;磺基水楊酸，國藥控股有限公司。

1.2 主要儀器與設備

L-8900全自動氨基酸分析儀，株式會社日立制作所;LEOPARD C1450-230V高速離心機，萊普特科學儀器（北京）有限公司。

1.3 方法

1.3.1 動物飼養及分組 雄性3 w齡斷乳大鼠按照體質量隨機等分為缺硒組和對照組，每組10只，分別飼喂低硒飼糧和正常飼糧，試驗開始至第60天使用G型飼糧，試驗第61～532天使用M型飼糧，自由飲水，試驗期532 d。

1.3.2 樣品收集 大鼠禁食不禁水12 h后，第300天和532天眼靜脈叢采血，置于肝素鈉抗凝離心管中，1 520×g離心10 min，分離血漿，-80 ℃保存用于游離氨基酸含量檢測。

1.3.3 飼料硒含量測定 參照GB/T 13883-2008 第一法氫化物原子熒光光譜法進行測定。

1.3.4 血漿游離氨基酸含量測定 取血漿1 000 μL，加入1 000 μL的50 g/L磺基水楊酸，渦旋10 min，4 ℃條件下14 100×g離心10 min沉淀蛋白，取500 μL上清加入500 μL 的50 g/L磺基水楊酸混勻，過0.22 μm濾膜后用于氨基酸含量檢測，進樣量20 μL。

1.3.5 統計分析 采用軟件SPSS 23.0，試驗數據以平均值±標準差表示，組間比較采用t檢驗分析，P < 0.05表示差異具有統計學意義。

2 結果與分析

由表2可知，飼養至第300天，與對照組相比，缺硒組大鼠血漿磷酸絲氨酸、牛磺酸、天門冬氨酸含量顯著下降（P < 0.05）。飼養至第532天，與對照組相比，缺硒組大鼠血漿絲氨酸、纈氨酸、異亮氨酸、亮氨酸、苯丙氨酸、組氨酸含量顯著升高（P < 0.05），甘氨酸含量顯著降低（P < 0.05）。

3 結論

硒是維持生理代謝的重要元素之一，Beata等[9]研究發現，缺硒小鼠血清中15種代謝物發生顯著性變化，多數變化的生物途徑與氨基酸代謝有關。缺硒32 w C57BL/6小鼠絲氨酸、蘇氨酸、苯丙氨酸、蛋氨酸、脯氨酸、甘氨酸和異亮氨酸的水平升高，表明缺硒改變了小鼠甘氨酸，絲氨酸和蘇氨酸代謝，苯丙氨酸，酪氨酸和色氨酸的生物合成。Yim等[10]研究發現，缺硒5 w C57BL / 6J雄性小鼠肝臟和大腦代謝物變化，硒缺乏導致硒蛋白表達急劇下降，多種代謝物顯著變化，影響了小鼠體內氨基酸生物合成、氨基酸代謝、氮代謝、谷胱甘肽代謝等生物途徑。前期研究發現，缺硒300 d對大鼠血漿、小腦中D-絲氨酸、L-絲氨酸水平無顯著影響[8]。本研究檢測缺硒300 d和532 d大鼠血漿氨基酸水平，發現長期缺硒引起了部分氨基酸代謝的顯著改變。缺硒飲食會顯著降低甲硫氨酸亞砜還原酶B1、谷胱甘肽過氧化物酶1等硒蛋白的表達[10]。硒蛋白缺乏引起體內活性氧水平增加，導致氧化應激[11]，氨基酸可以降低氧化應激水平，調節代謝穩態[12]。磷酸絲氨酸參與硒蛋白的合成過程[13]，天門冬氨酸促進硒蛋白發揮抗氧化作用[14]，牛磺酸可以減少微量元素通過尿液的流失，調節體內硒元素穩態。絲氨酸是良好的抗氧化劑，可以降低體內氧化應激水平[15]，本研究發現，缺硒大鼠體內絲氨酸顯著增加，可能是機體應對體內硒水平下降的代償機制。另外，絲氨酸為硒蛋白的合成提供碳骨架，硒蛋白合成減緩也可能是絲氨酸升高的原因。硒和甘氨酸均能降低過氧化氫誘導的細胞損傷[16]，體內硒水平下降可能會引起甘氨酸水平的變化。異亮氨酸[17]、亮氨酸[18]、纈氨酸[19]具有良好的抗氧化活性，可以調節機體氧化應激水平。苯丙氨酸[20]、組氨酸[21]是機體必需氨基酸，參與機體多種代謝途徑。缺硒使硒蛋白表達降低，氨基酸代謝的變化可能是機體調節氧化還原穩態的代償機制，有待進一步研究。

參考文獻

[1]Roman M，Jitaru P，Barbante C.Selenium biochemistry and its role for human health[J].Metallomics：Integrated Biometal Science，2014，6（1）：25-54.

[2]余海立，陳智仙，張彥，等.硒與認知功能[J].中國藥事，2019，33（4）：385-390.

[3]Fang H，He X，Wu Y，et al.Association between selenium level in blood and glycolipid metabolism in residents of enshi prefecture，China[J].Biological Trace Element Research，2020，199（7）：2456-2466.

[4]Zhao D，Zhu H，Gao F，et al.Antidiabetic effects of selenium-enriched Bifidobacterium longum DD98 in type 2 diabetes model of mice[J].Food & Function，2020，11（7）：6528-6541.

[5]Zhao Z，Barcus M，Kim J，et al.High dietary selenium intake alters lipid metabolism and protein synthesis in liver and muscle of pigs[J].The Journal of Nutrition，2016，146（9）：1625-1633.

[6]Sun X，Cui Y，Wang Q，et al.Proteogenomic analyses revealed favorable metabolism pattern alterations in rotifer brachionus plicatilis fed with selenium-rich chlorella[J].Journal of Agricultural and Food Chemistry，2018，66（26）：6699-6707.

[7]Kieliszek M，Btazejak S，Bzducha-WróBel A，et al.Effect of selenium on lipid and amino acid metabolism in yeast cells[J].Biological Trace Element Research，2019，187（1）：316-327.

[8]余海立，張鳳偉，張彥，等.長期缺硒對大鼠體內D-絲氨酸、L-絲氨酸水平的影響[J].動物營養學報，2020，32（8）：3869-3876.

[9]Mickiewicz B，Villemaire M，Sandercock L，et al.Metabolic changes associated with selenium deficiency in mice[J].Biometals，2014，27（6）：1137-1147.

[10]Yim S H，Clish C B，Gladyshev V N.Selenium deficiency is associated with pro-longevity mechanisms[J].Cell Reports，2019，27（9）：2785-2797.

[11]Li S，Zhao Q，Zhang K，et al.Selenium deficiency-induced pancreatic pathology is associated with oxidative stress and energy metabolism disequilibrium[J].Biological Trace Element Research，2021，199（1）：154-165.

[12]Ruocco C，Segala A，Valerio A，et al.Essential amino acid formulations to prevent mitochondrial dysfunction and oxidative stress[J].Current Opinion in Clinical Nutrition and Metabolic Care，2020，24（1）.

[13]Manhas R，Gowri V S，Madhubala R.Leishmania donovani encodes a functional selenocysteinyl-tRNA synthase[J].Journal of Chemical Biology，2016，291（3）：1203-1220.

[14]Marciel M P，Hoffmann P R.Molecular mechanisms by which selenoprotein K regulates immunity and cancer[J].Biological Trace Element Research，2019，192（1）：60-68.

[15]He L，Liu Y，Long J，et al.Maternal serine supply from late pregnancy to lactation improves offspring performance through modulation of metabolic pathways[J].Food & Function，2020，11（9）：8089-8098.

[16]Ndoni S A，Okoko T.Comparative effect of selenium and glycine on hydrogen peroxide-induced cell death and activation of macrophage U937 cells[J].Journal of Genetic Engineering and Biotechnology，2017，15（2）：521-526.

[17]Zhao J，Liu Y，Jiang J，et al.Effects of dietary isoleucine on the immune response，antioxidant status and gene expression in the head kidney of juvenile Jian carp （Cyprinus carpio var.Jian）[J].Fish Shellfish Immunol，2013，35（2）：572-80.

[18]Zhou C，Lin H，Huang Z，et al.Effects of dietary leucine levels on intestinal antioxidant status and immune response for juvenile golden pompano （Trachinotus ovatus）involved in Nrf2 and NF-κB signaling pathway[J].Fish Shellfish Immunol，2020，107（6）：336-345.

[19]Luo J B，Feng L，Jiang W D，et al.Physical and flavor characteristics，fatty acid profile，antioxidant status and Nrf2-dependent antioxidant enzyme gene expression changes in young grass carp （Ctenopharyngodon idella）Fillets fed dietary valine[J].PLoS One，2017，12（1）：eo169270.

[20]Akimitsu O，Wada K，Noji T，et al.The relationship between consumption of tyrosine and phenylalanine as precur? sors of catecholamine at breakfast and the circadian typology and mental health in Japanese infants aged 2 to 5 years[J].Journal of Physiological Anthropology，2013，32（6）：13.

[21]Holeek M.Histidine in health and disease：metabolism，physiological importance，and use as a supplement[J].Nutrients，2020，12（3）：848-866.

Effects of Long-Term Selenium Deficiency on Amino Acid Levels in Rats

YU Hai-li 1，ZHANG Xiao-li1，ZHANG Yan1，RUAN Zhi-yang1，TANG Tong1，ZHANG Shuang-qing2

（1 The Hubei Provincial Key Laboratory of Yeast Function，Yichang 443003，China;

2 National Institute for Nutrition and Health，Chinese Center for Disease Control and Prevention，Beijing 100050，China）

Abstract：Objective To investigate effects of long-term selenium （Se）deficiency on amino acids in rats.Method Totally 20 male weaned rats aged 3 weeks were randomly divided into two groups.Se-deficient group was fed low Se diet （0.02 mg Se/kg）and normal group was fed normal diet （0.18 mg Se/kg）.L-8900 amino acid analyzer was used to analyze the levels of plasma amino acids.Result The contents of phosphoric acid，taurine and aspartic acid in selenium-deficient rats were significantly decreased on day 300.The levels of serine，valine，isoleucine，leucine，phenylalanine，histidine and glycine in the selenium-deficient group were significantly increased and the levels of glycine were significantly decreased on day 532.Conclusion Long-term selenium deficiency can cause significant changes in amino acid metabolism in rats.

Keywords：selenium;amino acid;metabolism