长期缺硒对大鼠血浆氨基酸的影响

余海立 张小丽 张彦 阮之阳 唐铜 张双庆

摘 要：目的：探讨长期缺硒对大鼠血浆氨基酸的影响。方法：选取20只SPF级3 w龄雄性断乳Sprague-Dawley大鼠随机分为2组：对照组喂养正常饲粮（0.18 mg Se/kg）、缺硒组喂养低硒饲粮（0.02 mg Se/kg）。应用L-8900氨基酸分析仪检测血浆氨基酸水平。结果：第300天缺硒组大鼠血浆磷酸丝氨酸、牛磺酸、天门冬氨酸含量显著降低;第532天缺硒组大鼠血浆丝氨酸、缬氨酸、异亮氨酸、亮氨酸、苯丙氨酸、组氨酸含量显著升高，甘氨酸含量显著降低。结论：长期缺硒引起大鼠氨基酸代谢发生显著变化。

关键词：硒;氨基酸;代谢

补硒对于防治疾病和维持健康的重要意义[1-2]。硒水平与脂质代谢、葡萄糖代谢的研究逐渐增多，Fang等[3]研究了血硒水平和糖脂代谢的关系，发现血硒水平和血清胆固醇水平呈正相关。Zhao等[4]研究发现，硒可以调节2型糖尿病小鼠空腹血糖、糖化血红蛋白、胰岛素和瘦素水平，改善糖耐量，并调节脂质代谢。硒可以调节血浆和肝脏中胰岛素水平，并以组织特异性调节肝脏和和肌肉中蛋白质、脂质代谢水平[5]。硒水平与糖脂代谢的研究逐渐增多，但缺硒或者补硒对于氨基酸代谢的研究较少。Sun等[6]利用富硒小球藻喂养褶皱臂尾轮虫建立的长寿轮虫模型，发现富硒轮虫体内谷胱甘肽过氧化物酶和过氧化氢酶活性升高，氧化应激水平降低，说明硒可以增加轮虫氨基酸代谢水平，可能通过将能量代谢途径从三羧酸循环转向糖酵解途径，从而减少活性氧的生成，对轮虫起到抗衰老作用。富硒酵母利用无机硒经过生物转化合成有机硒，与普通酵母相比，富硒酵母中赖氨酸、亮氨酸、缬氨酸含量显著升高，富硒酵母适应环境压力的能力显著提升[7]，目前缺少长期缺硒对氨基酸代谢影响的研究。本课题组前期研究发现，缺硒300 d对大鼠血浆、小脑中D-丝氨酸、L-丝氨酸水平无显著影响[8]，本研究应用氨基酸分析仪检测长期缺硒大鼠氨基酸代谢变化，筛选代谢途径变化，分析硒水平对代谢通路变化的影响和生物学意义。

1 材料与方法

1.1 主要材料與试剂

SPF级雄性3 w龄断乳Sprague-Dawley大鼠，体质量（48.3±5.9）g，湖北省三峡大学实验动物中心，生产许可证号：SCXK（鄂）2017-0012，饲养于三峡大学实验动物中心（使用许可证号：SYXK（鄂）2017-0061）。

饲料：大鼠低硒饲粮和正常饲粮，由南通特洛菲有限公司按照美国AIN93标准生产纯化型标准饲粮，经60Co辐照灭菌，-20 ℃保存，其饲粮组成和营养成分见表1。经检测，低硒饲粮和正常饲粮硒水平分别为0.02、0.18 mg/kg。氨基酸标准混合溶液、PF系列标准缓冲溶液、氨基酸分析仪配套茚三酮显色液，日本和光纯药工业株式会社;磺基水杨酸，国药控股有限公司。

1.2 主要仪器与设备

L-8900全自动氨基酸分析仪，株式会社日立制作所;LEOPARD C1450-230V高速离心机，莱普特科学仪器（北京）有限公司。

1.3 方法

1.3.1 动物饲养及分组 雄性3 w龄断乳大鼠按照体质量随机等分为缺硒组和对照组，每组10只，分别饲喂低硒饲粮和正常饲粮，试验开始至第60天使用G型饲粮，试验第61～532天使用M型饲粮，自由饮水，试验期532 d。

1.3.2 样品收集 大鼠禁食不禁水12 h后，第300天和532天眼静脉丛采血，置于肝素钠抗凝离心管中，1 520×g离心10 min，分离血浆，-80 ℃保存用于游离氨基酸含量检测。

1.3.3 饲料硒含量测定 参照GB/T 13883-2008 第一法氢化物原子荧光光谱法进行测定。

1.3.4 血浆游离氨基酸含量测定 取血浆1 000 μL，加入1 000 μL的50 g/L磺基水杨酸，涡旋10 min，4 ℃条件下14 100×g离心10 min沉淀蛋白，取500 μL上清加入500 μL 的50 g/L磺基水杨酸混匀，过0.22 μm滤膜后用于氨基酸含量检测，进样量20 μL。

1.3.5 统计分析 采用软件SPSS 23.0，试验数据以平均值±标准差表示，组间比较采用t检验分析，P < 0.05表示差异具有统计学意义。

2 结果与分析

由表2可知，饲养至第300天，与对照组相比，缺硒组大鼠血浆磷酸丝氨酸、牛磺酸、天门冬氨酸含量显著下降（P < 0.05）。饲养至第532天，与对照组相比，缺硒组大鼠血浆丝氨酸、缬氨酸、异亮氨酸、亮氨酸、苯丙氨酸、组氨酸含量显著升高（P < 0.05），甘氨酸含量显著降低（P < 0.05）。

3 结论

硒是维持生理代谢的重要元素之一，Beata等[9]研究发现，缺硒小鼠血清中15种代谢物发生显著性变化，多数变化的生物途径与氨基酸代谢有关。缺硒32 w C57BL/6小鼠丝氨酸、苏氨酸、苯丙氨酸、蛋氨酸、脯氨酸、甘氨酸和异亮氨酸的水平升高，表明缺硒改变了小鼠甘氨酸，丝氨酸和苏氨酸代谢，苯丙氨酸，酪氨酸和色氨酸的生物合成。Yim等[10]研究发现，缺硒5 w C57BL / 6J雄性小鼠肝脏和大脑代谢物变化，硒缺乏导致硒蛋白表达急剧下降，多种代谢物显著变化，影响了小鼠体内氨基酸生物合成、氨基酸代谢、氮代谢、谷胱甘肽代谢等生物途径。前期研究发现，缺硒300 d对大鼠血浆、小脑中D-丝氨酸、L-丝氨酸水平无显著影响[8]。本研究检测缺硒300 d和532 d大鼠血浆氨基酸水平，发现长期缺硒引起了部分氨基酸代谢的显著改变。缺硒饮食会显著降低甲硫氨酸亚砜还原酶B1、谷胱甘肽过氧化物酶1等硒蛋白的表达[10]。硒蛋白缺乏引起体内活性氧水平增加，导致氧化应激[11]，氨基酸可以降低氧化应激水平，调节代谢稳态[12]。磷酸丝氨酸参与硒蛋白的合成过程[13]，天门冬氨酸促进硒蛋白发挥抗氧化作用[14]，牛磺酸可以减少微量元素通过尿液的流失，调节体内硒元素稳态。丝氨酸是良好的抗氧化剂，可以降低体内氧化应激水平[15]，本研究发现，缺硒大鼠体内丝氨酸显著增加，可能是机体应对体内硒水平下降的代偿机制。另外，丝氨酸为硒蛋白的合成提供碳骨架，硒蛋白合成减缓也可能是丝氨酸升高的原因。硒和甘氨酸均能降低过氧化氢诱导的细胞损伤[16]，体内硒水平下降可能会引起甘氨酸水平的变化。异亮氨酸[17]、亮氨酸[18]、缬氨酸[19]具有良好的抗氧化活性，可以调节机体氧化应激水平。苯丙氨酸[20]、组氨酸[21]是机体必需氨基酸，参与机体多种代谢途径。缺硒使硒蛋白表达降低，氨基酸代谢的变化可能是机体调节氧化还原稳态的代偿机制，有待进一步研究。

参考文献

[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，陈智仙，张彦，等.硒与认知功能[J].中国药事，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，張凤伟，张彦，等.长期缺硒对大鼠体内D-丝氨酸、L-丝氨酸水平的影响[J].动物营养学报，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