硒调控蛋白质半胱氨酸巯基修饰介导的猪心肌氧化还原信号传导机制

Selenium is used for selenium proteins synthesis, which cleaning up reactive oxygen species/reactive nitrogen species (ROS/RNS) and are key sites in the antioxidant system of pig myocardium. Protein cysteine thiols modifications function as important mediators of ROS/RNS redox signaling. However, how selenium regulates protein cysteine thiols modifications-mediated redox signal transduction mechanisms in myocardium of pigs remains unclear. In this study, by employing targeted metabolomics, thiol redox proteomics, and molecular biology approaches, we study the redox signal transduction in myocardium of pigs regulated by selenium on following aspects. (1) Characterizing the ROS/RNS and redox metabolome in response to the down-regulated selenium proteins of myocardium in pigs induced by selenium deficiency diet treatment. (2) By building pig cardiocyte oxidative model, to reveal the alleviation effect of selenium on ROS/RNS oxidative stress. (3) Using thiol redox proteomics approach to identify proteins occurred cysteine thiols-based modifications after treatment, to reveal the redox signal transductions changed. The results of this study will clarify the regulation of selenium on redox metabolism and protein cysteine thiols modifications-mediated redox signal transduction mechanisms in myocardium, which may provide theoretical basis and technical support to combat redox metabolism disorder-induced myocardiopathy in pigs.

硒通过参与合成硒蛋白清除活性氧/活性氮（ROS/RNS），是猪心肌抗氧化体系中的关键性靶点。蛋白质半胱氨酸巯基修饰是ROS/RNS氧化还原信号传导的重要过程。针对硒调控蛋白质半胱氨酸巯基修饰介导的氧化还原信号传导机制尚不清楚这一问题，本研究采用靶向代谢组学、蛋白质半胱氨酸巯基修饰组学、分子生物学的技术与方法，重点开展以下研究：（1）建立猪硒缺乏模型，阐明心肌硒蛋白表达降低与ROS/RNS及氧化还原代谢物体系的关系；（2）建立猪心肌细胞氧化应激模型，揭示硒蛋白对ROS/RNS氧化应激的缓解作用；（3）利用蛋白质半胱氨酸巯基修饰组学技术，鉴定受ROS/RNS调节发生半胱氨酸巯基修饰的蛋白质，揭示信号传导变化过程。预期研究结果将明确硒对猪心肌氧化还原代谢的调控作用，解析硒调控蛋白质半胱氨酸巯基修饰介导的氧化还原信号传导机制，为营养预防猪氧化还原紊乱代谢性心肌病提供理论依据和技术支持。

针对硒调控猪心肌氧化还原信号传导机制不清的问题，通过饲喂缺硒日粮建立了缺硒猪模型，H2O2处理心肌细胞系构建氧化应激模型，采用代谢组、脂质组、蛋白质组和蛋白S-亚硝基化修饰组、流式细胞术等技术开展了系统研究。研究发现：（1）硒缺乏导致猪心肌脂肪沉积、纤维增生、局部心肌细胞呈凋亡样改变，显著降低心肌硒含量，降低16种硒蛋白mRNA表达水平以及GPX和TXNRD等抗氧化酶活性，升高H2O2、MDA等活性氧（ROS）及脂类过氧化产物含量，引发氧化应激。（2）硒缺乏改变猪心肌代谢组、脂质组、蛋白质组及蛋白质S-亚硝化组。代谢组检测到34个差异代谢物，缺硒组30种代谢物含量显著上升，4种代谢物含量显著下降。蛋白组检测到33个差异蛋白质，缺硒组中16个蛋白质显著上调，17个蛋白质显著下调。蛋白质亚硝基化修饰检测到35个差异蛋白质（103个修饰位点）修饰，缺硒组中32个蛋白质（100个修饰位点）修饰显著升高，3个蛋白质（3个修饰位点）显著下降。脂质组正离子模式下鉴定到132种差异脂质分子，负离子模式下鉴定到45种差异脂质分子。综合分析发现，硒缺乏下调硒蛋白表达阻断GSH和TRX系统，ROS清除能力受阻引发氧化应激，线粒体电子转移黄素蛋白β亚基66号位半胱氨酸巯基亚硝化修饰显著升高，脂肪酸β-氧化供能受阻，从而积累增加甘油酯等合成引发脂毒性；发现缺硒可通过激活cGAS通路促进白介素1β等抗炎因子表达引发炎症。（3）细胞实验发现，Na2SeO3预处理缓解H2O2诱导的氧化应激，提高TXNRD和GPX活性，缓解H2O2诱导的H9c2心肌细胞周期阻滞。此外，Na2SeO3预处理抵消了H2O2诱导的G2/M期抑制系统增强的作用，包括CDK1mRNA和蛋白水平的增加以及p21mRNA水平的降低。上述研究结果阐明了缺硒诱发氧化应激，通过蛋白质S-亚硝基化修饰影响线粒体脂肪酸氧化，导致脂质积累进而引发心脏病理发生的机制，对于心肌病的营养预防具有重要意义。申请人以第一作者或通讯作者且第一标注发表SCI论文4篇。