不同硒狀態與動物骨骼肌胚后生長之間的關系

　　近日，華中農業大學水產學院水產品安全保障與品質提升課題組在微量元素硒營養領域取得新進展，研究首次報道了不同硒狀態與動物骨骼肌胚后生長之間的關系，相關研究結果為深入認識硒在動物骨骼肌生理中的作用提供了重要數據。

　　硒是人類及動物的必需微量元素，主要以硒代半胱氨酸形式合成到各種硒蛋白中來發揮其生物學活性，缺硒將導致全身性硒蛋白豐度降低，從而造成各項生理機能紊亂，影響人類及動物的正常生長發育，因此，足量的硒攝入對于維持人類及動物的生命健康至關重要。然而，盡管硒是人類及動物的必需微量元素，其毒性仍不應被忽視，尤其需要注意的是，硒的營養劑量及毒性劑量之間的范圍十分狹窄，高劑量的硒攝入已被廣泛證實可引起急性或慢性中毒癥狀。

　　骨骼肌是人類及動物機體中分布最廣的組織，在維持機體的正常運動機能與能量代謝穩態中起重要作用。此外，對農業動物而言，骨骼肌是供人類食用的最主要部位，其生長速度也是農業動物生產中重要的經濟性狀。骨骼肌的生理狀態與機體營養狀態息息相關，在硒營養領域，以往的研究更多集中在缺硒引起的骨骼肌疾病方面，而對硒狀態與骨骼肌的胚后生長之間關系的研究卻鮮有報道。

　　該研究以斑馬魚為模型系統性地研究了不同硒狀態（缺硒、足量硒及高硒）對骨骼肌胚后生長的影響，并對其內在機理進行了初步探討。通過分析全魚硒轉錄組、氧化狀態及生長性能，確定了斑馬魚的最低硒（酵母硒）需求量為0.34 mg/kg，而≤0.22 mg/kg或≥0.57 mg/kg將分別導致斑馬魚處于缺硒及高硒狀態。

　　通過對骨骼肌組織形態學進行分析發現，相比于足量硒，缺硒及高硒導致骨骼肌橫截面積減少、肌纖維平均直徑減少、細肌纖維增多及粗肌纖維減少，表明缺硒及高硒影響了骨骼肌的肥大性生長；進一步對骨骼肌纖維肥大相關生物學事件進行分析，發現硒狀態的改變影響了骨骼肌纖維中蛋白質周轉代謝，但缺硒與高硒的影響形式存在著差異：相比于足量硒，缺硒抑制了Akt-TORC1通路活性并激活了eIF2α從而抑制了蛋白質合成，并促進了自噬-溶酶體途徑及泛素-蛋白酶體途徑的激活從而加快了蛋白質降解，而高硒對蛋白質合成并無影響但高度激活了泛素-蛋白酶體途徑從而導致蛋白質的快速降解。

　　【英文摘要】

　　Background: Selenium （Se） status is closely related to skeletal muscle physiological status. However, its influence on skeletal muscle growth has not been well studied.

　　Objectives: This study aimed to analyze the impacts of overall Se status （deficient, adequate, and high） on skeletal muscle growth using a growing zebrafish model.

　　Methods: Zebrafish （1.5-mo-old） were fed graded levels of Se （deficient: 0.10 mg Se/kg； marginally deficient: 0.22 mg Se/kg； adequate: 0.34 mg Se/kg； high: 0.44, 0.57, and 0.69 mg Se/kg） as Se-enriched yeast for 30 d. Zebrafish growth, and Se accumulation, selenoenzyme activity, selenotranscriptome profiles, and oxidative status in the whole body, and selenotranscriptome profiles, histological characteristics, biochemicals, and gene and protein expression profiles related to muscle growth in the skeletal muscle were analyzed by model fitting and/or 1-factor ANOVA.

　　Results: Se status biomarkers within the whole body and skeletal muscle indicated that 0.34 mg Se/kg was adequate for growing zebrafish. For biomarkers related to skeletal muscle growth, compared with 0.34 mg Se/kg, 0.10 mg Se/kg decreased the white muscle cross-sectional area （WMCSA） and the mean diameter of white muscle fibers （MDWMF） by 14.4%–15.1%, inhibited protein kinase B–target of rapamycin complex 1 signaling by 63.7%–68.5%, and stimulated the autophagy–lysosome pathway by 1.07 times and the ubiquitin–proteasome pathway （UPP） by 96.0% （P < 0.05）， whereas 0.22 mg Se/kg only decreased the WMCSA by 7.8% （P < 0.05）； furthermore, 0.44 mg Se/kg had no clear effects on skeletal muscle biomarkers, whereas 0.57–0.69 mg Se/kg decreased the WMCSA and MDWMF by 6.3%–25.9% and 5.1%–21.3%, respectively, and stimulated the UPP by 2.23 times （P < 0.05）。

　　Conclusions: A level of 0.34 mg Se/kg is adequate for the growth of zebrafish skeletal muscle, whereas ≤0.10 and ≥0.57 mg Se/kg are too low or too high, respectively, for maintaining efficient protein accretion and normal hypertrophic growth.