棕色脂肪细胞中硒代半胱氨酸裂解酶靶向敲除对雄性小鼠GPX1和GPX4表达的调控作用

《Biological Trace Element Research》：Targeted Disruption of Selenocysteine Lyase in Brown Adipocytes Controls Glutathione Peroxidase 1 and 4 Expression in Males

本研究针对全身性Scly基因敲除小鼠出现代谢综合征的机制不明确问题，通过构建肝细胞和棕色脂肪细胞特异性Scly敲除模型，揭示了棕色脂肪细胞中Scly通过调控GPX1和GPX4表达维持局部硒稳态的关键作用。研究发现BA特异性Scly缺失仅在雄性小鼠中引起GPX1和GPX4表达降低，且该作用具有硒依赖性和性别特异性，为理解硒代谢在能量平衡中的组织特异性调控提供了新视角。

　　

在能量代谢研究领域，能量摄入与消耗失衡导致的肥胖及其相关代谢性疾病已成为全球性健康问题。棕色脂肪组织（BAT）作为哺乳动物体内重要的产热器官，通过线粒体解偶联蛋白1（UCP1）介导的适应性产热在能量平衡调控中发挥关键作用。这一过程高度依赖于甲状腺激素（TH）的激活，而甲状腺激素的活化又需要硒依赖性脱碘酶（DIOs）的参与，使得BAT功能与微量元素硒（Se）的代谢密切相关。

硒通过掺入硒代半胱氨酸（Sec）形成各种硒蛋白，不仅包括调节TH代谢的脱碘酶，还包含谷胱甘肽过氧化物酶（GPXs）等重要的抗氧化酶类。硒代半胱氨酸裂解酶（Scly）作为硒代谢循环中的关键酶，能够分解Sec产生硒化物，为硒蛋白的合成提供原料。前期研究表明，全身性Scly敲除（KO）小鼠会出现肥胖、葡萄糖不耐受、脂肪肝和BAT"变白"等代谢异常表型，但其具体作用组织尚不明确。

为了解决这一科学问题，研究人员开展了组织特异性基因敲除研究。该研究通过交叉繁殖Scly-floxed小鼠与Alb-Cre或Ucp1-Cre小鼠，成功构建了肝细胞特异性（Alb-Cre-Scly KO）和棕色脂肪细胞特异性（Ucp1-Cre-Scly KO）Scly敲除模型。研究团队对这两种模型小鼠进行了系统的代谢表型分析，包括体重监测、葡萄糖耐量试验（GTT）、胰岛素耐量试验（ITT）以及冷暴露实验，同时检测了血清甲状腺激素水平、组织硒含量和关键硒蛋白的表达变化。

BA-specific Scly Deletion Does not Affect Body Weight and Glucose Metabolism

研究发现，BA特异性Scly敲除并不影响小鼠的体重增长和葡萄糖代谢。在硒充足饮食条件下，雄性及雌性Ucp1-Cre-Scly KO小鼠与对照组相比，体重增加、BAT和肝脏重量、葡萄糖耐量均无显著差异，表明棕色脂肪细胞中Scly的缺失不足以引起全身性代谢紊乱。

Thyroid Hormone Levels and Thermogenic Capacity Were not Affected by BA-specific Deletion of Scly

冷暴露实验显示，BA特异性Scly敲除小鼠的核心体温维持能力正常。虽然雄性小鼠冷暴露后血清T3水平显著升高，但T4水平保持不变，Dio2 mRNA表达和UCP1蛋白水平均未受影响，说明Scly缺失并不损害BAT的产热功能。

Sex-specific reduction in GPX1 and GPX4 protein expression despite preserved Se levels and selenoprotein mRNA levels under Se-adequate conditions

在分子机制层面，研究发现了显著的性别特异性效应。尽管BAT和血清中的总硒含量正常，且硒蛋白mRNA水平基本不变，但蛋白质印迹分析显示，雄性Ucp1-Cre-Scly KO小鼠的GPX1和GPX4蛋白表达显著降低，而雌性小鼠则保持正常。这一发现提示Scly在雄性BAT的硒蛋白翻译后调控中发挥独特作用。

Loss of Scly in BA combined with a Se-deficient diet does not impact metabolic and thermogenic function but selectively reduces Dio2 and Pparg expression in male mice

在硒缺乏条件下，BA特异性Scly敲除雄性小鼠表现出Dio2和Pparg mRNA表达的显著下调，但体温调节能力仍然保持。这种分子水平变化与功能表型的分离现象表明，BAT具有较强的功能代偿能力。

Loss of Scly in BA leads to differences in selenoprotein expression under Se-deficiency according to sex

硒缺乏饮食进一步加剧了性别差异。雄性Ucp1-Cre-Scly KO小鼠的Gpx1、Gpx4和Selenop转录水平显著下降，而雌性小鼠则维持正常表达。在蛋白质水平，GPX1和GPX4的表达模式与转录水平一致，凸显了Scly缺失在硒缺乏条件下对雄性BAT硒蛋白合成的特异性影响。

Hepatocyte-specific Deletion of Scly Does not Lead To Obesity or Alter Selenoprotein Expression

相比之下，肝细胞特异性Scly敲除小鼠未出现任何代谢异常表型，体重、葡萄糖耐量以及肝脏中GPX1和GPX4表达均正常，表明肝脏Scly在全身代谢调控中并非关键因素。

本研究通过组织特异性基因敲除策略，明确了Scly在BAT硒代谢中的局部调控作用。研究发现Scly缺失主要影响GPX1和GPX4的表达，且这一效应具有明显的性别二态性。雄性小鼠对Scly缺失更为敏感，表现为抗氧化硒蛋白表达下调，而雌性可能通过雌激素信号通路等代偿机制维持硒蛋白稳态。值得注意的是，尽管分子水平发生变化，BA特异性Scly敲除小鼠仍能维持正常的产热功能，说明BAT具有强大的功能储备。

该研究的创新性在于首次揭示了Scly在特定组织中对硒蛋白表达的精细化调控，为理解硒代谢的组织特异性和性别差异提供了重要证据。研究结果提示，在评估硒相关代谢疾病风险时，需考虑组织特异性代谢通路和性别因素，为未来开发针对性干预策略奠定了理论基础。论文发表于《Biological Trace Element Research》，为微量元素研究与能量代谢领域的交叉研究提供了有价值的见解。

主要技术方法包括：通过Cre-loxP系统构建组织特异性基因敲除小鼠模型；使用定制硒含量饲料进行饮食干预；通过植入式热探头连续监测核心体温；采用葡萄糖耐量试验和胰岛素耐量试验评估代谢功能；利用酶联免疫吸附测定检测血清甲状腺激素水平；通过蛋白质印迹分析和实时定量PCR检测蛋白及基因表达；采用电感耦合等离子体质谱法和全反射X射线荧光法测定组织和血清硒含量。