在氧化应激条件下，硒缺乏通过Sirt3介导的YME1L1乙酰化作用，诱导猪心肌组织发生细胞凋亡（PANoptosis）

《The Journal of Nutritional Biochemistry》：Selenium deficiency induces PANoptosis in porcine myocardial tissue via Sirt3-mediated YME1L1 acetylation under oxidative stress

•硒缺乏通过Sirt3/YME1L1轴触发心肌PANoptosis。•YME1L1-K237乙酰化将Sirt3的丢失与线粒体崩溃联系起来。•针对YME1L1乙酰化可能对硒缺乏引起的心脏损伤具有治疗潜力。

引言
硒是一种必需的微量元素，在支持抗氧化活性和维持线粒体膜稳定性方面起着关键作用[1]。动物主要通过饲料和饮用水获取硒，食物中的硒含量与地理位置密切相关。与硒相关的疾病显示出明显的地区分布模式[2]。中国是硒缺乏较为普遍的地区之一。在牲畜饮食中补充硒已被证明可以减少病原体感染并提高动物的抗氧化状态[3]。心肌是硒缺乏导致损伤的主要靶器官。硒摄入不足可引发多种心血管疾病，包括小鼠的扩张型心肌病和猪的桑树心病，这对畜牧业的经济可行性构成了严重威胁[4,5]。研究表明，硒缺乏会导致显著的心肌肥大，并伴有心肌组织中抗氧化酶水平的显著下降[6]。补充硒还可以降低兔的心血管风险标志物，这证实了硒在抗氧化和心肌防御机制中的重要作用[7]。在硒缺乏的鸡的心肌中检测到了活性氧（ROS）的积累，这引发了钙过载和细胞骨架相关基因表达的失调，最终导致心肌损伤[8]。硒缺乏的心脏组织中产生的氧化应激通过线粒体途径驱动细胞凋亡，损害心肌组织的正常功能[9]。
Sirtuin 3（Sirt3）是唯一一种需要烟酰胺腺嘌呤二核苷酸（NAD+）作为辅因子的sirtuin。其活性高度依赖于NAD+的水平，其表达也受到细胞内氧化还原状态的影响[[10], [11], [12]]。因此，硒不仅通过硒蛋白发挥抗氧化作用，还通过维持细胞内氧化还原平衡来调节Sirt3的活性。研究表明，在镉诱导的肝损伤兔子模型中，Sirt3的表达降低，同时谷胱甘肽过氧化物酶的活性也降低，而亚硒酸钠可以逆转Sirt3表达和抗氧化酶活性的下降[13]。在羊中，补充硒可以减轻氧化应激并提高Sirt3的表达水平，从而缓解铬引起的肝损伤[14]。Sirt3催化蛋白质中赖氨酸残基的乙酰基去除。在心脏中，大约60%的线粒体蛋白质受到可逆的赖氨酸乙酰化的影响[15]。此外，Sirt3还调节心脏中多种线粒体酶的可逆乙酰化[16]。小鼠心肌细胞中YME1类似物1 ATP酶（YME1L1）的过表达会导致线粒体碎片化并加速视神经萎缩1（OPA1）蛋白的蛋白降解。这些扰动会引发过度的线粒体分裂，并破坏线粒体能量代谢，最终导致扩张型心肌病和心力衰竭[17]。这些发现强调了乙酰化修饰在调节线粒体动态中的关键作用。然而，硒缺乏是否通过氧化应激破坏线粒体蛋白乙酰化的平衡并损害线粒体稳态尚不清楚。因此，迫切需要阐明硒通过调节乙酰化和线粒体稳态来保护细胞的特异性分子机制，并明确硒的生物学意义。随着研究的进展，不同细胞死亡方式之间的复杂相互作用和联系被揭示出来，这种现象被称为PANoptosis。这种形式的细胞死亡主要由PANoptosome复合体（一种调控焦亡、凋亡和坏死的过程）控制[18]。已知线粒体复合体I的缺乏会通过NAD+依赖性抑制Sirt1来诱导线粒体疾病，导致过度分裂和线粒体自噬受损，最终激活内皮细胞中的Z-DNA结合蛋白1（ZBP1）介导的PANoptosis[19]。此外，酸敏离子通道1a（ASIC1a）上调钙调蛋白（CaN）的表达，与热休克蛋白70（HSP70）竞争性结合，并阻碍线粒体中Sirt3的转运，这可能是软骨细胞PANoptosis的一个关键因素[20]。在暴露于硫酸葡聚糖钠（DSS）的小鼠中，肠上皮细胞（IECs）通过ZBP1依赖的吞噬作用和动力蛋白相关蛋白1（DRP1）介导的线粒体分裂诱导PANoptosis，最终引发溃疡性结肠炎（UC）[21]。此外，Drp1介导的异常线粒体动态可以诱导广泛的视网膜神经节细胞PANoptosis[22]。然而，硒缺乏是否会在猪中诱导PANoptosis以及这种损伤的具体机制目前仍不清楚。

为了剖析潜在的分子机制，我们使用了两种互补的体外细胞模型：PAEC（猪主动脉内皮细胞）和AC16（人类心肌细胞）。PAEC被广泛用于研究心肌损伤机制，因为内皮细胞与心肌细胞紧密交流并参与心脏病理生理过程[23]。当无法获得原代心肌细胞时，AC16被广泛用作人类心肌细胞的替代品，在心血管研究中用于模拟缺血再灌注损伤、氧化应激和药物诱导的心脏毒性[24,25]。尽管这两种细胞类型不能完全再现天然猪心肌细胞的功能，但它们仍可作为体内观察结果机制分析的实际且成熟的替代品。
尽管硒作为抗氧化剂的作用已被确立，且Sirt3/YME1L1通路在线粒体稳态中的重要性日益显现，但硒缺乏是否通过调节线粒体蛋白乙酰化来影响心肌组织尚不清楚。具体来说，硒缺乏是否破坏线粒体蛋白乙酰化的平衡并触发PANoptosis仍有待探讨。在这项研究中，我们在体内建立了猪硒缺乏模型，并使用PAEC和AC16细胞进行了体外机制研究。我们研究了ROS/Sirt3/YME1L1乙酰化轴在线粒体功能障碍中的作用及其对细胞死亡的下游影响。研究结果表明，硒缺乏可以诱导氧化应激，降低Sirt3的表达，并增加YME1L1在K237位置的乙酰化水平，导致线粒体DNA（mtDNA）释放并触发PANoptosis。总体而言，这项研究首次提供了将硒缺乏与心肌组织中的PANoptosis联系起来的证据，并确定了蛋白乙酰化是硒缺乏引起的心脏损伤中的关键调节机制。

### 部分内容总结
#### 动物培养
本研究中的动物实验程序遵循了东北农业大学机构动物护理和使用委员会制定的指南，并获得了批准（协议编号NEAUEC20210214）。三十六只一周龄断奶的纯系大白猪被随机分配到对照组（NC）和硒缺乏组（-Se）。实验饲料中的硒含量由国家部门测定。

#### 硒缺乏对猪心肌组织的病理损伤
为了研究硒缺乏与猪心肌损伤之间的关联，首先测量了猪血浆中的硒水平。硒缺乏猪的血浆硒水平显著低于NC组（图1A，P < 0.05）。随后测量了24种硒蛋白的表达水平。如图1B所示，23种硒蛋白的表达显著降低（P < 0.05）。为了进一步研究硒缺乏如何影响猪...

#### 讨论
微量元素硒的缺乏在心肌疾病的发病和进展中起着关键作用，这种缺乏与多种心血管疾病密切相关。硒通常作为抗氧化剂，促进ROS清除并保护细胞免受氧化损伤[38]。Sirt3是一种对氧化还原稳态高度敏感的线粒体去乙酰化酶，通过调节蛋白质的乙酰化状态来维持线粒体能量代谢的平衡...

#### 结论
总之，硒缺乏导致氧化应激，降低了Sirt3的表达，并提高了YME1L1在K237位置的乙酰化水平，这种关键的乙酰化变化破坏了线粒体稳态并引发了mtDNA的释放。释放的mtDNA可能激活ZBP1介导的信号传导，导致猪心肌组织中的PANoptosis。这是首次将YME1L1-K237乙酰化确定为硒缺乏与PANoptosis之间的核心机制联系。我们的发现表明，针对...

### 著者贡献声明
张彦和：概念化、方法论、正式分析、调查和撰写 - 原稿。丁佳仪：验证、正式分析。张康康：概念化、软件开发。张子玉：方法论、数据管理。 Chu家宏：正式分析、软件开发。吴昊：调查、方法论。夏宇和李舒：撰写 - 审稿与编辑、资金获取、概念化。

#### 资金支持
本研究得到了国家自然科学基金（项目编号U22A20524, 32372967）和黑龙江省自然科学基金（LH2024C025）的支持。

#### 伦理批准和参与同意
本研究中的所有程序均得到东北农业大学机构动物护理和使用委员会的支持（协议编号：NEAUEC20210214）。

#### 发表同意
所有作者均已阅读手稿，并同意以当前形式提交该手稿以供本期刊考虑发表。

#### 数据可用性声明
支持本研究结果的数据可应合理请求提供。本研究未将数据存储在外部存储库中。

#### 利益冲突声明
作者声明没有已知的利益冲突或个人关系可能影响本文的工作。

#### 支持信息
PAEC细胞中线粒体稳态相关因子的检测（图S1）。空载体对照的验证以及AC16细胞中Sirt3和YME1L1表达的检测（图S2）。AC16细胞中GSDMD表达的检测（图S3）。AC16细胞中MLKL表达的检测（图S4）。AC16细胞中Caspase-3表达的检测（图S5）。免疫荧光检测中使用的抗体（表S1）。

### CRediT作者贡献声明
张彦和：撰写 - 原稿、方法论、概念化。丁佳仪：验证、正式分析。张康康：软件开发、概念化。张子玉：方法论、数据管理。Chu家宏：方法论、正式分析。吴昊：方法论、调查。夏宇：撰写 - 审稿与编辑、资金获取、概念化。

### 竞争利益声明
作者声明没有已知的竞争财务利益或可能影响本文工作的个人关系。

#### 致谢
作者感谢黑龙江省教育厅重点实验室（公共动物疾病预防与治疗实验室）和东北农业大学兽医学院提供的支持。