从细胞摄取到通路调控：硒-甲基硒代半胱氨酸对雄性生殖细胞（GC-1/GC-2）的有益效应探究

《Antioxidants》：Exploring the Beneficial Effects of Se-Methylselenocysteine on GC-1/GC-2 Cells: From Cellular Uptake to Metabolic Pathway Regulation in Male Reproduction Yiqing Lu, Xiaofei Duan, Huatao Che, Tong Li, Xiaoling Dun, Xinfa Wang, Lixi Jiang, Zhenna Chen and Hanzhong Wang

本文聚焦硒(Selenium, Se)在雄性生殖健康中的关键作用，系统研究了天然有机硒化合物硒-甲基硒代半胱氨酸(Se-methylselenocysteine, MeSeCys)对两种雄性生殖细胞模型GC-1和GC-2的作用机制。研究表明，MeSeCys通过SLC7A11/LRP8通道被细胞摄取，提升细胞内硒水平和细胞活力，其机制涉及对硒化合物代谢、谷胱甘肽(Glutathione, GSH)代谢通路的调控，并在GC-1细胞中特异性激活哺乳动物雷帕霉素靶蛋白(mammalian target of rapamycin, mTOR)通路。该研究为MeSeCys作为改善男性生殖健康的营养补充剂提供了新的理论依据。

　　

雄性不育是一个全球性的健康问题，其中生精障碍是主要原因。硒(Se)作为一种必需的微量元素，在维持正常生精过程和雄性生育力中扮演着至关重要的角色。在众多硒形态中，硒-甲基硒代半胱氨酸(Se-methylselenocysteine, MeSeCys)作为一种天然有机硒补充剂，展现出强大的抗氧化和抗炎特性，但其对雄性生殖系统的直接影响有待深入探索。本研究选用模拟生精早期阶段的雄性生殖细胞系GC-1 spg (GC-1) 和 GC-2 spd (ts) (GC-2) 作为细胞模型，系统探究了MeSeCys的作用及其分子机制。

MeSeCys提升GC-1与GC-2细胞活力与增殖

研究首先评估了五种不同硒形态（MeSeCys、SeCys₂、SeMet、SeCys和Na₂SeO₃）对细胞活力的影响。结果发现，用75 μmol/L MeSeCys处理24小时，能显著增强两种细胞的活力，其中对GC-1细胞的提升效果（达到对照组的179.24%）比GC-2细胞（126.81%）更为显著。此外，MeSeCys还能有效保护细胞免受H₂O₂诱导的氧化损伤，并促进细胞增殖。EdU增殖实验证实，MeSeCys处理使GC-1和GC-2细胞的增殖率分别提高了77.37%和33.14%。

MeSeCys通过SLC7A11和LRP8通道被细胞摄取

为了探究MeSeCys如何发挥作用，研究者首先关注其进入细胞的途径。通过电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)分析发现，用75 μmol/L MeSeCys处理24小时后，GC-1和GC-2细胞内的总硒含量均显著上升，且GC-1细胞中的硒水平高于GC-2细胞，这与GC-1细胞活力提升更显著的现象一致。RNA测序(RNA-seq)和定量逆转录聚合酶链式反应(qRT-PCR)分析显示，与硒摄取相关的两个膜蛋白基因^Slc7a11和^Lrp8的表达显著上调。进一步的基因敲低和过表达实验证实，SLC7A11和LRP8都参与了MeSeCys的细胞摄取，但SLC7A11是调节细胞活力提升的关键通道蛋白。敲低SLC7A11会显著降低细胞对MeSeCys的摄取并取消其诱导的细胞活力增强，而过表达SLC7A11则能显著增加摄取。

RNA-seq揭示代谢通路变化

为了深入理解MeSeCys的作用机制，研究对处理组和对照组细胞进行了RNA-seq分析。在GC-1细胞中，共有829个基因表达发生显著变化（628个上调，201个下调）；在GC-2细胞中，有381个基因发生显著变化（324个上调，57个下调）。京都基因与基因组百科全书(KEGG)富集分析表明，谷胱甘肽代谢通路是两种细胞中共同显著富集的通路。基因本体论(GO)注释和蛋白质-蛋白质相互作用(PPI)网络分析进一步支持了MeSeCys调控细胞稳态和代谢过程。基因集富集分析(GSEA)则揭示，在GC-1细胞中，哺乳动物雷帕霉素靶蛋白复合物1(mTORC1)信号通路和活性氧(ROS)通路被显著富集；而在GC-2细胞中，ROS通路也被富集，暗示了细胞类型特异性的调控机制。

MeSeCys调控硒化合物与谷胱甘肽代谢

进入细胞后，MeSeCys参与了细胞内硒化合物的代谢。qRT-PCR结果显示，多种睾丸富集硒蛋白家族成员（如^Selenom、^Selenop、^Selenow、^Selenos）的mRNA表达水平显著上调，且在GC-1细胞中上调更为明显。同时，参与硒蛋白合成的硒磷酸合成酶2(SEPHS2)以及关键硒酶谷胱甘肽过氧化物酶4(GPX4)的蛋白水平也显著增加。GPX4与谷胱甘肽代谢密切相关。研究表明，MeSeCys处理能显著提升两种细胞内的谷胱甘肽(GSH)水平，并上调GSH合成相关基因（^Gclc、^Gclm、^Gss）和谷胱甘肽S-转移酶家族基因的表达。使用谷胱甘肽合成抑制剂BSO可以抵消MeSeCys诱导的细胞活力增加，证实了谷胱甘肽代谢通路在此过程中的核心作用。

MeSeCys特异性激活GC-1细胞中的mTOR通路

GSEA结果提示mTOR信号通路可能特异性地参与MeSeCys对GC-1细胞的调控。实验验证发现，在GC-1细胞中，MeSeCys处理能显著上调mTOR通路关键基因（如^Atf4、^Rps6、^Eif4ebp1）的mRNA表达。在蛋白水平，磷酸化mTOR(p-mTOR)与总mTOR的比值以及磷酸化4EBP1(p-4EBP1)的表达均显著增加。然而，在GC-2细胞中，p-mTOR/mTOR的比值未发生明显变化。此外，使用mTOR抑制剂雷帕霉素处理，可显著降低MeSeCys对GC-1细胞活力的提升作用，这进一步证实了mTOR通路在GC-1细胞中的特异性激活及其功能重要性。

总结与展望

本研究系统阐明了MeSeCys对雄性生殖细胞GC-1和GC-2的有益作用及其分子机制。其共同机制包括：通过SLC7A11/LRP8通道被有效摄取；上调硒化合物代谢；激活谷胱甘肽代谢通路，提升细胞内GSH水平和抗氧化能力。其特异性机制在于：MeSeCys能特异性激活GC-1细胞中的mTOR信号通路，该通路可能通过调节转录因子ATF4进一步影响谷胱甘肽代谢和细胞内氧化还原平衡，从而导致了GC-1细胞比GC-2细胞更显著的活力提升。这些发现为MeSeCys作为一种潜在的有益于男性生殖健康的营养补充剂提供了新的见解和理论基础。未来研究需在动物模型和临床试验中验证其有效性与安全性，并探索其在单细胞水平的作用及其他潜在机制，以推动其向临床应用的转化。