亲电单羰基姜黄素衍生物揭示硒代谢网络中的差异性脆弱性 - 硒与微生态

亲电单羰基姜黄素衍生物揭示硒代谢网络中的差异性脆弱性Electrophilic monocarbonyl curcumin derivatives reveal differential vulnerabilities in the selenium metabolic network - ScienceDirect

环球医讯 / 硒与微生态来源：www.sciencedirect.com日本 - 英语2026-07-30 23:01:19 - 阅读时长7分钟 - 3087字

本研究利用亲电单羰基姜黄素衍生物作为化学探针，系统探究了硒代谢网络对亲电刺激的响应机制。研究发现特定衍生物GO-Y015能够选择性抑制硒蛋白P的合成而不引起明显毒性，揭示了硒代谢网络中不同组分对亲电化合物的敏感性差异。该化合物通过共价修饰PRDX6、SCLY和SEPHS2等多种硒代谢关键酶，损害硒向Sec-tRNA的整合，导致硒蛋白P表达显著下调，但对其他硒蛋白影响有限。在小鼠实验中，短期给予GO-Y015仅选择性降低循环硒蛋白P水平，未观察到肝毒性和体重减轻，表明这是一种急性代谢调节而非毒性反应。这一发现不仅深化了对硒代谢调控机制的理解，还为开发靶向硒代谢的新型药物提供了理论基础，对营养学、抗氧化治疗及硒相关疾病研究具有重要意义。

摘要

硒是一种必需微量元素，其生物学功能通过硒蛋白发挥，而硒蛋白是由高度协调且受氧化还原调控的网络合成的。然而，这一网络如何响应亲电刺激仍不完全清楚。在此研究中，我们采用一组单羰基姜黄素衍生物作为亲电化学工具来探究硒代谢网络。基于细胞内硒蛋白P丰度的筛选确定了GO-Y015是一种高效且低毒性的化合物，能够显著改变硒蛋白P和谷胱甘肽过氧化物酶的表达。在培养的肝细胞中，GO-Y015通过抑制从头合成硒蛋白，而非促进溶酶体降解，从而抑制硒蛋白表达。生物化学分析显示，GO-Y015共价修饰了多种硒代谢酶，包括PRDX6、SCLY和SEPHS2，并损害了硒向Sec-tRNA的整合，表明硒代谢发生了更广泛的改变。在小鼠中短期给予GO-Y015导致循环硒蛋白P选择性减少，对其他硒蛋白影响有限且无明显肝毒性。在此条件下，未观察到体重减轻和肝毒性，支持了所观察到的分子效应反映了急性代谢改变的解释。综上所述，这些发现确立了亲电单羰基姜黄素衍生物作为化学工具，可以揭示硒代谢网络内的差异性脆弱性，其中硒蛋白P作为硒代谢调节的特别敏感指标。

引言

硒是一种必需微量元素，其生物学功能通过硒蛋白发挥，而硒蛋白中含有硒代半胱氨酸(Sec)。硒蛋白的合成依赖于一个高度协调的硒代谢网络，涉及硒的摄取、转化和利用途径。在这个途径中，硒代半胱氨酸裂解酶(Scly)催化Sec分解为丙氨酸和氢硒阴离子(HSe⁻)，为硒蛋白生物合成提供无机硒。硒磷酸合成酶2(SEPHS2)催化硒磷酸(H₂SePO₃⁻)的从头合成，这是Sec-tRNAˢᵉᶜ生物合成所必需的硒供体。此外，过氧还蛋白6(PRDX6)与硒化物反应并与SEPHS2相互作用，可能作为中间硒载体。这一过程通过Sec插入序列(SECIS)元件实现UGA密码子的重新编码，允许插入第21个氨基酸Sec。

在人类中，已鉴定出25种硒蛋白，包括谷胱甘肽过氧化物酶(GPx)，它们通过还原活性氧维持氧化还原稳态。硫氧还蛋白系统是另一个涉及硒的主要氧化还原途径。硫氧还蛋白还原酶1(TRXR1)，一种硒蛋白，维持硫氧还蛋白处于还原状态，有助于氧化还原调节，并且也参与某些硒化合物的代谢和还原。硒蛋白P，由SELENOP基因编码，通常简称为SeP，是血浆中的主要硒转运蛋白，主要在肝脏中合成。SeP通过低密度脂蛋白受体相关蛋白(LRPs)，如载脂蛋白E受体2(ApoER2/LRP8)，通过内吞作用被内化。随后在溶酶体中降解，以Sec的形式释放硒，从而支持硒蛋白合成。最近，我们发现通过LRP8内化的SeP还充当硒储存库，随时间维持GPx表达。鉴于它们在硒蛋白生物合成中的关键作用，SeP/LRP8、PRDX6、Scly和SEPHS2构成了该途径的关键组成部分。SeP在结构和功能上都是独特的。由于其含有多个硒代半胱氨酸残基且对硒的高需求，SeP的合成对硒可用性和利用的变化特别敏感。因此，SeP经常被用作系统硒状态的指标。据报道，萝卜硫素(SFN)和表没食子儿茶素没食子酸酯等亲电物质会降低SeP表达；然而，它们对硒蛋白生物合成的影响仍未完全了解。硒蛋白代谢网络通常被认为是稳健的，能够在广泛的膳食硒条件下维持稳定的硒蛋白表达。然而，越来越多的证据表明，该系统的某些组分可能对代谢或氧化还原变化表现出不同的敏感性，这表明硒稳态并非在所有条件下都具有均匀的弹性。

亲电小分子，包括饮食和环境化合物，已知与含硫醇和硒醇的蛋白质相互作用，从而影响氧化还原调控的生物过程。姜黄素是从姜黄(Curcuma longa)根茎中提取的天然多酚，由于其广泛的生物活性，包括抗氧化和抗炎作用而受到广泛关注。这些生物活性主要归因于分子中存在的α,β-不饱和羰基基团，它们作为迈克尔受体，能够共价修饰各种细胞蛋白中的半胱氨酸(Cys)残基。例如，姜黄素通过共价修饰Kelch样ECH相关蛋白1(Keap1)的Cys残基激活NF-E2相关因子2(Nrf2)信号通路，从而诱导血红素加氧酶-1(HO-1)、谷胱甘肽S-转移酶(GST)和谷胱甘肽合成的限速酶谷氨酰半胱氨酸连接酶(GCL)等II相解毒和代谢酶。这一表征良好的机制强调了姜黄素广泛的亲电反应性，而非其对单个信号通路的特异性。尽管具有这些有希望的活性，但由于水溶性低和在生理条件下化学不稳定，姜黄素的生物利用度较差。为了提高溶解度和生物利用度，已经探索了结构修饰。其中，姜黄素的单羰基类似物——二芳基戊酮类——引起了关注。姜黄素中的β-二酮部分导致其不稳定，而单羰基修饰提高了化学稳定性。

尽管姜黄素已被广泛研究，但其多效性效应及其经常被归类为全测定干扰化合物(PAINS)的现象使对其生物活性的解释复杂化，特别是在靶点特异性和治疗开发方面。与其将这种亲电反应性仅视为限制，不如将此类化合物重新用作化学工具，在系统水平上探究氧化还原敏感的代谢网络。支持这一观点，我们报告了萝卜硫宁和表没食子儿茶素没食子酸酯（已知为亲电食物成分）对硒代谢的抑制。在此背景下，硒代谢代表了一个特别有吸引力但尚未充分探索的靶点，因为参与硒蛋白生物合成和硒利用的许多酶含有高度反应性的Cys或Sec残基。亲电化合物如何改变这一网络，以及这种改变是否揭示了硒蛋白之间的差异性脆弱性，仍 largely unknown。

我们之前的研究表明，无机亲电物如砷(III)可以通过与硒处理酶和硒蛋白相互作用来破坏硒代谢。然而，硒代谢网络的这种脆弱性是特定于无机毒物，还是代表了对亲电化合物的更一般化学敏感性，尚不清楚。与砷(III)不同，砷(III)是一种具有独特配位化学的类金属亲电物，亲电有机分子主要通过共价修饰半胱氨酸或硒代半胱氨酸等亲核残基与蛋白质相互作用。因此，检查有机亲电物提供了一个机会，确定硒代谢的更广泛改变是反映网络的更广泛化学性质，还是仅限于特定无机毒物的现象。

在本研究中，我们采用了一组单羰基姜黄素衍生物作为亲电化学工具，研究硒代谢网络的响应性。通过结合细胞、生化和体内分析，我们检查了硒处理酶的共价修饰如何影响硒蛋白表达。值得注意的是，本研究的目的不是提出治疗应用，而是阐明控制硒代谢稳健性和脆弱性的基本原理。通过这种方法，我们确定了网络层面的改变，这些改变优先影响特定硒蛋白，其中SeP作为硒代谢状态的敏感报告者。

试剂

姜黄素购自日本大阪Wako Pure Chemical Industries, Ltd. (038-04921)。生物素标记的PEAC5马来酰亚胺(BPM)购自日本熊本DOJINDO。本研究中使用的其他姜黄素衍生物按以下方法合成。姜黄素及其衍生物用DMSO溶解，分装成小份，冷冻保存备用。本研究中使用的所有试剂均为最高纯度，适用于研究级分析。