南湖新聞網訊（通訊員 楊嘉成）近日，永利農業微生物資源發掘與利用全國重點實驗室、動物育種與健康養殖前沿科學中心、湖北洪山實驗室、動科動醫學院孫鋁輝教授課題組在《Science Advances》期刊上發表了題為“Loss of SELENOW aggravates muscle loss with regulation of protein synthesis and ubiquitin-proteasome system”的研究論文。該研究首次揭示了硒蛋白W（SELENOW）在肌肉萎縮中的重要功能及機制。
硒是人和動物所必需的微量元素，主要以25個硒蛋白的形式發揮生物學功能。然而，我國有超過2/3以上的國土面積存在硒的缺乏，導緻人和動物均面臨着營養性缺硒的風險。在集約化的畜禽養殖業中，高密度飼養、熱應激、有害氣體及黴菌毒素等多種應激源常使動物處于亞健康狀态，使得畜禽對硒的需要量升高，嚴重情況下，甚至誘發群體性營養性缺硒疾病的發生，如缺硒性肌營養不良症（NMD），它會引起動物生長發育的遲緩和肉品質下降，給養殖業造成巨大經濟損失。
課題組前期研究發現，缺硒誘導肉雞NMD發生與肌肉中一碳代謝紊亂誘導機體免疫系統和氧化還原穩态失衡相關，其中，SELENOW在此過程中下調尤為顯著（JournalofNutrition,2023）。然而，SELENOW在NMD發生中的作用與機制尚不清楚。因此，本研究系統性探究了SELENOW在肌肉中的功能。研究結果表明，正常生理條件下，SELENOW的缺失并不影響動物的生長和肌肉的發育；在地塞米松誘導的急性肌肉萎縮和自然衰老相關的慢性肌肉萎縮條件下，SELENOW會表達上調，然而，SELENOW的缺失會加劇此萎縮條件下肌肉質量的流失；體内外過表達SELENOW，可緩解地塞米松誘導的肌管和肌肉萎縮。
進一步的機制研究表明，SELENOW通過與RAC1蛋白互作，調控RAC1-mTOR級聯信号通路。當SELENOW缺失時，通過抑制RAC1-mTOR級聯導緻肌肉内蛋白質合成減少，泛素化降解加速，從而加劇了肌肉萎縮的進程。
圖1 SELENOW通過調控RAC1-mTOR級聯參與蛋白質穩态調節
本研究揭示了SELENOW缺失通過抑制RAC1-mTOR級聯加劇肌肉萎縮。研究結果為合理應用硒防控畜禽NMD提供了新的科學依據，也為預防和治療人類肌肉萎縮提供了潛在的靶點。
yl7703永利動科動醫學院已畢業博士楊嘉成（現為動科動醫學院博士後）為論文第一作者，孫鋁輝教授為論文的通訊作者。美國康奈爾大學雷新根教授、湖北省農業科學院魏金濤副研究員等也參與了本項研究。該研究得到科技創新2030－重大項目、青年拔尖人才支持計劃、國家自然科學基金和中央高校基礎研究基金的支持。
【英文摘要】
Sarcopenia is characterized by accelerated muscle mass and function loss, which burdens and challenges public health worldwide. Several studies indicated that selenium deficiency is associated with sarcopenia; however, the specific mechanism remains unclear. Here, we demonstrated that selenoprotein W (SELENOW) containing selenium in the form of selenocysteine functioned in sarcopenia. SELENOW expression is up-regulated in dexamethasone (DEX)–induced muscle atrophy and age-related sarcopenia mouse models. Knockout (KO) of SELENOW profoundly aggravated the process of muscle mass loss in the two mouse models. Mechanistically, SELENOW KO suppressed the RAC1-mTOR cascade by the interaction between SELENOW and RAC1 and induced the imbalance of protein synthesis and degradation. Consistently, overexpression of SELENOWin vivoandin vitroalleviated the muscle and myotube atrophy induced by DEX. SELENOW functioned in age-related sarcopenia and regulated the genes associated with aging. Together, our study uncovered the function of SELENOW in age-related sarcopenia and provides promising evidence for the prevention and treatment of sarcopenia.
審核人 彭貴青
【文章鍊接】：https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adj4122
