Scly-KO 基因敲除小鼠

Scly，也称为Selenocysteine β-Lyase（SCLY），是一种在生物医学领域具有重要意义的酶。Scly最初于1982年从猪肝中被分离出来，随后在细菌中也被鉴定出来。Scly作为一个同源二聚体，利用吡哆醛5'-磷酸作为辅因子，催化特定的氨基酸硒代半胱氨酸（Sec）分解成丙氨酸和硒化物。硒化物被认为是作为硒代磷酸合成酶的底物，最终在硒蛋白合成中重新利用。Scly的亚细胞定位尚不明确，因为它在不同技术方法下被观察到在细胞质和细胞核中。哺乳动物中Scly表达和活性最高的是肝脏和肾脏。在Scly基因缺失的小鼠中，导致了肥胖、高胰岛素血症、葡萄糖不耐症和肝脏脂肪变性，SCLY被认为是参与能量代谢调节的参与者，且这种调节方式可能受到性别的影响。尽管SCLY的生理作用尚未完全理解，但这些研究试图讨论动物中SCLY的相关文献，并提供了可能的未来研究方向[1]。

Scly在硒蛋白P（SelenoP）和硒蛋白合成中起着重要的作用。SelenoP是一种血浆运输蛋白，负责将硒从肝脏转运到其他组织。Scly是一种细胞内酶，将Sec分解成硒化物，为新的硒蛋白合成提供硒。SelenoP和Scly主要在肝脏中产生。研究表明，缺乏SelenoP或Scly的雄性小鼠的肝硒含量分别增加或减少。尽管SelenoP的硒调节已经得到了很好的研究，但Scly的硒调节尚未见报道。通过体外和体内模型，研究者发现了一种组织特异性硒调节的Scly基因表达。他们还确定了SelenoP，一个被认为是细胞内硒来源的物质，在体外影响Scly的表达和活性，但在体内则没有影响，因为在SelenoP缺失的情况下，Scly水平和活性保持正常。研究者还发现，SelenoP的缺失不会增加转硫途径酶的水平，这会导致可用的硒化合物被半胱氨酸γ-裂解酶（CGL或CTH）和半胱氨酸β-合酶（CBS）分解。相反，它会影响硫氧还蛋白还原酶1（Txnrd1）的水平，这种酶可以将亚硒酸盐还原成硒化物，用于硒蛋白的产生。这项研究评估了SelenoP和Scly之间的潜在相互作用，为进一步了解硒代谢的调节提供了新的见解[2]。

Scly基因缺失导致小鼠肥胖，并伴有血脂异常、高胰岛素血症、葡萄糖不耐受和肝细胞中的脂肪积累。肝脏是葡萄糖和脂质稳态以及硒代谢的中心调节器，因此研究者旨在确定Scly基因缺失对小鼠肝脏中分子途径的影响。利用RNA测序和代谢组学，研究者确定了Scly基因缺失小鼠肝脏中差异表达的基因和代谢物。整合组学揭示了Scly基因缺失对小鼠肝脏中与氨基酸代谢相关的生物途径的影响，特别是丙氨酸和甘氨酸代谢。他们进一步证实，在硒充足的情况下，Scly基因缺失导致雄性小鼠肝脏中甘氨酸水平升高。综上所述，研究结果表明，Scly参与调节肝脏氨基酸代谢途径[3]。

硒补充剂对Scly基因缺失小鼠的饮食诱导肥胖的影响进行了研究。硒代半胱氨酸（Sec）是硒蛋白的重要组成部分，主要参与强氧化还原反应。Sec裂解酶（SCLY）将Sec分解成硒化物，允许通过硒蛋白合成机制循环利用硒。研究者之前已经证明，Scly基因缺失导致小鼠出现肥胖和代谢综合征，对葡萄糖稳态的影响因硒缺乏或高脂肪饮食而加剧，且在雄性小鼠中更为严重。研究者的目标是确定硒补充剂是否可以改善Scly基因缺失小鼠的肥胖并恢复葡萄糖稳态。在单独的实验中，3周大的雄性和雌性Scly基因缺失小鼠被喂食含有45% kcal脂肪的饮食，并分别添加亚硒酸钠或亚硒酸钠和硒代蛋氨酸（亚硒酸钠/SeMet）混合物，中等到高水平的硒（0.25 ppm或0.5-1 ppm），持续9周，并评估其代谢参数、氧化应激和硒蛋白的表达。硒补充剂无法防止雄性Scly基因缺失小鼠的肥胖和升高的附睾白色脂肪组织重量。Scly基因缺失小鼠的血清谷胱甘肽过氧化物酶活性无论性别或饮食硒摄入量如何均无变化；然而，补充亚硒酸钠/SeMet混合物改善了雄性Scly基因缺失小鼠的氧化应激生物标志物。这些结果揭示了Scly缺失后能量代谢的性别和硒化合物特异性调节，表明该酶在控制全身能量代谢中起作用，不受硒水平的影响[4]。

Scly在大脑功能和能量代谢调节中起着重要作用。全基因敲除硒循环酶Scly的小鼠对代谢综合征和饮食诱导的肥胖的易感性增加。Scly基因缺失小鼠的下丘脑中硒蛋白表达水平降低，而下丘脑是能量稳态的关键调节器。研究者使用下丘脑特异性Scly基因缺失小鼠模型来研究硒在全身代谢调节中的作用。结果表明，在Scly基因缺失小鼠中，下丘脑特异性Scly基因缺失可以保护小鼠免受高脂肪饮食（HFD）引起的肥胖和脂肪积累。Scly-Agrp基因缺失小鼠在下丘脑中的Agrp表达降低，如Western印迹和免疫组织化学（IHC）所示。IHC还显示，在Scly-Agrp基因缺失小鼠中，即使在HFD诱导下，下丘脑弓状核中的瘦素敏感性也得以维持。Scly-Agrp基因缺失小鼠的棕色脂肪组织中脂肪沉积减少，产热标记物解偶联蛋白-1的表达增加。这项研究揭示了硒利用在能量稳态中的重要作用，为中枢神经系统和全身代谢之间的相互作用提供了新的信息，并可能有助于确定治疗代谢疾病的关键靶点[5]。

Scly基因缺失导致小鼠出现严重的神经功能障碍。膳食硒限制导致哺乳动物体内硒优先保留在大脑中，而不是其他器官。几乎所有的已知硒蛋白都存在于大脑中，其表达是由含Sec的硒蛋白P介导的。大脑还表达Scly，这是一种酶，它被认为可以挽救Sec并循环利用硒以进行硒蛋白的翻译。研究者比较了Scly基因缺失小鼠和硒蛋白P（Sepp1）基因缺失小鼠的神经功能障碍的相似性，以及膳食硒是否调节这些参数。结果表明，Scly基因缺失小鼠没有显示出与Sepp1基因缺失小鼠相当的神经功能障碍。给Scly基因缺失小鼠喂食低硒饮食，揭示了它们在空间学习方面存在轻微缺陷，但没有破坏运动协调。此外，研究者报告说，Sepp1缺失引起的神经表型在雄性小鼠中比在雌性小鼠中更为严重。这些发现表明，在硒缺乏的情况下，Scly介导的Sec循环变得有限，并表明存在一种处理Sec的补充机制。研究者的研究揭示了Sepp1和Scly在身体和大脑硒的分布和周转之间的相互作用，并强调在研究硒和硒蛋白的脊椎动物生物学时，应考虑性别差异[6]。

Scly基因缺失导致小鼠出现严重的神经功能障碍、神经退化和听觉诱发性癫痫。硒蛋白是一类独特的蛋白质家族，其特征是在共翻译过程中将硒作为Sec并入其中，在抗氧化防御中发挥关键作用。在硒蛋白中，硒蛋白P（Sepp1）尤为独特，因为它含有多个Sec残基，并已被假定为参与硒运输。在大脑中，Sepp1通过结合ApoER2受体将硒输送到神经元。在喂食硒缺乏饮食的情况下，缺乏ApoER2或Sepp1的小鼠会发展出严重的神经功能障碍，并表现出广泛的脑干神经退化，这表明ApoER2介导的Sepp1摄取在正常大脑功能中起着重要作用。Scly是一种酶，在硒稳态中发挥着重要作用，因为它催化Sec的分解，使硒能够被循环利用以进行额外的硒蛋白合成。研究者之前已经报道，在Scly基因缺失的情况下，只有当小鼠受到低硒饮食的挑战时，才会出现神经功能障碍。为了深入了解Sepp1和Scly在硒代谢中的关系，研究者创建了新的转基因小鼠，这些小鼠在Scly基因缺失的基础上也缺失了Sepp1基因，并对其神经行为表型进行了表征。研究者报告说，与Sepp1基因缺失小鼠相比，Scly基因缺失进一步加重了表型，因为这些小鼠需要超生理剂量的硒补充才能生存，而存活的Scly基因缺失小鼠表现出运动协调障碍、听觉诱发性癫痫和脑干神经退化。这些发现首次为Scly和Sepp1在哺乳动物大脑中维持硒蛋白功能协同工作的体内证据提供了支持[7]。

Scly基因缺失导致小鼠出现严重的神经功能障碍。膳食硒限制导致哺乳动物体内硒优先保留在大脑中，而不是其他器官。几乎所有的已知硒蛋白都存在于大脑中，其表达是由含Sec的硒蛋白P介导的。大脑还表达Scly，这是一种酶，它被认为可以挽救Sec并循环利用硒以进行硒蛋白的翻译。研究者比较了Scly基因缺失小鼠和硒蛋白P（Sepp1）基因缺失小鼠的神经功能障碍的相似性，以及膳食硒是否调节这些参数。结果表明，Scly基因缺失小鼠没有显示出与Sepp1基因缺失小鼠相当的神经功能障碍。给Scly基因缺失小鼠喂食低硒饮食，揭示了它们在空间学习方面存在轻微缺陷，但没有破坏运动协调。此外，研究者报告说，Sepp1缺失引起的神经表型在雄性小鼠中比在雌性小鼠中更为严重。这些发现表明，在硒缺乏的情况下，Scly介导的Sec循环变得有限，并表明存在一种处理Sec的补充机制。研究者的研究揭示了Sepp1和Scly在身体和大脑硒的分布和周转之间的相互作用，并强调在研究硒和硒蛋白的脊椎动物生物学时，应考虑性别差异[8]。

Scly在肝脏毒性中起着重要作用。研究者使用比较监督机器学习方法，对大鼠肝脏TG-GATEs数据集进行了特征选择和预测测试。他们使用三种不同的特征选择方法，确定了10个基因生物标志物，这些生物标志物在独立验证数据集中预测肝坏死具有高度的特异性和选择性。在通过监督方法选择的十个基因中，有九个基因与代谢和解毒有关（Car3、Crat、Cyp39a1、Dcd、Lbp、Scly、Slc23a1和Tkfc），一个基因与转录调控有关（Ablim3）。这些基因中有几个也与肝癌的发生有关，包括Crat、Car3和Slc23a1。研究者的生物标志物基因签名提供了高度的统计准确性，并且基因数量适中，可以作为指标来研究，以加速基于它们能够引起肝坏死和最终肝癌症的毒性测试[9]。

Scly在肝毒性中起着重要作用。研究者使用比较监督机器学习方法，对大鼠肝脏TG-GATEs数据集进行了特征选择和预测测试。他们使用三种不同的特征选择方法，确定了10个基因生物标志物，这些生物标志物在独立验证数据集中预测肝坏死具有高度的特异性和选择性。在通过监督方法选择的十个基因中，有九个基因与代谢和解毒有关（Car3、Crat、Cyp39a1、Dcd、Lbp、Scly、Slc23a1和Tkfc），一个基因与转录调控有关（Ablim3）。这些基因中有几个也与肝癌的发生有关，包括Crat、Car3和Slc23a1。研究者的生物标志物基因签名提供了高度的统计准确性，并且基因数量适中，可以作为指标来研究，以加速基于它们能够引起肝坏死和最终肝癌症的毒性测试[10]。

综上所述，Scly基因在生物医学领域具有重要的研究价值。Scly在硒蛋白合成、能量代谢调节、神经功能障碍、肝毒性等方面发挥着重要作用。Scly基因缺失导致小鼠出现肥胖、高胰岛素血症、葡萄糖不耐受、肝细胞脂肪变性、严重的神经功能障碍、神经退化和听觉诱发性癫痫等。Scly在硒蛋白合成和能量代谢调节中的作用机制尚未完全阐明，需要进一步研究。Scly的研究为理解硒代谢的生物学功能和疾病发生机制提供了新的思路和策略，为疾病的治疗和预防提供了新的靶点和策略。