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微量元素硒的研究进展刘成(山西农业大学动物科技学院，动科082班，14号)摘要：微量元素是一类极为重要的微营养素，在体内分布甚广，因而参与机体许多重要生理过程，如物质代谢、免疫功能、激素调节、基因表达的调控等等。国外在此领域内的研究发展很快，在微量元素营养生化方面，对其生物功能的研究突飞猛进。硒是一种人体不可缺少的微量矿物质，在生物体内，尤其是人体内发挥着十分重要的生物学功能和免疫功能，通过对硒营养状态的评价，对大多数人而言，适量补充硒的摄入量对维持身体健康，防治某些疾病具有重要的意义。关键词：微量元素；硒；免疫；营养；补硒目前，确认为人和动物必需的微量元素有：Fe、Cu、Zn、F、I、Se、Mo、Cr、Co。有证据认为是动物必需的有：Ni、Si、V、Sn、As、B。其中确认硒是人体必需微量元素的依据来自于我国硒预防克山病的卓越成就。可以说，硒是人体必需微量元素中研究得最广泛深入的一个特殊成员。硒是人体必需的微量元素之一，硒对人体的营养作用以及补硒对某些疾病的防治作用显得愈发重要。对硒宏观研究和微观研究的密切配合导致了我们对硒生物学功能的认识不断深化；对硒基础研究和应用研究的密切结合引起了人们对硒的浓厚兴趣和广泛关注。一、硒的生物活性形式含硒酶和蛋白 1.谷胱甘肽过氧化物酶(Glutathione Peroxidase,GSH-Px,GPx)：1957年Mills在进行防止血红蛋白氧化破坏的实验中发现，在红细胞中存在一种酶，它以其特异底物还原型谷胱甘肽(GSH)将脂质氢过氧化物(或H2O2)还原成无害的醇类或水，从而起到了保护细胞和细胞膜免遭氧化损伤的作用。但硒作为GPx的一个必须组成成分是由美国Rotruck等于1973年发现的，从而揭示了硒的第一个生物活性形式。随后，1973年德国Flohe测得1个酶分子含4个硒原子；1978年美国Forstrom和Tappel鉴别出活性中心是硒半胱氨酸(Se-CyS)；1979年德国Ladenstein测得牛红细胞GPx结构和氨基酸排列顺序。 GPx广泛存在于动物体中，也存在于一些藻类中，但高等植物中未发现。GPx几乎遍布各组织细胞和体液(包括免疫系统)中，仅活性高低不同而已。用免疫学方法和分子生物学方法已鉴别出若干GPx同功酶，如红细胞中的GPx(rGPx)在骨髓中合成；血浆中的GPx(pGPx)在肾脏中合成；胞浆中GPx(cGPx)在肝脏中合成；新近证实人肝和肠中还有一种GPx(GPx-GI)。 2.谷胱甘肽磷脂氢过氧化物酶(Phospholipidhydroperoxide glutathione peroxidase,PHGPx)：1982年意大利学者Ursini发现一种位于膜上、具有GPx活性的酶，与之不同的是，它可以用磷脂氢过氧化物作为底物，因此而名命为PHGPx,1分子酶含1原子硒。它的活性中心也是Se-CyS。由于其抗氧化作用主要在膜的脂质相上，因此能较好地解释硒与维生素E的互补节约作用。近期发现硒除了位于膜上(核膜、线粒体膜、细胞膜等)以外，还有另一种位于胞浆中的可溶性形式，其酶活性在睾丸中较高。 3.硒蛋白-P(Selenoprotein-P,Se-P)：1972年美国学者Burk在大鼠血浆中发现一种含硒蛋白，1987年才得到大鼠的单克隆抗体，1991年成功地得到了Se-PR cDNA，并从其基因顺序发现它是含10个Se-CyS的特殊硒蛋白。Se-P的mRNA测定表明它由肝脏合成，最近在心肌中发现其mRNA。Se-P的功能正在探讨中，有人提出它可能是硒的转运蛋白，但更多的实验结果说明它很可能属于氧化还原酶类。 4.I型碘甲腺原氨酸5-脱碘酶(Type Iiodothyronine5-deiodinase，I型5-脱碘酶，5-ID-I)：1990年英国Arthur和德国Behne基本同时肯定5-ID-I是含硒酶，1分子酶含1原子硒。之前，Arthur在硒和甲状腺功能关系方面做了大量研究工作。随即，美国Berry等用克隆cDNA证明其活性中心是Se-CySy，由TGA编码。5-ID-I分布在甲状腺、肝、肾和脑垂体中。它催化了甲状腺激素T4向其活性形式T3的转化。由于硒是其必须成分，从而开辟了硒的非抗氧化功能途径。2.硒的生物学功能硒代半胱氨酸是多种酶辅基的必需成分，特别是谷胱甘肽过氧化物酶(GSH-Px)在对抗体内有氧代谢过程中所产生过氧化氢对细胞的破坏作用时硒必不可少。硒是GSH-Px的重要组分，每个酶分子含有4个硒原子。谷胱甘肽过氧化物酶(GSH-Px)是抗过氧化物的重要酶，其主要功能是阻止过氧化物和自由基的形成。可见，硒最主要的生物学功能是构成谷胱甘肽过氧化物酶的重要成分催化还原型谷胱甘肽变成氧化型谷胱甘肽，使有毒的过氧化物变成无毒的羟基化物。正是由于含硒的GSH-Px能催化H2O2还原，使活性氧减少，自由基的产生才不会过量。1979年Helmler等2报告硒能分解脂肪酸氢过氧化物，可调节细胞过氧化物转变中的脂氧合酶和环氧合酶的平衡，不致产生过量的自由基，硒正是通过抗过氧化物和清除自由基，减少或延迟脂褐素的形成，从而达到抗细胞衰老和死亡的目的。3. 硒的免疫功能免疫功能是免疫系统在识别和清除“非己”抗原过程中所产生的各种生物作用的总称。大量研究表明硒影响免疫系统主要包含3种免疫方式，即细胞免疫、体液免疫及非特异性免疫。3.1硒对细胞免疫的影响细胞免疫过程主要包括：淋巴细胞的增殖与分化；淋巴因子(加强免疫作用物质)的分泌；细胞毒作用。免疫的主要效应细胞是T细胞(T细胞大致分为辅助性Th细胞、抑制性Ts细胞、细胞毒性Tc细胞)、自然杀伤性细胞(NK)及K细胞。在肿瘤免疫中，细胞免疫占有重要地位，人们常测定这3方面的能力来反映细胞免疫水平。研究发现硒缺乏时T细胞在免疫反应中的克隆放大作用有不良影响。补充一定剂量的硒可使人及动物的Tc细胞和NK细胞活性明显增强。补硒会影响体内Tc细胞产生的数量。硒能促进淋巴细胞分泌淋巴因子，特别是IL2的分泌能力提高。IL2又称T细胞生长因子，是T淋巴细胞受抗原刺激后所分泌的具有免疫调节作用的淋巴因子。此外，硒还有能增强淋巴细胞的细胞毒作用。3.2硒对体液免疫的影响抗原刺激机体后，B细胞(免疫活性细胞)接受刺激分化为浆细胞，由浆细胞产生具有免疫功能的球蛋白(抗体)，由抗体介导的免疫为体液免疫，抗体的产生是体液免疫的关键。硒能增强体液免疫，刺激免疫球蛋白的形成。硒对体液免疫有一定的激活作用，它可以提高机体合成IgG、IgM等抗体的能力。缺硒时，许多动物的抗体水平降低。硒对抗H.somus.抗体的产生有增强作用。3.3 硒对非特异性免疫的影响非特异性免疫主要是吞噬细胞(巨噬细胞和中性粒细胞)对病原体的吞噬和杀灭作用。吞噬细胞首先要游走和接近病原体，然后才能吞噬和杀伤它们。硒对于趋化、吞噬和杀灭过程均有不同程度的影响。4.硒在疾病防治和维护人体、动物健康中的作用4.1硒与小鼠乳腺肿瘤病毒(MMTV) MMTV可引发雌鼠乳腺的腺癌，MMTVgag基因含有多个UGA码。MMTV感染雌性小鼠的食物和饮水中的硒能明显降低乳腺瘤的发病率。流行病学证据支持硒对人类乳腺癌的保护效果。4.2 硒的抗衰老作用2023根据自由基衰老学说，由于硒为GSHPx的重要组分，GSHPx可清除自由基和过氧化脂质(LPO)，人体内自由基及其诱导的脂质过氧化作用对生物膜以及线粒体DNA的损害作用是引起生物衰老的重要原因之一。硒具有抗氧化功能，研究已表明，补充硒使GSHPx活性增强，清除自由基和LPO能力加强，可对加强免疫反应起协调作用，有利于延缓免疫系统衰老。人体硒水平可以看作是衰老的指标器，补充适量的硒可以抗衰老。4.3 硒对某些有毒金属元素的解毒作用2023实验证明，硒在体内可以拮抗、缓解或降低多种有害金属如汞、镉、铅等的毒性作用。有毒金属能损害机体的免疫功能，硒可与这些有毒金属形成不溶性物质，对人畜抵御环境中重金属污染起一定作用，从而减轻有毒元素对机体免疫功能的损伤。4.4 硒对婴幼儿佝偻病的治疗作用实验结果证明婴幼儿佝偻病存在着缺硒问题，并可能因为缺硒，佝偻病婴幼儿的抵抗能力下降，易并发其它疾病。而微量元素硒可增强免疫功能，缺硒对佝偻病患儿影响的分子水平的作用机理尚待探讨，补硒可以改善和提高患者免疫功能，对治疗佝偻病具有一定的辅助作用。4.5 硒与人类及动物繁殖的关系硒早已在动物的生育中被认为是一种成功繁殖的必要因素。在兽医实践中，特发性的流产一再被证明与硒的缺乏有关，研究证明补给硒能有效防止早期妊娠失败。Barrington和他的同事们发现怀孕头3个月流产或再度流产的妇女也有明显的血清低硒，指出早期的妊娠失败可能与由于硒依赖的GPx浓度过低导致的生物膜和DNA抗氧化保护能力下降有关。进一步研究发现：经历过反复流产的未孕妇女的硒水平比对照组妇女低，但这种差异无显著性。在这项研究中对照组妇女的选择是值得讨论的，因为其中没有排除流产的妇女。硒对男性的生育能力来说是必不可少的，睾酮的生物合成需要硒，精子的形成和正常发育需要硒。在生育低下的男性研究对象中，精浆中的硒浓度与精子浓度正相关。缺硒饮食喂养的动物的精子体部出现了结构的异常，精子的活动能力差，尾部有断裂的趋势，从而减少了受精的机会。Ursin等发现谷胱甘肽过氧化物酶GPx4被成熟精子体部的线粒体膜聚合为一种结合蛋白。由于GPx4占了线粒体膜的50%，且GPx4被认为能保护发育中的精子细胞免受过氧化损伤，这种聚合物很可能赋予精子稳定性及运动性所需的结构完整性。4.6 硒的抗炎作用2931硒既是抗氧化剂，也是抗炎剂。这是因为硒在抗氧化中的作用，特别是GPx，它能减少过氧化氢、脂质和磷脂过氧化氢，从而能减少自由基及活性氧类的集聚。在环氧化酶和脂氧合酶途径中，GPx可减少氢过氧化物的中间产物，从而抑制引起炎症的前列环素和白三烯的产生。另外，GPx还能通过除去过氧化氢和减少超氧化物的产生而调节呼吸爆发。与氧化反应增加和炎症有关的疾病，都受到硒水平的影响，类风湿性关节炎、胰腺炎及气喘则属这种情况。针对患类风湿性关节炎的病人进行的双盲随机试验表明，适量补硒可明显减少病痛和关节损害。有证据表明硒在胰腺炎中的保护作用。胰腺炎是一种高氧化反应疾病，以硒和其它抗氧化剂对慢性复发性胰腺炎患者治疗，可显著减少病痛和发作频率。静脉注射补硒，可使治疗组的死亡率明显下降。此外对照研究发现成人饮食中硒的摄入量对气喘具有保护性意义，以亚硒酸钠的形式给患者补硒临床上有明显改善。5 探 讨不同化学形式的硒有不同的代谢途径，因此其生物利用率也不同；而生物利用率不仅取决于化学形式，还受硒化物存在的环境因素影响，如摄入存在于动植物食品中的硒化物和摄入其纯品的生物利用率是不同的。所以这是一个相当复杂的、而目前研究手段还未能解决的问题。但我们可用一些已有的代谢研究结果作参考。 Janghorbani等曾报告和归纳了硒代谢库模式，其基本内容是：机体有两个硒代谢库。库I含除了硒蛋氨酸(Se-Met)、各个硒蛋白以及代谢产物等。库II仅含Se-Met。库I的硒不能进入库II或合成Se-Met，而库II的硒仅来自于Se-Met,并可进入库I。我们曾以硒酸钠和硒蛋氨酸两种形式的硒，给低硒人体进行了长达1年的补硒实验。结果表明，两种形式的硒对于提高机体GPx活力的效果是一样的；但补硒酸钠组在GPx达饱和后，机体硒水平不再升高，而补硒蛋氨酸组机体硒水平仍可升高。这就验证了两个硒库的理论。 目前常用的补硒制剂主要包括有机物(硒蛋氨酸)和无机物(亚硒酸钠或硒酸钠)。硒主要在小肠吸收，人体对硒的吸收率很高，约为50%100%。膳食来源的硒主要以硒蛋氨酸形式存在。硒蛋氨酸和硒酵母中生物结合形式的硒在直接清除氧自由基、抑制脂质过氧化方面，在激发免疫反应、促进免疫蛋白合成、刺激淋巴细胞增殖方面，在提高肝脏、肌肉中硒含量和提高肝GSHPx活性方面，效果均明显好于无机硒化合物。与硒的无机盐相比，硒蛋氨酸不仅生物学活性高出许多，而且更容易被吸收，从尿、粪中丢失得少，在体内保留时间长。有机硒与无机硒的中毒剂量接近，且症状相同。为提高硒营养水平，有专家推荐，应以增加膳食硒(主要是硒蛋氨酸)为主。影响硒有效性的因素有很多。提高硒有效性的因素包括：蛋氨酸/蛋白质的比值、维生素A、维生素E、维生素C和合成的抗氧化剂等。降低硒有效性的因素包括：重金属含量、维生素B6缺乏、维生素E缺乏、蛋氨酸缺乏、核黄素缺乏、维生素B12缺乏和元素硫过量等。因此，我们在考虑补硒的形式时，应首先考虑补硒的目的。从营养学角度考虑，由于膳食中的硒以硒蛋氨酸形式为主，因此以提高膳食硒为佳，既可维持硒功能蛋白水平，又可使体内有一定的储备。参考文献：1.罗海吉，吉雁鸿.硒的生物学作用及意义.微量元素与健康研究J，2000;2.廖鲁兴，李巧云，赖玉熔.硒与体内酶活性及其它元素分布的关系J.国外医学地理学分册，1995;3.赵向东.硒的饮食推荐量J.国外医学医学地理学分册，1998;4.柴希运，温同春.硒与肿瘤J.国外医学医学地理分册，1