微量元素硒与人体健康

摘 要:硒是人体必需的微量元素之一。硒通过生物的地球化学营养链给人以影响。其与机体的抗氧化能力、免疫功能、抗癌作用等有着重要的关系。文章从硒在机体的存在及对机体的生化功能出发,探讨微量元素硒与人体的健康关系。

关键词:硒;癌症;纳米硒

中图分类号:Q581文献标识码:A文章编号:1000-8136(2010)05-0096-03

硒在地球中的丰度为0.00 009%,几乎没有含硒量高的矿物。天然存在的硒的同位素由:80Se(49.8%)78Se(23.5%),76Se(9.0%),82Se(9.2%),77Se(7.6%),74Se(0.87%)75Se是一种很有用的核反应或中子活化制得的放射性同位素,它广泛应用于生物示踪实验和疾病诊断,在硒的生命科学的研究中是不可缺少的。硒作为一种必需微量元素的发现过程,大致经历以下阶段:①Schwarz发现某些天然物质能够防止大鼠食饵性坏死。②Schwarz和Foltz均证明,硒是防止食饵性肝坏死的一种保护因子。③ Roctrack 和Hoekstra证明,硒是谷胱甘肽过氧化物酶(GSH-Px)的活性成分。④20世纪70年代初,中国克山病研究工作者发现克山病与人群处于贫硒状态有关采用硒盐之后,对克山病有预防作用。⑤世界卫生组织(WHO)1973年确认硒是人类生命必须14种微量元素的第一种微量元素,缺硒会严重影响人的身体健康。在后来的生命科学研究中逐渐阐明了硒在机体的作用及与相关疾病的机理。

1 硒与衰老

1.1 衰老的机理

在生物体内,细胞的衰老是最常见的现象,而机体的衰老是细胞衰老的宏观现象。目前得到大家普遍认识的有:①基因表达出错及代谢物的积累;②衰老基因与抗衰老基因的调节;③活性氧基团导致的衰老:在正常的生命过程中,细胞会产生自由基,当自由基与其他分子反应时,产生的活性氧基团(ROS)能够导致细胞发生氧化性损伤而导致细胞老化。其主要表现为:引起核酸、蛋白质、脂质等物质氧化损伤。另外,自由基还可与不饱和脂酸产生过氧脂质,导致细胞能量生成障碍,蛋白质合成受阻,引起机体衰老。

1.2 硒与抗衰老

硒的生物抗氧化作用可分为酶类和非酶类,前者主要是通过谷胱甘肽过氧化物酶(GSH-Px进行的。GSH-Px是哺乳动物第一个公认的含硒酶,在提纯的酶中,硒的含量为4 molSe/mol酶,GSH-Px的分子量为76 000~92 000(不同来源的酶有一定差异),由4个几乎相同的亚基组成,每个亚基含一个硒代半胱氨酸。此酶的活性中心是硒胱氨酸GSH-Px,广泛存在哺乳动物的红细胞、肝、肺、心、肾、脑及其他组织,它催化还原性谷胱甘肽还原体内有害的过氧化物,包括过氧化氢。从而保护生物膜免受过氧化物的氧化损伤。意大利Ursini教授发现的哺乳动物的第二个硒酶PHGPX,其一分子酶含一分子硒,其与活化中心GSH-PX相同,为硒半胱氨酸(Se-cys)。PHGPX分布于除红细胞以外的所有组织,在对底物的选择性不同于GSH-PX,GSH-PX作用于亲水性过氧化物,PHGPX作用于像磷脂一样的双亲性过氧化物。

后者非酶硒也在体内发挥抗氧化作用,Tapple曾提出硒的抗氧化作用可能包括以下5个方面:①清除脂质过氧化自由基中间产物;②分解脂质过氧化物;③修复水化自由基引起的硫化合物的分子损伤;④在水化自由基破怀生命物质之前将其清除或转变为稳定的化合物;⑤催化巯基化合物作为保护剂的反应。

人们很早发现维生素E抗氧化作用与硒的关联,在保护生物膜免受氧化的方面,维生素E和硒有协同作用。维生素E结合于生物膜上,阻止、减少活性氧的形成,含硒GSH-PX破坏,分解以形成的过氧化物,此外,硒还参与维生素A、维生素Q的生化合成,对机体有着重要的功能。

2 硒与癌症

2.1 机体硒状态与癌症

一系列流行病学研究表明,区域性的硒的生物利用度与当地的居民的癌症死亡率有着明显的关系。Shamberger等发现,美国一些硒水平不同的州,土壤、谷物硒水平越低,癌症死亡率越高。Schrauzer扩大调查范围至27个国家和地区,发现多种癌症的死亡率与当地食物硒的摄入量呈负相关。于树玉等对中国肝癌高发区——江苏启东调查表明,肝癌的死亡率与当地粮食和居民血硒呈负相关。一项来自美国哈佛消息对3.4万人前瞻性研究显示有关硒与前列腺癌的关系,通过指甲硒的测定,硒状况最低的1/5人群患癌的可能性是最高的1/5人群的3倍。据统计,已有22种甚或更多种类癌症的发生、发展和机体低硒显著相关。动物实验表明,在饲料或饮水中加入3ug/g~6ug/g的亚硒酸钠,能使动物的肝癌发病率降低50%,加入4ug/g水平的亚硒酸钠,能使结肠癌的诱发率降低50%,对于乳腺癌,硒有明显的抑制作用,能降低发病率,或减少肿瘤、或延长潜伏期、或兼而有之。给动物饲料加亚硒酸钠或硒化钠,对动物的白血病,致病物质引起的肉瘤、乳头状瘤,及肝细胞的分裂、繁殖和生长,均有显著的抑制作用,临床观察发现给急性和慢性白血病人服硒胱氨酸,结果使白细胞明显减少,肿大肝脏也明显缩小,硒化物的用量100 mg/d,10～57 d后,疗效明显,硒化物对未成熟白细胞的生成的抑制作用特别明显。

2.2 硒的抗癌机理

(1)大量的研究表明,硒具有抑制蛋白质和DNA的生物合成,硒对细胞周期中的有丝分裂期有延迟作用,同时延长细胞有丝分裂铅的静止期并为DNA修复创造条件。硒可以通过抑制或调节受增生刺激的细胞的增生来降低细胞的恶变,并对肿瘤细胞有促进分化和抑制分裂的双向调节。因此认为,硒是癌基因表达的调控因子。

(2)(PKC)——依赖钙和磷脂的蛋白激酶是动物体的蛋白磷酸化系统的一种重要的酶。在细胞信号转导通路中起重要作用,硒及硒的化合物可以抑制PKC的活性,从而阻断癌细胞分裂增值的信息传递。

(3)硒对有活性的化学复合物诱发的细胞突变有抑制作用,有抗致突变作用。致癌剂增加了染色体的交换频率,而硒干扰了此过程的某些环节,从而减轻了对细胞DNA的损伤,提高了对致癌物的抵抗能力,而且硒能够调控肝和肝线粒体的结构功能,选择性地限制肝细胞的能量代谢,从而起到抑制癌细胞的生长作用。

(4)有关研究发现一种天然的含硒物质(SDG),不具备氧化特征,但可抑制肿瘤细胞的DNA合成,并诱导肿瘤细胞凋亡。

2.3 硒与凋亡

Yang等报道,硒化合物NaSeVO诱导的K562细胞凋亡具有典型的凋亡形态特征,如细胞膜表面微绒毛消失、核固缩、核碎裂等,处理后可引起K562细胞内线粒体CytochromeC释放,PAP裂解,IκBα降解减少及NF-κB核转移抑制,其抗肿瘤作用的机理涉及肿瘤细胞凋亡的线粒体途径,并依赖于NF-κB/IκBα信号转导途径的介导。硒化合物可以通过CDKs、Cyclins、p21、p53等周期蛋白相关的多条分子通道和多个蛋白调节点,将癌细胞阻滞于G0/G1期和(或)G2/M期,从而抑制癌细胞生长,诱导癌细胞凋亡。

随着对硒化合物生理功能研究的深入,流行病学、前瞻性研究都不断证明,硒化合物与肿瘤的发生、发展和防治都具有紧密关系,硒化合物诱导肿瘤细胞凋亡是其对肿瘤的抑制作用中最重要的一个方面。研究其对肿瘤细胞的凋亡诱导,有利于开发抗肿瘤药物,为硒化合物的临床研究奠定了坚实的基础。

3 硒与免疫

硒能有效提高机体免疫水平,其作用涉及体液和细胞免疫。在体液方面,提高免疫球蛋白含量,还能抵消免疫抑制剂(甲基汞)的免疫抑制。在细胞免疫方面,补硒动物对致敏剂高于对照组,在混合淋巴细胞培养(MLC)体系中,硒对同种抗原刺激所致的淋巴细胞增值有促进作用。硒还有利于细胞毒性T淋巴细胞(CTL)的诱导并明显加强CTL的细胞毒性。在另一研究中发现,硒能激活巨噬细胞,增强中性粒细胞的驱化、吞噬和杀菌功能。

4 硒与其他元素相互作用

硒与其他元素的相互作用包括硒与一些非金属、金属元素在生物效应上的一些拮抗、协同等作用。如:①硫能影响硒的吸收、保留、排泄等环节,硫酸盐能拮抗硒的毒性;②硒和砷的相互作用复杂,砷对硒的毒性的抑制,硒拮抗砷的毒性,共同形成解毒复合物;③镉能对动物造成多种病理损害,而硒对其有广泛的解毒效果;④铅中毒能引起胃肠道、中枢神经系统和造血机能损害,而硒和维生素E都能降低铅的毒性。近年来,随着对硒研究的不断深入,人们发现硒有拮抗铅毒性的作用:一方面硒是体内抗氧化系统的重要组成成分,能明显改善铅中毒诱发的脂质过氧化反应,减轻铅的危害;另一方面硒与金属有很强的亲和力,可在体内与铅结合形成金属硒蛋白复合物,从而可降低铅的毒性作用;⑤碲-硒相互作用最明显的是碲拮抗硒引起动物的硒缺乏性病变。

5 硒元素与人体健康

5.1 硒在人体内的吸收、分布和排泄

人体内共含硒14 mg～21 mg,以肝、胰、肾、视网膜、虹膜、晶状体含硒最丰富。血清硒0.079 mg/L+0.03 mg/L,全血硒183 ug/L+

36 ug/L,儿童36 ug/L～65 ug/L,头发硒,正常成年人0.55 ug/g各种化合硒主要由呼吸道和消化道吸收,皮肤补吸收,无机硒盐被酶转化为亚硒酸盐,然后再形成硒蛋白复合物。硒主要是从尿排出,部分经胆汁由粪便排出,尿硒的正常范围是0 mg/L～0.15 mg/L。

5.2 硒与相关疾病

5.2.1 硒与心血管疾病

硒具有强烈的氧化作用,能防止因脂质过氧化物堆积引起的心肌细胞损害,对心肌有保护作用。硒在维持心血管结构和功能方面起积极作用,据流行病学调查,缺硒与心血管疾病密切相关,国外用硒治疗冠心病,中国用硒防治克山病,都有显著的疗效,所以硒对心血管疾病有不可估量的作用。

5.2.2 硒与艾滋病

硒在HIV病理过程中发挥了双重作用:一是减轻活性氧的压迫,延缓HIV基因的激活,同时阻止了NF-kB的活化,限制病毒的复制;另一方面可通过对细胞因子的作用,影响T细胞的活性,但是HIV还需要含硒蛋白编码,这提示注意补硒的用量。

5.3 国内外富硒食品技术研究的途径和技术

(1)用富硒地区土壤中富含硒的特点生产富硒食品,通过施用硒肥来提高谷物等农产品和食品中的含硒量,在作物生长期喷洒硒盐化合物经生物化的转化,将无机硒盐在植物体内转化为有机硒,并以此为基础开发系列富硒食品。

(2)通过植物种子发芽转化法提高含硒量,如富硒麦芽、富硒豆芽等通过动物富集获得富硒产品,动物饲以富硒饲料,经过动物体内转化,可在体内积累丰富的有机硒化合物,从而获得富硒动物产品,这方面较成功的例子是富硒蛋。

(3)利用微生物合成转化法生产高硒产品,当前人们已广泛应用微生物作为硒的生物有机化载体进行富硒食品的研究和开发。富硒酵母是微生物转化的一种高含硒量的生物硒制剂。

5.4 科学补硒

对每一种元素,在人体内都有一个安全最佳的浓度范围,在适宜浓度范围内,人体通过机体内的平衡机制维持体内的最佳状态,并具有有益的生物效应,硒的最佳窗口是50 ug/d～200 ug/d,对于这类生物体需求量小的且最佳窗口窄的微量元素,就要严格控制他们的摄入量,若不足,则生物效应为“存活,缺乏”,若过量,则“毒性,致死”,随着科学技术的不断发展,纳米硒逐渐走近了人们的视野,纳米硒与一般的零价硒相比,发生了物化和生化性的突变,能高效直接清除自由基。预防癌症,辅助治疗癌症需要超营养水平、超剂量的硒,而这些剂量接近或处在硒的毒性范围内,而纳米硒低毒的特点将对人的健康产生深远的意义。