硒的研究进展概况_中国补硒协会

硒的研究进展概况

来源:未知更新时间:2011-02-26 13:27 作者:admin 点击:次

“微量元素与健康”是近二十年来生物和医学中新开辟的一个研究领域。它的进展是与近代科技飞速发展分不开的。特别是尖端物理和化学分析手段的建立，使生物样品中含量极微的无机元素测量成为可能；同时，细胞生物学和分子生物学的发展为无机元素的生物学作用的研究奠定了基础。

目前，确认为人和动物必需的微量元素有：Fe、Cu、Zn、F、I、Se、Mn、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。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。以单一元素作为议题而举行的国际讨论会，硒是最早的一个。第一届硒在生物和医学中的国际讨论会（the International Symposium on “selenium in Biology and Medicine”）于1966年召开，至今已开五届，1996年将在北京举行第六界，这说明中国在硒研究领域中有一定的地位。现将我们对硒的基本认识概括如下。

一、硒的生物活性形成——含硒酶和蛋白

1、谷胱甘肽过氧化物酶（Glutathioe Peroxidase，GSH-Px，GPx）：（1）发现：1972年美国J.T.Rotruck等发现硒是GPx的一个必须组分，揭示了硒的第一个生物活性形式。随后，1973年德国L.Flohe测得1个酶分子含4个硒原子；1978年美国Forstrom和A.L.Tappel鉴别出活性中心是硒半胱氨酸（Se－Cys）；1979年德国Ladenstein测得牛细胞GPx结构和氨基酸排列顺序。（2）分布：遍布全身各器官组织体液（包括免疫系统）中。细胞内：红细胞GPx在骨骼中合成；细胞中GPx在肝脏中合成。细胞外：血浆中GPx在肾脏中合成；另外在奶和肺粘液中均有。（3）功能：GPx通过催化下面的反应，用其特异底物－还原型谷胱甘肽（GSH）将体内代谢产生的脂质氢过氧化物（或H2O2）还原成无害的醇类（或H2O），从而起到了保护细胞和细胞膜免遭氧化损伤的作用。

2、谷胱甘肽磷脂氢过氧化物酶（Phospholipid hytroperoxide gltathine peroxidase，PHGPx）：（1）发现：1982年意大利学者F.Ursini发现。与GPx不同的是，它可以用磷脂氢过氧化物作为特异底物；1分子酶含1原子硒。它的活性中心也是Se－Cys。（2）分布：主要的一种位膜上（核膜、线粒体膜、细胞膜等），另一种是可溶性的位于胞浆中。在睾丸中酶活较其他器官高。（3）功能：与GPx类似，可看作是一类同功酶。其抗氧化作用主要在膜的脂质上，因此，能较好地解释硒与VE的互补节约作用。

3、硒蛋白－P（Se－P）：（1）发现：1972年美国学者R.F.Burk在大鼠血浆中发现一种不同于GPx的含硒蛋白，并命名为硒蛋白－P。1989年才得到大鼠的单克隆抗体。1992年成功地测定了Se－P的mRNA，并从其基因顺序发现它是含10个Se－CyS的特殊硒蛋白。（2）分布：在血浆中，由肝脏合成。最近在心肌中发现其mRNA。（3）功能：正在探讨中。可能属于氧化还原酶类。

4、Ⅰ型5’－脱碘酶（Type I iodothyronine 5’－ID－I）：（1）发现：1990年英国J.R.Arthur 和德国D.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，J.R.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M.J.Berry and P.R.Larsen测定mRNA中UGA密码和氨基酸排列顺序，证明其活性中心是Se－CyS。（2）分布：大鼠甲状腺、肝、肾和脑垂体。（3）功能：催化甲状腺激素T4向其活性形式T3转化，从而开辟了硒的非抗氧化功能途径。

二、硒的分子生物学研究动态

1、Se－CyS是遗传密码正常编码的第21个氨基酸，其密码子为TGA。1983年，美国W.C.Hawkes和A.L.Tappel在进行Se－CyS掺入GPx研究中，在大鼠肝中鉴别出一个对Se－CyS特异的t－RNA，首先暗示了存在一个为Se－CyS编码的密码子，1986年，F.Zinoni和I.Chambers分别同时发现大肠杆菌含硒酶甲酸脱氢酶和小鼠GPx基因编码内为Se－CyS的密码子是一般认为的终端密码子UGA。1987年，Sukenaga证明人肝GPx基因也是如此。1988年，法国Leinfelder证明了Se－CyS以一种非常规方式一专一的共翻译插入机制掺入到蛋白质中，其掺入过程中还必须有另外4个基因参与。最近德国的A.Bock又对这4个基因的参与过程作了详细的研究。

2、硒对GPx的调节是基因水平上的调节：美国R.A.Sunde用分子杂交cDNA探针法测定大鼠GPx的mRNA量，证明硒对GPx的调节是细胞核外转录后的调节。日本N.Imura用大鼠、小鼠和豚鼠实验得到了相同的结果，并证明豚鼠红细胞GPx的mRNA在骨髓中转录。

三、硒与人体健康的关系

1.自由基与疾病：除了厌氧生物外，所有动物和植物均需氧才能存活。生命的起源和进化离不开氧，以及与之密切相关的活性氧和自由基。除了起有益作用外，这些活性氧和自由基有多余时，就会有害于自身细胞。

近年来，医学研究发现许多疾病的发病过程均与自由基有关。如克山病的心肌损伤；肿瘤的化学致癌、辐射致癌、吸烟致癌、癌基因表达等；动脉粥样硬化的脂质过氧化损伤；白内障、衰老过程、炎症等无不与活性氧和自由基有关。

2.机体抗搓化防御系统：生物体在进化过程中形成了一套完整的防御系统。其中为应付活性氧和自由基，就有了抗氧化防御系统。它们包括抗氧化酶类（如SOD，CAT，GPx，PHGPx，GST和Se－P等）和非酶自由基清除剂（如VE，VC，GSH，COQ和胡萝卜等）。由于硒是若干抗氧化酶的必需组分，因此，机体硒水平的高低直接影响了机体抗氧化能力，以及对相关疾病的抵抗能力。

3.硒的主要防病途径：（1）在细胞和体液中，通过含硒抗氧化酶或蛋白（GPx，PHGPx，Se－P…）消除脂质氢过氧化物，阻断活性氧和自由基的致病作用。（2）通过免疫系统（B淋巴细胞，T淋巴细胞，巨噬细胞）中的GPx，控制H2O2的释放来调节杀伤作用和保护自身。（3）通过5’－ID－I调节甲状腺激素来影响机体代谢。（4）通过体内硒代谢产物抑制癌细胞生长。（5）通过硒化物的药理作用，如抑菌、拮抗有毒金属等。

四、硒的需要量和安全量

既然硒对我们自身健康有益，那么我们是否需要补充一些硒呢？

一般来说，是的。因为中国从东北到西南的15个省区属于低硒地带，硒的摄入量普遍偏低。如北京居民每天摄入大约60～80μg硒。

我们知道，任何营养素都有其适宜摄入量范围。Bertrand模式图表明了这一点，少了会缺乏，多了会中毒。各营养素的差异仅在适宜的范围的宽窄不同而已。

1982～1990年，我所杨光圻教授工作组在低硒的克山病地区和高硒的湖北恩施地区进行了长达八年的硒需要量和安全量的研究工作，结果如下：（1）硒的最低需要量（以预防克山病发生为界线）：17μg/日（全血硒约0.05μg/ml）；（2）硒的生理需要量（以硒的生物活性形式GPx在血浆中达到恒定饱和为正常生理功能指标）：40μg/日（全血硒约0.1μg/ml）；（3）硒的界限中毒量（指甲变形）：800μg/日（全血硒约1.0μg/ml）；（4）推荐膳食硒供给量范围：50～250μg/日（全血硒约0.1～0.4μg/ml）；膳食硒最高安全摄入量：400μg/日（全血硒约0.6μg/ml）。

这些数据已为FAO/WHO/IAEA三个国际组织所采用，也是我国和美国制定RDA的依据。此项成果已获卫生部科技进步一等奖和国际科技进步二等奖。

五、有关补硒的形式

这是一个相当复杂，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。M.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）以外的所有硒化物，包括无机硒化物、Se－CyS、硒蛋白－PGPx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一年的补硒实验。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。

因此，我们在考虑补硒的形式问题时，可首先考虑补硒的目的。若为提高机体含硒功能蛋白水平，那么硒的形式是相对次要的，关键是要选择生物利用率高而毒性小的。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。

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