硒的研究进展概况
作者：夏弈明
单位：100050北京，中国预防医学科学院营养与食品卫生研究所微量元素营养研究室
关键词：
中华医学杂志931125 “微量元素与健康”是近二十年来生物学和医学中的一个新的研究领域。它的进展是与近代科技的飞速发展分不开的。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、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于1966年在美国召开。1996年将在北京举行第六届，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重点概括如下。
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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)。
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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。
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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。
二、硒的分子生物学研究动态
1.Se-CyS是遣传密码正常编的第21个氨基酸，其密码子为TGA:1982年美国Hawkes等在进行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Chambers等报告大肠杆菌含硒酶甲酸脱氢酶和小鼠GPx基因编码区内为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Leinfelder等证明了Se-CyS以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Bock又对这4个基因的参与过程作了详细的研究。
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2.硒对GPx的调节是基因水平上的调节：美国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。这些活性氧和自由基除了起有益作用外，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.机体抗氧化防御系统：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(如维生素E、C，GSH，COQ和胡萝卜素等)。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氧化能力，以及对相关疾病的抵抗能力。
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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等)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，巨噬细胞等)中的GPx，控制H2O2的释放来调节杀伤作用和保护自身；(3)通过I型5′-脱碘酶调节甲状腺激素来影响机体代谢；(4)通过体内硒代谢产物(如甲基化产物)的抗癌作用；(5)通过硒的化学药理作用，如抑菌、拮抗有毒金属等；(6)目前还未发现的含硒蛋白功能。
四、硒的需要量和安全量
我们知道，任何营养素都有其适宜摄入量范围，少了会缺乏，多了会中毒，各营养素的差异仅在适宜范围的宽窄不同而已。
1982～1990年我所杨光圻教授等在低硒的克山病地区和高硒的湖北恩施地区进行了长达8年的硒的需要量和安全量的研究工作。结果归纳如下：(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)。由此建议推荐膳食硒供给量范围为每日50-250μg(全血硒约达0.1～0.4μg/ml)；膳食硒最高安全摄入量为每日400μg(全血硒约达0.6μg/ml)。
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这些数据已为FAO/WHO/IAEA三个国际组织所采用，也是我国和美国制订RDA的依据。此项成果已获卫生部科技进步一等奖和国家科技进步二等奖。
五、有关补硒的形式问题
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。
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。
由于我们对硒的功能和各种硒化物的代谢途径还没有完全了解，所以不能武断地说那种形式硒好或不好，只有对单个硒化物或含硒物经过实验研究后才能判断，关键是要选择生物利用率高而毒性小的。
(收稿：1993-06-16), http://www.100md.com
单位：100050北京，中国预防医学科学院营养与食品卫生研究所微量元素营养研究室
关键词：
中华医学杂志931125 “微量元素与健康”是近二十年来生物学和医学中的一个新的研究领域。它的进展是与近代科技的飞速发展分不开的。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、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于1966年在美国召开。1996年将在北京举行第六届，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重点概括如下。
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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)。
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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。
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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。
二、硒的分子生物学研究动态
1.Se-CyS是遣传密码正常编的第21个氨基酸，其密码子为TGA:1982年美国Hawkes等在进行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Chambers等报告大肠杆菌含硒酶甲酸脱氢酶和小鼠GPx基因编码区内为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Leinfelder等证明了Se-CyS以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Bock又对这4个基因的参与过程作了详细的研究。
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2.硒对GPx的调节是基因水平上的调节：美国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。这些活性氧和自由基除了起有益作用外，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.机体抗氧化防御系统：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(如维生素E、C，GSH，COQ和胡萝卜素等)。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氧化能力，以及对相关疾病的抵抗能力。
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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等)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，巨噬细胞等)中的GPx，控制H2O2的释放来调节杀伤作用和保护自身；(3)通过I型5′-脱碘酶调节甲状腺激素来影响机体代谢；(4)通过体内硒代谢产物(如甲基化产物)的抗癌作用；(5)通过硒的化学药理作用，如抑菌、拮抗有毒金属等；(6)目前还未发现的含硒蛋白功能。
四、硒的需要量和安全量
我们知道，任何营养素都有其适宜摄入量范围，少了会缺乏，多了会中毒，各营养素的差异仅在适宜范围的宽窄不同而已。
1982～1990年我所杨光圻教授等在低硒的克山病地区和高硒的湖北恩施地区进行了长达8年的硒的需要量和安全量的研究工作。结果归纳如下：(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)。由此建议推荐膳食硒供给量范围为每日50-250μg(全血硒约达0.1～0.4μg/ml)；膳食硒最高安全摄入量为每日400μg(全血硒约达0.6μg/ml)。
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这些数据已为FAO/WHO/IAEA三个国际组织所采用，也是我国和美国制订RDA的依据。此项成果已获卫生部科技进步一等奖和国家科技进步二等奖。
五、有关补硒的形式问题
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。
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。
由于我们对硒的功能和各种硒化物的代谢途径还没有完全了解，所以不能武断地说那种形式硒好或不好，只有对单个硒化物或含硒物经过实验研究后才能判断，关键是要选择生物利用率高而毒性小的。
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