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硒 (Selenium) 是一种无机非金属元素, 由瑞典化学家Berzelius于1817年在土壤中发现, 最初被认为是一种毒性物质, 人们对其的认识也仅限于毒理学上。上世纪中叶, Schwarz和Foltz发现了硒的营养价值, 随后硒很快成为研究的热点。1973年, Rotruck发现硒是动物体内谷胱甘肽过氧化物酶 (Glutathione Peroxidase Enzymes, GSH-Px) 的重要组成成分, 从此人类才开始正确认识到硒的生物化学作用, 同年世界卫生组织 (WHO) 宣布硒是人体生命活动中不可或缺的必需微量元素。1979年中国学者发现硒可有效预防克山病的发生;1988年中国营养学会将硒作为日常膳食中必需的微量元素之一;20世纪末研究发现硒能替换半胱氨酸中的硫原子形成硒代半胱氨酸, 参与蛋白质的合成[1]。硒元素主要以硒蛋白的形式发挥生物学效应, 目前已有30余种硒蛋白被发现, 但其对人体健康的影响尚未完全清楚, 硒的生物化学特性仍在不断研究中。硒元素在抗氧化、调节免疫功能、预防心血管疾病、抗病毒、抗衰老、抗癌等诸多方面均具有一定的积极作用。
1、硒缺乏相关疾病
植物从土壤中吸收硒, 硒开始进入食物链。世界上一些地区出现硒缺乏疾病的原因是土壤硒含量低, 例如在火山区, 酸性土壤中的硒与铁或铝络合, 植物对硒的吸收减少。20世纪50年代, 欧洲许多畜牧国家由于酸性土壤条件, 动物硒缺乏疾病广泛存在, 如生殖障碍、生长抑制和白肌病等, 给畜牧业带来了严重的经济损失, 后来通过采取给牧场施加硒肥等措施来进行预防, 取得了良好的效果。因土壤硒含量不同, 不同地区人群的硒摄入量存在差异;目前, 部分缺硒引起的疾病已经被认识, 如克山病、地方性心肌病、大骨节病、变形性关节炎等[2]。
20世纪60年代, 我国从东北到西南的农村里暴发流行一种地方性心肌病, 以多发性灶状心肌坏死为主要病理表现, 其发病率和病死率极高。1973年, 中国医学科学院克山病防治科研小分队通过调查发现, 克山病区居民血及发硒浓度均较非病区低, 当时初步认为可能与当地居民硒的摄入量过低有关;进一步研究后发现, 在克山病地区的家畜中白肌病发病率较高, 经过补充硒元素后发病率显着降低。受此启发, 研究人员对高发地区居民进行了口服亚硒酸钠预防克山病效果观察, 经过几年的大样本双盲试验研究发现, 克山病发病率由原来的13.6/10万降至0/10万, 结果表明补充硒元素可以有效预防克山病的发生[3]。1977年我国缺硒的地区通过推广用硒片、硒盐、施硒肥等预防措施, 克山病发病率明显下降, 1984年我国北方11省的发病率仅为1.7/10万, 此后我国再无克山病暴发流行[4]。2011年, 康芬艳等[5]报道, 甘肃省大骨节病病区儿童与非病区儿童发硒含量比较, 病区儿童硒营养水平较低。
2、硒与免疫功能
研究表明, 人体硒缺乏会导致细胞介导的免疫功能和B细胞功能受损, 甚至失去免疫活性;人体即使在硒不缺乏的状态下补充硒也能明显改善免疫功能。硒除了可以使免疫活性T细胞作用增强, 促进淋巴细胞对肿瘤细胞的杀伤作用外, 也能增强自然杀伤细胞的活性。Broome等[6]报道, 在英国低硒地区, 每天平均补充亚硒酸钠50~100μg能明显增加人群清除脊髓灰质炎病毒的速率。Roy等[7]给志愿者每天补充亚硒酸钠200μg后发现, 志愿者淋巴细胞对抗原刺激的反应能力增强, 淋巴细胞更易分化为细胞毒性淋巴细胞并摧毁肿瘤细胞, 细胞毒性淋巴细胞介导的肿瘤细胞毒性增加了118%, 自然杀伤细胞活性增加了82%。一些研究结果显示, 硒对延长人体寿命可能起重要作用, 调查发现长寿地区398位百岁老人血液的硒含量明显高于同地区的年轻人[8-9]。
3、硒与病毒及细菌感染
硒缺乏与某些病毒感染及疾病的进展有关[10]。Beck等[11]报道, 在硒缺乏的宿主中, 危险程度很低的病毒可能也会变得致命。Dworkin等[12]通过研究发现, 艾滋病患者的血浆硒水平和心肌硒含量都显着低于健康对照者;Horik等[13]在体外实验中发现, 补充硒元素有助于抑制HIV-1病毒的复制。硒缺乏还与细菌感染相关, 印度的一项研究发现, 肺结核患者血清硒水平明显低于正常人群, 因此认为低血清硒水平可能与分枝杆菌引起患者肺部感染风险增加相关[14]。Taylor等[10]报道, 在低硒条件下, 细胞氧化应激反应和细胞凋亡增强, 会进一步导致细胞损伤;充足的硒能提高机体的细胞免疫及体液免疫水平, 降低细胞炎症反应, 减少细胞凋亡。
4、硒与心血管疾病
人体的含硒量与心血管疾病的发生存在相关性。楼晓明等[15]通过调查发现, 富硒地区人群脑卒中和冠心病的发病率显着低于非富硒地区, 富硒地区人群GSH-Px及B淋巴细胞水平明显高于非富硒地区。方正等[16]报道, 不同地域的含硒量不同, 人体含硒量存在差异, 人群高血压、冠心病的发病率也不相同, 富硒地区人群的心血管疾病发病率显着低于非富硒地区。进一步的研究发现, 当人体血硒浓度低于45μg/L以上时, 其心血管疾病的发病率和病死率会增加2~3倍[17]。Suadicani等[18]报道, 丹麦中老年男性血清硒低于79μg/L时, 其缺血性心脏病的发生风险明显增加。硒可以预防心血管疾病的发生, 但其具体作用机制目前尚未明确, 可能与补充硒能增加GSH-Px浓度, 而GSHPx能通过抑制脂质发生过氧化反应及减少血小板聚集、减少与脂蛋白相关的磷脂和胆固醇酯的过氧化物生成, 从而减少低密度脂蛋白在动脉壁中的积累等有关[19-20]。因此, 对心血管疾病发生率较高的中老年人, 特别是在非富硒地区的中老年人, 必须注意通过膳食营养维持硒的均衡。
5、硒与癌症
流行病学研究表明, 硒摄入量与癌症死亡率呈反比关系。Schrauzer等[21]在一项针对27个国家的研究中发现, 人群硒摄入与整体年龄调整后的癌症死亡率呈负相关, 美国使用硒肥地区人群的癌症死亡率均显着低于低硒地区[22]。Clark等[23]在硒防治癌症的试验中, 选取了1 312例罹患鳞状上皮或基底细胞性皮肤癌患者, 随机分为试验组及对照组, 实验组患者每天含硒服硒酵母200μg, 对照组不含服硒酵母。随访8年后发现, 两组患者的癌症总死亡率, 肺癌、结肠癌及前列腺癌的发病率、病死率比较差异均具有统计学意义, 试验组患者癌症病死率降低了48%, 其中男性血硒基线水平最低者补硒后肿瘤发病率降低最明显。
1985~1991年, 中国医科院肿瘤医院和美国国家癌症研究所在我国河南省林县对近3万人开展了为期6年的随机双盲安慰剂对照干预研究, 人群被分为试验组和对照组, 试验组人群给予硒干预, 对照组人群不给予硒干预。结果显示, 试验组人群总死亡率下降9%, 总癌症死亡率下降13%, 胃癌死亡率下降20%[24]。王少明等对全队列人群进行长达22年的随访, 随访至2013年3月31日, 平均随访期10年。结果显示, 55岁以下人群的总死亡率, 总癌症死亡率及食管癌死亡率均明显降低[25]。Yu等[26]将226例乙肝抗原携带者随机分为硒酵母组 (200μg) 和安慰剂组进行了前瞻性观察研究, 4年后硒酵母组携带者无肝癌发生, 而安慰剂组携带者有7例发生肝癌, 提示补充硒能显着降低乙型肝炎病毒携带者发生肝癌的概率。
6、硒的抗氧化作用
硒, 特别是GSH-Px, 可以降低机体过氧化氢, 脂质和磷脂氢过氧化物水平, 从而抑制自由基和活性氧化物的蓄积[27]。钟国赣等[28]研究发现, 将黄嘌呤-黄嘌呤氧化酶 (X-XOD) 加入培养基中, 诱导超氧阴离子自由基, 造成心肌细胞自由基损伤。随着心肌细胞自由基含量的增多, 心肌动作电位及膜输入阻抗检测表现为膜损伤, 超微结构呈现以肌丝、线粒体损伤为主的克山病样病理改变。在培养基中添加硒和锰后发现可对抗X-XOD所致的氧化损伤。硒除了抑制自由基的产生及蓄积, 还可以形成惰性金属硒化物来减少重金属的毒性, 如防止汞毒性发生等[2]。
7、人体硒的来源
在自然界食物链中, 硒来源于土壤, 土壤中含硒量低是一些地区出现硒缺乏疾病的原因。我国幅员辽阔, 不同地域土壤中的硒含量分布不均, 同时存在世界上硒水平最低和最高的地区[29]。从地理流行病学来说, 我国东北到西南存在一条低硒地带, 且与克山病的分布情况相一致[30]。
硒在自然界的循环很复杂, “土壤-植物-动物-人体”中硒的转化过程是从无机硒转变成有机硒的过程。环境中的无机硒通过高等植物的同化作用进入生命有机体系, 植物性较动物性含硒产品的生物有效性高, 而且其中的有机硒比无机硒安全有效, 所以植物硒是决定食物链硒水平的重要环节[31]。
人体无法自行合成硒元素, 只能依靠外界获取硒。人体硒的主要来源是食物, 而食物中的硒主要来自谷物、肉类和海产。在中国营养学会 (2013) 发布的报告中, 硒的推荐摄入量 (RNI) 为60μg/d, 可耐受最高摄入量为400μg/d。但由于不同地区的土壤硒含量不一样, 因此以食物成分表来计算硒的摄入量是不准确的, 应以实际检测结果为准。
8、小结
20世纪80年代, 对硒的研究取得了可喜的成绩, 中国的科学家在硒的研究中作出巨大的贡献, 但近20年来对硒的研究一直停步不前。硒是一个与人体健康密切相关的微量元素, 近年来人们发现长寿地区 (如广西巴马、湖北恩施) 都属于富硒地区, 因此认为硒与人类寿命似乎有某种联系, 但其中的机制还有待研究证实。硒能抵御疾病、促进健康的机制值得我们进一步探索和研究。由于补充硒元素有潜在硒中毒的危险, 因此在膳食中合理应用硒来预防及治疗疾病, 需要根据地域、人群及需求来制定具体的饮食方案。
参考文献
[1]Stadtman TC.Selenoproteins-tracing the role of a trace element in protein function[J].PLo S Biol, 2005, 3 (12) :e421.
[2]Reilly C.Selenium in Food and Health[J].Springer Berlin, 1996.
[3]Listed N.Observations on effect of sodium selenite in prevention of Keshan disease[J].Chin Med J, 1979, 92 (7) :471.
[4]夏弈明.中国人体硒营养研究回顾[J].营养学报, 2011, 33 (4) :329-334.
[5]康芬艳, 李拥军, 魏静.2011年甘肃省大骨节病病区儿童发硒含量检测结果分析[J].中华地方病学杂志, 2013, 32 (5) :556-558.
[6]Broome CS, Mcardle F, Kyle JA, et al.An increase in Selenium intake improves immune function and poliovirus handling in adults with marginal Selenium status[J].Am J Clin Nutr, 2004, 80 (1) :154-162.
[7]Roy M, Kiremidjian-Schumacher L, Wishe HI, et al.Supplementation with Selenium and human immune cell functions.I.Effect on lymphocyte proliferation and interleukin2 receptor expression[J].Biol Trace Elem Res, 1994, 41 (1/2) :103-114.
[8]施小明, 殷召雪, 钱汉竹, 等.我国长寿地区百岁老人慢性病及有关健康指标研究[J].中华预防医学杂志, 2010, 44 (2) :101-107.