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硒蛋氨酸的营养、代谢和毒性

发表于:2019-02-19   作者:牟维鹏   来源:未知   点击量:

摘要: 硒是人体必需微量元素。硒蛋氨酸和硒半胱氨酸是膳食硒的主要化学形式。亚硒酸钠和硒酸钠是常用的补硒形式。中国居民膳食以植物性食物为主,而硒蛋氨酸是植物性食物特别是谷类食物中硒的主要化学形式,因此硒蛋氨酸在我国居民营养中占有重要地位。本文拟就国内外有关硒蛋氨酸的存在、代谢和毒性进行综述。
关键词: 硒;硒蛋氨酸;代谢;毒性
 
高硒地区植物中的含硒组分曾被怀疑为有毒成分。实验证实高硒小麦中含有硒蛋氨酸。20 世纪60 年代初,我国湖北恩施地区发生原因不明的脱发、脱甲病症,通过大量现场和实验室工作证实其病因为硒中毒,估计急性中毒时硒的摄入量可能超过30mgPd ,慢性中毒者平均硒摄入量为4. 99mgPd[1 ] 。而另一方面,我国又发现了与硒缺乏有关的克山病。克山病是一种严重危害人民健康的地方性心肌病,病区居民硒的摄入量约为10μgPd。近年来对我国高硒、适硒和低硒地区生长的粮食如大米、玉米、小麦以及大豆进行了硒蛋氨酸含量的测定,发现高硒地区硒蛋氨酸中的硒占总硒的50 %左右,而适硒和低硒地区这一比例可高达80 %左右[3 ,4 ] 。我国农民膳食中70 %的硒来自粮食,由此可见硒蛋氨酸对我国居民硒营养有特殊意义。本文将近年来国内外有关硒蛋氨酸的生物合成、代谢、生物功能和毒性等方面的研究进展综述如下。
 
1 、生物合成
谷类及饲料作物等植物生长不一定需要硒蛋氨酸,但随着蛋氨酸的合成它们能利用环境中特别是土壤中的亚硒酸盐和硒酸盐合成硒蛋氨酸。土壤中的可利用硒越多,植物中的硒蛋氨酸含量越高。有些植物如黄芪属可对抗土壤硒的浓度梯度,具有蓄积硒的功能。由于tRNAMet 不能区分蛋氨酸和硒蛋氨酸,所以有一部分硒蛋氨酸可替代蛋氨酸参入到蛋白质中,而其它硒化合物如硒胱氨酸、甲基硒胱氨酸,即使土壤中的硒含量较高,它们在植物中仍处于比较低的水平,而且也不能参入到蛋白质中。酿酒酵母( Saccharomy2ces cerevisiea) 、白假丝酵母( Candida albicans) 、大肠杆菌( E. coli ) 、反刍动物胃内细菌和海藻在含硒培养基中也能产生硒蛋氨酸。经培养的S . cerevisiea 硒含量可高达3000μgPg ,而其中硒蛋氨酸的硒占总硒的比例大于90 % ,是一种比较经济的硒补充品。许多实验都证明硒蛋氨酸和含硒酵母中的硒都能很好地被人吸收和存留,可用作营养补硒[5 ] 。人和高等动物自身不能合成硒蛋氨酸,必须从膳食中摄取。体内的硒蛋氨酸一部分来自膳食,也有一部分来自组织的含硒蛋氨酸蛋白质的分解。
 
2、代谢
动物实验证明,硒主要在小肠吸收。一般说来,硒化合物极易为人体吸收,如亚硒酸盐的吸收率大于80 % ,硒蛋氨酸和硒酸盐的吸收率大于90 % ,其吸收率似乎不受机体硒营养状况的影响。硒蛋氨酸与蛋氨酸的吸收方式相似,为主动转运。有研究表明,摄入的硒蛋氨酸通过小肠中钠依赖性中性氨基酸转运系统而被吸收[6 ] 。目前认为人体内的硒存在于硒蛋氨酸代谢库(蛋氨酸代谢库) 和硒调节代谢库中。硒蛋氨酸只存在于硒蛋氨酸代谢库中,并且是这一代谢库中硒的唯一存在形式,它不被机体硒状态所调节,可以看作是一个非调节的储存库。硒蛋氨酸不能在体内合成,全部来自于膳食,它常替代蛋氨酸参入到蛋白质中。当膳食硒供应不足时,硒蛋氨酸代谢库中的硒蛋氨酸可通过转硫途径降解为硒半胱氨酸,供机体合成硒蛋白。
 
硒蛋氨酸在体内的生物转化与蛋氨酸十分相似,首先在腺苷化作用下被激活,途经硒同型半胱氨酸和硒胱硫醚去甲基化转变成硒半胱氨酸,此过程无硒蛋氨酸特异性酶参与。形成的硒半胱氨酸在肝脏中进一步降解生成丝氨酸和硒化物,后者可用于合成有生物活性的硒蛋白如谷胱甘肽过氧化物酶( GSH2Px) 、碘甲状腺原氨酸脱碘酶( ID) 、硒蛋白P ,或经甲基化转变为二甲基硒化物和三甲基硒离子,经呼吸或粪尿排出体外。已证实硒蛋氨酸在γ2裂解酶的作用下降解为甲基硒。经口给予硒蛋氨酸或亚硒酸盐后,大鼠血清中无机硒代谢物的出现和消失具有相似的速率,证明硒蛋氨酸的降解速率较快[7 ] 。维生素B6 依赖性酶参与硒蛋氨酸的代谢激活,因此硒蛋氨酸的代谢依赖于维生素B6 的状态[8 ] 。硒蛋氨酸在组织中的储存和用于GSH2Px 的合成与蛋氨酸的营养状况有关。蛋氨酸缺乏大鼠和蛋氨酸充足大鼠补充硒蛋氨酸后, 前者GSH2Px 的活性要低于后者[9 ,10 ] 。摄入低硒、低蛋氨酸膳食的成年中国男子补充蛋氨酸后红细胞GSH2Px 的活性增高,这说明膳食中蛋氨酸不足将降低硒的生物利用率。
 
3、体内分布
硒蛋氨酸参入到蛋白质合成率高的器官中,如骨骼肌、红细胞、胰腺、肝脏、肾脏、胃和胃肠粘膜,这种参入与利用35 S2蛋氨酸和14 C2苯丙氨酸所观察到的相同[11 ] 。给予饲以缺硒基础饲料的大鼠硒含量为2μgPg 的硒蛋氨酸饲料,结果大鼠肌肉中的硒水平为给予等量亚硒酸盐或硒半胱氨酸形式硒的大鼠的10 倍[12 ] 。硒蛋氨酸在大脑中的贮存也很明显。
 
血浆中的硒主要分布于GSH2Px、硒蛋白P 和白蛋白中,前两者中的硒以硒半胱氨酸的形式存在,后者中的硒主要以硒蛋氨酸形式存在。给予豚鼠硒含量分别为1、2、4、6、8μgPg 的硒蛋氨酸饲料后,白蛋白中的硒占血浆硒的百分比稳步升高,且与硒蛋氨酸的摄入量呈较好的相关性,而硒蛋白P 中的硒占血浆硒的比例下降,建议白蛋白硒占血浆硒的比例可作为反映即将发生硒中毒的指标[13 ] 。给予罗猴硒含量为1μgPg 的亚硒酸钠饲料后,血浆中的硒主要存在于硒蛋白P 中;而给予硒浓度为1μgPg 的硒蛋氨酸饲料,白蛋白硒占血浆硒的比例最大[14 ] 。对中国高硒、适硒和低硒人群血浆硒分布的分析表明,GSH2Px 中的硒占血浆硒的比例为20 %左右,硒蛋白P 中的硒所占的百分比随硒摄入量的增加而下降,而白蛋白硒所占百分比则相应地升高,高硒地区居民摄入的硒主要为硒蛋氨酸,其白蛋白硒占血浆硒的百分比升至50 %左右,硒蛋白P 所含的硒降为30 %[23 ] 。上述这些研究均说明白蛋白是硒蛋氨酸在血浆中的贮存部位。
 
人红细胞中的含硒蛋白主要为GSH2Px和血红蛋白。GSH2Px 中的硒是以硒半胱氨酸的形式存在,而血红蛋白中的硒的存在形式目前还不清楚。夏弈明等[15 ] 对血红蛋白和珠蛋白所含硒进行了分析,认为血红蛋白中的硒均匀分布于α链和β链,硒与蛋白之间存在着紧密和松散两种连接方式,并推测紧密连接的硒是以硒蛋氨酸形式存在。膳食硒含量和硒的化学形式可影响硒在人红细胞中的分布。对中国不同硒摄入人群红细胞中硒分布的研究表明:低硒人群红细胞中的硒主要存在于GSH2Px 中,而适硒和高硒人群GSH2Px 中所含的硒占红细胞硒的33 %和4 % ,其它的硒存在于血红蛋白中[16 ] 。高硒地区粮食中的硒主要为硒蛋氨酸,因此有可能是硒蛋氨酸替代蛋氨酸非特异性地参入到血红蛋白中。通过给低硒人群补亚硒酸钠和硒蛋氨酸,发现补亚硒酸钠后红细胞中的硒在GSH2Px 和血红蛋白中的分布几乎相等,而补硒蛋氨酸后大部分硒进入血红蛋白中[17 ] ,看来红细胞中的硒蛋氨酸有可能主要存在于血红蛋白中。
 
肝脏和肌肉是体内两大硒库,对其中含硒蛋白质的研究比较少,硒蛋白的种类也不清楚。给予大鼠含硒量为2μgPg 的亚硒酸钠或硒蛋氨酸饲料,大鼠肝脏和肌肉中的硒除了以硒蛋氨酸形式特异性参入到蛋白质中,其余的主要以硒半胱氨酸以外的形式非特异性地存在于27. 8~55. 5 kDa 和75. 4~116. 0kDa 的蛋白质中,并且给予硒蛋氨酸的大鼠硒在肌肉中的非特异性参入程度要明显强于在肝脏中[18 ] 。Whanger 等[18 ] 发现肝脏对硒蛋氨酸的生物转化速度很快,注射75 Se 硒蛋氨酸5d 后肝脏中硒的主要化学形式为硒半胱氨酸,因此认为肝脏中替代蛋氨酸进入蛋白质中的硒蛋氨酸所占比例低。
 
4、生理作用
如同硒酸盐或亚硒酸盐一样,硒蛋氨酸可为含硒酶的合成提供硒。然而只有硒蛋氨酸可直接参入到蛋白质中而贮存于机体内,并可通过正常的代谢过程可逆性地释放出来。在营养范围内增加硒的摄入量,组织的硒水平升高并最终维持于稳定态,从而可防止硒在体内累积至中毒水平。补充硒蛋氨酸的动物较补充亚硒酸钠的动物在停止补充硒后,可在更长的时间内保持含硒酶的更高活性。对于乳母,硒蛋氨酸或硒酵母可阻止血浆硒、GSH2Px 活性以及母乳硒下降。服用硒蛋氨酸者乳汁中的硒含量要明显高于服用亚硒酸盐者。上述研究提示硒蛋氨酸在营养方面可能要优于其它硒化合物。除了用于含硒酶的合成,硒蛋氨酸是否具有其它特异的或必要的功能? 体外观察发现,硒蛋氨酸和谷胱甘肽可作为抗氧化系统,保护细胞免遭如过亚硝酸盐等氧化剂的损伤。然而,至今还不能确定在体内是否存在这种情况。硒蛋氨酸还具有放射保护效应,能够保护小鼠免遭紫外线诱导的皮肤损伤。
 
硒蛋氨酸替代蛋氨酸并不会明显改变蛋白质的结构。但是,如果所替代的蛋氨酸位于活性部位附近,则可影响酶的活性。硒蛋氨酸的硒甲基较蛋氨酸的硫甲基疏水性强,可影响底物接近酶从而改变动力学参数。例如,与正常酶相比, E. coli 中的硒蛋氨酸替代的胸苷酸合成酶具有更高的特异活性,热稳定性降低了87 % ,对溶解氧的敏感性显著增高。同样,C.albilcans 中的硒蛋氨酸替代的磷酸甘露糖异构酶(未发生硒蛋氨酸替代的酶活性部位的附近有4 个蛋氨酸) 的Km 值和锌铁抑制常数均升高4 倍。E. coli 中的β2半乳糖苷酶所含的150 个蛋氨酸中的一半以上被硒蛋氨酸替换可导致该酶失活。硒蛋氨酸的氧化物很容易被谷胱甘肽还原为硒蛋氨酸,因此硒蛋氨酸的氧化损伤是可逆的。
 
5、毒性
经腹腔注射给予大鼠硒蛋氨酸,其半数致死量为4. 25mgPkg ,这与硒酸盐和亚硒酸盐的半数致死量相当。小鼠静脉注射DL2硒蛋氨酸的半数致死量为4. 0mgPkg。硒蛋氨酸的慢性毒性要低于亚硒酸盐。对长尾雌性Macaques (猕猴属) 进行为期30d 实验,其对L2硒蛋氨酸的最大耐受剂量估计为150μgP
(kg·d) 。硒中毒导致体重下降时的红细胞硒、血浆硒和毛发硒含量分别为>2.3mgPL、> 2. 8mgPL 和> 27μgPg ,这与在中国对主要以素食为主的人进行研究所得到的界值一致[19 ] 。L2硒蛋氨酸和D2硒蛋氨酸对大鼠的毒性相似,除了给予L2硒蛋氨酸大鼠血浆硒水平较低外,这两种同型异构体在骨骼肌、心脏、肝脏和红细胞中的硒贮存程度相似。然而,对于雄性小野鸭来说,L2硒蛋氨酸的毒性明显高于D2硒蛋氨酸[20 ] 。在培养的大鼠和人的淋巴细胞中,DL2硒蛋氨酸的细胞毒性仅为L2硒蛋氨酸的一半,且只有L2硒蛋氨酸是S2腺苷蛋氨酸合成酶的合适底物[21 ] 。有转硫过程缺陷者的成淋巴细胞对DL2硒蛋氨酸的代谢能力差,尽管这些细胞能同正常细胞一样有效地利用亚硒酸盐和硒半胱氨酸[22 ] 。正常细胞对L2硒蛋氨酸和D2硒蛋氨酸产生的不同反应主要归因于在硒蛋氨酸代谢的起始步骤中有立体特异性转硫酶的参与。根据上述结果,人类补硒时宜采用L2硒蛋氨酸;对于大鼠,可采用DL2硒蛋氨酸。蛋白分解代谢过程中所释放出来的硒蛋氨酸不会导致硒中毒,因为在分解代谢时不存在选择性释放硒蛋氨酸的机制。
 
6、营养剂量和安全性
中国同时存在高硒地区和低硒地区,两种地区居民膳食硒摄入量及硒对健康影响的研究为制定硒的生理需要量和安全摄入量提供了宝贵资料。杨光圻等[23 ] 对克山病区中非病区“健康岛”居民膳食硒摄入量的研究,提出膳食硒的最低需要量为22μgPd。给病区居民补充硒蛋氨酸形式的硒,以血浆GSH2Px 活力达到平台作为评价机体硒营养状态的指标,提出了膳食硒的生理需要量为41μgPd ,推荐的膳食硒的供给量为50μgPd ,这为中国营养学会1988 年制定膳食硒的供给量所采用。杨光圻等[24 ,25 ] 通过对湖北恩施地区硒中毒区和非中毒区居民体内硒水平、膳食硒摄入量的数据进行分析,并以指甲变形作为鉴别硒中毒的临床诊断指标,最后提出膳食硒的人体最大安全摄入量为400μgPd。最近,中国营养学会制定了中国居民膳食硒的参考摄入量(DRIs) ,提出成人膳食硒平均需要量(EAR) 为41 μgPd ,推荐摄入量(RNI) 为50μgPd ,可耐受的最高摄入量(UL) 为400μgPd ,并制定了不同年龄组、孕妇和乳母的膳食硒参考摄入量[26 ] 。
 
人和动物自身不能合成硒蛋氨酸,并且摄入的硒蛋氨酸在体内各组织的存留比其它硒化物要高,因此认为它很可能具有特殊的生理学意义,还需要作进一步研究。硒蛋氨酸的毒性较小,而且是食物中的天然存在形式,从理论上讲硒蛋氨酸和富含硒蛋氨酸的硒酵母应该是最理想的硒补充剂。但是硒蛋氨酸的价格远比亚硒酸钠或硒酸钠要高,而且膳食中的蛋氨酸不足会降低其生物利用率,而亚硒酸钠却不受此影响。在实际工作中发现补充亚硒酸钠预防克山病的效果是肯定的。于树玉[27 ] 采用亚硒酸钠预防肝癌与补充富硒酵母有同样效果。因此,在需要用硒补充剂时可根据具体条件进行选择。
 
 
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