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硒蛋氨酸的營養、代謝和毒性
發表于：2019-02-19 作者：admin 來源：本站 點擊量：3379
摘要: 硒是人體必需微量元素。硒蛋氨酸和硒半胱氨酸是膳食硒的主要化學形式。亞硒酸鈉和硒酸鈉是常用的補硒形式。中國居民膳食以植物性食物為主,而硒蛋氨酸是植物性食物特別是谷類食物中硒的主要化學形式,因此硒蛋氨酸在我國居民營養中占有重要地位。本文擬就國內外有關硒蛋氨酸的存在、代謝和毒性進行綜述。
關鍵詞: 硒;硒蛋氨酸;代謝;毒性
高硒地區植物中的含硒組分曾被懷疑為有毒成分。實驗證實高硒小麥中含有硒蛋氨酸。20 世紀60 年代初,我國湖北恩施地區發生原因不明的脫發、脫甲病癥,通過大量現場和實驗室工作證實其病因為硒中毒,估計急性中毒時硒的攝入量可能超過30mgPd ,慢性中毒者平均硒攝入量為4. 99mgPd[1 ] 。而另一方面,我國又發現了與硒缺乏有關的克山病?？松讲∈且环N嚴重危害人民健康的地方性心肌病,病區居民硒的攝入量約為10μgPd。近年來對我國高硒、適硒和低硒地區生長的糧食如大米、玉米、小麥以及大豆進行了硒蛋氨酸含量的測定,發現高硒地區硒蛋氨酸中的硒占總硒的50 %左右,而適硒和低硒地區這一比例可高達80 %左右[3 ,4 ] 。我國農民膳食中70 %的硒來自糧食,由此可見硒蛋氨酸對我國居民硒營養有特殊意義。本文將近年來國內外有關硒蛋氨酸的生物合成、代謝、生物功能和毒性等方面的研究進展綜述如下。
1 、生物合成
谷類及飼料作物等植物生長不一定需要硒蛋氨酸,但隨著蛋氨酸的合成它們能利用環境中特別是土壤中的亞硒酸鹽和硒酸鹽合成硒蛋氨酸。土壤中的可利用硒越多,植物中的硒蛋氨酸含量越高。有些植物如黃芪屬可對抗土壤硒的濃度梯度,具有蓄積硒的功能。由于tRNAMet 不能區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參入到蛋白質中,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較高,它們在植物中仍處于比較低的水平,而且也不能參入到蛋白質中。釀酒酵母( Saccharomy2ces cerevisiea) 、白假絲酵母( Candida albicans) 、大腸桿菌( E. coli ) 、反芻動物胃內細菌和海藻在含硒培養基中也能產生硒蛋氨酸。經培養的S . cerevisiea 硒含量可高達3000μgPg ,而其中硒蛋氨酸的硒占總硒的比例大于90 % ,是一種比較經濟的硒補充品。許多實驗都證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,可用作營養補硒[5 ] 。人和高等動物自身不能合成硒蛋氨酸,必須從膳食中攝取。體內的硒蛋氨酸一部分來自膳食,也有一部分來自組織的含硒蛋氨酸蛋白質的分解。
2、代謝
動物實驗證明,硒主要在小腸吸收。一般說來,硒化合物極易為人體吸收,如亞硒酸鹽的吸收率大于80 % ,硒蛋氨酸和硒酸鹽的吸收率大于90 % ,其吸收率似乎不受機體硒營養狀況的影響。硒蛋氨酸與蛋氨酸的吸收方式相似,為主動轉運。有研究表明,攝入的硒蛋氨酸通過小腸中鈉依賴性中性氨基酸轉運系統而被吸收[6 ] 。目前認為人體內的硒存在于硒蛋氨酸代謝庫(蛋氨酸代謝庫) 和硒調節代謝庫中。硒蛋氨酸只存在于硒蛋氨酸代謝庫中,并且是這一代謝庫中硒的唯一存在形式,它不被機體硒狀態所調節,可以看作是一個非調節的儲存庫。硒蛋氨酸不能在體內合成,全部來自于膳食,它常替代蛋氨酸參入到蛋白質中。當膳食硒供應不足時,硒蛋氨酸代謝庫中的硒蛋氨酸可通過轉硫途徑降解為硒半胱氨酸,供機體合成硒蛋白。
硒蛋氨酸在體內的生物轉化與蛋氨酸十分相似,首先在腺苷化作用下被激活,途經硒同型半胱氨酸和硒胱硫醚去甲基化轉變成硒半胱氨酸,此過程無硒蛋氨酸特異性酶參與。形成的硒半胱氨酸在肝臟中進一步降解生成絲氨酸和硒化物,后者可用于合成有生物活性的硒蛋白如谷胱甘肽過氧化物酶( GSH2Px) 、碘甲狀腺原氨酸脫碘酶( ID) 、硒蛋白P ,或經甲基化轉變為二甲基硒化物和三甲基硒離子,經呼吸或糞尿排出體外。已證實硒蛋氨酸在γ2裂解酶的作用下降解為甲基硒。經口給予硒蛋氨酸或亞硒酸鹽后,大鼠血清中無機硒代謝物的出現和消失具有相似的速率,證明硒蛋氨酸的降解速率較快[7 ] 。維生素B6 依賴性酶參與硒蛋氨酸的代謝激活,因此硒蛋氨酸的代謝依賴于維生素B6 的狀態[8 ] 。硒蛋氨酸在組織中的儲存和用于GSH2Px 的合成與蛋氨酸的營養狀況有關。蛋氨酸缺乏大鼠和蛋氨酸充足大鼠補充硒蛋氨酸后, 前者GSH2Px 的活性要低于后者[9 ,10 ] 。攝入低硒、低蛋氨酸膳食的成年中國男子補充蛋氨酸后紅細胞GSH2Px 的活性增高,這說明膳食中蛋氨酸不足將降低硒的生物利用率。
3、體內分布
硒蛋氨酸參入到蛋白質合成率高的器官中,如骨骼肌、紅細胞、胰腺、肝臟、腎臟、胃和胃腸粘膜,這種參入與利用35 S2蛋氨酸和14 C2苯丙氨酸所觀察到的相同[11 ] 。給予飼以缺硒基礎飼料的大鼠硒含量為2μgPg 的硒蛋氨酸飼料,結果大鼠肌肉中的硒水平為給予等量亞硒酸鹽或硒半胱氨酸形式硒的大鼠的10 倍[12 ] 。硒蛋氨酸在大腦中的貯存也很明顯。
血漿中的硒主要分布于GSH2Px、硒蛋白P 和白蛋白中,前兩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。給予豚鼠硒含量分別為1、2、4、6、8μgPg 的硒蛋氨酸飼料后,白蛋白中的硒占血漿硒的百分比穩步升高,且與硒蛋氨酸的攝入量呈較好的相關性,而硒蛋白P 中的硒占血漿硒的比例下降,建議白蛋白硒占血漿硒的比例可作為反映即將發生硒中毒的指標[13 ] 。給予羅猴硒含量為1μgPg 的亞硒酸鈉飼料后,血漿中的硒主要存在于硒蛋白P 中;而給予硒濃度為1μgPg 的硒蛋氨酸飼料,白蛋白硒占血漿硒的比例最大[14 ] 。對中國高硒、適硒和低硒人群血漿硒分布的分析表明,GSH2Px 中的硒占血漿硒的比例為20 %左右,硒蛋白P 中的硒所占的百分比隨硒攝入量的增加而下降,而白蛋白硒所占百分比則相應地升高,高硒地區居民攝入的硒主要為硒蛋氨酸,其白蛋白硒占血漿硒的百分比升至50 %左右,硒蛋白P 所含的硒降為30 %[23 ] 。上述這些研究均說明白蛋白是硒蛋氨酸在血漿中的貯存部位。
人紅細胞中的含硒蛋白主要為GSH2Px和血紅蛋白。GSH2Px 中的硒是以硒半胱氨酸的形式存在,而血紅蛋白中的硒的存在形式目前還不清楚。夏弈明等[15 ] 對血紅蛋白和珠蛋白所含硒進行了分析,認為血紅蛋白中的硒均勻分布于α鏈和β鏈,硒與蛋白之間存在著緊密和松散兩種連接方式,并推測緊密連接的硒是以硒蛋氨酸形式存在。膳食硒含量和硒的化學形式可影響硒在人紅細胞中的分布。對中國不同硒攝入人群紅細胞中硒分布的研究表明:低硒人群紅細胞中的硒主要存在于GSH2Px 中,而適硒和高硒人群GSH2Px 中所含的硒占紅細胞硒的33 %和4 % ,其它的硒存在于血紅蛋白中[16 ] 。高硒地區糧食中的硒主要為硒蛋氨酸,因此有可能是硒蛋氨酸替代蛋氨酸非特異性地參入到血紅蛋白中。通過給低硒人群補亞硒酸鈉和硒蛋氨酸,發現補亞硒酸鈉后紅細胞中的硒在GSH2Px 和血紅蛋白中的分布幾乎相等,而補硒蛋氨酸后大部分硒進入血紅蛋白中[17 ] ,看來紅細胞中的硒蛋氨酸有可能主要存在于血紅蛋白中。
肝臟和肌肉是體內兩大硒庫,對其中含硒蛋白質的研究比較少,硒蛋白的種類也不清楚。給予大鼠含硒量為2μgPg 的亞硒酸鈉或硒蛋氨酸飼料,大鼠肝臟和肌肉中的硒除了以硒蛋氨酸形式特異性參入到蛋白質中,其余的主要以硒半胱氨酸以外的形式非特異性地存在于27. 8～55. 5 kDa 和75. 4～116. 0kDa 的蛋白質中,并且給予硒蛋氨酸的大鼠硒在肌肉中的非特異性參入程度要明顯強于在肝臟中[18 ] 。Whanger 等[18 ] 發現肝臟對硒蛋氨酸的生物轉化速度很快,注射75 Se 硒蛋氨酸5d 后肝臟中硒的主要化學形式為硒半胱氨酸,因此認為肝臟中替代蛋氨酸進入蛋白質中的硒蛋氨酸所占比例低。
4、生理作用
如同硒酸鹽或亞硒酸鹽一樣,硒蛋氨酸可為含硒酶的合成提供硒。然而只有硒蛋氨酸可直接參入到蛋白質中而貯存于機體內,并可通過正常的代謝過程可逆性地釋放出來。在營養范圍內增加硒的攝入量,組織的硒水平升高并最終維持于穩定態,從而可防止硒在體內累積至中毒水平。補充硒蛋氨酸的動物較補充亞硒酸鈉的動物在停止補充硒后,可在更長的時間內保持含硒酶的更高活性。對于乳母,硒蛋氨酸或硒酵母可阻止血漿硒、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顯高于服用亞硒酸鹽者。上述研究提示硒蛋氨酸在營養方面可能要優于其它硒化合物。除了用于含硒酶的合成,硒蛋氨酸是否具有其它特異的或必要的功能? 體外觀察發現,硒蛋氨酸和谷胱甘肽可作為抗氧化系統,保護細胞免遭如過亞硝酸鹽等氧化劑的損傷。然而,至今還不能確定在體內是否存在這種情況。硒蛋氨酸還具有放射保護效應,能夠保護小鼠免遭紫外線誘導的皮膚損傷。
硒蛋氨酸替代蛋氨酸并不會明顯改變蛋白質的結構。但是,如果所替代的蛋氨酸位于活性部位附近,則可影響酶的活性。硒蛋氨酸的硒甲基較蛋氨酸的硫甲基疏水性強,可影響底物接近酶從而改變動力學參數。例如,與正常酶相比, E. coli 中的硒蛋氨酸替代的胸苷酸合成酶具有更高的特異活性,熱穩定性降低了87 % ,對溶解氧的敏感性顯著增高。同樣,C.albilcans 中的硒蛋氨酸替代的磷酸甘露糖異構酶(未發生硒蛋氨酸替代的酶活性部位的附近有4 個蛋氨酸) 的Km 值和鋅鐵抑制常數均升高4 倍。E. coli 中的β2半乳糖苷酶所含的150 個蛋氨酸中的一半以上被硒蛋氨酸替換可導致該酶失活。硒蛋氨酸的氧化物很容易被谷胱甘肽還原為硒蛋氨酸,因此硒蛋氨酸的氧化損傷是可逆的。
5、毒性
經腹腔注射給予大鼠硒蛋氨酸,其半數致死量為4. 25mgPkg ,這與硒酸鹽和亞硒酸鹽的半數致死量相當。小鼠靜脈注射DL2硒蛋氨酸的半數致死量為4. 0mgPkg。硒蛋氨酸的慢性毒性要低于亞硒酸鹽。對長尾雌性Macaques (獼猴屬) 進行為期30d 實驗,其對L2硒蛋氨酸的最大耐受劑量估計為150μgP
(kg·d) 。硒中毒導致體重下降時的紅細胞硒、血漿硒和毛發硒含量分別為>2.3mgPL、> 2. 8mgPL 和> 27μgPg ,這與在中國對主要以素食為主的人進行研究所得到的界值一致[19 ] 。L2硒蛋氨酸和D2硒蛋氨酸對大鼠的毒性相似,除了給予L2硒蛋氨酸大鼠血漿硒水平較低外,這兩種同型異構體在骨骼肌、心臟、肝臟和紅細胞中的硒貯存程度相似。然而,對于雄性小野鴨來說,L2硒蛋氨酸的毒性明顯高于D2硒蛋氨酸[20 ] 。在培養的大鼠和人的淋巴細胞中,DL2硒蛋氨酸的細胞毒性僅為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適底物[21 ] 。有轉硫過程缺陷者的成淋巴細胞對DL2硒蛋氨酸的代謝能力差,盡管這些細胞能同正常細胞一樣有效地利用亞硒酸鹽和硒半胱氨酸[22 ] 。正常細胞對L2硒蛋氨酸和D2硒蛋氨酸產生的不同反應主要歸因于在硒蛋氨酸代謝的起始步驟中有立體特異性轉硫酶的參與。根據上述結果,人類補硒時宜采用L2硒蛋氨酸;對于大鼠,可采用DL2硒蛋氨酸。蛋白分解代謝過程中所釋放出來的硒蛋氨酸不會導致硒中毒,因為在分解代謝時不存在選擇性釋放硒蛋氨酸的機制。
6、營養劑量和安全性
中國同時存在高硒地區和低硒地區,兩種地區居民膳食硒攝入量及硒對健康影響的研究為制定硒的生理需要量和安全攝入量提供了寶貴資料。楊光圻等[23 ] 對克山病區中非病區“健康島”居民膳食硒攝入量的研究,提出膳食硒的最低需要量為22μgPd。給病區居民補充硒蛋氨酸形式的硒,以血漿GSH2Px 活力達到平臺作為評價機體硒營養狀態的指標,提出了膳食硒的生理需要量為41μgPd ,推薦的膳食硒的供給量為50μgPd ,這為中國營養學會1988 年制定膳食硒的供給量所采用。楊光圻等[24 ,25 ] 通過對湖北恩施地區硒中毒區和非中毒區居民體內硒水平、膳食硒攝入量的數據進行分析,并以指甲變形作為鑒別硒中毒的臨床診斷指標,最后提出膳食硒的人體最大安全攝入量為400μgPd。最近,中國營養學會制定了中國居民膳食硒的參考攝入量(DRIs) ,提出成人膳食硒平均需要量(EAR) 為41 μgPd ,推薦攝入量(RNI) 為50μgPd ,可耐受的最高攝入量(UL) 為400μgPd ,并制定了不同年齡組、孕婦和乳母的膳食硒參考攝入量[26 ] 。
人和動物自身不能合成硒蛋氨酸,并且攝入的硒蛋氨酸在體內各組織的存留比其它硒化物要高,因此認為它很可能具有特殊的生理學意義,還需要作進一步研究。硒蛋氨酸的毒性較小,而且是食物中的天然存在形式,從理論上講硒蛋氨酸和富含硒蛋氨酸的硒酵母應該是最理想的硒補充劑。但是硒蛋氨酸的價格遠比亞硒酸鈉或硒酸鈉要高,而且膳食中的蛋氨酸不足會降低其生物利用率,而亞硒酸鈉卻不受此影響。在實際工作中發現補充亞硒酸鈉預防克山病的效果是肯定的。于樹玉[27 ] 采用亞硒酸鈉預防肝癌與補充富硒酵母有同樣效果。因此,在需要用硒補充劑時可根據具體條件進行選擇。
關鍵詞: 硒;硒蛋氨酸;代謝;毒性
高硒地區植物中的含硒組分曾被懷疑為有毒成分。實驗證實高硒小麥中含有硒蛋氨酸。20 世紀60 年代初,我國湖北恩施地區發生原因不明的脫發、脫甲病癥,通過大量現場和實驗室工作證實其病因為硒中毒,估計急性中毒時硒的攝入量可能超過30mgPd ,慢性中毒者平均硒攝入量為4. 99mgPd[1 ] 。而另一方面,我國又發現了與硒缺乏有關的克山病?？松讲∈且环N嚴重危害人民健康的地方性心肌病,病區居民硒的攝入量約為10μgPd。近年來對我國高硒、適硒和低硒地區生長的糧食如大米、玉米、小麥以及大豆進行了硒蛋氨酸含量的測定,發現高硒地區硒蛋氨酸中的硒占總硒的50 %左右,而適硒和低硒地區這一比例可高達80 %左右[3 ,4 ] 。我國農民膳食中70 %的硒來自糧食,由此可見硒蛋氨酸對我國居民硒營養有特殊意義。本文將近年來國內外有關硒蛋氨酸的生物合成、代謝、生物功能和毒性等方面的研究進展綜述如下。
1 、生物合成
谷類及飼料作物等植物生長不一定需要硒蛋氨酸,但隨著蛋氨酸的合成它們能利用環境中特別是土壤中的亞硒酸鹽和硒酸鹽合成硒蛋氨酸。土壤中的可利用硒越多,植物中的硒蛋氨酸含量越高。有些植物如黃芪屬可對抗土壤硒的濃度梯度,具有蓄積硒的功能。由于tRNAMet 不能區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參入到蛋白質中,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較高,它們在植物中仍處于比較低的水平,而且也不能參入到蛋白質中。釀酒酵母( Saccharomy2ces cerevisiea) 、白假絲酵母( Candida albicans) 、大腸桿菌( E. coli ) 、反芻動物胃內細菌和海藻在含硒培養基中也能產生硒蛋氨酸。經培養的S . cerevisiea 硒含量可高達3000μgPg ,而其中硒蛋氨酸的硒占總硒的比例大于90 % ,是一種比較經濟的硒補充品。許多實驗都證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,可用作營養補硒[5 ] 。人和高等動物自身不能合成硒蛋氨酸,必須從膳食中攝取。體內的硒蛋氨酸一部分來自膳食,也有一部分來自組織的含硒蛋氨酸蛋白質的分解。
2、代謝
動物實驗證明,硒主要在小腸吸收。一般說來,硒化合物極易為人體吸收,如亞硒酸鹽的吸收率大于80 % ,硒蛋氨酸和硒酸鹽的吸收率大于90 % ,其吸收率似乎不受機體硒營養狀況的影響。硒蛋氨酸與蛋氨酸的吸收方式相似,為主動轉運。有研究表明,攝入的硒蛋氨酸通過小腸中鈉依賴性中性氨基酸轉運系統而被吸收[6 ] 。目前認為人體內的硒存在于硒蛋氨酸代謝庫(蛋氨酸代謝庫) 和硒調節代謝庫中。硒蛋氨酸只存在于硒蛋氨酸代謝庫中,并且是這一代謝庫中硒的唯一存在形式,它不被機體硒狀態所調節,可以看作是一個非調節的儲存庫。硒蛋氨酸不能在體內合成,全部來自于膳食,它常替代蛋氨酸參入到蛋白質中。當膳食硒供應不足時,硒蛋氨酸代謝庫中的硒蛋氨酸可通過轉硫途徑降解為硒半胱氨酸,供機體合成硒蛋白。
硒蛋氨酸在體內的生物轉化與蛋氨酸十分相似,首先在腺苷化作用下被激活,途經硒同型半胱氨酸和硒胱硫醚去甲基化轉變成硒半胱氨酸,此過程無硒蛋氨酸特異性酶參與。形成的硒半胱氨酸在肝臟中進一步降解生成絲氨酸和硒化物,后者可用于合成有生物活性的硒蛋白如谷胱甘肽過氧化物酶( GSH2Px) 、碘甲狀腺原氨酸脫碘酶( ID) 、硒蛋白P ,或經甲基化轉變為二甲基硒化物和三甲基硒離子,經呼吸或糞尿排出體外。已證實硒蛋氨酸在γ2裂解酶的作用下降解為甲基硒。經口給予硒蛋氨酸或亞硒酸鹽后,大鼠血清中無機硒代謝物的出現和消失具有相似的速率,證明硒蛋氨酸的降解速率較快[7 ] 。維生素B6 依賴性酶參與硒蛋氨酸的代謝激活,因此硒蛋氨酸的代謝依賴于維生素B6 的狀態[8 ] 。硒蛋氨酸在組織中的儲存和用于GSH2Px 的合成與蛋氨酸的營養狀況有關。蛋氨酸缺乏大鼠和蛋氨酸充足大鼠補充硒蛋氨酸后, 前者GSH2Px 的活性要低于后者[9 ,10 ] 。攝入低硒、低蛋氨酸膳食的成年中國男子補充蛋氨酸后紅細胞GSH2Px 的活性增高,這說明膳食中蛋氨酸不足將降低硒的生物利用率。
3、體內分布
硒蛋氨酸參入到蛋白質合成率高的器官中,如骨骼肌、紅細胞、胰腺、肝臟、腎臟、胃和胃腸粘膜,這種參入與利用35 S2蛋氨酸和14 C2苯丙氨酸所觀察到的相同[11 ] 。給予飼以缺硒基礎飼料的大鼠硒含量為2μgPg 的硒蛋氨酸飼料,結果大鼠肌肉中的硒水平為給予等量亞硒酸鹽或硒半胱氨酸形式硒的大鼠的10 倍[12 ] 。硒蛋氨酸在大腦中的貯存也很明顯。
血漿中的硒主要分布于GSH2Px、硒蛋白P 和白蛋白中,前兩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。給予豚鼠硒含量分別為1、2、4、6、8μgPg 的硒蛋氨酸飼料后,白蛋白中的硒占血漿硒的百分比穩步升高,且與硒蛋氨酸的攝入量呈較好的相關性,而硒蛋白P 中的硒占血漿硒的比例下降,建議白蛋白硒占血漿硒的比例可作為反映即將發生硒中毒的指標[13 ] 。給予羅猴硒含量為1μgPg 的亞硒酸鈉飼料后,血漿中的硒主要存在于硒蛋白P 中;而給予硒濃度為1μgPg 的硒蛋氨酸飼料,白蛋白硒占血漿硒的比例最大[14 ] 。對中國高硒、適硒和低硒人群血漿硒分布的分析表明,GSH2Px 中的硒占血漿硒的比例為20 %左右,硒蛋白P 中的硒所占的百分比隨硒攝入量的增加而下降,而白蛋白硒所占百分比則相應地升高,高硒地區居民攝入的硒主要為硒蛋氨酸,其白蛋白硒占血漿硒的百分比升至50 %左右,硒蛋白P 所含的硒降為30 %[23 ] 。上述這些研究均說明白蛋白是硒蛋氨酸在血漿中的貯存部位。
人紅細胞中的含硒蛋白主要為GSH2Px和血紅蛋白。GSH2Px 中的硒是以硒半胱氨酸的形式存在,而血紅蛋白中的硒的存在形式目前還不清楚。夏弈明等[15 ] 對血紅蛋白和珠蛋白所含硒進行了分析,認為血紅蛋白中的硒均勻分布于α鏈和β鏈,硒與蛋白之間存在著緊密和松散兩種連接方式,并推測緊密連接的硒是以硒蛋氨酸形式存在。膳食硒含量和硒的化學形式可影響硒在人紅細胞中的分布。對中國不同硒攝入人群紅細胞中硒分布的研究表明:低硒人群紅細胞中的硒主要存在于GSH2Px 中,而適硒和高硒人群GSH2Px 中所含的硒占紅細胞硒的33 %和4 % ,其它的硒存在于血紅蛋白中[16 ] 。高硒地區糧食中的硒主要為硒蛋氨酸,因此有可能是硒蛋氨酸替代蛋氨酸非特異性地參入到血紅蛋白中。通過給低硒人群補亞硒酸鈉和硒蛋氨酸,發現補亞硒酸鈉后紅細胞中的硒在GSH2Px 和血紅蛋白中的分布幾乎相等,而補硒蛋氨酸后大部分硒進入血紅蛋白中[17 ] ,看來紅細胞中的硒蛋氨酸有可能主要存在于血紅蛋白中。
肝臟和肌肉是體內兩大硒庫,對其中含硒蛋白質的研究比較少,硒蛋白的種類也不清楚。給予大鼠含硒量為2μgPg 的亞硒酸鈉或硒蛋氨酸飼料,大鼠肝臟和肌肉中的硒除了以硒蛋氨酸形式特異性參入到蛋白質中,其余的主要以硒半胱氨酸以外的形式非特異性地存在于27. 8～55. 5 kDa 和75. 4～116. 0kDa 的蛋白質中,并且給予硒蛋氨酸的大鼠硒在肌肉中的非特異性參入程度要明顯強于在肝臟中[18 ] 。Whanger 等[18 ] 發現肝臟對硒蛋氨酸的生物轉化速度很快,注射75 Se 硒蛋氨酸5d 后肝臟中硒的主要化學形式為硒半胱氨酸,因此認為肝臟中替代蛋氨酸進入蛋白質中的硒蛋氨酸所占比例低。
4、生理作用
如同硒酸鹽或亞硒酸鹽一樣,硒蛋氨酸可為含硒酶的合成提供硒。然而只有硒蛋氨酸可直接參入到蛋白質中而貯存于機體內,并可通過正常的代謝過程可逆性地釋放出來。在營養范圍內增加硒的攝入量,組織的硒水平升高并最終維持于穩定態,從而可防止硒在體內累積至中毒水平。補充硒蛋氨酸的動物較補充亞硒酸鈉的動物在停止補充硒后,可在更長的時間內保持含硒酶的更高活性。對于乳母,硒蛋氨酸或硒酵母可阻止血漿硒、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顯高于服用亞硒酸鹽者。上述研究提示硒蛋氨酸在營養方面可能要優于其它硒化合物。除了用于含硒酶的合成,硒蛋氨酸是否具有其它特異的或必要的功能? 體外觀察發現,硒蛋氨酸和谷胱甘肽可作為抗氧化系統,保護細胞免遭如過亞硝酸鹽等氧化劑的損傷。然而,至今還不能確定在體內是否存在這種情況。硒蛋氨酸還具有放射保護效應,能夠保護小鼠免遭紫外線誘導的皮膚損傷。
硒蛋氨酸替代蛋氨酸并不會明顯改變蛋白質的結構。但是,如果所替代的蛋氨酸位于活性部位附近,則可影響酶的活性。硒蛋氨酸的硒甲基較蛋氨酸的硫甲基疏水性強,可影響底物接近酶從而改變動力學參數。例如,與正常酶相比, E. coli 中的硒蛋氨酸替代的胸苷酸合成酶具有更高的特異活性,熱穩定性降低了87 % ,對溶解氧的敏感性顯著增高。同樣,C.albilcans 中的硒蛋氨酸替代的磷酸甘露糖異構酶(未發生硒蛋氨酸替代的酶活性部位的附近有4 個蛋氨酸) 的Km 值和鋅鐵抑制常數均升高4 倍。E. coli 中的β2半乳糖苷酶所含的150 個蛋氨酸中的一半以上被硒蛋氨酸替換可導致該酶失活。硒蛋氨酸的氧化物很容易被谷胱甘肽還原為硒蛋氨酸,因此硒蛋氨酸的氧化損傷是可逆的。
5、毒性
經腹腔注射給予大鼠硒蛋氨酸,其半數致死量為4. 25mgPkg ,這與硒酸鹽和亞硒酸鹽的半數致死量相當。小鼠靜脈注射DL2硒蛋氨酸的半數致死量為4. 0mgPkg。硒蛋氨酸的慢性毒性要低于亞硒酸鹽。對長尾雌性Macaques (獼猴屬) 進行為期30d 實驗,其對L2硒蛋氨酸的最大耐受劑量估計為150μgP
(kg·d) 。硒中毒導致體重下降時的紅細胞硒、血漿硒和毛發硒含量分別為>2.3mgPL、> 2. 8mgPL 和> 27μgPg ,這與在中國對主要以素食為主的人進行研究所得到的界值一致[19 ] 。L2硒蛋氨酸和D2硒蛋氨酸對大鼠的毒性相似,除了給予L2硒蛋氨酸大鼠血漿硒水平較低外,這兩種同型異構體在骨骼肌、心臟、肝臟和紅細胞中的硒貯存程度相似。然而,對于雄性小野鴨來說,L2硒蛋氨酸的毒性明顯高于D2硒蛋氨酸[20 ] 。在培養的大鼠和人的淋巴細胞中,DL2硒蛋氨酸的細胞毒性僅為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適底物[21 ] 。有轉硫過程缺陷者的成淋巴細胞對DL2硒蛋氨酸的代謝能力差,盡管這些細胞能同正常細胞一樣有效地利用亞硒酸鹽和硒半胱氨酸[22 ] 。正常細胞對L2硒蛋氨酸和D2硒蛋氨酸產生的不同反應主要歸因于在硒蛋氨酸代謝的起始步驟中有立體特異性轉硫酶的參與。根據上述結果,人類補硒時宜采用L2硒蛋氨酸;對于大鼠,可采用DL2硒蛋氨酸。蛋白分解代謝過程中所釋放出來的硒蛋氨酸不會導致硒中毒,因為在分解代謝時不存在選擇性釋放硒蛋氨酸的機制。
6、營養劑量和安全性
中國同時存在高硒地區和低硒地區,兩種地區居民膳食硒攝入量及硒對健康影響的研究為制定硒的生理需要量和安全攝入量提供了寶貴資料。楊光圻等[23 ] 對克山病區中非病區“健康島”居民膳食硒攝入量的研究,提出膳食硒的最低需要量為22μgPd。給病區居民補充硒蛋氨酸形式的硒,以血漿GSH2Px 活力達到平臺作為評價機體硒營養狀態的指標,提出了膳食硒的生理需要量為41μgPd ,推薦的膳食硒的供給量為50μgPd ,這為中國營養學會1988 年制定膳食硒的供給量所采用。楊光圻等[24 ,25 ] 通過對湖北恩施地區硒中毒區和非中毒區居民體內硒水平、膳食硒攝入量的數據進行分析,并以指甲變形作為鑒別硒中毒的臨床診斷指標,最后提出膳食硒的人體最大安全攝入量為400μgPd。最近,中國營養學會制定了中國居民膳食硒的參考攝入量(DRIs) ,提出成人膳食硒平均需要量(EAR) 為41 μgPd ,推薦攝入量(RNI) 為50μgPd ,可耐受的最高攝入量(UL) 為400μgPd ,并制定了不同年齡組、孕婦和乳母的膳食硒參考攝入量[26 ] 。
人和動物自身不能合成硒蛋氨酸,并且攝入的硒蛋氨酸在體內各組織的存留比其它硒化物要高,因此認為它很可能具有特殊的生理學意義,還需要作進一步研究。硒蛋氨酸的毒性較小,而且是食物中的天然存在形式,從理論上講硒蛋氨酸和富含硒蛋氨酸的硒酵母應該是最理想的硒補充劑。但是硒蛋氨酸的價格遠比亞硒酸鈉或硒酸鈉要高,而且膳食中的蛋氨酸不足會降低其生物利用率,而亞硒酸鈉卻不受此影響。在實際工作中發現補充亞硒酸鈉預防克山病的效果是肯定的。于樹玉[27 ] 采用亞硒酸鈉預防肝癌與補充富硒酵母有同樣效果。因此,在需要用硒補充劑時可根據具體條件進行選擇。
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