硒通過腸道微生物調(diào)控健康的研究進(jìn)展

任廣旭 王立平? 王澤，2

(1.農(nóng)業(yè)部食物與營養(yǎng)發(fā)展研究所，北京100081；2.北京農(nóng)學(xué)院，北京102206)

引言

硒 (Selenium，Se)在人體健康調(diào)控中扮演著重要角色，不僅可以預(yù)防眾多疾病，還可用于一些疾病的臨床治療。雖然目前國內(nèi)外對(duì)硒的調(diào)控機(jī)理研究仍然處于起步階段，但是人們已經(jīng)開始重視硒健康調(diào)控機(jī)理研究，并且取得了一定的研究進(jìn)展，其中硒與腸道微生態(tài)之間的研究一直是人們關(guān)注和研究的熱點(diǎn)。人體中聚集著大約100萬億的微生物，這個(gè)數(shù)量至少10倍于人體細(xì)胞總數(shù)[1]，這些腸道微生物有非常重要的生理功能，例如，提供一些酶、能量以及底物來輔助生理代謝反應(yīng)過程，此外腸道微生物還可以幫助人體消化一些難消化分解的營養(yǎng)物質(zhì)，使機(jī)體可以更好地從食物中攝取營養(yǎng)。腸道菌群代謝的短鏈脂肪酸(SCFAs)可以有效降低腸道炎癥發(fā)生率，促進(jìn)腸道蠕動(dòng)和傷口愈合。目前一些研究線索表明硒元素可以通過腸道菌群來調(diào)節(jié)人體健康，本文將最新的研究進(jìn)展進(jìn)行綜述。

1 膳食硒在腸道中的作用途徑

1.1 膳食硒增強(qiáng)直腸內(nèi)的發(fā)酵作用途徑

JUHEEKIM和 GERALDF.COMBS[2]通過連續(xù)56d向大鼠飼喂含硒食物，檢測(cè)大鼠腸道及糞便中的短鏈脂肪酸 (SCFAs)的含量來研究膳食硒對(duì)結(jié)腸和直腸內(nèi)的發(fā)酵作用。短鏈脂肪酸的能夠提供腸胃膜細(xì)胞所需的基本能量，抑制腸道內(nèi)有害病菌的增長，維持腸道功能穩(wěn)定，甚至可以起到抑制腸道腫瘤生長的作用。麥麩是腸道內(nèi)微生物菌群的底物，能夠提高大鼠腸內(nèi)的發(fā)酵水平，最終提高短鏈脂肪酸的含量。因此研究膳食硒對(duì)腸道微生物的作用很有價(jià)值。該研究利用不含膳食硒的麥麩 (10%麥麩)作為空白組和含L-硒代蛋氨酸的 (SeMet)麥麩 (10%麥麩)作為對(duì)照組進(jìn)行干預(yù)實(shí)驗(yàn)。最終檢測(cè)發(fā)現(xiàn)膳食硒組的大鼠腸道短鏈脂肪酸含量顯著高于空白組，觀察腸內(nèi)不同部位的短鏈脂肪酸可以發(fā)現(xiàn)L-硒代蛋氨酸 (SeMet)抑制了盲腸中的發(fā)酵作用，而增加了直腸內(nèi)的發(fā)酵作用。這種腸內(nèi)發(fā)酵反應(yīng)可以使人體更為有效的吸收多種營養(yǎng)物質(zhì)，硒通過L-硒代蛋氨酸 (SeMet)影響著結(jié)腸和直腸內(nèi)與生成短鏈脂肪酸相關(guān)的發(fā)酵反應(yīng)，從而達(dá)到對(duì)人體健康的調(diào)控作用。

1.2 膳食硒影響腸道菌群的組成和胃腸道的定植途徑

MarinaV.Kasaikina[3]等人通過高通量測(cè)序檢測(cè)缺硒 (硒含量0.1μg/g)、足硒 (硒含量0.4μg/g) 和富硒 (硒含量2.25μg/g)這3種變量的飲食對(duì)小鼠腸道內(nèi)腸道菌群的影響。研究發(fā)現(xiàn)，通過富有硒的膳食干預(yù)小鼠56d后，小鼠腸道微生物種類變得更加豐富。在不同的腸道菌群中硒的作用表現(xiàn)出了較大的差異效應(yīng)。一些屬于細(xì)菌綱的微生物在腸道內(nèi)發(fā)育時(shí)對(duì)硒的反應(yīng)有所增加，而澤瀉類微生物 (alistipesphylotype)和擬孢子類微生物在腸道內(nèi)發(fā)育時(shí)對(duì)硒的反應(yīng)卻有所下降，因此不同類型的微生物對(duì)硒有著不同程度的反應(yīng)，這說明了硒在微生物類群中具有獨(dú)立性。對(duì)每種腸道菌群都有不同的作用。向小鼠飼喂富硒飼料能在一定程度上增加小鼠體內(nèi)腸道微生物的多樣性。喂養(yǎng)含硒飼料的小鼠體內(nèi)硒蛋白表達(dá)模式也發(fā)生了相應(yīng)的改變，但也有一部分腸道微生物隔離了硒，限制了硒對(duì)小鼠的影響程度。此外，研究還發(fā)現(xiàn)硒元素的動(dòng)態(tài)變化與其他微量元素的變化水平?jīng)]有相關(guān)性。綜上，膳食硒影響腸道菌群的組成和胃腸道的定植，進(jìn)而影響著動(dòng)物體內(nèi)硒的狀態(tài)和硒保護(hù)體的表達(dá)。

1.3 每日不同含量的硒膳食對(duì)結(jié)腸內(nèi)微生物的影響

在Combs的實(shí)驗(yàn)中，用20只大鼠作為動(dòng)物模型，分成4組來研究2種不同濃度的硒膳食對(duì)大鼠結(jié)腸內(nèi)的微生物群落產(chǎn)生的影響，最后把每組的大鼠糞便加到3種不相同的基質(zhì)內(nèi)在體外進(jìn)行酵解試驗(yàn)，最終得到每組小鼠結(jié)腸內(nèi)短鏈脂肪酸 (SCFA)的含量，對(duì)比血漿中的硒含量和硒谷胱氨肽酶可以發(fā)現(xiàn)添加硒的膳食可以大幅增加血漿內(nèi)硒的含量和硒谷胱氨肽酶的活性。對(duì)比表22種濃度不同的膳食硒得出的相關(guān)數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn)添加硒的膳食可以加強(qiáng)結(jié)腸內(nèi)的酵解作用，非常有利于結(jié)腸的健康[4]。

表1 每日不同含量的硒膳食對(duì)大鼠結(jié)腸內(nèi)微生物的影響[5]

表2 每日不同含量的硒膳食對(duì)后腸微生物內(nèi)短鏈脂肪酸含量的影響[6]

2 不同形式硒在腸道疾病中的應(yīng)用

2.1 硒預(yù)防及治療結(jié)腸癌的作用機(jī)制

FEARONER在研究中認(rèn)為，結(jié)腸癌 (CRC)的病因是已激活和未激活的隱性狀態(tài)遺傳因子的聚集作用以及環(huán)境因素 (日常飲食等)[7]，在環(huán)境因素中致癌食物的氧化作用會(huì)導(dǎo)致出現(xiàn)結(jié)腸癌，而硒在預(yù)防及治療結(jié)腸癌中發(fā)揮了防止有害的環(huán)境因素對(duì)動(dòng)物體的組織損傷并修復(fù)癌變組織的作用。硒是過氧化物酶的主要組成成分，因此在過氧化物的多種抗氧化作用中是不可或缺的重要的物質(zhì)之一。RANA R S用DMH(二甲基肼)喂養(yǎng)大鼠的研究表明，DMH可以有效地提高家鼠體內(nèi)結(jié)腸線粒體的多種過氧化作用效率[8]。同時(shí)在癌變組織中會(huì)出現(xiàn)大量具有活性的氧化細(xì)菌組織阻止致癌因子后面的一系列反應(yīng)，這證明了硒的這種抗氧化作用可以應(yīng)用到預(yù)防及治療結(jié)腸癌中。

2.2 硒對(duì)細(xì)菌的選擇作用

AXLEY M J的研究表明[9]，很多種厭氧型的細(xì)菌都離不開硒，硒元素既可以與一些細(xì)菌的轉(zhuǎn)運(yùn)RNA發(fā)生特異性結(jié)合，也可以與細(xì)菌蛋白特異性結(jié)合，因此硒在厭氧型細(xì)菌的代謝過程中起到了重要的作用，在人體或動(dòng)物體內(nèi)后腸缺少可以經(jīng)行正常代謝的硒時(shí)，可以選擇在每日使用的膳食里添加硒元素，與結(jié)腸中的微生物菌群作用，使硒可以選擇形成硒轉(zhuǎn)運(yùn)RNA或者硒蛋白，硒以這樣的形式被吸收后，可以更好的調(diào)控后腸的健康。

2.3 硒化合物在腸道內(nèi)發(fā)揮的抗癌作用

硒在自然狀態(tài)下有很多種存在形式，其中硒化合物在動(dòng)物腸道內(nèi)可以判斷腸道微生物是否擁有抗癌活性并使其轉(zhuǎn)化，其作用機(jī)制是硒化合物與引發(fā)癌癥相關(guān)的硫化合物有很強(qiáng)的親和性，硒化合物與這些硫化合物在細(xì)菌裂解酶的催化下會(huì)將有害物質(zhì)分解。有些細(xì)胞培養(yǎng)、動(dòng)物模型、臨床人體等硒化合物相關(guān)研究中說明了硒化合物通過化學(xué)保護(hù)的作用來抑制腫瘤的發(fā)生。細(xì)菌裂解酶是動(dòng)物體胃腸道內(nèi)一種重要的酶，這種酶可以激活硫離子和硒代半胱氨酸的結(jié)合。而硒化合物可以識(shí)別并激活細(xì)菌裂解酶。

3 總結(jié)

硒在機(jī)體代謝中起到關(guān)鍵的作用，隨著科技的進(jìn)步各種與硒相關(guān)的研究也值得人們?nèi)ヌ剿?，本文主要介紹了硒在腸道微生物內(nèi)的各種作用，硒以硒元素、膳食硒、硒化合物等形式作用于人體健康的調(diào)節(jié)，其中膳食硒可以通過影響腸道內(nèi)微生物起到抑制有害微生物增長，預(yù)防腸道癌癥的作用，硒元素和硒化合物都在腸道癌癥和疾病中起到了重要作用，將硒元素運(yùn)用于腸道微生物中的研究僅僅處于起步階段，硒在腸道微生物的研究有著很大的研究價(jià)值和發(fā)展空間，也是今后需要重點(diǎn)研究的硒研究領(lǐng)域之一。