硒蛋白結(jié)構(gòu)與營養(yǎng)功能研究進展

張祺悅，張健，李赫*，楊賞賜，于添，劉新旗

（1.北京工商大學食品與健康學院，國家大豆加工產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新中心，北京 100048；2.恩施德源健康科技發(fā)展有限公司，湖北 恩施 445000）

硒是人類和動物必需的一種膳食微量元素，1817年被瑞典化學家Berzelius發(fā)現(xiàn)并命名。它作為一種對人類健康至關(guān)重要的微量元素，近200多年來被廣泛研究。國內(nèi)學者研究發(fā)現(xiàn)硒元素的生物調(diào)節(jié)功能十分廣泛，例如具有很強的抗氧化能力，包括細胞對氧化應激的反應、氧化還原信號、細胞分化和蛋白質(zhì)折疊等[1]，可以增強機體免疫力[2]、延緩衰老[3]、減緩艾滋病發(fā)展[4]，在藥理學中還經(jīng)常用于代替放射性元素碘進行配體標記[5]。硒的多重抗氧化活性以及其對多種疾病的預防功能主要歸功于現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)的25種含硒蛋白。例如硫氧還蛋白還原酶（thioredoxin reductase，TrxR）、谷胱甘肽過氧化物酶（glutathione peroxidase，GSH-Px）和甲狀腺激素脫碘酶（iodothyronine deiodinase，DIO）是典型的硒蛋白，它們參與細胞內(nèi)氧化還原信號的調(diào)節(jié)，以及氧化還原穩(wěn)態(tài)和甲狀腺激素的代謝[6]。因此，硒蛋白與癌癥、克山病、病毒感染、免疫反應和甲狀腺激素功能異常等人類疾病均有很強的相關(guān)性。

食物是人體攝入硒的主要來源，硒的缺乏或過量都會對機體造成不良影響[7]。在中國，硒的成人每天推薦攝入量為60 μg[8]，但由于土壤中硒分布不均的問題，許多地區(qū)的居民都容易處于缺硒狀態(tài)，中國營養(yǎng)學會曾對我國13個省市進行調(diào)查，發(fā)現(xiàn)成人日平均硒攝入量為 26 μg～32 μg，遠低于所推薦的最低攝入量。因此，富硒的營養(yǎng)健康食品已成為人類營養(yǎng)學研究的熱門方向，旨在提高人類的健康和營養(yǎng)水平。

目前，硒補充食品種類繁多，而硒蛋白食品是其中最有效的一種。硒蛋白的結(jié)構(gòu)，最佳吸收狀態(tài)以及與健康之間的關(guān)系并不清晰，本文主要對人體中硒蛋白的結(jié)構(gòu)以及營養(yǎng)功能的最新研究成果進行綜述，為深入探討硒蛋白的營養(yǎng)功能提供參考。

1 硒蛋白結(jié)構(gòu)的研究進展

1.1 硒蛋白的種類

自然界中的硒以無機和有機形態(tài)存在。無機形態(tài)主要有硒酸鹽和亞硒酸鹽[9]，有機形態(tài)主要包括硒代氨基酸、硒肽和硒蛋白等[10]。不同形態(tài)的硒表現(xiàn)出不同的生物利用度和毒性水平。總體來說，有機硒比無機硒的生物利用度更高、毒性更小。人類通過飲食攝入的硒主要來源于植物，植物通過根從土壤中吸收各種形態(tài)的硒，再通過代謝作用轉(zhuǎn)化為有機形態(tài)，如硒代蛋氨酸（selenomethionine，SeMet）和硒代半胱氨酸（selenocysteine，SeC）等含硒氨基酸和硒蛋白[11]。其中SeMet是谷物、豆類，尤其是大豆中主要的硒化合物，它也是動物體內(nèi)第21個氨基酸，SeC合成的主要前體[12]。Chambers在研究和鑒定某些動物GSH-Px的作用和基因編碼過程中首次發(fā)現(xiàn)了SeC是由UGA編碼的[13]。此外，在人類基因組中已經(jīng)確定了25個硒蛋白基因[14]，由17個硒蛋白家族組成，有些家族有多個功能相似的基因，其中硒蛋白酶包括GSH-Px（5個基因）、TrxR（3個基因）、DIO（3個基因）和硒磷酸合成酶2（selenophosphate synthetase2，SPS2），其余的硒蛋白包括Sep15、SelH、SelI、SelK、SelM、SelN、SelO、SelP/SepP、SelR、SelS、SelT、SelV和SelW[15]，其中絕大多數(shù)已經(jīng)進行了功能性描述，只有少數(shù)硒蛋白如SelH、SelI、SelO的功能還未清晰。

1.2 硒蛋白形態(tài)測定和研究方法

1.2.1 高效液相色譜法

高效液相色譜-電感耦合等離子體質(zhì)譜（high performance liquid chromatography-inductively coupled plasma mass spectrometry，HPLC-ICP-MS）是分析硒形態(tài)最便捷、最靈敏也是最常用的檢測方法。電感耦合等離子體質(zhì)譜（inductively coupled plasma mass spectrometry，ICP-MS）具有許多優(yōu)勢，包括選擇性好、線性范圍寬和檢測限相對較低等優(yōu)點[16]，具有很強的元素特異性和靈敏性，但它無法提供有關(guān)樣品的分子信息，所以ICP-MS與高效液相色譜（high performance liquid chromatography，HPLC）或氣相色譜（gas chromatography，GC）聯(lián)用就是很好的形態(tài)分析技術(shù)[17]，即使在復雜的基質(zhì)中也可以檢測痕量的硒[18]。

高效液相色譜-電噴霧質(zhì)譜（high performance liquid chromatography-electrospray ionization mass spectrometry，HPLC-ESI-MS）與傳統(tǒng)的基于蛋白質(zhì)的技術(shù)相比，它可以對蛋白質(zhì)進行更好地分析[19]。此方法由于利用了應用于質(zhì)譜檢測的多重反應監(jiān)測技術(shù)[20]，因此比其他方法更靈敏和準確[21]，已成為一種更普遍的硒形態(tài)分析方法[22]。

高效液相色譜-氫化物發(fā)生-原子熒光聯(lián)用法（high performance liquid chromatography-hydride generation atomic fluorescence spectrometry，HPLC-HG-AFS）是一種檢測靈敏度高、使用便捷且成本低廉的用于硒形態(tài)檢測的常用方法[23]。郭金喜等[24]利用ICP-MS和HPLC-HG-AFS兩種方法測量嬰幼兒奶粉中的硒，結(jié)果表明ICP-MS的不確定度稍低于HPLC-HG-AFS，因此可根據(jù)對精確度的要求選擇合適的檢測方法，若出現(xiàn)偏差建議選擇ICP-MS法復核。

1.2.2 毛細管電泳

毛細管電泳-電感耦合等離子體質(zhì)譜（capillary electrophoresis-inductively coupled plasma mass spectrometry，CE-ICP-MS）是一種分離效率高、穩(wěn)定性好、重現(xiàn)性高、靈敏性好的硒形態(tài)分析方法。毛細管電泳（CE）的特點是分離效率高且成本較低。該技術(shù)提供了在一次運行和相對較短的時間內(nèi)分離分子量范圍很寬的大量帶電和不帶電化合物的能力[25]。CE與ICPMS聯(lián)用的毛細管電泳-電感耦合等離子體質(zhì)譜法聯(lián)用技術(shù)，在靈敏度、準確度和分析速度上都有很大的改善。

1.2.3 體積排阻色譜

體積排阻色譜與電感耦合等離子體質(zhì)譜（size exclusion chromatography-inductively coupled plasma mass spectrometry，SEC-ICP-MS）是一種分離效果十分優(yōu)秀的硒形態(tài)檢測方法。尺寸排阻色譜（SEC）已被證明是一種方便的蛋白質(zhì)分離技術(shù)，能夠分析一些高分子化合物，對一些生物大分子的分離，通常能保持其天然構(gòu)象和生物活性。但其分辨力較差，許多分子量相近的化合物很難分離，在許多應用中，SEC已被用作確定金屬蛋白的初始分級步驟[26]。

1.2.4 傅立葉變換質(zhì)譜

傅立葉變換離子回旋共振質(zhì)譜（fourier transformion cyclotron resonance mass spectrometer，F(xiàn)T-ICR-MS）可成功應用于具有完全相同序列、只有一個元素不同的肽的結(jié)構(gòu)鑒定[27]，具有很高的質(zhì)量準確度[28]。

2 硒蛋白營養(yǎng)功能的研究

2.1 硒的食物來源

Se是人體必需的微量營養(yǎng)素，在動物和人類健康中具有多種重要功能。元素硒在人體及動物體中主要以硒蛋白的形式參與調(diào)節(jié)各種生理活動，硒缺乏或過量攝入都會對機體造成不良影響，機體對硒元素的缺乏容易引起克山病、大骨節(jié)病等疾病，會降低體內(nèi)GSH-Px活性，降低抗氧化能力并且直接影響細胞分裂、繁殖、遺傳，從而干擾蛋白質(zhì)的新陳代謝[29]。

構(gòu)成主要硒源的食物包括谷類食品、堅果、肉類、雞蛋等，其中蘑菇、巴西堅果和西蘭花中硒的累積量較高。硒的日推薦攝入量在不同地區(qū)差異較大，中國硒的成人每天推薦攝入量為60 μg，世界衛(wèi)生組織建議的每天攝入量為 30 μg～50 μg。然而世界上70%的地區(qū)缺乏硒，我國有72%的地區(qū)缺硒[30]，除了湖北恩施等極少數(shù)地區(qū)外，絕大多數(shù)地區(qū)都處于貧硒地帶，而每天約20 μg硒是預防克山病的最低標準劑量[31]。因此，發(fā)現(xiàn)和研究富硒食品和其他硒補充劑對于提高國民身體健康水平格外重要。

2.2 硒蛋白吸收性

人體對有機硒的吸收優(yōu)于無機硒[32]，食用富硒生物活性肽食品，可增加體內(nèi)硒的吸收率以及吸收速度，更加高效的補充硒。孫群等[33]研究對比了無機硒（亞硒酸鈉）和有機硒（富硒平菇中的硒）的生物利用率，結(jié)果表明富硒平菇中硒的生物利用率更高。人體內(nèi)大多數(shù)蛋白質(zhì)以肽的形式被吸收，生物活性肽可以通過前體蛋白的酶解而得到，二肽和三肽的吸收速度比具有相同成分的氨基酸更快。食用富硒大豆肽，其在體內(nèi)吸收率以及吸收速度都強于富硒大豆蛋白[34]。富硒大豆肽不僅提高硒的體內(nèi)吸收速率，滿足人體硒的正常需求量，發(fā)揮硒的生理活性，而且硒-肽結(jié)合形式，可以發(fā)揮硒、肽雙重健康功效，二者協(xié)同作用不僅能夠增強免疫功能還能夠提高機體抗氧化能力。劉愛紅等[35]研究發(fā)現(xiàn)有機硒能顯著增強小鼠GSH-Px活性，提高超氧化物歧化酶（superoxide dismutase，SOD）活性，有效防止血液中脂質(zhì)過氧化物（lipid peroxidation，LPO）的產(chǎn)生，且其劑量與抑制作用成正相關(guān)，硒蛋白比硒多糖生物效應更佳，而亞硒酸鈉僅能提高GSH-Px活性。

2.3 抗氧化作用

大多數(shù)已被鑒定的硒蛋白都具有一定的抗氧化功能。研究表明，體內(nèi)存在過多的氧自由基會導致一系列氧化損傷過程，可能會破壞細胞的重要成分DNA和蛋白質(zhì)，且會導致細胞死亡[36-38]。雷紅靈[39]實驗表明純化的恩施碎米薺含硒蛋白對羥自由基和超氧陰離子自由基的清除以及蛋白溶液對丙二醛（malondialdehyde，MDA）生成的抑制表現(xiàn)十分優(yōu)秀，且飼喂小鼠后促進其生長發(fā)育，提高了血液中硒水平，增強了小鼠的總抗氧化能力。劉坤媛等[40]證實食用壺瓶碎米薺含硒蛋白，能顯著延長小鼠負重游泳時長，同時提高乳酸清除能力延緩運動性疲勞。由此推測含硒蛋白可能通過清除運動產(chǎn)生的自由基發(fā)揮其延緩疲勞作用，但還需進一步證明。

有機硒比無機硒具有更強的抗氧化能力。SeC是第21個氨基酸，所有硒蛋白的一個關(guān)鍵特征是序列中存在SeC殘基，少數(shù)例外。這種氨基酸位于酶的活性部位，用于催化氧化還原反應[41]，秦蕓等[42]比較了普通大米肽、富硒大米肽及SeMet對老齡小鼠體內(nèi)抗氧化能力的改善作用，結(jié)果表明食用富硒大米肽后各項抗氧化能力評價指標改善程度均優(yōu)于SeMet，且兩者顯著優(yōu)于普通大米肽。LIU等[43]研究發(fā)現(xiàn)富硒大豆肽通過降低血清谷草轉(zhuǎn)氨酶（glutamic oxaloacetic transaminase，AST）、谷丙轉(zhuǎn)氨酶（glutamic pyruvic transaminase，ALT）活性，提高GSH含量和GSH-Px活性，促進GSH-Px的合成，增加MMP9 mRNA的表達水平，從而減弱CCl4誘導的肝纖維化。

硒蛋白還可通過抑制脂質(zhì)過氧化保護心腦血管健康。血漿中超過一半的硒以SelP的形式存在，SelP在血管中可直接降低磷脂過氧化氫含量、保護血管內(nèi)皮細胞免受氧化損傷、抑制低密度脂蛋白的氧化，進一步保護心血管的健康[44]。有實驗[45]表明低劑量地喹會導致大鼠血漿F2異前列腺素升高，發(fā)生脂質(zhì)過氧化反應，肝細胞壞死，在給藥后2 h～4 h內(nèi)死亡。給藥前12 h補充硒可預防肝壞死和脂質(zhì)過氧化，與硒補充后血漿中SelP含量的增加密切相關(guān)。硒蛋白還可與部分有毒金屬離子如汞、鉛、鉑、砷等結(jié)合形成復合物從而保護機體免受傷害[46]，具有一定的解毒作用[47]。且硒通過調(diào)節(jié)SelP和GPX4的表達，拮抗鉻誘導的氧化應激或改變抗氧化防御系統(tǒng)[48]。有研究表明[49]，預先補充硒能有效減緩鉻誘導的膜脂過氧化，減少大鼠肝、腎中重金屬的積累。

越來越多的證據(jù)表明，硒蛋白可以通過清除自由基、增加細胞內(nèi)抗氧化酶活性和谷胱甘肽水平來抑制氧化應激。因此有機硒作為食品中的天然抗氧化成分對人體健康十分有益。

2.4 提高免疫力

硒蛋白對調(diào)節(jié)免疫反應起著至關(guān)重要的作用。近年來，越來越多的研究證實硒能夠增強免疫力、提高抗體水平、提高非特異性免疫、抑制炎癥反應[50]。有試驗表明在傷口愈合過程中，一些硒蛋白如GPX-1、GPX4、SelS和SelP結(jié)合在一起，在炎癥階段起到抗氧化、抑制炎性細胞因子和清除過氧硝酸鹽等多種作用[51]。硒可通過提高吞噬過程中吞噬細胞的存活率而增強免疫功能，杜瑩等[52]利用硒含量不同的含硒蛋白飼養(yǎng)小鼠，得出含硒量較高的蛋白對免疫力的影響明顯優(yōu)于較低硒含量蛋白，硒含量高的蛋白提高免疫力是由于增強了GSH-Px的活性。硒蛋白可通過多種途徑提高免疫功能，而硒肽由于分子量低、吸收性強等特點，提高免疫力效果更顯著。FANG等[53]研究富硒大米肽發(fā)現(xiàn)其水解度與巨噬細胞的吞噬能力成正相關(guān)，較高的水解度表現(xiàn)出了更好的免疫活性與抗氧化能力。

人體需要攝入足夠的硒以確保最佳的免疫功能，否則會導致免疫功能受損，影響淋巴細胞的增殖和分化，還可能受到脂質(zhì)過氧化反應對機體的危害[54]。

2.5 抗腫瘤作用

硒蛋白在預防腫瘤發(fā)生、抑制腫瘤生長、促使癌細胞凋亡方面具有明顯的作用[55]。劉昆侖[56]研究發(fā)現(xiàn)富硒發(fā)芽糙米中3種硒蛋白對人胃癌細胞和人肝癌細胞均顯示出顯著的抑制作用。鐘鳴等[57]研究發(fā)現(xiàn)富硒蛹蟲草硒蛋白多糖對荷瘤小鼠的抑瘤率高達46.92%，且提高了其免疫力。但硒的抗腫瘤機理目前尚未清晰，推測可能來源于多方面作用協(xié)同促成的如抗氧化作用、解毒作用、增強免疫力等。

2.6 保證甲狀腺功能

甲狀腺功能也需要硒蛋白進行調(diào)節(jié)，至少有11種硒蛋白被表達，如DIO，有3種DIO都是硒蛋白，其中I型和II型通過將甲狀腺素（T4）轉(zhuǎn)化為三碘甲腺原氨酸（T3）激活甲狀腺激素，III型使T3失活[58]。它們在胚胎發(fā)育和代謝率調(diào)節(jié)中起著重要作用。硒蛋白與自身免疫性甲狀腺炎、甲狀腺結(jié)節(jié)及甲狀腺癌等的發(fā)生發(fā)展息息相關(guān)[59]，如自身免疫性甲狀腺炎患者需服用硒補充劑輔助治療[60]。

3 結(jié)語

硒對人體的重要性越來越受到重視，通過食品途徑補充人體內(nèi)的硒含量已經(jīng)成為了目前功能性食品的研究熱點之一。硒蛋白檢測方法主要有HPLC-ICPMS、CE-ICP-MS、FT-ICR-MS等方法，采用較多的是HPLC-ICP-MS，技術(shù)聯(lián)用對其進行形態(tài)分析已十分成熟。目前硒的營養(yǎng)功能研究主要集中在提高免疫和抗氧化功能的體外研究，但硒蛋白攝入量與提高免疫和抗氧化功能在體內(nèi)的量效關(guān)系尚不清楚。食物來源的富硒蛋白是有效的硒補充劑，富硒肽作為富硒蛋白的酶解產(chǎn)物，其在吸收率以及吸收速度更有優(yōu)勢。富硒肽將是較有前景的新型補硒食品原料，硒蛋白和硒肽將廣泛應用于日常營養(yǎng)補充食品或保健食品。