微量元素硒在對(duì)抗COVID-19中的作用研究進(jìn)展

高敏宜 ， 徐笑 ， 高已雯 ， 陳鷹 ， 馬鉦斐 ， 袁林喜

1.西交利物浦大學(xué)理學(xué)院健康與環(huán)境科學(xué)系，江蘇 蘇州 215123；

2.西交利物浦大學(xué)藥學(xué)院，江蘇 蘇州 215123；

3.西英格蘭大學(xué)，英國(guó) 布里斯托 BS16 1QY

2019年，新型冠狀病毒肺炎（簡(jiǎn)稱新冠肺炎，coronavirus disease 2019，COVID-19）疫情爆發(fā)，根據(jù)世界衛(wèi)生組織統(tǒng)計(jì)，截至2022年8月7號(hào)，全球已有5.818億例確診病患和640萬(wàn)例死亡病患［1］。新型冠狀病毒肺炎是由嚴(yán)重急性呼吸綜合征冠狀病毒2（severe acute respiratory syndrome coronavirus 2，SARS-CoV-2）引起的呼吸系統(tǒng)疾病，初期臨床表現(xiàn)包含發(fā)熱、咳嗽、呼吸困難、肌肉疼痛或困倦，少數(shù)伴有頭痛、咳血及腹瀉等癥狀［2］。SARSCoV-2屬于β冠狀病毒，同病毒屬中還包括嚴(yán)重急性呼吸綜合征冠狀病毒（severe acute respiratory syndrome coronavirus，SARS-CoV）和中東呼吸綜合征冠狀病毒（middle east respiratory syndrome coronavirus，MERS-CoV）2種高致病性病毒。RNA序列結(jié)果顯示SARS-CoV-2和SARS-CoV高度同源，相似度達(dá)79.5%［3］，且感染機(jī)制同為通過細(xì)胞受體血管緊張素轉(zhuǎn)化酶2（angiotensin converting enzyme 2，ACE2）進(jìn)入細(xì)胞［4］。SARS-CoV-2需借由ACE2入侵細(xì)胞，其在人體組織中的分布決定了各器官是否受病毒感染，而ACE2在肺部、心血管系統(tǒng)、腸道、腎臟、中樞神經(jīng)系統(tǒng)中皆有分布，因此SARS-CoV-2也可能感染循環(huán)和消化系統(tǒng)［5］。然而除了病毒入侵細(xì)胞，COVID-19對(duì)于人體的主要傷害來(lái)源于過激免疫反應(yīng)。研究顯示，感染SARS-CoV-2后病毒在體內(nèi)大量繁殖易引發(fā)強(qiáng)烈免疫反應(yīng)，單核細(xì)胞CD14+和CD16+過度激活，伴隨白介素-6（interleukin-6，IL-6）高度表達(dá)，發(fā)炎反應(yīng)劇增進(jìn)而引發(fā)細(xì)胞因子風(fēng)暴［6］。而由細(xì)胞因子風(fēng)暴導(dǎo)致的急性呼吸窘迫綜合征（acute respiratory distress syndrome，ARDS）和多重器官衰竭是新冠患者死亡的主要因素，且臨床數(shù)據(jù)顯示，新冠患者的重癥率和死亡率也和年齡、性別及糖尿病、高血壓、心臟病等基礎(chǔ)疾病相關(guān)［7-8］。

硒作為合成硒酶和硒蛋白的必要成分，是人和動(dòng)物必需的微量元素，具有提高免疫力、減少癌變風(fēng)險(xiǎn)、抗氧化、抗病毒等功效［9］。硒被證實(shí)能夠抵抗DNA病毒如乙型肝炎病毒（hepatitis B virus，HBV）［10］，以及RNA病毒如人類免疫缺陷病毒（human immunodeficiency virus，HIV）、埃博拉病毒（ebola virus，EBOV）和科薩其病毒（coxsackie virus）等［11］，在調(diào)節(jié)免疫系統(tǒng)和炎癥反應(yīng)中發(fā)揮作用。

一項(xiàng)2021年的研究指出，中國(guó)新冠肺炎病例死亡率具地域差異性，湖北省以外的地區(qū)中黑龍江省死亡率普遍高于其他地區(qū)［12］，而黑龍江爆發(fā)過大規(guī)模的克山病，當(dāng)?shù)鼐用竦念^發(fā)硒含量只有0.26 mg·kg-1，屬于嚴(yán)重缺硒區(qū)。除此之外，全中國(guó)新冠病死率較高（病死率1.52%～8.51%不等）的地區(qū)都集中在中度和重度缺硒地區(qū)［12］。在湖北恩施，新冠爆發(fā)初期的治愈率為36.4%，湖北其他地區(qū)為13.1%［12］；恩施地區(qū)居民普遍有較高的硒攝入量，女性頭發(fā)硒含量為3.13±1.91 mg·kg-1，男性為2.21±1.14 mg·kg-1；而在湖北?。ǔ魇┩猓┻@一數(shù)值（平均值）僅為0.55 mg·kg-1［7］。同時(shí)，在關(guān)注美國(guó)本土COVID-19的病死率時(shí)，研究者發(fā)現(xiàn)，在硒及其他微量元素濃度較低的美國(guó)東南部地區(qū)，COVID-19的病死率較高［10］。這些流行病學(xué)數(shù)據(jù)結(jié)果提示環(huán)境硒含量及人群硒攝取量有可能影響COVID-19患病率及死亡率。本綜述總結(jié)了微量元素硒對(duì)抗COVID-19作用與機(jī)制的最新研究成果，包括硒缺乏患者的臨床數(shù)據(jù)、補(bǔ)硒對(duì)于新冠肺炎的作用以及研究局限等，以期為了解和研究微量元素硒在預(yù)防和輔助治療COVID-19提供科學(xué)參考。

1 硒缺乏在COVID-19患者上的臨床表現(xiàn)

在一項(xiàng)針對(duì)COVID-19病患和已康復(fù)的COVID-19病患血漿硒蛋白p（Sepp1）的對(duì)比研究中發(fā)現(xiàn)，COVID-19病患體內(nèi)的硒蛋白p濃度相對(duì)于兩組已治愈的COVID-19病患較低，均值分別為4.5、5.5和6.8 mg·mL-1［14］。同樣，在一項(xiàng)針對(duì)妊娠期患COVID-19孕婦的研究中，研究者每3個(gè)月對(duì)孕婦進(jìn)行一次血清硒水平以及其他參數(shù)的檢查，發(fā)現(xiàn)母體對(duì)硒攝入量的需求隨胎兒生長(zhǎng)而提高。同時(shí)，患新冠肺炎的孕婦在進(jìn)入第2和第3期妊娠后硒水平顯著低于未患病孕婦，中性粒細(xì)胞（neutrophil）、淋巴細(xì)胞（lymphocyte）和白細(xì)胞（white blood cell，WBC cells）水平低于健康孕婦，而IL-6水平高于健康孕婦［15］。在南印度的一項(xiàng)臨床研究中，研究者發(fā)現(xiàn)，新冠肺炎患者血清硒濃度為69.2±8.7 μg·mL-1，低于血清硒水平處于臨界值（79.1±10.9 μg·mL-1）的對(duì)照組［16］。在韓國(guó)的一項(xiàng)針對(duì)新冠肺炎患者體內(nèi)營(yíng)養(yǎng)狀況的研究中，發(fā)現(xiàn)76%的患者體內(nèi)缺乏維生素D，42%的患者血硒水平低于臨界值（40 ng·mL-1）。在此前一項(xiàng)針對(duì)韓國(guó)健康成年人的研究中，男性血硒濃度為103.2 μg·L-1，而女性血硒濃度是120.8 μg·L-1。同時(shí)，在這項(xiàng)針對(duì)新冠患者的研究中，成人血硒水平中位數(shù)（男性101.4 μg·L-1，女性96.7 μg·L-1）也低于健康成人的硒水平［17］。

在德國(guó)的一項(xiàng)COVID-19死亡風(fēng)險(xiǎn)研究中，研究人員收集了33名COVID-19患者的166份血清樣本，發(fā)現(xiàn)與歐洲平均數(shù)據(jù)相比（總硒：84.4±23.4 μg·L-1；硒蛋白P：4.3±1.0 mg·L-1），患者的血清總硒水平（50.8±15.7 μg·L-1）和硒蛋白P水平（3.0±1.4 mg·L-1）顯著降低。此外，與死亡病例相比，幸存者的硒狀態(tài)明顯更高（硒：53.3±16.2 μg·L-1vs.40.8±8.1 μg·L-1，硒蛋白P：3.3±1.3 mg·L-1vs.2.1±0.9 mg·L-1）［18］。

2 硒對(duì)抗COVID-19的臨床效應(yīng)

在土耳其的一項(xiàng)研究中，治療前被定義為患有低硒血癥（患者血清硒水平低于95 μg·L-1）的新冠肺炎患者占所有病例的86.7%，而給藥（法維匹拉韋和羥氯喹）治療后這一占比減小至70%，即使藥物中并不存在硒和鐵的補(bǔ)充成分，相較給藥前，患者體內(nèi)的硒和鐵濃度也有顯著升高。雖然在該項(xiàng)研究中沒有給出硒對(duì)于新冠肺炎治療的直接效果，但研究者認(rèn)為法維匹拉韋和羥氯喹對(duì)硒蛋白抑制炎癥效力可能有藥理刺激作用［19］。相似地，在德國(guó)的一項(xiàng)臨床研究中，參與試驗(yàn)的患者在治療基礎(chǔ)上每天靜脈注射0.1 g硒營(yíng)養(yǎng)，主要成分為亞硒酸鈉，發(fā)現(xiàn)谷胱甘肽過氧化酶3（GPx3）活性隨時(shí)間推移增加，同時(shí)標(biāo)定炎性細(xì)胞活性的白介素水平顯著降低，然后在給藥后CD3+T、CD8+T細(xì)胞達(dá)到正常值。給硒治療患者體內(nèi)的硒蛋白P濃度和炎癥標(biāo)志物降鈣素原（procalcitonin，PCT）、C反應(yīng)蛋白（C-reactive protein，CRP）、白介素（IL-1B、IL-6和IL-10）均成反比；和細(xì)胞毒性T細(xì)胞（CTL；CT8+T）、自然殺傷細(xì)胞（NK cell）、免疫球蛋白以及氧合指數(shù)（PaO2/FiO2）均成正比［20］。在一項(xiàng)對(duì)用于鑒定抑制主要蛋白酶的抗病毒含硒雜環(huán)化合物對(duì)抗SARS-CoV-2的研究中，高劑量的含硒化合物如依布硒琳在細(xì)胞中與SARS-CoV-2 MPro的活性殘基Cys145共價(jià)結(jié)合，以抑制的方式進(jìn)行殘基修飾，從而達(dá)到抗病毒效果［21］。在一項(xiàng)針對(duì)疫苗接種后的研究中，發(fā)現(xiàn)為受種者在接種后提供硒補(bǔ)充劑可以增加人體內(nèi)的谷胱甘肽氧化酶4（GPx4）表達(dá)和免疫球蛋白G（IgG）滴度，同時(shí)補(bǔ)充硒也對(duì)健康成人接種疫苗后的誘導(dǎo)抗體滴度有積極影響［22］。IgG滴度的增加有益于疫苗抗體在人體內(nèi)更好地發(fā)揮作用，而GPx4的增加可以更好地保護(hù)細(xì)胞避免脂質(zhì)過氧化而導(dǎo)致鐵死亡［22］。

3 硒對(duì)抗COVID-19的作用機(jī)制

3.1 基本免疫機(jī)制

研究發(fā)現(xiàn)，負(fù)責(zé)SARS-CoV-2病毒復(fù)制的主蛋白酶（main protease，Mpro）與人體內(nèi)的硒酶——谷胱甘肽過氧化物酶1（GPx1）可能存在相互作用。由于有機(jī)物依布硒琳和谷胱甘肽過氧化物酶在影響ROS方面的機(jī)制類似，即硒基氧化后被谷胱甘肽還原，研究者把依布硒琳作為谷胱甘肽過氧化物酶的模擬物，發(fā)現(xiàn)其對(duì)Mpro表現(xiàn)出較強(qiáng)的抑制作用。同時(shí)，研究者在SARS-CoV-2與人類蛋白進(jìn)行互作的研究中，使用野生型和催化不活躍的突變型Mpro進(jìn)行篩選后確定了高可信度的互作蛋白，即組蛋白去乙酰化酶2（HDAC2）、tRNA（鳥嘌呤-26-（N-2））-二甲轉(zhuǎn)移酶（TRMT1）和GPx1。這2項(xiàng)平行發(fā)現(xiàn)進(jìn)一步解釋了GPx1與SARS-CoV-2 Mpro之間的相互作用［23］。此外，硒蛋白K和硒蛋白P以及谷胱甘肽過氧化物酶相互作用可以調(diào)節(jié)炎癥和免疫反應(yīng)［24］。在人呼吸道上皮細(xì)胞培養(yǎng)物A549中添加亞硒酸鈉可增加谷胱甘肽過氧化物酶的活性，并抑制過氧化氫的形成和NF-KB的活化。亞硒酸鈉不僅通過增加谷胱甘肽過氧化物酶的活性來(lái)調(diào)節(jié)NF-KB的活性，還可能通過該轉(zhuǎn)錄因子中關(guān)鍵巰基的直接氧化來(lái)調(diào)節(jié)。亞硒酸鈉中的硒作為四價(jià)陽(yáng)離子出現(xiàn)，可以與病毒蛋白二硫鍵異構(gòu)酶活性中心的巰基反應(yīng)，從而使病毒失活［24］；而有機(jī)硒化合物如硒代蛋氨酸（SeMet）可以作為強(qiáng)力的抗氧化劑使用，具有保護(hù)細(xì)胞免受氧化應(yīng)激并維持氧化還原穩(wěn)態(tài)的作用，能夠在與氧化應(yīng)激相關(guān)的所有病理生理過程中發(fā)揮其活性，例如炎癥、微生物和病毒感染［24］。

3.2 SARS-CoV-2與硒的競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系

實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)非洲綠猴腎細(xì)胞（Vero-E6 Cell）在感染SARS-CoV-2 48 h后，硒蛋白表達(dá)明顯減少，且細(xì)胞因子白介素-6表達(dá)增加，受影響的硒蛋白包含了GPx4、TXNRD3及硒蛋白S、K、F、M；其中，保護(hù)細(xì)胞避免脂質(zhì)過氧化而導(dǎo)致鐵死亡的GPx4減少了69.4%，調(diào)節(jié)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激作用及細(xì)胞因子的硒蛋白S、K減少了61.1%和71.3%，而調(diào)控氧化還原穩(wěn)態(tài)以及促進(jìn)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)蛋白折疊的硒蛋白F、M分別減少了76.9%和56.2%。此外，TXNRD3的mRNA濃度減少了36.9%，由于抑制TXNRD會(huì)減少DNA合成進(jìn)而促進(jìn)RNA合成，且HIV-1和埃博拉（Ebola）病毒具有類似機(jī)制，推測(cè)SARS-CoV-2通過反義RNA抑制TXNRD3以達(dá)到增加復(fù)制的效果［25］。由此可知，在對(duì)抗SARS-CoV-2的過程中，硒參與的防御機(jī)制遭到攻擊，無(wú)法發(fā)揮最大效用，并且在重癥新冠肺炎患者標(biāo)志性的臨床表現(xiàn)中，缺氧以及白介素-6急劇升高已被證實(shí)會(huì)抑制肝臟中硒蛋白P表達(dá)，進(jìn)而導(dǎo)致可輸送的硒蛋白減少和組織中硒缺乏［26-27］。

4 現(xiàn)階段研究的局限性

盡管硒水平與COVID-19的治愈率之間存在著相對(duì)顯著的關(guān)系，但由于研究人員尚無(wú)法對(duì)個(gè)體進(jìn)行臨床分析和差異性處理，只能在整體水平上對(duì)我國(guó)現(xiàn)有COVID-19病例的省份和城市進(jìn)行調(diào)查統(tǒng)計(jì)，這導(dǎo)致可能混雜其他因素，如患者的年齡、基礎(chǔ)疾病、患病前體內(nèi)的硒水平等［28］；另一方面，與硒有關(guān)的個(gè)體營(yíng)養(yǎng)素?cái)z入的數(shù)據(jù)有限，無(wú)法進(jìn)行營(yíng)養(yǎng)評(píng)估和統(tǒng)計(jì)學(xué)分析，從而導(dǎo)致目前尚無(wú)法對(duì)硒在COVID-19中的作用做出準(zhǔn)確判斷。到目前為止，仍然沒有臨床試驗(yàn)設(shè)計(jì)評(píng)估硒給藥對(duì)COVID-19的治療效果且沒有單獨(dú)的硒干預(yù)試驗(yàn)研究。從目前的觀察性結(jié)果來(lái)看［29］，大多數(shù)情況下，硒相當(dāng)于一種“催化劑”，僅僅起著促進(jìn)和增強(qiáng)作用，但不能起到與維生素D、E類似的直接作用［30］。因此，仍然需要更多的臨床研究來(lái)確認(rèn)硒對(duì)于COVID-19預(yù)防或治療的有效性。

5 展望

從現(xiàn)有的研究結(jié)果（圖1）來(lái)看，硒具有調(diào)節(jié)免疫系統(tǒng)和減緩發(fā)炎反應(yīng)的能力，分別對(duì)應(yīng)預(yù)防感染SARS-CoV-2以及避免過激免疫反應(yīng)導(dǎo)致的細(xì)胞因子風(fēng)暴。此外，硒與其他營(yíng)養(yǎng)素如鋅、維生素D和E存在正向聯(lián)合作用，能幫助減輕新冠肺炎患者的細(xì)胞氧化應(yīng)激壓力和發(fā)炎程度。而在硒充足地區(qū)觀察到較低的新冠肺炎患病率及死亡率也符合“硒對(duì)于對(duì)抗SARS-CoV-2有益處”這一推論，然而單獨(dú)將硒和其他營(yíng)養(yǎng)素相比，新冠肺炎病患的臨床數(shù)據(jù)卻不足以支撐硒的重要性和顯著性，僅能發(fā)揮輔助作用。但SARS-CoV-2能抑制硒相關(guān)蛋白的合成，而COVID-19重癥患者常發(fā)生的缺氧和白介素-6急劇升高亦能損害硒在人體內(nèi)的運(yùn)輸，說(shuō)明硒和SARS-CoV-2并非是單方面壓制而是互相掣肘的關(guān)系。為了闡明硒在預(yù)防或治療SARS-CoV-2中的完整機(jī)制，亟需展開單獨(dú)針對(duì)硒和新冠肺炎患者的臨床研究，如在不同感染時(shí)期補(bǔ)硒、以及各類硒蛋白濃度和炎癥標(biāo)志物在感染周期中的變化等。總之，基于現(xiàn)有研究揭示的微量元素硒在對(duì)抗COVID-19過程中的輔助作用和潛在機(jī)制，值得進(jìn)一步在人群調(diào)查、環(huán)境營(yíng)養(yǎng)、臨床機(jī)理、分子機(jī)制等方面開展深入研究。

圖1 微量元素硒對(duì)抗SARS-CoV-2病毒的示意圖Fig. 1 Counteraction diagram of Se on SARS-CoV-2