納米硒毒性與營養研究進展
鄭澤洋1,2,3，李綺敏1,2,3，楊安源1,2,3
（1.廣東省食品工業研究所有限公司，廣東廣州 511442；
2.食品企業質量安全檢測技術示范中心，廣東廣州 511442；
2.食品企業質量安全檢測技術示范中心，廣東廣州 511442；
3.廣東省食品質量安全服務工程技術研究中心，廣東廣州 511442）
摘 要：硒是人體中不可缺少的微量元素之一，在維持機體正常生命活動中扮演著重要的角色。硒的形態決定了其毒性與生物活性，其中納米硒是已有硒形態中毒性最低、生物活性最強，具有抗氧化、抗癌、增強免疫力等生物活性，未來有望成為新型硒營養補充劑。本文重點對納米硒毒性與營養研究進展進行討論。關鍵詞：納米硒；毒性；營養
瑞典化學家Berzelius于1817年在硫酸工廠的鉛室中分離出微量元素硒（Selenium）。1943年，第一次報道了關于硒導致人類致癌的報告[1]。1973年聯合國世界衛生組織宣布硒是生物體中必需的、不可缺少的營養元素之一。硒作為一種必需的微量元素，與人類和動物的健康密切相關，在防癌、抗癌、防衰老、預防和治療心血管疾病、克山病和大骨節病等方面起著重要作用，并參與多種生命基礎代謝[2-3]。在自然界中，硒存在的形態包括Se（VI）、Se（IV）、Se（0）和Se（-II）[4]，硒的形態影響著其毒性與生物活性。本文對硒的形態與人類健康和疾病的關系進行綜述。
1 納米硒毒性
硒是人體內的一種重要微量元素，其生理劑量與中毒劑量范圍較窄，一旦攝入過量的硒會引起食欲減退、乏力、精神萎靡不振及頭皮癢痛等癥狀。由于硒性質與硫相似，當硒攝入量超過機體自身解毒能力時，硒元素可隨機替代含硫化合物中的硫，形成硒代蛋氨酸，引起體內含巰基的酶或蛋白失活，喪失原本的生理功能，并導致肝臟損傷[5]。輕度硒中毒主要表現為部分脫發和脫甲；嚴重硒中毒則會引起四肢發麻、對稱性多發性周圍神經病、偏癱等神經相關疾病癥狀[6-7]。硒的毒性與其形態相關，無機硒的毒性大于有機硒。另外，一種平均粒徑在5～200 nm的硒納米顆粒具有比有機硒更低的毒性及更高的活性[8]，近年來備受學者關注。
無機硒具有較大毒性，不易被機體吸收，生物利用率低等特點，主要包括單質硒、硒化物、亞硒酸鹽（HSeO3-和SeO32-）、硒酸鹽（SeO42-）等。其中，Se4+毒性比Se6+強，原因為Se4+可與生物體內的硫醇發生還原反應生成RS-Se-SR，隨后分解產生超氧化物和元素硒，其毒性的產生來源于硫醇的還原和超氧化物的生成[9]。1993年日本已明令禁止在所有動物飼料中使用亞硒酸鈉等無機硒[10]。無機硒在腸道內必須先有機配體結合才被人體吸收。腸道內存在多種因素與硒競爭有機配體，因此大大影響了無機硒的吸收。無機硒在體內還易與維生素發生結合，穩定性差、生物利用率低。有機硒指硒的有機化合物，即硒與碳、氫、氧、氮等有機元素結合，或與含有有機元素的物質結合，如蛋白質、氨基酸等的化合物。有機硒包括硒代氨基酸（硒代甲硫氨酸和硒代半胱氨酸）、硒脲、硒蛋白和硒多糖等。已有大量研究表明，有機硒的毒性遠低于無機硒。研究表明亞硒酸鈉對昆明小鼠灌胃的半致死量（LD50）為21.17 mg/kg，且亞硒酸鈉會使小鼠骨髓微核率、精子畸變率均上升，與此同時經酵母發酵制備的有機硒的半致死量（LD50）為740.2～1 179 mg/kg
至少是亞硒酸鈉的37倍[11]。強佳麗等[12]對比了富硒產品與亞硒酸鈉、硒代蛋氨酸及硒代半胱氨酸毒性，結果表明富硒產品、亞硒酸鈉、硒代蛋氨酸及硒代半胱氨酸以硒計LD50分別為63.6 mg/kg、4.6 mg/kg、25.6 mg/kg和14.6 mg/kg，且該富硒產品的毒性優于硒代蛋氨酸及硒代半胱氨酸?？梢?，有機硒的毒性均比無機硒低，且有機硒之間的毒性與其結構有關系。
利用納米材料的特性，科學家制備了一種納米級的單質硒，它是已發現硒形態中毒性最低且具有較高的生物活性[13-15]。納米硒具有與硒相同的生物活性，具有抗氧化、抗癌、保護肝臟等活性，與無機或有機硒相比，納米硒的生物利用率更高[16]。高學云等[17]將以蛋白為分散劑的納米紅色元素硒對小鼠口服的LD50為112.98 mg/kg，而亞硒酸鈉的LD50為15.72 mg/kg，納米硒毒性明顯低于亞硒酸鈉。KOKILA等[18]采用柿葉提取物介導制備硒納米顆粒，與Se4+相比，其對MCF-7細胞系的毒性較低。
2 納米硒的營養研究
硒是人體紅細胞谷胱甘肽過氧化物酶的重要組成成分，其主要作用是參與酶的合成，避免細胞膜過度氧化，保護其結構與功能，具有抗氧化、抗腫瘤、預防心血管疾病、癲癇等多重生物學功能。硒代半胱氨酸作為人體的第21個氨基酸[19]，在遺傳密碼中，其編碼為UGA[20]，也是25種硒酶的活性中心[21]。硒酶也具有多重生物學活性，從抗氧化、抗炎作用到抗癌、保護中樞神經系統等。
2.1 納米硒與抗氧化作用
硒是內源性抗氧化防御系統的重要組成部分。內源性抗氧化防御酶系在抵抗氧化應激時，機體內硒水平的增加，有助于降低其消耗，從而增加了體內抗氧化能力[22]。硒的抗氧化能力主要表現為提高抗氧化酶系活力（包括超氧化物歧化酶（SOD）和GSH-Px），抑制脂質過氧化等[23]。與無機或有機硒相比，納米硒的生物活性更好[16]。WANG等[14]分別將牛血清蛋白（BSA）調控制備的球形納米硒顆粒和硒代蛋氨酸喂養小鼠，比較兩者的抗氧化活性及毒性，結果表明兩種硒均能通過提高兩種硒酶（GSH-Px和硫氧還蛋白還原酶）的活力，發揮強大的抗氧化作用，并且納米硒在更低用量的情況下就能達到與硒代蛋氨酸相同的效果，說明與有機硒相比，納米硒具有更高的抗氧化活性，且較低的毒性。BAI等[24]也做了相似的實驗，將殼聚糖調控制備的三角形納米硒喂養小鼠，與亞硒酸鈉相比，小鼠體內的硒含量增加顯著，GSH-Px、SOD和CAT活性的水平顯著增加，具有更高的生物活性和生物安全性。
2.2 納米硒與抗癌作用
大量體外和動物實驗表明，硒在癌癥預防和治療中發揮著強大作用。采用富硒的食物喂養小鼠，顯著降低癌癥的發生率[25]。硒的抗癌機理可分為3大類，即ROS產生、硫醇修飾以及染色質結合和修飾[26]。ZHANG等[27]使用ATP在SeNPs表面進行修飾形成ATP@SeNPs，顯著提高了SeNPs的細胞吸收率。ATP@SeNPs通過增加亞G1細胞群的積累，暴露磷脂酰絲氨酸，使DNA片段化，切割PARP以及活化半胱天冬酶等一系列反應，誘導HepG2細胞凋亡，使得抗癌活性顯著提高。GAO等[28]發現聯合使用伊立替康（抗癌藥物）和納米硒能有效增強體內外的抗腫瘤治療效果，其中納米硒對癌癥的抑制作用主要是其能夠選擇性調節腫瘤組織和上調正常組織中的Nrf2-ARE途徑相關蛋白。同時，納米硒可以有效降低抗癌藥物對肝臟的毒性作用。
2.3 硒與肝臟疾病
硒與肝臟健康息息相關，研究發現肝病患者體內普遍缺硒，硒的補充能提高肝臟的抗氧化能力，抑制肝纖維化和肝損傷[29]。張勁松等[30]發現經CCl4誘導肝損傷的小鼠喂養納米硒后，其肝臟和血清內硒含量顯著升高，肝臟MDA含量和血清中AST活性顯著下降，說明納米硒對CCl4誘導的肝損傷具有保護作用，且隨劑量升高，保護效果明顯。AMIN等[31]研究證明了納米硒對APAP誘導的肝毒性具有保護作用，主要體現在它可以調節肝功能和提高體內CAT、SOD活性以及GSH含量。另外，有學者還指出納米硒可能是一種抑制氧化應激的新型保肝物質。BHATTACHARJEE等[32]發現納米硒通過改善肝臟脂質過氧化物、DNA損傷和染色體畸變的水平，有效增加了各種抗氧化酶的活性，對抗癌藥物環磷酰胺（CP）誘發的肝臟毒性具有保護作用，同時在攜帶EAC的小鼠中表現出顯著的抗腫瘤和抗氧化的作用。
3 硒的安全攝入量
硒是人體必需的營養元素之一，因此硒的攝入量必須得到嚴格的控制。Wada[33]的研究結果顯示，長期食用硒含量小于0.1 μg/g的食物會導致缺硒，而長期食用硒含量超過1 μg/g的食物則引起中毒。在世界范圍內，與許多其他微量營養素相比，硒的每日攝入量變化很大為7～4 990 μg/d。
通過測定血漿或血清中的硒含量可以判斷出不同國家的硒的每日攝入量情況[34]。委內瑞拉、加拿大、美國和日本的硒的每日攝入量很高[35-37]，如美國女性平均值為93 μg/d、男性平均值134 μg/d；歐洲的攝入量較低，均值為40 μg/d。隨著硒的營養補充劑的發展，提高了全球硒的攝入量，其中約50%的美國人服用硒營養補充劑[38]。在國際上，硒的每日攝入量建議為男性60 μg/d，女性53 μg/d。而在我國2013版的《中國居民膳食指南》中，成人每人每天硒的推薦攝入量為60 μg[39]；美國國家科學院醫學研究所規定成人每人每天硒的最大攝入量不超過400 μg[40]。攝入量變化不僅與作物和飼料生長環境中的硒含量有關，而且與食物鏈中硒的形態、土壤的pH及有機物含量以及與硒絡合的離子的存在有關[41]。
4 結語
硒的毒性與其結構相關，亞硒酸鈉曾廣泛應用于補硒強化食品原料，但其毒性較強，作為硒營養補充劑不利于人們的健康。一種新型納米硒顆粒具有更低毒性、更高生物活性的特點，未來有望成為新型硒營養補充劑。中國是一個缺硒大國，補硒關系到人們的健康，應當抓好補硒工作。①向居民普及宣傳有關硒與人體健康的知識，提高居民補硒意識。②著手開發與生產安全性高、活性好的高硒產品，并大規模推廣富硒產品，保證居民每日硒攝取量在合理范圍內，防止硒缺乏。
參考文獻
[1]NELSON A A,FITZHUGH O G,CALVERY H O.Liver tumors following cirrhosis caused by selenium in rats[J].Cancer Research,1943,3(4):230-236.
[2]DONOVAN J,Copeland P R.Threading the needle:getting selenocysteine into proteins[J].Antioxidants & redox signaling,2010,12(7):881-892.
[3]MARIOTTI M,RIDGE P G,ZHANG Y,et al.Composition and evolution of the vertebrate and mammalian selenoproteomes[J].PLOS ONE,2012,7(3):e33066.
[4]Severson R C,Fisher S,Gough L P.Proceedings of the 1990 Billings Land Reclamation Symposium on Selenium in Arid and Semiarid Environments,Western United States[EB/OL].(1991-01-01)[2021-05-07].https://pubs.usgs.gov/circ/1991/1064/report.pdf.
[5]韓曉霞,姚志文,魏洪義.硒的毒性生物學研究進展[J].江蘇農業科學,2016,44(12):24-28.
[6]賀建忠.硒中毒的研究進展[J].飼料研究,2007(6):37-38.
[7]楊光圻,王淑真,周瑞華,等.湖北恩施地區原因不明脫發脫甲癥病因的研究[J].中國醫學科學院學報,1981(增刊2):1-6.
[8]高學云,張勁松,張立德.納米紅色元素硒的急性毒性和生物利用性[J].衛生研究,2000(1):57-58.
[9]RAO Y,MCCOOEYE M,WINDUST A,et al.Mapping of selenium metabolic pathway in yeast by liquid chromatography-orbitrap mass spectrometry[J].Analytical chemistry,2010,82(19):8121-8130.
[10]仲崇華,曹立亭.硒酵母在動物生產中的應用[J].飼料與養殖,2006(2):26-27.
[11]張賀寧.亞硒酸鈉和生物硒的毒理學研究[D].太原:山西大學,2016.
[12]強佳麗,陳旭.富有機硒產品的急性毒性試驗[J].毒理學雜志,2013,27(4):319-320.
[13]ZHANG J,WANG X,XU T.Elemental selenium at nano size (Nano-Se) as a potential chemopreventive agent with reduced risk of selenium toxicity:comparison with Se-methylselenocysteine in mice[J].Toxicological Sciences,2008,101(1):22-31.
[14]WANG H L,ZHANG J S,YU H Q.Elemental selenium at nano size possesses lower toxicity without compromising the fundamental effect on selenoenzymes:Comparison with selenomethionine in mice[J].Free radical biology and medicine,2007,42(10):1524-1533.
[15]JIA X,LI N,CHEN J.A subchronic toxicity study of elemental Nano-Se in Sprague-Dawley rats[J].Life sciences,2005,76(17):1989-2003.
[16]SHI L G,XUN W G,YUE W B,et al.Effect of sodium selenite,Se-yeast and nano-elemental selenium on growth performance,Se concentration and antioxidant status in growing male goats[J].Small Ruminant Research,2010,96(1):49-52.
[17]高學云,張勁松,張立德.納米紅色元素硒的急性毒性和生物利用性[J].衛生研究,2000(1):57-58.
[18]KOKILA K,ELAVARASAN N,SUJATHA V.Diospyros montana Leaf Extract-Mediated Synthesis of Selenium nanoparticles and its Biological applications[J].New Journal of Chemistry,2017,41(15):7481-7490.
[19]侯江文,趙獻軍,董慶愛.有機硒對山羊血硒水平與谷胱甘肽過氧化物酶活性的影響[J].西北農業學報,1996(3):76-80.
[20]BOCK A,FORCHHAMMER K,HEIDER J,et al.Selenocysteine:the 21st amino acid.[J].Molecular microbiology,1991,5(3):515-520.
[21]WHANGERP D.Selenoprotein expression and function-Selenoprotein W[J].BBA-General Subjects,2009,1790(11):1448-1452.
[22]JOZANOV-STANKOV O,DEMAJO M,DJUJI? I,et al.Selenium intake as a modulator of responsiveness to oxidative stress[J].Journal of environment pathology and oncology:official organ of the International Society for Environmental Toxicology and Cancer,1998,17(3/4):251-257.
[23]HUANG Y,XU J,HU Q.Effect of selenium on preservation quality of green tea during autumn tea-processing season[J].Journal of agricultural and food chemistry,2005,53(19):7444-7447.
[24]Bai K K,Hong B H,He J L,et al.Preparation and antioxidant properties of selenium nanoparticles-loaded chitosan microspheres[J]. International journal of nanomedicine,2017,12:4527-4539.
[25]ABDULAH R, MIYAZAKI K,NAKAZAWA M,et al.Chemical forms of selenium for cancer prevention[J].Journal of Trace Elements in Medicine and Biology,2005,19(2):141-150.
[26]MAIYO F,SINGH M.Selenium nanoparticles: potential in cancer gene and drug delivery[J].Nanomedicine(Lond),2017(Prepublish).
[27]ZHANG Y B,LI X L,HUANG Z,et al.Enhancement of cell permeabilization apoptosis-inducing activity of selenium nanoparticles by ATP surface decoration[J].Nanomedicine:Nanotechnology,Biology and Medicine,2013,9(1):74-84.
[28]GAO F P,YUAN Q,GAO L,et al.Cytotoxicity and therapeutic effect of irinotecan combined with selenium nanoparticles[J].Biomaterials,2014,35(31):8854-8866.
[29]張勁松.硒防治肝病:中國的研究現狀[J].醫藥世界,2004(10):43-44.
[30]張勁松,高學云,張立德,等.納米紅色元素硒的護肝、抑瘤和免疫調節作用[J].營養學報,2001(1):32-35.
[31]AMIN K A,HASHEM K S,ALSHEHRI F S,et al.Antioxidant and hepatoprotective efficiency of selenium nanoparticles against acetaminophen-induced hepatic damage[J].Biological trace element research,2017,175(1):136-145.
[32]BHATTACHARJEE A,BASU A,BISWAS J,et al.Chemoprotective and chemosensitizing properties of selenium nanoparticle (Nano-Se) during adjuvant therapy with cyclophosphamide in tumor-bearing mice[J].Molecular and cellular biochemistry,2017,424(1/2):13-33.
[33]Wada O.,MANABE S,ARAKAWA Y.Ecological Biokinetical and Biochemical Approach to Essentiality and Toxicity of Trace Elements[J].Japan Jounal of Nutrition ,1993,10:199-210.
[34]RAYMAN M P.The importance of selenium to human health[J].The Lancet,2000,356(9225):233-241.
[35]RAYMAN M P,INFANTE H G,SARGENT M.Food-chain selenium and human health:spotlight on speciation[J].British Journal Nutrtion,2008,100(2):238-253.
[36]Rayman M P. Selenium in cancer prevention: a review of the evidence and mechanism of action[J].Proceedings of the Nutrition Society, 2005, 64(4):527-542.
[37]FAIRWEATHER-TAIT S J,BAO Y,BROADLEY M R,et al.Selenium in human health and disease[J].Antioxidants & redox signaling,2011,14(7):1337-1383.
[38]RAYMAN,MARGARET P.Food-chain selenium and human health: emphasis on intake[J].The British Journal of Nutrition,2008,100(2):238-253.
[39]程義勇.《中國居民膳食營養素參考攝入量》2013修訂版簡介[J].營養學報,2014,36(4):313-317.
[40]BOYD R.Selenium stories[J].Nature Chemistry,2011,3(7):570.
[41]ZIMMERMANN M B.Symposium on Geographical and geological influences on nutrition Iodine deficiency in industrialised countries[J].Proceedings of The Nutrition Society,2009,69(1):133-143.
相關熱詞搜索：
[責任編輯:]
Mettler-Toledo 在中國國際漁業博覽會上展示創新的產品
食品異物問題頻發？是時候了解X射線檢測了
開拓科技創新，撬動橡塑業高質量發展
梅特勒托利多針對“難以發現”的污染物推出高品質X射線檢
探索嬰幼兒輔食市場高質量發展之路，為寶寶成長保駕護航
《食品安全最佳實踐白皮書（2021-2022年）》四大主題發布
《保健食品真實世界研究通則》團標技術審查與特食跨
凝聚全球食飲智慧 SIAL西雅展國際化水平再創新高
精準把控 高質發展，第三屆微生物安全與應用會議在
《食品行業科技創新白皮書》重磅發布！
參與評論