硒对人体的生理功能
罗树宾
硒是动物和人体必需的微量元素，这个认识是20世纪后半叶营养学最重要的发现之一。1973年美国和德国发现硒是谷胱甘肽过氧化物酶的必需组分，没有硒存在，这个酶就没有活力，而这个酶是人体内主要抗氧化酶，揭示了硒的第一个生物活性形式。1979年我国发表克山病防治研究成果，发现克山病高发地区人群均处于低硒状态，补硒能有效预防和治疗克山病，揭示了硒缺乏是克山病发病的基本因素，也证明硒是人体的必需微量元素。
通过动物实验、人体补硒试验和应用揭示出硒具有防癌症、心血管病、糖尿病、肝病、和延缓艾滋病进程等作用；在促进生长发育、提高免疫功能及延缓衰老等方面的作用；还有减弱多种病毒的作用。在应用硒防治疾病，大范围研究中我国走在世界前列。1974—1977年在四川凉山彝族自治州克山病高发地区进行大规模的口服亚硒酸钠双盲对比观察，得到令人信服结果，发病率由开始的13.55%逐年降到零。1976年起在全国各重病区逐步推广硒预防克山病措施，之后未再见该病暴发流行。1984—1990年在江苏省启东县肝癌高发区进行的6年补硒(采用含亚硒酸钠15mg/公斤食盐)试验，肝癌发病率显著下降。1985—1991年河南省林县进行了3万人的双盲干预试验，结果发现，同时补充β-胡萝卜素15mg、硒酵母(含硒50µg)和维生素E 30mg组总死亡率下降9%，总癌症死亡率下降13%，胃癌死亡率下降20%。1983~1996年美国进行为期13年补硒双盲试验，1312名有皮肤癌史的患者，其中653人每天服硒酵母片(含硒200µg)，结果发现总癌发生率和死亡率分别降低37%和50%，肺癌、前列腺癌和结直肠癌的发生率分别降低46%、63%和58%。并发现个体硒水平越低者，补硒效果越好，每天补硒200µg长达4—5年，未出现任何毒副作用。我国科学家在1980—1990年对硒的安全量摄入范围作了深入细致的调查研究，1988年提出了人体硒的适宜摄入量，成年人为50~250µg /天，已为国际营养学界广泛采用。
一、人体中的硒蛋白
进入人体内的硒绝大部分与蛋白质结合为含硒蛋白。在人体内起重要作用的硒蛋白具有不同特点，对人体的作用也不同。其中功能强且比较明确的硒蛋白是谷胱甘肽过氧化物酶家族、硫氧还蛋白还原酶家族、碘甲状腺原氨酸脱碘酶家族、硒磷酸化物合成酶、精子线粒体膜硒蛋白、精子DNA结合硒蛋白、前列腺上皮硒蛋白、人淋巴细胞硒蛋白、硒蛋白P、硒蛋白W等。
各种硒蛋白在机体内的分布有种属和组织特异性。例如谷胱甘肽过氧化物酶家族按其基因数据不同分为-1、-2、-3、-4四型。谷胱甘肽过氧化物酶-1型几乎存在于机体各个组织的所有细胞中，但分布不均衡，含量高则活性高，如肝脏中活性比脑中高13倍。分布于人体细胞器内由多到少的顺序为胞液、线粒体、细胞核、微粒体；谷胱甘肽过氧化物酶-2型位于人胃肠、肝和啮齿类胃肠道的细胞内；谷胱甘肽过氧化物酶-3型除存在血浆外，还存在于人乳、胆汁、唾液、脑脊液及肾和肺的细胞外液；谷胱甘肽过氧化物酶-4型分布于哺乳动物的各种组织，在细胞内以胞核和线粒体内水平最高。又如碘甲状腺原氨酸脱碘酶家族按其结构不同分为ⅰ、ⅱ、ⅲ型。其中甲状腺脱碘酶ⅰ型主要存在于肝脏、肾脏和甲状腺中，后来发现在垂体和肌肉细胞中位于细胞内质网和线粒体膜上；甲状腺脱碘酶ⅱ型主要存在于大脑、垂体和褐色脂肪组织，最近在人胚的心脏、骨骼肌和胎盘中有它的发现；甲状腺脱碘酶ⅲ型主要存在于中枢神经系统、眼和胎盘中。硒蛋白P存在于血浆中，也存在于肝、肾、心、肺、脑等多种组织的细胞外；近年来报道，与生物膜有联系。硒蛋白W主要位于肌肉细胞的胞液内，其他组织中也有，尚有很少与膜有联系。在羊的心脏细胞液内硒蛋白W和谷胱甘肽过氧化物酶-1型含硒量相同，在羊骨骼肌、脑和心脏中含量最高，肝脏中含量最低。
二、硒蛋白的主要生物功能
1、抗氧化作用 许多疾病的患病过程都与活性氧自由基有关。硒是若干抗氧化酶的必需组分，它通过消除脂质氢过氧化物，阻断活性氧和自由基的致病作用，而起到防病作用。 因此，人体硒水平的高低直接影响机体抗氧化能力，以及对相关疾病的抵抗能力。例如肝脏是最重要的抗氧化解毒器官，食物、药物和环境中有害物质和各种病毒长期对肝脏伤害。补硒使肝内各种抗氧化酶活性大大增强，保护肝细胞的结构完整，清除有害自由基，防止肝炎、脂肪肝、肝硬化、肝癌的发生，故称之为肝脏保护神。
2、对甲状腺激素的调节能力 主要通过三个碘甲状腺原氨酸脱碘酶发挥作用，对全身代谢及相关疾病如碘缺乏病、克山病、哀老等产生影响。我国科学界“硒缺乏与克山病发病的关系”研究成果，从70年代初起至1983年底全国已有1500多万克山病区人民坚持服硒预防和治疗，经统计学方法严格处理后确认，硒是目前预防克山病最为有效的药物，具有可靠的预防效果，证明硒是人体必需微量元素，成为人类认识硒的重要里程碑，1984年在北京召开的第三届国际硒会议上，获得国际生物无机化学家协会授予的“施瓦茨奖”。
3、维持正常免疫功能 硒在机体白细胞中，尤其在脾、肝、淋巴结等免疫器官存在，证明硒在免疫系统起重要作用。硒通过保护免疫系统的各种细胞，使它们都能保持正常的活力调整好人体全方位的免疫功能，包括体液免疫、细胞免疫和非特异性免疫。如硒能保护胸腺，维持淋巴细胞活性及促进抗体形成，提高B细胞的抗体合成和T细胞的增殖。又如巨噬细胞在缺硒时虽有吞噬细菌的能力，但不能立即杀死细菌。经补硒后，巨噬细胞杀菌能力提高了2倍。同时四种谷胱甘肽过氧化物酶保护巨噬细胞能力很强，它延长这些白细胞寿命，增强机体抗感染能力。硒维护免疫功能是根本性的，全面性的，是其他物质难以替代的，故这是硒能健体强身的重要原因。
4、抗肿瘤作用 中国医科院专家于树玉等人研究了亚硒酸钠对肝癌细胞中环核苷酸代谢系统的调节作用，它在细胞代谢中对细胞增殖、生长和分化起调控作用：其含量低，肿瘤细胞分裂快；含量高，肿瘤细胞分裂慢。给人工致癌的小鼠注射亚硒酸钠2小时后，肝癌细胞中的环核苷酸含量为注射前的3.7倍，硒增加了癌细胞中环核苷酸的含量，起到阻止癌细胞分裂的作用。于树玉还从研究中发现硒能阻断肿瘤的氧化磷酸化过程，抑制肝癌细胞线粒体结合的已糖激酶的活力，抑制肿瘤细胞的有氧酵解等方面，充分证明硒能阻断癌细胞的能量来源。因此他们荣获了1996年度国际生物无机化学家协会授予的“施瓦茨奖”。这是中国人第二次获此殊荣。世界各国开展的防癌抗癌研究，尤其是我国自2005年开展全民补硒工程以来，各种癌症患者通过补硒使患病率和死亡率明显下降。
5、抗艾滋病作用 艾滋病是后天获得性免疫缺损综合症，由病毒感染引起。艾滋病患者处于低硒状态，其谷胱甘肽过氧化物酶活性低。补硒可增加白细胞介素2抑制病毒复制；给艾滋病儿童补硒可改善和增强心脏功能。补硒可减缓艾滋病进程和死亡的机制有三方面：①抗氧化作用，特别是免疫系统的谷胱甘肽过氧化物酶和硫氧还蛋白还原酶(人体内另一种硒蛋白)的抗氧化酶作用。②控制病毒复制和演变。③调节细胞和体液免疫以增强抗感染能力。
6、维持正常生育功能 新西兰对绵羊、肉用母牛、奶用母牛及母猪在饲料中补硒可提高繁殖效率，认为缺硒是影响母畜繁殖率的主要原因。测定动物精液中硒浓度比血液中硒浓度高10倍，在精清中硒以谷胱甘肽过氧化物酶形式保护精子免遭氧化损伤。多方面动物实验证明硒是精子结构中不可缺少的成分，缺硒使精子发生特征性畸形，补硒可提高繁殖力。
美国将各州划分低、中、高三种含硒地区，再统计1940年、1950年、1960年、1970年这些地区的1000名育龄妇女的生育率和婴儿出生率进行多方面分析，得到美国大陆婴儿出生率，在硒浓度低的地区低于硒浓度高的地区结论。我国李忠培等2004年检测181例不育者和50名正常生育者精液中的锌和硒含量，结果是不育者精液中锌、硒含量均显著低于正常生育者，提示精液中锌、硒含量与男性生育能力密切相关。国内外多项检测不育男性和不育女性体内都存在硒含量低于正常人情况。
7、延缓衰老的作用 人体内自由基和脂质过氧化作用是导致细胞膜损伤和促进老化的主要因素。体内的氧化防御系统，特别是维生素E(阻断脂质过氧化过程)和硒(通过谷胱甘肽过氧化物酶等消除脂质过氧化物)协同作用起到了抗氧化、减缓老化进程的作用。国内外检测老年人群血硒水平发现：人体内硒含量随年龄递增而显著下降，长寿老人体内含硒水平高于一般老人，健康老人体内硒含量高于患病老人，而多项补硒试验可明显提升老年人健康水平。全国开展全民补硒活动使无数体质哀弱的老人增进了健康。
8、参与糖尿病及其并发症的治疗 硒能防止胰岛β细胞氧化破坏，使其功能正常，促进糖代谢、降低血糖和尿糖，改善糖尿病患者的症状。当胰岛分泌功能受损伤时，血清及胰腺组织的谷胱甘肽过氧化物酶活性显著降低，脂质过氧化物含量明显上升，经补硒后胰岛分泌功能提高的同时，伴有血清及胰腺活性升高，脂质过氧化物含量的显著降低。说明胰岛的伤害是缺硒引起的过氧化损伤。糖尿病人口服硒后，患者胰岛谷胱甘肽过氧化物酶活性显著提高，血浆脂质过氧化物水平显著下降，说明硒对糖尿病及其并发症的治疗和预防有一定意义。 缺硒降低了胰岛的的活性，使胰岛β细胞内质网受到自由基的攻击，受伤的内质网减少了胰岛素的分泌，降低胰岛素功能。此外，硒能防治糖尿病并发症。高血糖状态是引起糖尿病慢性并发症的主要原因。血糖浓度升高，使血液粘稠，时间长损伤血管内皮引起病变。糖尿病并发的大血管病变引发冠心病，心肌梗塞、脑梗塞和脑出血是造成糖尿病病人死亡的主因。胰岛素分泌不足，对心肌的威胁是严重的，硒可明显改善心肌细胞对胰岛素的摄取和利用，改善糖尿病患者的心肌细胞的营养代谢，保护心肌细胞的正常机能，防止心肌病变的发生和发展。 糖尿病并发的微血管病变主要有视网膜病变、肾脏病变及神经病变，临床表现可出现肢端对称性麻木疼痛、视力模糊、下肢浮肿、蛋白尿、严重的可引起失明和肾功能衰竭。
糖尿病造成的眼部损害是很突出的，患者几乎都有程度不等的视力减退，患病年数越长，症状越明显，经统计并发白内障者达 47%，并发视网膜病变者达 35.6%，严重者可引起失明。晶状体的氧化损伤是白内障形成的重要机制，硒正是晶状体内抗氧化酶的活性物质，可以降低晶状体和视网膜的氧化损伤。硒对防治糖尿病的视力损害有切实的好处”。
三、硒化合物在人体内怎样吸收、代谢和储存方式
人体摄入的硒有多种形式，硒以有机的硒蛋白形式存在于食物中，动物性食物以硒半胱氨酸和硒蛋氨酸为主，植物性食物以硒蛋氨酸为主。由于动物性食物中蛋白质含量高于植物性食物，所以动物性食物中硒含量普遍高于植物性食物。硒酸盐和亚硒酸盐是常用的无机补硒药物制剂。
硒主要在十二指肠吸收，空肠和回肠稍有吸收。不同形式硒吸收方式不同，硒蛋氨酸是主动吸收，亚硒酸盐是被动吸收，硒酸盐两种吸收都有。可溶性硒化合物极易被吸收，如亚硒酸盐吸收率大于80%，硒蛋氨酸和硒酸盐吸收率大于90%，其他形式的硒吸收率在50%~100%之间。硒的吸收不受机体硒营养状态影响。硒的生物利用率主要影响因素不是吸收率，而是以在机体内转化为组织中不同形式硒的生物活性效力而定。
硒经尿排出占总排泄量的50%—60%，摄入高硒膳食时，尿硒排出量增加，反之减少。粪硒排出量恒定在40%—50%范围。呼气和汗液中排出硒极少，只有在摄入高剂量硒时才形成具有浓烈大蒜味的二甲基硒呼出。
硒进入人体转换成硒蛋白过程较复杂。膳食摄入的各种形式硒通过不同代谢途径均转化为负二价硒化合物，再经硒代磷酸盐合成酶催化，形成硒代磷酸盐。然后硒代磷酸盐的硒经复杂置换再转换为硒半胱氨酸的核糖核酸，经硒半胱氨酸的编码形成硒蛋白。
硒在体内分为两个代谢库，一个是硒调节代谢库，包括体内除硒蛋氨酸以外的所有形式硒。硒蛋白在此库内合成，由机体含硒状态严格调节，低硒时合成硒蛋白减少，补充硒时合成增加直至硒蛋白饱和。另一个是硒蛋氨酸代谢库(硒非代谢贮存库)，硒蛋氨酸全部来自于膳食。膳食硒供应不足时，库中硒蛋氨酸可降解为硒半胱氨酸(进入硒调节库)，供机体合成硒蛋白用。而当硒蛋白合成饱和后，膳食中的硒蛋氨酸就贮存在硒蛋氨酸库中，使机体的硒水平不断增加。正常硒状态的人血浆中硒40%—50%在硒蛋白-P中，10%—20%在谷胱甘肽过氧化物酶中，而40%—50%硒蛋氨酸形式储存在白蛋白中。这说明摄入有机硒(膳食硒)在谷胱甘肽过氧化物酶合成饱和后可贮存在硒蛋氨酸库中积累备用，使体内硒水平可继续增加。摄入无机硒如亚硒酸钠(硒制剂)在谷胱甘肽过氧化物酶合成饱和后体内不再积累而代谢排泄掉。
关于人体硒的需要量，我国有关医学专家已经进入了深入研究，中国营养学会对居民硒的最低需要量、生理需要量和安全摄入量都提出了明确的标准。
四、食物中硒的来源
食物中硒的含量变化很大，影响植物性食物中硒含量的主要因素是其栽种土壤中硒含量和可被吸收利用量。即使是同一品种的谷类和蔬果，会由于产地不同硒含量而不同。如低硒地区大米硒含量可少于0.02mg/kg，高硒地区大米硒含量可高达20mg/kg，可高达千倍差距。人工培植的富硒大米因喷施硒溶剂时间、剂量、次数、气候、水质、土壤性质、肥料和农药情况不同，其中硒含量也有较大差别。动物性食物硒含量受产地和饲料含硒量影响大，但高低差距没有植物性食物大，这是因为动物有“缓和硒含量作用”，在硒缺乏时机体趋向潴留硒，过多时又趋向排泄硒。由于食物中硒以硒蛋白形式存在，所以含蛋白质高的食物硒含量相对高些。动物性食物以硒半胱氨酸和硒蛋氨酸两种形式存在，硒含量高于只有硒蛋氨酸形式存在的植物性食物。另外，不同食物中硒的生物利用率也有很大不同，主要取决于其中硒的化学形式以及影响机体吸收利用的各种因素。因此，不同食物硒含量高低，只供指导选择所需食物使用，不宜作为计算膳食硒摄入量的根据。
硒是当今研究进展最快，富硒农产品开发最快、品种最多、健康食品推广多而广泛的微量元素之一。通过对硒蛋白生物学功能的进一步了解，加深了对硒生理功能及与人类疾病的理解，硒参考摄入量的确定为人体健康保障提供了数量依据。随着对硒蛋白的探讨研究加深，许多硒防病治病的作用机制将揭示，并将更有效地发挥作用。
（罗树宾，中国保健协会高级教师、高级营养保健师、 中国营养学会会员、中华预防医学会营养教育分会会员、原任中国保健协会湖南定点培训中心副主任、教授、湖南省健康教育协会《全民补硒工程》健康顾问，现为湘潭市民俗文化学会营养专业委员会主任、岳塘区老科协理事、岳塘区老年保健协会副会长、湘潭市老科协科普报告团团员，2017年中国营养学会授予“全国营养行业先进工作者”称号）。
本文已编入湖南科技出版社2015年出版的《在“硒”望的田野上》一书。