【论文】硒的结构及其营养价值分析
黎黍匀
(上古智阳，南宁，530001)
【摘要】通过对硒的结构和原理的系统分析，并对其作用原理、缺乏症状、使用人群、食物来源、现状分析等方面阐述，以达到全面了解硒的营养价值的目的，对营养素与人体健康的关系的研究提供参考。
【关键词】硒；结构；原理；营养价值
Analysis of the Structure Principle and the Nutritional V alue of Se
LI Shu-yun
(Nanning Shanggu Zhiyang Nutrition Consulting Co. Ltd., 530001,China)
Abstract:Through the structure and principles of the system analysis of Se, and its role in principle, the lack of symptoms, use aspects of the population, food sources, analysis, in order to achieve a comprehensive understanding of the nutritional ualue of the Se for the relationship between nutrients and human healthstudies provide a useful reference.
Keywords: Se; Structure; Principle; Nutritional ualue
硒的英文为Selenium，取自希腊文Σελη（~）νη（月亮女神塞勒涅的名字），即“月亮之意”。因为它是一种固体非金属，因此用石字部首，并赋予西字音译。硒是一种化学元素，化学符号为Se，原子序数为34，对生物具有必需性和毒性。性质与硫及碲相似。有光时的导电性能较好，多用来做光电池。
硒在地壳中的含量为0.05 X 10-6，通常极难形成工业富集。硒的赋存状态大概可分为3类：一类以独立矿物形式存在，其次以类质同相形式存在，第三以黏土矿物吸附形式存在。硒在铜矿中的自然储量为17万吨，可开采储量约8.2万吨。2004年，世界硒的开采量为1330吨。日本、加拿大、比利时和德国是硒的生产大国。到目前为止，已发现硒矿物百余种，其中首次在中国发现的仅两种：即硒锑矿和单斜蓝硒铜矿。在中国的兴山白果园银钒矿床中发现了硒银矿、辉硒银矿和富硒硫锗银矿；西秦岭拉尔玛一邛莫金一硒矿床中发现了硒硫锑矿、硒硫锑铜矿、灰硒铅矿和硒镍矿等及湖北恩施渔塘坝硒矿床中发现了硒铁铜矿硒铜蓝、蓝硒铜矿和方硒铜矿等。
硒分为很多种，硒化卡拉胶和酵母硒是最常见的，常用于肿瘤、癌症、克山病、大骨节病、心血管病、糖尿病、肝病、前列腺病、心脏病、癌症等40多种疾病治疗。广泛运用于癌症、手术、放化疗等。
1 发现历史
1817年，瑞典的贝采利乌斯从硫酸厂的铅室底部的红色粉状物物质中制得硒。他还发现到硒的同素异形体。他还原硒的氧化物，得到橙色无定形硒；缓慢冷却熔融的硒，得到灰色晶体硒；在空气中让硒化物自然分解，得到黑色晶体硒。
在我国是因为克山病而获得广泛关注和了解。克山症（Keshan disease）是一种因为饮食缺乏微量元素硒所造成的充血性心肌病变症。此病症的命名来自于中国黑龙江省克山县，该县土壤缺乏硒，因此导致此病发生。多发于孩童和怀孕的妇女。目前也发现此病症和病毒感染有关；特别是心肌病毒感染，如科萨奇病毒引起的心肌炎或感染过敏性心肌炎。本病的发生除了黑龙江省之外，在吉林、辽宁、内蒙古、河北、河南、山东、山西、陕西、甘肃、四川、云南、西藏等地区都有病例，且病区多在荒僻山丘、高原及草原的农村，城乡地区较少发病。
2 性质
硒性脆，有毒。溶于二硫化碳、苯、喹啉。硒单质是红色或灰色粉末，带灰色金属光泽的准金属。在已知的六种固体同素异形体中，三种晶体（α单斜体、β单斜体，和灰色三角晶）是最重要的。晶体中以灰色六方晶系最为稳定，密度4.81g/cm3。能导电，且其导电性随光照强度急剧变化，可制半导体和光敏材料。
熔点：217℃。
沸点：684.9℃。
硒在空气中燃烧发出蓝色火焰，生成二氧化硒（SeO2）。与氢、卤素直接作用，与金属能直接化合，生成硒化物。不能与非氧化性的酸作用，但它溶于浓硫酸、硝酸和强碱中。溶于水的硒化氢能使许多重金属离子沉淀成为微粒的硒化物。硒与氧化态为+1的金属可生成两种硒化物，即正硒化物（M2Se）和酸式硒化物（MHSe）。正的碱金属和碱土金属硒化物的水溶液会使元素硒溶解，生成多硒化合物（M2Sen），和硫能形成多硫化物相似。
3 吸收代谢
人体本身的硒总含量为15mg。男性体内的硒多集中在睾丸及前列腺输精管中，会随精液一起排出体外。
人体与动物有二个硒储存库，一为身体蛋白质的甲硒胺酸(SelenoMethionine，SeMet)，它的储存量视饮食中SeMet量而定，其提供硒的量，取决于甲硫胺酸的转换率；二为肝脏酵素榖胱甘肽过氧化酶( glutathione peroxidase，GPX)的硒。
3.1人体分布
硒是人体必需的微量矿物质营养素，多以氧化态(Se(Ⅱ)、Se(Ⅳ)、和Se(Ⅵ)存在，化学性质与硫相似，许多含硫氨基酸，如甲硫胺酸(Met)、半胱氨酸(Cys)、胱氨酸也可用硒取代硫。硒在动物组织中最常以甲硒胺酸（SeMet）和硒半胱氨酸（SeCys）的形态存在，其中甲硒胺酸无法由人体合成，仅能由植物合成后经摄食再经消化代谢而获得，故食材动植物来源组成将决定硒在饮食中的形式，此外，人体中甲硒胺酸可以取代甲硫胺酸；但硒半胱胺酸不能取代半胱胺酸。
3.2 生理表现
硒在生理上的功能除了抗氧化外，还调控了甲状腺的代谢和VC的氧化还原态，也曾被提出和抗癌相关的可能性。在食材成分含量里，不同土壤的同种植物性食材，其含硒成分变化相当大，因此硒营养缺乏或过量情形常有地域性关系。
纯硒元素和金属硒化物的毒性相对上不大，而且有些为重要的微量元素之一。严重缺乏可引致克山症和溪山症。它们的病征有：心肌坏死、萎缩、软骨组织坏死。另外又与甲状腺肿、呆小症和习惯性流产有关。
3.3 吸收
人体可以吸收有机和无机形式的硒，吸收部位在不同的肠道中。十二指肠是硒主要的吸收位置，空肠和回肠则有少量的吸收，胃无吸收硒的能力。甲硒胺酸的吸收率高于亚硒酸盐(selenite)，通过利用氨基酸运送系统，吸收率可达到80％。
一些研究中亚硒酸盐因与肠道中物质的交互作用，其吸收率可达到85％以上。一但吸收后，保留程度高于硒酸盐。
硒酸盐(selenate)的吸收率又高于亚硒酸盐，几乎被完全吸收；但并入组织前，大部分会由尿中排除。
维生素A、维生素C、维生素E都会增加硒的吸收，当在小肠腔的榖胱甘肽(glutathione, GSH)浓度低时也会增加吸收。高剂量的维生素C、锌会减少硒的吸收；但若在饮食中合并食用硒及维生素C，硒可以和饮食中的氨基酸形成保护结构进而不影响其吸收。重金属（如汞）和植酸被认为会抑制硒的吸收。但是，对于如何调控硒从组织释放到血浆里或是组织从血浆里吸收的作用机制至今仍不明了。
3.4 运输
小肠吸收的硒会和运输蛋白结合，经血液携带至肝和其他组织。血浆中的硒与许多不同分子结合成不同的形式存在着。其中最多的就是硒半胱氨酸（Selenocysteine,Sec）：由硒原子取代原本在半胱氨酸中的硫原子而存在，由硒蛋白质P（Selenoprotein P）这个运输蛋白所携带，而这个运输形式在血浆中也占了一半以上。
肾脏、肝脏、心脏、胰脏和肌肉硒含量较高，肺脏、脑部、骨骼和红血球也含有硒。
其它类型的运输形式还有甲硒氨酸，由硒原子取代原本在甲硫氨酸中的硫原子而存在，也是由硒蛋白质P所携带；除了这两种有机硒之外，也有无机硒的运输形式：硒酸盐、亚硒酸盐、硒化氢；与在人体血液中α球蛋白及β球蛋白的巯基（sulfhydryl groups）结合运输脂质。而前述各种带有硒且存在于血浆中的分子，均会被细胞所吸收。而细胞则释放甲基化的硒化物至血浆中，再经由尿液将其排出体外。
3.5 代谢
含硒氨基酸和无机态硒都在组织中进行代谢。从饮食摄取的甲硒胺酸其利用情形和甲硫胺酸相似，可储存在氨基酸代谢池中，用于合成蛋白质，也可代谢成硒半胱氨酸和硒胱胺酸。
硒胱胺酸可以从饮食中直接得到，或经由甲硒胺酸代谢而来。硒半胱氨酸经由β-硒半胱氨酸裂解酶作用之后产生游离态硒。游离态硒可以从谷胱甘肽(GSH)得到氢，然后生成硒化物。硒化物有两个代谢途径，其一是经过甲基化作用后从尿液排出，或是形成硒代磷酸盐，这是体内重要含硒酵素的前驱物，例如5'-脱碘酶(5'-deiodinase)或榖胱甘肽过氧化酶(glutathione peroxidase)。
从食物中得来的硒酸盐在体内可转换成亚硒酸盐，更进一步代谢成硒代谷胱甘肽（selenodiglutathione）及硒离子，后者成为硒蛋白或酵素的原料。
4 作用原理
硒最主要的功能是作为各种硒蛋白的组成分，进而影响其酵素活性或功能。
4.1谷胱甘肽过氧化酶( glutathione peroxidase, GPX)
这是研究最多的含硒酵素，因为最早发现硒的生化功能就是作为谷胱甘肽过氧化酶的辅基。谷胱甘肽过氧化酶有五种亚型，通常标记为GPX1, 2, 3, 4, 5，每一种的亚型存在于不同的组织，但是催化相同的反应。主要的功能是消除组织中的过氧化氢（H2O2）和其他有机态过氧化物。还原过氧化物时，同时利用谷胱甘肽提供还原力。
4.2甲状腺素脱碘酶(Iodothyronine Deiodinases,IDI或DI)
脱碘酶是含硒蛋白质，酵素的活性区是硒半胱氨酸。已知有三种亚型。第一型存在肝脏、肾脏和肌肉，第二型及第三型存在皮肤、脑下垂体、脂肪细胞和脑。主要功能是催化甲状腺素和相关代谢物脱去碘原子，例如：5'-deiodinase（5'-DI）将T4型甲状腺素脱碘转换成T3型甲状腺素，后者是体内活性最高的甲状腺素，可调节代谢、生长及发育。去碘酶也会将T4转换反式T3(reverse T3)，催化产生反式T3的酵素是5-deiodinase。T3或是反式T3都可进一步脱碘产生T2或是3,3'-diiodothyronine这些无活性的代谢物（如下图）。
4.3硫氧化还原蛋白还原酶(Thioredoxin Reductase，TrxR)
酵素的活性区有硒半胱氨酸，并含有FAD。此酵素存在血液、皮肤和肝脏等组织。主要反应是将氧化态的“硫氧化还原蛋白”(thioredoxin)中的双硫键(disulfide bond)予以还原。还原态的“硫氧化还原蛋白”可以将氢原子提供给其他化合物。
4.4硒代磷酸盐合成酶(Selenophosphate Synthetase)
硒代磷酸盐合成酶有两种亚型，其中一型含硒半胱氨酸，催化硒离子磷酸化成硒代磷酸盐的反应，这是合成含硒蛋白质的必备原料。
4.5硒蛋白质P(Selenoprotein P)
硒的运输蛋白质。有移除自由基的作用，具有抗氧化剂的功能。当体内的硒含量不足时，硒蛋白质P会优先获得硒。
4.6硒蛋白质W(Selenoprotein W)
含有硒半胱氨酸，主要存在心肌、骨骼肌和其它组织的细胞质中，可能扮演抗氧化剂的功能。
4.7硒蛋白生合成分子机制
硒蛋白的硒胺酸是在转译过程合成并直接利用的，称为转译插入反应（translational incorporation）。合成途径需要的蛋白质有：硒胺酸合成酶、硒半胱胺酸专用延长因子、selenocysteine-specific tRNA、硒代磷酸盐合成酶。硒胺酸对应的基因密码是UGA，此密码通常当做终止密码。
自然界中有许多细菌、植物或动物都能利用硒化氢合成多种有机化合物。人类需要直接摄取有机的硒化物。自然界中甲硒胺酸(selenomethionine)插入硒蛋白质中是直接取代甲硫胺酸(methionine)的位置而得。人类再利用甲硒胺酸释出的硒，先合成磷酸硒(selenophosphate)再生成硒半胱胺酸(selenocysteine, Sec)或其他小分子，再利用UGA的密码将Sec编入人体的特殊蛋白硒蛋白质。人体硒的储存者可能是硒蛋白质P(selenoprotein p)，在已被发现的14种硒蛋白质中只有硒蛋白质 P含有10到12个Sec，其Sec数可以随血中硒的浓度而改变。其他的硒蛋白质都只有单一个Sec。所以硒带蛋白质 P可能是人类硒的储存池，当食物中硒供应不足时硒蛋白质 P就会释出硒供人体利用，但至今仍无法证实该功能。
合成反应主要有四个步骤：
步骤1，tRNASec与Serine生成Seryl-tRNASec。
步骤2，硒离子和ATP生成硒代磷酸盐。
步骤3，Seryl-tRNASec和硒代磷酸盐产生含硒氨基酸残基Selenocysteyl-tRNASec。
步骤4，转译时由SBP2和SECIS结合tRNASec-eEFsec复合物，再与核糖体作用而诱导硒胺酸插入蛋白质。
5 缺乏
人体缺乏会造成克山病(Keshan disease)和溪山症(Kashin-Beck disease)。
5.1 克山病
克山病的症状主要是造成扩张性心肌病变（Dilated Cardiomyopathy）。心肌呈变形、坏死、和疤痕形成。心脏扩张肿大，多数左心室扩张比右心室严重。心脏的切面可以看到大小不等黄色、灰白色坏死、纤维化的疤痕；在显微镜下也可以观察到心肌变性、肌纤维肿大、坏死的现象。适量的硒对缺硒造成的心肌损害有明显的保护作用及抗氧化能力。硒是GSH-px的组成成分之一，该酶的主要作用是还原脂质过氧化物，清除自由基进而保护细胞膜的完整性。而低硒会造成GSH-px活性降低，造成心肌膜系统损伤。
5.2 溪山症
溪山症病征为骨关节病变(osteoarthropathy)，如骨关节、小腿、手臂的软骨骺版退化与坏死。此病为地域性、多发性、变形性骨关节病变，出现于低硒地区儿童及青少年。上述症状仅发生于硒缺乏者，但改善硒营养状况后无法完全避免此病。
儿童和全静脉营养病人发生硒缺乏时，易导致关节僵硬、肌肉痛、头发和皮肤失去色素颜色、生长迟滞、指甲白化等症状。生长迟滞的现象与硒在甲状腺素的代谢有关。
6 毒性及影响
硒和大部分的金属硒化物毒性较小。有机态硒化物，如甲硒胺酸和硒胺酸与含硫氨基酸相似，因此毒性较无机态硒为低，但其吸收率高，虽不致造成急性毒害，但长期大量摄取，会产生与无机硒相似的中毒症状。
硒中毒(selenosis)可能发生在工人以及摄取过多硒的族群。目前订定硒的上限摄取量为每天400μg；硒的副作用发生最低量(LOAEL)为910 μg。摄食过量时，极易导致毛发异样、指甲脱落、脚趾甲异样等副作用，不过并无饮食硒中毒的案例。中毒的症状包含：反胃呕吐、疲劳、腹泻、头发与指甲损坏、异常刺痛感等，也会干扰硫的正常代谢以及抑制蛋白质合成。服用含有高量硒的药物会造成急性硒中毒，严重过量会导致肝硬化, 肺水肿，甚至危及性命。
尿液硒排除量在特定控制之条件下，可作为硒毒性的指标。临床症状如毛发、指甲易碎裂脱落等常被报导，是主要的评估终点。
其它成分对硒含量的影响。体内含铅量增多时会有硒浓度下降的现象。甲硫胺酸不足降低硒含量，当甲硫胺酸供应不足时，甲硒胺酸会成为它的替代物而用在蛋白质的合成，而不会代谢成为硒离子以供利用，间接引发硒的不足。铁的缺乏会减少榖胱甘肽过氧化酶的合成，减少组织中的硒浓度。维生素E和榖胱甘肽过氧化酶同样有抗氧化的功能，在使细胞膜和DNA免于自由基的攻击机制上，硒和维生素E常一起作用，在功能上也有互补作用，其中一者浓度较高会减低另一浓度较低者所造成的影响。
7 用量及来源
个人实际硒摄取量会因地而异，美国平均每日81μg、加拿大每日113～220μg ，高于RDA。均饮食估计可提供约104～124 μg的硒。成人之上限摄取量(UL)订为400μg。
以下为一些地区和国家的用量参考数值：
表 硒的摄入与上限量参考值
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关于硒摄入量的数据 |
关于硒摄入量上限的数据 |
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年龄 |
美国 |
台湾 |
年龄 |
美国 |
台湾 |
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0 个月~ |
AI=15 |
15 |
0月~ |
45 |
35 |
|
6个月~ |
AI=20 |
20 |
3月~ |
45 |
50 |
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1岁~ |
20 |
20 |
6月~ |
60 |
60 |
|
4岁~ |
30 |
25 |
9月~ |
60 |
65 |
|
7岁~ |
30 |
30 |
1岁~ |
90 |
90 |
|
10岁~ |
40 |
40 |
4岁~ |
150 |
135 |
|
13岁~ |
40 |
50 |
7岁~ |
150(4~8岁) |
185 |
|
14岁~ |
55 |
50 |
10岁~ |
280 |
280 |
|
孕妇 |
60 |
60 |
13岁~ |
400(14岁~) |
360 |
|
哺乳 |
70 |
70 |
16岁~ |
400 |
400 |
|
注：单位统一为μg/day |
19岁~ |
400 |
400 |
含硒量大的食物介绍如下（含量由高向低排列）：淡菜（干）、猪肾、牡蛎、海蟹、虾皮、鲅鱼、羊肾、虾米、蛤蜊、黄鱼、鸭肝、红茶、沙丁鱼、墨鱼、青鱼、黄蟮、扁豆、带鱼、腰果、鸡肝、河虾、南瓜子、松花蛋、鹅蛋黄、鸡蛋黄、鹅蛋、咸鸭蛋、麦胚面包、腊肉、猪肝、扇贝、鲫鱼、羊肝、鹌鹑蛋、狗肉、盐水鸭等。
渭源县康荣中药材专业合作社2011年生产的高硒黄芪经江苏硒生物工程技术研究中心检测有机硒元素含量为913ug/kg。
常用可补硒的中药如：灵芝、菊花、赤芍、刘寄奴、决明子、姜黄、三棱、当归、丹参、黄芪 (硒、锰、锌均高)，以及湖北恩施、陕西紫阳两个高硒区所产中草药均含硒丰富。含硒丰富的食物首推芝麻、麦芽和中药材黄芪，其次是酵母、蛋类、啤酒，海产类以大红虾、龙虾、虎爪鱼、金枪鱼等比较好，再次是动物的肝、肾等肉类，而水果和大多数蔬菜含硒都不多，不过大蒜、蘑菇的含量却相当多，芦笋中含硒也不少。
8 相关研究
2008年，中国疾病预防和控制中心营养与食品安全所微量元素营养研究室研究员夏弈明指出，我国大部分国民并不缺硒，并且硒日常需求量和中毒量非常接近，大量服用可能会导致硒中毒。夏弈明介绍，人体内已经确定有25种含硒的酶和化合物，主要功效都是抗氧化。“此外，硒能增加甲状腺对碘的摄取，提高脱碘酶的活性，有利于甲状腺激素的合成。”
2014年报道，近年来，硒在人体健康中的独特作用及保健功能越来越被各国科学家重视。由于硒在人体内无法自主合成，只能从食物和水中获得，食物和饮水中硒的含量直接影响人们日常硒的摄入量。同时，食物硒含量受地理环境影响极大，土壤硒含量的不同造成各地食品中硒含量的极大差别。因此，在缺硒地区仅靠天然食物中的硒摄入量已不能满足人体健康的正常需要。美国康奈尔大学营养学教授Com bs多次公开表示：过去30年，营养界最重要的发现，就是认识到了硒的重要性。对于人类来说，在过去的时间里，最大的悲哀不是缺硒本身，而是我们没有意识到硒对人类健康的重要。
一些研究认为，硒是晶状体内谷胱甘肽过氧化物酶的重要组成和激活成分，对视觉器官的功能是极为重要的，人体眼球内的视网膜、虹膜、晶状体中均含丰富的硒，瞳孔的收缩和眼球的活动所引起的肌肉收缩等都离不开硒的作用。据了解，老年性白内障与遗传、老化、紫外线、营养障碍、维生素缺乏等因素有关。研究证实，在晶状体内的生物化学反应中，许多代谢的关键酶的辅酶都含有微量元素，而微量元素含量的变化与酶活性密切相关，缺硒与白内障的发病有明显关系。据统计，老年性白内障患者的晶状体内，硒的含量仅为正常的1/6，明显低于正常人。充足的硒利于防治眼睛各类疾病。
参考文献
1．Gropper SS, Groff JL, et al. （2005）Advanced Nutrition and Human Metabolism, 4th ed., pp. 456-461. Wardswirth.
2．Gordon M. Wardlaw, Jeffery S. Hampl Perspectives in Nutrition, 7th edition, P.422
3．行政院卫生署（2003）国人膳食营养素参考摄取量及其说明，修订第六版，pp. 422-447。台湾行政院卫生署.
4．Institute of Medicine （2000） Dietary Reference Intakes for Vitamin C, Vitamin E, Selenium, and Carotenoids, pp. 284-324.
5．蔡东联.实用营养学[M].北京:人民卫生出版社，2005．
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