硒蛋白生理功能研究综述（一）

硒（SE）作为一种人类必需的微量元素，几乎存在于所有生命体中，其具有抗氧化、抗肿瘤，预防心血管疾病，增强机体免疫力，保肝及解毒等生物学功能，对人体健康具有重要意义。硒缺乏可以引起克山病、大骨节病等疾病，这些疾病给我国缺硒地区造成了严重的影响。人体中的硒元素必须从体外摄取以满足自身健康需要。硒化物的种类繁多，有无机硒和有机硒2种形态。硒元素在动、植物体内主要以硒蛋白（SElEnopRotEin）的形式出现。

硒蛋白是指硒以硒代半胱氨酸（SElEnocyStEinE，SEc）形式通过氨基酸脱水缩合作用结合到肽链上所形成的蛋白质。动物体内的硒元素主要来自于食物，膳食硒蛋白经消化水解为硒代甲硫氨酸和硒代半胱氨酸，并被人体吸收。硒在生物体中主要以硒代半胱氨酸和硒代甲硫氨酸的形式存在。硒蛋白中硒代半胱氨酸大多处在活性位点上，使其具有特异的功能特性。与其它氨基酸不同，直接膳食摄入的硒代半胱氨酸并不能直接应用于硒蛋白的合成，必须经过复杂的合成机制重新合成，才可参与合成硒蛋白，起到对生物体有益的作用。人体内具有重要生理功能的硒蛋白有多种，在神经系统发育，免疫功能调节，疾病的预防与治疗等方面起着重要作用。研究硒蛋白合成代谢及生理功能，有利于对硒元素的合理应用，以改善人体与动物的健康状况，因此长期以来是国内外营养学和医学研究的热点问题。

1 硒蛋白的合成机制

硒元素对人体的有益作用主要是通过硒蛋白实现的。通过研究硒蛋白结构证实：硒代半胱氨酸在硒蛋白活性部位普遍存在，对硒蛋白的生理活性具有重要意义。目前在人体中共发现25种蛋白质。硒以硒代半胱氨酸形式插入硒蛋白序列中。编码SEc的密码子为UGA，被普遍认为是第21种氨基酸。SEc与其它20种氨基酸合成方式不同，具有高度特异的合成途径，具体机制如图1所示：首先，转运硒代半胱氨酸的RnA（tRnA^[SER]SEc），在丝氨酸-tRnA合成酶（SERS）作用下与丝氨酸结合发生酰化，形成SER-tRnA^[SER]SEc；然后，SER-tRnA^[SER]SEc在激酶（pStK）作用下磷酸化，形成pSER-tRnA^[SER]SEc；最终，SEc合成酶（SpS2）催化pSER-tRnA^[SER]SEc与硒供体H2SEpo3-生成SEc-tRnA^[SER]SEc。硒代半胱氨酸tRnA被认为是丝氨酸的tRnA。

2 硒蛋白的代谢

膳食补充是人们摄入硒的主要方式，硒代蛋氨酸是膳食中硒的主要存在形态。硒的吸收发生在动物的十二指肠，不同形态的硒具有不同的吸收机制，膳食中的硒蛋白经水解产生硒代蛋氨酸和硒代半胱氨酸，其中，被吸收的SEMEt有2条转化途径：首先SEMEt通过转硫途径转化为硒代半胱氨酸参与硒蛋白的合成过程，其次，SEMEt在体内通过胱硫醚γ裂解酶降解为甲基硒醇，与S-腺苷甲硫氨酸通过甲基化作用转化为二甲基硒化物/三甲基硒化物，并通过去甲基化转化为硒化物参与硒蛋白的合成过程。硒代半胱氨酸通过硒代半胱氨酸裂解酶催化分解为硒化物和丙氨酸。硒化物在硒磷酸合成酶的作用下与三磷酸腺苷反应生成硒磷酸，直接参与硒蛋白合成。硒的代谢过程主要是在肝脏中完成的，硒蛋白p为血浆蛋白负责对硒的转运。当摄入体内的硒过量时，肝脏会将SE以谷胱甘肽过氧化物酶1的形式储存，或者直接将其转化为硒糖或硒离子形式排出体外。

3 硒蛋白的功能特性

3.1调节氧化应激

硒的抗氧化作用主要通过硒代半胱氨酸参与构成的硒蛋白来实现。目前，功能已知的真核生物的硒蛋白中大部分是氧化还原酶，具有抗氧化作用，主要有谷胱甘肽过氧化物酶（GlutathionEpERoXiDaSE，GpX）、硫氧还蛋白还原酶（tRXR）、硒蛋白W等。GpX与tRXR抗氧化的机制主要体现在清除机体的自由基（FR）。硒的抗氧化作用主要是由硒蛋白参与构成的酶来实现。

脊椎动物体内存在8种谷胱甘肽过氧化物酶，其中GpX1-4和一些种类的GpX6均含有硒元素，具有抗氧化功能。GpX1是第1个被鉴定出来的哺乳动物硒蛋白。GpX能够催化硫醇还原过氧化物，主要还原剂是谷胱甘肽（GlutataionE，GpX），其催化反应式为：ROOH+2GSH→ROH+H₂O+GSSG。随着与GSH结合相关的精氨酸残基的减少，从GpX1到GpX4对GSH的特异性逐渐降低，催化底物种类范围扩大。对GpX催化动力学研究发现其符合乒乓模式，没有典型的酶底物复合物形成。BoRtoli等以磷脂氢谷胱甘肽过氧化物酶（GpX4）及其半胱氨酸（cyS）和碲半胱氨酸（tEc）突变体作为模型，通过分子动力学模拟和密度泛函计算方法以及电脑对S，SE，tE3种氧族元素的酶活性位点作用机制进行分析，结果表明，cyS和SEc酶通过电荷分离形成中间体，将硫醇/硒醇还原为次磺酸/次硒酸，而tEc突变体则为直接氧化途径。分析cyS-GpX和SEc-GpX抗氧化特性，发现SEc-GpX具有较低的能量壁垒，因此具有较高的抗氧化活性。

tRXR是一种具有抗氧化作用的硒蛋白，包含黄素腺嘌呤二核苷酸（FlavinADEninEDinuclEotiDE，FAD）结构，与硫氧还蛋白（thioREDoXin，tRX），辅酶nADpH构成抗氧化系统。其中，tRXR能够催化nADpH将氧化态tRX中的二硫键还原成巯基，使其转变为还原态。yaMaMoto等从蓝藻中提取tRXR基因，经pcR扩增导入大肠杆菌表达，结果证实tRXR对蓝藻光合作用中产生的活性氧有消除作用。DREchSEl等通过极谱法实时检测小鼠大脑线粒体中的H₂O₂，结果发现当使用金诺芬和1-氯-2，4-二硝基苯对tRXR进行抑制时，H₂O₂的清除率降低80%，高于谷胱甘肽酶系统被抑制后H₂O₂清除率的降低比率，说明在大脑线粒体中抗氧化作用主要依靠硫氧还蛋白系统。

3.2调节免疫功能

许多硒蛋白都可以在免疫细胞中表达，起到抗氧化，促进某些细胞在激活过程中的信号传导等作用，对哺乳动物的免疫调节具有重要影响。硒蛋白参与免疫调节机制有多种，主要包括抗氧化介导和免疫因子介导2种形式。当细菌等微生物侵入哺乳动物机体时，中性粒细胞和巨噬细胞产生活性氧（如·O^2-，H₂O₂，·OH，nO·，OnOO^-等）对病原体进行氧化，同时，活性氧还是吞噬细胞和非吞噬免疫细胞间信号传递媒介，是细胞免疫必不可少的物质。然而，过多的活性氧在杀伤病原体的同时，对正常机体组织也会产生损伤，并引起过度免疫的发生，因此必须清除活性氧以保护自身免受损伤。Won等分离了正常型和GpX1基因敲除型小鼠的淋巴结细胞及脾细胞，制备单细胞悬浮液，用cD3对其激活，测定其活性氧含量，然后采用细胞内因子标记的流式细胞技术鉴定辅助t淋巴细胞1和17，结果表明，GpX1缺乏使活性氧含量升高，GpX1缺陷型辅助t淋巴细胞倾向分化为辅助t淋巴细胞1，说明GpX1通过活性氧的调控，影响t细胞增值和分化。

的干扰载体，转染小鼠t淋巴细胞，然后利用cD3体外激活t细胞，结果显示：受到干扰的t细胞在激活后钙离子浓度和白细胞介素2受体α的MRnA水平均低于对照组t细胞，说明硒蛋白K可以通过影响内质网钙稳态蛋白调节细胞激活过程中的钙离子浓度，同时影响白细胞介素2的表达。

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