【化院·科普】硒：生命守护神

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硒：生命守护神

北京大学 李鹤林

1818年，瑞典科学家贝采里乌斯在硫酸厂铅室中发现了一种新元素，并以希腊神话中月亮女神的名字将其命名为Selenium，也就是“硒”。经过二百余年的研究，人类对硒元素的认识从最初的“剧毒恶魔”元素到今天的“生命守护神”，经历了从一无所知到日趋全面的发展过程。如今，“硒砂瓜”“富硒茶”等富硒产品相继问世，这到底是商家虚假宣传的伎俩，还是保健效果拔群的“神物”？让我们走近硒元素，探寻它背后的秘密。

（一）生生不“硒”——硒与动植物生长发育

与生物圈的水循环、碳循环相似，硒元素在自然界中也会不断地被生物吸收利用并排出，形成所谓的“硒循环”。那么，硒是如何在土壤和生物之间循环的呢？

硒元素在地壳中的含量非常稀少，它从土壤中以无机硒的形式被植物吸收、富集，并在酶的作用下转化成含硒的有机化合物。由于硒元素和硫元素之间的化学相似性，硒通常通过取代含硫化合物中的硫而被利用或储存。植物被取食后，这些含硒氨基酸会通过血液循环被运送到肝脏与硒蛋白结合，或直接运送到组织与组织蛋白结合。同时，植物中残存的少量无机硒会在体内的一系列还原性物质和酶的作用下转化为有机硒，并参与含硒蛋白的合成。随着时间的推移，这些含硒有机物被氧气氧化为硒酸盐或亚硒酸盐，随排泄物排出体外。最终，这些含硒的代谢废物被微生物吸收，并在微生物的作用下回到土壤中，进入下一个循环。

图1 硒元素的生态循环^[1]

基于这样的“硒循环”，人们开始研究硒元素对动植物的生长发育的影响。研究表明，适量施用硒可以增强植物的光合作用，从而提高产量，增强植物的抗逆性；然而，当硒的浓度较高时，可能会产生反作用。例如，在含硒的营养液中水培白菜幼苗，当硒浓度小于1.0 mg/L时，会促进白菜幼苗生长，而当硒浓度大于2.5 mg/L时，则会抑制它的生长。[1]另外，硒作为抗氧化剂，能够提高水果和其他作物的耐储藏性，在果树生长过程中施用硒可以减缓乙烯合成速率，保持果实硬度，从而增强其耐贮性。在动物饲养中，硒同样拥有很重要的地位。在饲料中添加适量硒可以促进动物生长繁殖，提高动物的免疫力，保持动物的健康状态。在鱼饲料中添加硒还可以提高鱼类甲状腺激素的活性，促进鱼类生长发育。 

（二）物以“硒”为贵——硒与人体健康

        生活中，我们时常能看到带有“富硒”标签的食品，比如“硒砂瓜”、富硒大米等等，也能听到许多关于硒对人体的保健作用的宣传，这些说法到底是确有其事还是“智商税”呢？

        在1935年的黑龙江克山县，曾爆发过一种“怪病”：病人精神萎靡不振，心脏异常地变大，严重时会昏厥、抽搐，甚至死亡。当时的人们对这种病极为恐惧，谈之色变。当时正处日本侵华时期，日伪政府曾经派出调查组对这种病进行调查。日本医生身穿防护服、头戴防毒面具检查死亡的患者，让人们对这种病的恐惧进一步蔓延。人们以这种病最初爆发的地点将其命名为“克山病”。这种死亡率高，治愈率低的“北满之奇病”曾肆虐全国多个地区，又一时间找不到高效的治疗方法，令人们叫苦不迭。

        直到1965年，西安医学院的研究团队给陕西病区的病人服用亚硒酸钠和维生素E，发现有预防效果。这一发现立刻启发了全国的克山病研究，1972年，中国预防医学科学院的克山病防治小分队分析发现：克山病病区普遍缺硒，居民日硒摄入量平均在17 μg以下，血液硒含量低于20 μg/L。正是这一发现，明确了硒与克山病的关系，为病区居民送走了肆虐近四十年的“瘟神”。

图2  罹患克山病的西藏男孩^[2]

        此后，科学家们的进一步研究表明，硒是人体必需的微量元素之一，缺硒可能会导致心脏功能受损、肌肉无力、软骨功能退化、消化系统病变等一系列生理问题。经常补充硒元素可以减少多种心脑血管疾病的发生，增强免疫功能，调节甲状腺激素的代谢平衡，保护眼部等等。

        为什么硒具有这么重要的作用呢？1973年，来自美国的研究团队发现了谷胱甘肽过氧化物酶中含有硒，而且硒代半胱氨酸是这种酶的催化活性中心。这种酶可以使有毒的过氧化物还原成无毒的羟基化合物，从而保护细胞不受过氧化物的干扰及损害。同时，这种酶可以分解体内有害的自由基，防止其损伤细胞膜。自由基是一种很活泼的“刺儿头”分子，进入人体后到处争夺电子，如果夺去细胞蛋白分子的电子，就会使蛋白质接上支链，形成畸变的分子，引起病变甚至癌症。及时地清除自由基能有效预防衰老，增强免疫，保证身体健康。可以说，如果没有硒，人体的氧化还原平衡就会被破坏，体内的细胞就会被摧毁殆尽，生命就会凋零。

图3  世界各地小麦(a)和大米(b)中的硒含量对比^[3]

然而，全世界硒元素的分布极其不均匀。全世界的大米平均含硒量是95 mg/kg，而只有为数不多的几个地区达到了平均值以上，其余地方都是十分缺硒的。如果每天摄入300克大米，那么全世界有75%的大米不能满足人均70%的硒需求量。在中国，有一条从西南到东北的“低硒带”，72%的地区属于低硒和缺硒地带。可想而知，在缺硒地带生活的人们如果缺乏稳定的硒来源，那么很可能会出现更多的生理问题。

图4  中国土壤硒含量分布图^[4]

  我们如果不能从食物中获取足量的硒，那么就需要额外服用一些药物或保健品来保证健康。19世纪80年代初，研究人员发现一种名为Ebselen的有机物具有很高的抗炎症活性，而且毒性很低，没有其他非激素类抗炎药产生的胃肠黏膜刺激。科学家们如获至宝，很快便将其作为药物广泛使用，可以治疗白内障、关节炎等等疾病。含硒的保健品经历了几代的变迁，其最初的主要成分是水溶性好、易吸收的亚硒酸钠，但是它的量不易控制，容易过量导致中毒。后来，人们研发出了毒性小，效果更好的有机硒酵母，其主要成分为硒代蛋氨酸。未来，科学家们还可能发展新一代的硒蛋白、硒多糖，它们的毒性进一步减小，生物利用率进一步提高，保健效果更加显著。

图5  Ebselen的化学合成

（三）硒虽好，莫贪杯

 常言道“是药三分毒”，硒产品也不例外。最初硒被发现时，人们便注意到硒的无机化合物的剧毒性，在一段时间内唯恐避之不及。后来人们合成的许多含硒的化合物，也都存在一定的毒性。

       1961年春天，湖北恩施州新塘公社的多个社员发生头发、指甲脱落。此后，陆续有人出现这种症状，有些大队发生这种怪病的比例高达80%，甚至有人因此死亡。家畜和家禽也有类似的情况出现。医生们也一时间不能研究清楚发病的具体原因，人们感到非常恐慌。直到1966年，经过中国预防医学科学院的调查发现，当地居民出现的毛发、指甲脱落症状是“硒中毒”。当时正值全国性自然灾害期间，当地居民除食用了高含硒食物外，还大量挖食了含硒野菜，并用含硒煤碳烘烤食物，导致每日硒摄入量超过3000μg，从而发生了硒中毒。

图6  湖北恩施茶园一景^[5]

        实际上，根据《中国居民膳食营养素参考摄入量》（2016版），成年人每人每日硒元素的推荐摄入量为60 μg，可耐受的最高摄入量为400 μg。而富硒茶的茶叶中硒含量约为2.45 μg/g，浸泡10分钟后的茶水则为7.1 μg/L^[6]。有的人自认为缺硒，所以把买到的含硒保健品和含硒药品长时间高剂量服用，使得自己的身体一直处在“高硒状态”。长此以往，便会“硒中毒”，表现为皮肤痛觉迟钝、四肢麻木、头昏眼花、胃肠功能紊乱等一系列症状。所以，补硒虽好，可不要“贪杯”哦！

图7  硒元素的参考摄入量^[7]

        近年来，关于硒的研究进一步推进，很多有关硒蛋白合成的基因陆续被鉴定，其分子生物学机制也在逐步阐明。然而，硒蛋白基因和机体健康的关系仍有待进一步探索，有关硒和生命健康的关系的研究任重道远。爱因斯坦曾说：“大自然已经创造出你能想到的一切。”学海无涯，相信我们在感叹于自然之精巧的同时，也能利用自然，借自然之“妙手”服务于人类。“月亮女神”硒元素的力量，也将使人类变得更加健康，为人类创造出如满月一般明亮的未来！

参考文献

[1] Huang J-Q, Wang Z-H, Sun L-H, Wang L-L, Yin Y-L. Selenium in modern agriculture. Modern Agriculture, 2023; 1(1): 34–42.

[2] Richard Stone. A Medical Mystery in Middle China. Science, 324, 1378-1381(2009).

[3] Y. Zhu, E. A. H. Pilon-Smits, F. Zhao, P. N. Williams, A. A. Meharg. Selenium in higher plants: understanding mechanisms for biofortification and phytoremediation. Trends in Plant Science, 2009, 14, 8, 436-442.

[4] 硒的土壤级别划分. [2022-05-31]. https://zhuanlan.zhihu.com/p/522377575.

[5] “恩施硒茶”挂牌出山. [2019-11-19]. https://www.hubei.gov.cn/hbfb/szsm/201911/t20191119_1551288.shtml.

[6] 任大林. 茶水中微量元素硒浸出量的研究[J]. 广东微量元素科学, 2001, 8(8):66.

[7]中国居民膳食营养素参考摄入量对照表. [2016-05-12]. https://www.sohu.com/a/74901234_359173.

[8] P. N. Williams, E. Lombi, G. Sun et al. Selenium Characterization in the Global Rice Supply Chain. Environ. Sci. Technol.2009, 43, 6024–6030.

[9] 克山病：每日低于17微克硒的后果. [2020-04-28]. https://gjfx.whpu.edu.cn/info/1718/1414.htm.

[10] “北满之奇病”克山病，曾肆虐309个县影响1亿人，他用32年送走了瘟神. [2020-03-11]. https://new.qq.com/rain/a/20200311A0HPLQ00.

[11] 高价补硒是否必要？[2016-12-30]. https://www.cas.cn/kx/kpwz/201612/t20161230_4586665.shtml.

[12] 于维汉：向“克山病”宣战. [2022-01-04]. https://news.sciencenet.cn/htmlnews/2022/1/471985.shtm.

[13 曾经的'硒中毒'事件. [2019-10-05]. https://zhuanlan.zhihu.com/p/85265431.

[14] 徐辉碧, 黄开勋. 硒的化学、生物化学及其在生命科学中的应用. 湖北: 华中理工大学出版社, 1994.

[15] 张绍鹏, 程水源. 硒分子生物学. 北京: 中国农业出版社, 2023.

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海报 | 昂奕 、 朱良旺

文案 | 李鹤林

排版 | 邹一鸣