硒是一种类金属元素，能替换半胱氨酸中的硫原子形成第 21 种氨基酸---硒代半胱氨酸，直接合成蛋白质，不同于其他金属元素只能组成辅酶因子或辅基[1],硒遍布人体各组织器官和体液中，肾脏中浓度最高。在组织内主要以硒和蛋白质结合的复合物形式存在，包含硒半胱氨酸残基的蛋白都称为硒蛋白。自然界中的硒有硒醚（ Se2-） 、元素硒（ Se） 、硫代硒盐（ Se2+） 、亚硒酸盐（ Se4+） 和硒酸盐（ Se6+） 五种价态。硒的毒性最早在 1934 年被人们发现---高硒植物会导致动物和人中毒，直到 1957 年硒的抗氧化效应才被人们发现[2]
.此后，硒在动物、植物和人体中的营养学功能不断被证实，硒元素在增强人体免疫功能、降低病毒感染、防治癌症等诸多方面有一定的积极作用。1973 年，世界卫生组织专家委员会正式宣布，硒是人体生理必需的微量元素之一。1988年，中国营养学会将硒列为 15 种每日膳食营养素之一，推 荐 成 人 膳 食 硒 的 日 摄 入 量 为 50 ~250 μg / d.1994 年卫生部将硒列为食品营养强化剂，2003 年美国食品药品管理局 FDA 允许硒营养品标硒为抑癌物质。缺硒会引发克山病、大骨节病等人体地方性疾病，白肌病、肝坏死等动物疾病，而硒过量也会引发中毒，导致头发和指甲脱落、神经系统疾病等。一般认为正常人如摄入超过生理需要量 50 倍的硒有中毒的危险。硒由于具有许多与心血管疾病预防相关的生物学重要功能而被作为一种有前景的功能营养品，但硒对人和动物健康从有益到有害的范围较窄（ 硒的中毒剂量食物为5 mg/kg,饮用水为 0.5 mg/kg） .硒代谢与其他代谢途径互相连接，调节人体正常生理功能。由于硒生物学的复杂性和硒蛋白的许多生物学功能尚未完全明晰，全面了解人体的硒代谢途径和营养学研究为人体安全补硒、预防疾病和保持健康具有重要意义[3].
1 人体的硒代谢
1.1 硒的来源及形式
硒元素不能在体内自行合成，只能靠外部摄入补充。人体所必需的硒几乎全部来源于膳食中的各种食物，包括谷物、蔬菜、肉蛋奶等。自然界中富硒食物非常少，大部分食物不含硒或仅含极少量硒，食物中硒含量的多寡主要由产地土壤中的硒浓度决定。在中国和欧洲部分低硒地区，人群由于长期食用低硒食物而出现缺硒症状。美国通过覆盖全国的食物分配模式有效缓解了贫硒地区人群硒摄入不足的风险。
不同食源提供人体不同形式的硒。目前食物中被鉴定出的无机和有机硒化合物有 20 多种，其中硒代蛋氨酸（ SeMet） 和硒代半胱氨酸（ SeCys）的存在最为普遍[4].植物中的硒源大部分是SeMet,土壤中的硒被植物吸收后通过代谢最终以无机硒和有机硒两种形式存在，其中有机硒占总硒含量的 80% 以上，是日常膳食中的主要硒源[5].小麦中 50%、苜蓿中 70%以上的硒都是SeMet.富硒蔬菜如大蒜、洋葱、韭菜和十字花科蔬菜中硒甲基硒代半胱氨酸（ SeMeSeCys） 占到总硒含量的 50%以上。与植物相比，关于动物性食物中硒形态的研究较少，动物性食物主要提供SeCys.食物中的有机硒和无机硒均可以被人体吸收，但吸收率分别是 80%和 50%.被人体吸收后二者通过进入不同的代谢环节以相似的利用率参与硒蛋白的合成[6].
1.2 人体硒含量与分布
人体血浆和血清内硒含量测定结果近似，全血硒则较高于血浆或血清值。人体硒含量因各地区土壤含硒量不同而差异很大： 加拿大、美国很高，芬兰和新西兰很低。例如北美人群成人血清或血浆中硒含量在 13~20 mg 之间，而处于贫硒地区的新西兰人仅为 3~6 mg.欧洲多中心测定成人血硒值的结果为英国 109 μg/L（ n = 20） 、希腊 63±14 μg/L（ n = 21） 、巴黎 86.27±2.26 μg/L（ n=31） ,人体内各脏器的含硒量不同。肌肉、肝脏、肾脏和血浆含硒量丰富，分别达到 30%、30%、15%和 10%左右，脾、胰脏和其他组织含硒量较少。人肌肉、肝脏、血液和肾的硒含量占总硒的60%以上[7].母体硒水平决定新生儿的硒摄入量，硒通过乳汁或者胎盘被胎儿吸收[8].
1.3 人体硒代谢途径
小肠是主要的硒吸收部位，硒进入小肠前的吸收率基本可以忽略，硒也可以通过呼吸道、皮肤进入人体。目前肠的硒吸收机制尚未清晰，但是不同形式硒源的吸收方式存在差异，亚硒酸盐为简单扩散，有机硒遵循氨基酸吸收机制，其中硒代蛋氨酸遵循蛋氨酸途径运行，硒酸盐的吸收同时借助钠泵和氢离子交换机制[9].食物中 50% ~100%的硒可以被人体吸收[10],单胃动物如猪和家禽的有机硒和硒酸盐吸收率高于 90%,而反刍动物绵羊的肠硒吸收率仅为 29%,这种差异取决于硒酸盐和亚硒酸盐还原为硒化物的程度[11].
硒经过肠道吸收后很快被血红细胞摄取，通过谷胱甘肽和谷胱甘肽还原酶参与的一系列还原反应，将硒还原为硒化氢，成为硒蛋白合成中的活性硒源。连续的甲基化作用催化硒化氢生成二甲基、三甲基硒离子[11].硒在血红细胞中还原成为硒化物后进入血浆内与血浆蛋白相结合，硒能够与高亲和力的 α 和 β 球蛋白、低密度脂蛋白（ LDL） 和超低密度脂蛋白（ VLDL ） 结合。在特异性蛋白（ 特别是 GSH-Px） 中的硒则为 SeCys.
硒蛋白由血液运送至不同的器官与组织，当膳食中的硒摄入不足时人体便会利用贮存的硒蛋白。人体吸收的大部分硒代谢后通过尿液排出，肾脏排泄的硒约占总硒的 55% ~60%,且相当稳定，另外有少量经粪便、汗液和毛发排泄至体外。
机体内硒的内稳态主要依靠尿硒排泄途径。硒剂量和机体硒状态影响尿硒的排泄形式和排泄量[7].如果短时间内摄入大量的硒，便会代谢为挥发性的二甲硒、三甲硒化合物经肺排泄出去，判断特征是呼气带有蒜味[8].
2 人体的硒营养研究
2.1 硒的生物活化形式
低分子的硒化物不能在人体内长期稳定存在，硒主要以硒蛋白的形式在机体内发挥其生物学功能[12].迄今在哺乳动物中已鉴定出 25 个硒蛋白[11].通常硒蛋白指多肽链中存在 SeCys 的蛋白质[13].Carlson 等[14~16]研究发现硒蛋白表达有一定的层次，有些硒蛋白对硒含量或翻译机制更敏感，被称为“压力相关”硒蛋白，其他对硒含量不敏感的被称为“看家”硒蛋白。
硒是谷胱甘肽过氧化物酶系（ glutathione per-oxidases,GPx） 的重要组成部分，是首个被人们发现的硒的生物活性形式。GPx 有化学形态和活性区域不同的 8 种存在形式[17],通过将有毒的过氧化氢和有机过氧化物还原成无毒的羟基化合物，从而保护细胞膜的结构及功能不受干扰及损害[18].GPx 的活性中心是 SeCys,GPx 活力大小与机体硒水平紧密相关。GPx-1 在整个机体内部广泛表达，在红细胞、肝脏、肾脏和肺部的表达量十分高，发挥抗氧化作用，缺硒后第一个受到影响的酶就是 GPx-1.GPx-2 主要存在于肠胃和肝脏中，GPx-3 存在于肝脏、肾脏、心脏、肺、肠胃、胸、胎盘和男性生殖系统，定位在细胞外液和血浆，除了抗氧化，兼具降低脂质过氧化物的作用。GPx-4 同样在机体内广泛存在，睾丸中的活性最强，定位在细胞质、线粒体和细胞核中，发挥抗氧化和防止膜过氧化降解的功能，可将胆固醇和胆固醇酯氢过氧化物降解为毒性更低的衍生物，防止 DNA氧化破坏，调控男性生育能力和精子活力。GPx-5 在胚胎和嗅上皮中表达，但是其生物学功能尚未得知。GPx-6 是一种仅存在于人体中的硒蛋白，是 GPx-3 的同系物，生物功能也还未知。
GPx-7 和 GPx-8 定位在内质网，可以对抗癌细胞增生，有抗氧化和蛋白质折叠的功能。脱碘酶（ deiodinases,包括 DⅠ、DⅡ和 DⅢ3 种类型） 是第二类被鉴定出的硒蛋白，组织和亚细胞水平都有脱碘酶的存在。DⅠ主要存在于肝脏、甲状腺、肾脏和棕色脂肪组织中，形成活性的3,3'-5‘三碘甲腺原氨酸。中枢神经系统、棕色脂肪组织和骨骼肌中富含 DⅡ型脱碘酶，同样具有激活甲状腺激素的作用。DⅠ和 DⅡ催化四碘甲状腺原氨酸（ T4） 脱碘生成三碘甲状腺原氨酸（ T3） ,并催化反式三碘甲状腺原氨酸（ rT3） 脱碘生成二碘甲状腺原氨酸（ T2）[12].DⅢ在子宫、胎盘和胎儿中枢神经系统参与甲状腺激素激活。
DⅠ和 DⅢ催化 T4 脱碘生成 rT3,同时催化 T3 脱碘生成 T2,而 T4 是甲状腺分泌的主要甲状腺激素[19].硒蛋白 P（ selenoprotein-P,SelP） 是一种细胞外糖蛋白，具有细胞外抗氧化活性。血浆中超过50%的硒蛋白都是 SelP,在脑、肝脏和睾丸中较为丰富，在组织间转运硒同时调节硒的稳态。我国研究人员通过比较肝癌、肝硬化患者和事故死亡正常人肝细胞中硒蛋白 P 的 mRNA,发现硒蛋白P 及其 mRNA 在癌组织中表达降低，推测这可能与癌症的发生有关[20].
硫氧还蛋白还原酶（ thioredoxin reductase,包括 TR1、TR2 和 TR3 三种类型） 是依赖于 NADPH的二聚体硒酶，也是唯一能还原氧化性硫氧还蛋白的酶。通过调控硫氧还蛋白活性和氧化还原态，发挥抗氧化和调节氧化还原电势的生物学功能，参与控制 DNA 合成、修复蛋氨酸硫氧化物氧化蛋白质[12].
硒蛋白 S 存在于肝脏、骨骼肌、脂肪和下丘脑等组织中，主要定位在细胞膜内质网上，将未折叠和错误折叠蛋白通过内质网膜通道转移到细胞质中进行降解，保护细胞免受内质网应激，与脂蛋白代谢、炎症反应和精子发育密切相关，Alane 等[21]发现硒蛋白 S 基因的多态性与人类特别是妇女的心血管发病率有显着的相关性。
