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硒和硒蛋白对抗辐射性的影响

2025/2/26

Shidi Zhang.nutrients.2024

近年来，放射线已广泛应用于医学影像诊断、放射治疗和放射线消毒等各个学科，从而促进了医疗和食品行业的发展。辐射在促进工业发展的同时，也有一些不容忽视的负面影响，如核泄漏、医疗辐射暴露、电子产品辐射等。近日，日本核污水排放事件增加了辐射对人类生命的风险，引发了更多担忧。硒和硒蛋白因其抗辐射性的潜力而引起了研究人员的兴趣。研究硒和硒蛋白对辐射抗性的影响和机制将有助于研究人员找到更安全的抗辐射方法并开发有效的抗辐射药物。

辐射分为电离辐射和非电离辐射。本文重点介绍电离辐射对人体器官和组织造成的损害。电离辐射会产生各种离子的电磁波，导致体内产生有害的自由基，从而导致免疫力下降、皮肤发红、癌症和其他不良反应，从而导致严重伤害甚至死亡。损害机制可分为三种类型：直接作用、间接作用和旁观者效应。当高能电离辐射直接影响具有生物活性的重要大分子（如核 DNA、蛋白质或脂质膜）时，就会发生直接损伤。直接损伤的关键靶点是 DNA，这可能导致 DNA 单链和双链断裂。间接损伤是电离辐射影响的主要形式。射线能量作用于细胞内的水分子，导致水分子电离，产生各种活性氧（ROS），从而导致氧化应激。在氧化应激条件下，过量的 ROS 会导致 DNA 损伤并抑制 DNA 修复。细胞膜中的寡糖分子被氧化成不饱和自由基二聚体，这会损害细胞膜功能并导致蛋白质功能障碍。持续的损伤反应可影响相关信号转导，例如 p53 信号通路的激活，从而刺激细胞周期蛋白依赖性激酶抑制剂 p21 和 p16 的表达，导致细胞衰老。线粒体损伤导致大量ROS逸出，诱导线粒体呼吸链复合物活性丧失，降低氧化磷酸化水平的效率，引起细胞凋亡，导致线粒体级联损伤，导致整个细胞自由基水平加倍，继续造成更严重的损伤。旁观者效应是指将信号传递给相邻或未受照射的远端细胞，使它们受到辐射的影响并表现出各种生物功能障碍，包括 DNA 损伤、染色体畸变和微核形成。此外，DNA 损伤和持续的氧化应激会破坏旁观者细胞的生长和分泌稳定性。因此，旁观者细胞中诱导的影响甚至可能扩散到次级观察者及其后代。关于辐射损伤机制，现有的抗辐射措施主要集中在氧化控制、DNA 修复增强、免疫系统增强等。

硒是人体必需的微量元素，有无机和有机两种形式。无机硒化合物包括亚硒酸盐、元素硒和硒酸;有机硒包括硒蛋白、硒代蛋氨酸（SeMet）、硒酵母和硒多糖。人体缺硒可能导致各种疾病，如克山病和碳代谢紊乱，或对某些病毒的抵抗力降低，以及辐射诱导的微核形成增加。硒在人体内以硒蛋白的形式发挥着多种生物学功能，已鉴定出 25 种不同的硒蛋白基因。硒和硒蛋白在消除自由基和修复 DNA 方面起着至关重要的作用，从而有助于免疫调节和防止辐射损伤。

硒蛋白及其抗辐射作用

GPX1 在清除辐射产生的多余自由基、调节体内 REDOX 平衡、减少辐射引起的细胞损伤方面起着至关重要的作用，从而增强辐射抵抗力；GPX1 还促进辐射诱导的 DNA 损伤的修复；辐射有可能诱导肿瘤和细胞癌变。GPX1 可以通过多种机制发挥抗癌作用。首先，它可以直接影响癌细胞中的特异性抑癌基因，如激活 p53 基因和促进癌细胞凋亡。其次，它可以增强肿瘤细胞对化疗药物的敏感性。第三，它可以通过抗氧化机制和其他方式抑制肿瘤发生信号通路。

GPX4 在放射治疗中具有更显着的功能，因为除了有效抑制脂质过氧化外，它还有助于修复 DNA 损伤，以减少辐射诱导的损伤和副作用；GPX4 有效调节各种细胞中的凋亡标志物，例如细胞色素 c 的释放、DNA 片段化和 NF-κB 的抑制，有效调节细胞凋亡；GPX4 可以减少电离辐射引起的胸腺嘧啶过氧化物，减少 DNA 损伤。

SELENOP 能够调节 ROS 的晚期积累并减轻辐射暴露后正常人成纤维细胞的毒性；SELENOP 影响巨噬细胞极化，通过减弱促炎细胞的激活来降低炎症性肿瘤的发生率；SELENOP调节免疫细胞作为免疫细胞的抗氧化剂的功能。

SELENOS调节从 ER 到细胞质的错误折叠蛋白质或错误组装的蛋白质复合物的去除，导致蛋白酶体降解并减轻辐射诱导的内质网应激。

SELENOI组在硒蛋白中是独一无二的。在 T 细胞活化过程中发挥重要功能，SELENOI 有助于调节免疫细胞以对抗辐射诱导的免疫反应，并表现出辐射抗性。

硒和硒蛋白的抗辐射机制

改善氧化损伤

硒和硒蛋白可以直接清除 ROS。在生物系统中，硒化合物往往会得到恢复;它是一种很好的亲核试剂。它们用于重金属解毒，以产生 ROS 所需的金属离子络合，从而间接去除 ROS。硒还充当各种抗氧化酶（如 GSH-Px）的辅助因子，并有助于抗氧化作用。亚硒酸钠是第一种在小鼠模型中研究辐射防护的硒化合物：研究显示，在小鼠伽马射线照射之前，它与维生素E结合是有效的，可以防止辐射诱导的抗氧化酶减少。补充亚硒酸钠已被证明可以增加血清 GPX 活性，同时减少治疗诱导的氧化应激。总之，辐射会引起体内的氧化应激和病理变化。改善氧化损伤是硒和硒蛋白对抗辐射损伤的重要机制。

保护 DNA

研究结果表明，保护 DNA 对于硒和硒蛋白抵抗辐射至关重要。电离辐射会降解 DNA 分子并破坏核苷酸及其成分。染色体 DNA 和蛋白质复合物对电离辐射敏感，电离辐射会刺激内陆水域细胞的电离，从而产生大量的活性氧。这些物种的强氧化能力会破坏细胞 DNA，导致双链和单链断裂，从而导致染色体畸变。研究表明，硒和硒蛋白可以防止 DNA 损伤并增强提供保护的修复酶（如 DNA 糖基化酶、p53、BRCA1、Gadd45）的活性。

调节细胞凋亡

电离辐射作为一种强刺激物，可通过多种机制诱导细胞凋亡，包括 DNA 损伤、内质网应激（ER 应激）和 ROS 过载。然而，硒和硒蛋白可以通过抑制细胞凋亡来发挥放射保护作用。硒蛋白 S 是一种位于内质网（ER）和质膜中的跨膜蛋白。它在 ER 相关降解（ERAD）途径中至关重要，可以调节 ER 应激诱导的细胞凋亡。此外，研究表明，GPX4 通过内源性凋亡途径在体内抑制细胞凋亡。这种调节功能是通过保护优选底物心磷脂免受氧化和抑制线粒体在氧化应激下释放细胞色素c来实现的。

调节免疫系统

免疫系统由免疫器官（如脾脏、胸腺、骨髓和淋巴结）、免疫细胞（包括淋巴细胞、巨噬细胞和粒细胞）和免疫分子（如TNF、IFN和IL）组成，负责防止病原体侵入人体并维持身体健康。研究表明，硒蛋白（如硒蛋白 I）在 T 细胞的激活中起重要作用，而硒蛋白 S 调节免疫的稳态方面。这表明硒蛋白对免疫细胞的激活和调节有深刻影响。

MAPK 信号通路和 PI3K/AKT 信号通路

丝裂原活化蛋白激酶（MAPK）家族，包括细胞外信号调节激酶（ERK）、p38 丝裂原活化蛋白激酶和 c-Jun N 末端激酶（JNK）。这三个重要成员参与细胞生长、增殖、凋亡、分化和其他生长过程。电离辐射刺激JNK和P38通路，激活经典的MAPK信号通路并参与免疫调节。一些研究表明，硒缺乏会下调 19 种硒蛋白的表达，增加细胞内 ROS 水平。这反过来又导致 P38 和 JNK 基因表达水平升高，以及线粒体凋亡途径中涉及的蛋白质表达增加。这些发现表明硒蛋白与 ROS/MAPK 诱导的细胞凋亡，特别是坏死细胞凋亡之间存在密切关联。硒和硒蛋白可以通过多个靶点调节该途径。

炎症信号通路

暴露于电离辐射会导致广泛的氧化损伤、DNA 断裂和细胞死亡。这导致促炎细胞因子的释放，包括 IL-1、IL-2、IL-4、IL-6 和 TNF-α。这些细胞因子的慢性上调可导致自由基的持续产生并介导炎症的发生。炎性细胞因子募集免疫细胞并调节细胞微环境。硒和硒蛋白还调节炎症因子和信号通路，作为其放射防护机制的一部分。

暴露于电离辐射会导致生物体的组织损伤。损伤的程度取决于辐射暴露水平。急性临床表现可累及胃肠道、肝脏、肾脏和肺。此外，还可能发生器官和组织损伤。除了这些器官系统外，长期观察表明，辐射还会导致肾脏、肝脏和心血管系统受损，甚至导致死亡。如前所述，硒和硒蛋白在减轻辐射损伤方面显示出显着的潜力。用于放射防护的硒化合物主要由无机硒化合物、硒氨基酸和硒蛋白组成。本文将回顾硒和硒蛋白作为辐射防护剂的一些用途，以减轻辐射引起的多器官损伤或治疗相关疾病。

总结与展望

硒是人体中重要的微量元素，由于其强大的抗氧化、DNA 修复和免疫调节功能，具有很大的抗辐射潜力。根据目前的研究报告，硒和硒蛋白通过清除过氧化氢和脂质过氧化物来对抗辐射引起的组织损伤，从而增强抗氧化能力，并通过增强 DNA 修复表现出抗辐射活性。它们通过调节线粒体凋亡和细胞凋亡途径保护细胞免受辐射损伤，还通过 MAPK 信号通路、PI3K/AKT 信号通路和炎症信号通路调节免疫系统的免疫反应。硒和硒蛋白在减轻和治疗辐射对肺、肾、肠、心血管系统等器官组织的损伤方面起着至关重要的作用，具有巨大的潜力。