富硒植物蛋白的研究進(jìn)展

王珠琳， 袁 莉， 李建科， 胡子朗

(西部果品資源高值利用教育部工程中心；陜西師范大學(xué)食品工程與營養(yǎng)科學(xué)學(xué)院1，西安 710119)(安康漢陰華曄植物藥業(yè)有限公司2，安康 725000)

近年研究發(fā)現(xiàn)，硒具有抗氧化、抗腫瘤、抗炎、增強(qiáng)免疫力等許多重要的生理功能[1]，且大量研究表明嚴(yán)重缺硒會(huì)導(dǎo)致各種疾病，如免疫系統(tǒng)功能障礙、精神衰竭、認(rèn)知能力下降、自身免疫性甲狀腺疾病、不育癥、糖尿病、心血管疾病、癌癥等[2]。隨著人們對健康問題的逐漸關(guān)注，許多學(xué)者開始探索更多的硒補(bǔ)充劑，發(fā)現(xiàn)可以從植物、動(dòng)物以及微生物體中獲取有機(jī)硒。由于植物蛋白容易獲得，可以將外界的硒通過自身生長代謝與吸收轉(zhuǎn)化為以硒蛋白為主的有機(jī)硒化合物，故大量研究從富硒植物中提取硒蛋白，如大豆、魔芋、花生、糙米、玉米、大蒜等。富硒植物蛋白作為一種高效、低毒的優(yōu)質(zhì)硒源，不但可以緩解有機(jī)硒資源的缺乏問題，還可以提高人們的健康水平[3]。本文富硒植物蛋白的提取方法、生理功能進(jìn)行詳細(xì)綜述。

1 富硒植物蛋白概述

植物通過肥料、水源、土壤等多種途徑獲取無機(jī)態(tài)硒，并利用其生物轉(zhuǎn)化能力，在體內(nèi)合成有機(jī)態(tài)硒[3]，如硒蛋白、硒核酸和硒多糖等，其中硒蛋白是硒的主要存在形態(tài)[4]，其過程如圖1所示。富硒植物蛋白是將普通蛋白與硒元素有機(jī)整合到一起的一種新蛋白質(zhì)資源，硒在蛋白質(zhì)中主要以硒代氨基酸的形式存在[5]。當(dāng)無機(jī)態(tài)硒進(jìn)入植物體內(nèi)后，可與植物體內(nèi)某些氨基酸相結(jié)合，尤其是含硫基的氨基酸，形成硒代含硫氨基酸化合物及其衍生物，如硒代半胱氨酸(Se-Cys)、硒代蛋氨酸(Se-Met)，然后這些硒代含硫氨基酸化合物直接參與到植物蛋白質(zhì)合成的過程，從而形成硒蛋白[6]。通過合適的方法對富硒植物蛋白進(jìn)行提取，可為進(jìn)一步研究其生理功能提供基礎(chǔ)。

圖1 硒蛋白的形成過程[7]

2 富硒植物蛋白的提取方法

硒蛋白的提取是深入研究其性質(zhì)與功能的前提，由于硒形態(tài)不穩(wěn)定，在提取硒蛋白過程中應(yīng)保證其性質(zhì)不發(fā)生改變，所以要尋找合適的提取方法，避免資源浪費(fèi)[8]。硒蛋白的提取可以參考普通蛋白質(zhì)的提取方法來提取。由于蛋白質(zhì)的種類有很多，如水溶性蛋白、鹽溶性蛋白和醇溶性蛋白等，所以與之相對應(yīng)的提取方法也有多種。目前，提取富硒植物蛋白的方法主要有水提法、鹽提法、醇提法、堿提法、酶提法[9]。而大部分研究根據(jù)植物中不同溶解性蛋白含量的高低以及蛋白的特性，并可參考相關(guān)文獻(xiàn)或做預(yù)實(shí)驗(yàn)選擇相應(yīng)的提取方法，以獲得更多產(chǎn)物，避免資源浪費(fèi)，也有一些研究對同一植物的不同溶解性蛋白都進(jìn)行提取，進(jìn)而研究比較它們各自的特性。不同富硒植物蛋白的提取方法如表1所示。

表1 不同富硒植物蛋白的提取方法

3 富硒植物蛋白的生理功能

全世界有40多個(gè)國家和地區(qū)存在硒缺乏狀況，雖然缺硒程度不同，但不難發(fā)現(xiàn)缺硒是一個(gè)普遍現(xiàn)象，而嚴(yán)重缺硒會(huì)導(dǎo)致各種疾病如克山病、心臟病、免疫力減弱等疾病[19]。在動(dòng)、植物體內(nèi)，硒蛋白主要以氧化還原酶的形式存在[20]，具有維持細(xì)胞調(diào)節(jié)氧化應(yīng)激、免疫功能等生物功能特性，對多種疾病具有治療和預(yù)防作用[21]。因此，人們可以通過從富硒地區(qū)的天然植物中提取并制成富含有機(jī)硒的產(chǎn)品來補(bǔ)充硒，促進(jìn)機(jī)體自身硒蛋白的合成。目前，關(guān)于富硒植物蛋白的研究也較多，并且發(fā)現(xiàn)它具有多種生理功能，如抗氧化、抗腫瘤、抗炎、增強(qiáng)免疫力、預(yù)防和治療心血管疾病以及解毒排毒功能等[22,23]。富硒植物蛋白的生理功能機(jī)理見圖2。

3.1 抗氧化

生命活動(dòng)的多個(gè)環(huán)節(jié)受到活性氧的影響，過多的活性氧積累在體內(nèi)，不但會(huì)造成機(jī)體過早衰老，還有可能導(dǎo)致免疫力下降，甚至癌癥的發(fā)生[24,25]。而硒蛋白可借助酶促和非酶促抗氧化系統(tǒng)達(dá)到抗氧化作用，清除自由基[26,27]。適當(dāng)?shù)难a(bǔ)硒可以使得谷胱甘肽過氧化物的活性增強(qiáng)，有效地阻止自由基的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，預(yù)防人體早衰現(xiàn)象[28]。還有一些研究表明，硒在抗氧化和清除自由基過程中，可達(dá)到減少脂褐素和延長細(xì)胞生命活動(dòng)的目的[29]，富硒植物蛋白抗氧化功能相關(guān)研究如表2所示。

圖2 富硒植物蛋白的生理功能機(jī)理[35-55]

表2 富硒植物蛋白抗氧化功能相關(guān)研究

3.2 抗腫瘤

大量流行病學(xué)研究表明缺乏硒是一個(gè)誘發(fā)癌癥的因素，血液中硒含量較高的人群患癌風(fēng)險(xiǎn)要比低硒人群低2～6倍[30,31]。硒對人體紅細(xì)胞Cb受體有明顯的激活作用，可降低致癌物質(zhì)的致癌性，同時(shí)也能增強(qiáng)人體紅細(xì)胞免疫粘附腫瘤細(xì)胞的能力，選擇性抑制癌細(xì)胞[32,33]。胡居吾[3]將大豆硒蛋白進(jìn)行酶解，給接種了S180瘤株的昆明純種小鼠飼喂不同劑量的富硒大豆蛋白酶解物，研究發(fā)現(xiàn)其能明顯抑制腫瘤細(xì)胞的的生長，但當(dāng)其劑量過高時(shí)抑制腫瘤細(xì)胞的效率下降，其原因可能是硒的過量攝入，會(huì)引起機(jī)體中毒現(xiàn)象。劉昆侖[34]通過體外實(shí)驗(yàn)(MTT法)，證實(shí)了富硒發(fā)芽糙米蛋白對人肝癌細(xì)胞HePG2和人胃癌細(xì)胞MGC-823的生長均具有抑制作用。Ji等[35]研究發(fā)現(xiàn)硒-β-乳球蛋白可以通過將人肝癌細(xì)胞HepG2細(xì)胞阻滯在S和G2/M期來誘導(dǎo)其凋亡，并導(dǎo)致明顯的形態(tài)變化(黏附力喪失、細(xì)胞收縮、膜起泡、膜通透性和DNA斷裂)。此外，硒-β-乳球蛋白可以逐漸破壞HepG2細(xì)胞的線粒體膜電位，并最終導(dǎo)致細(xì)胞凋亡。

3.3 抗炎

流行病學(xué)研究表明，機(jī)體的硒水平與炎癥存在一定關(guān)系，補(bǔ)充硒可能通過調(diào)節(jié)硒蛋白基因的表達(dá)來抑制NF-κB的活化，從而減輕炎癥程度[36]。此外，還有相關(guān)研究對其他通路進(jìn)行研究，如Nettleford等[37]通過研究膳食硒對腸道炎癥的作用，發(fā)現(xiàn)硒和硒蛋白可以通過調(diào)節(jié)ILC3和Th17細(xì)胞來減輕炎癥和感染，其中通過ARA代謝而合成的抗炎介質(zhì)可維持腸道上皮屏障的完整性；Ali等[38]通過研究納米硒對氯氰菊酯所引起的大鼠炎癥反應(yīng)的改善作用，發(fā)現(xiàn)納米硒提高了γ-氨基丁酸和谷胱甘肽的水平，并阻止了MDA、TNF-α和IL-1β的升高；Gao等[39]研究發(fā)現(xiàn)硒缺乏會(huì)使鯉魚肝組織細(xì)胞中HSP60的表達(dá)增加，并且p38、JNK和ERK的磷酸化會(huì)顯著激活了MAPKs通路，誘導(dǎo)并加重鯉魚肝臟炎癥性損傷；Adedara等[40]研究發(fā)現(xiàn)硒緩解了砷引起的谷胱甘肽水平和乙酰膽堿酯酶活性的下降，并降低了大鼠小腦、大腦和肝臟中的炎癥參數(shù)(MPO、NO、TNF-α和IL-1β)，減輕了組織學(xué)損害。

3.4 增強(qiáng)免疫力

飲食中缺乏硒會(huì)導(dǎo)致組織器官中硒蛋白水平減少，進(jìn)而影響免疫細(xì)胞發(fā)育以及免疫反應(yīng)[41-43]。免疫細(xì)胞是對硒敏感的細(xì)胞之一，且免疫細(xì)胞內(nèi)表達(dá)大部分已知的硒蛋白，其中GPx1 和 GPx4 在巨噬細(xì)胞和 T 淋巴細(xì)胞中的水平明顯高于其他組織細(xì)胞[44-46]。機(jī)體有效識(shí)別和消除腫瘤細(xì)胞的免疫反應(yīng)是研究治療癌癥的長期目標(biāo)。Yazdi等[41]研究硒納米顆粒對患有乳腺癌小鼠的免疫刺激作用，發(fā)現(xiàn)補(bǔ)充硒納米顆?？赏ㄟ^提高IFN-γ和IL-12誘導(dǎo)Th1型免疫反應(yīng)，從而抑制乳腺癌的發(fā)展并延長小鼠的壽命。于嬌[47]通過研究缺硒對雞腸道組織黏膜免疫的影響，發(fā)現(xiàn)雞在缺硒初期，病原微生物不斷刺激腸黏膜上皮細(xì)胞分泌細(xì)胞因子與免疫球蛋白，激活體液免疫，清除病原微生物。但隨著機(jī)體內(nèi)硒含量持續(xù)降低，抑制了漿細(xì)胞的分化及活化，使腸道黏膜中的免疫球蛋白含量顯著下降，同時(shí)減弱T淋巴細(xì)胞增殖與分化的能力，影響腸道黏膜免疫功能。Zheng等[48]通過嗜水氣單胞菌感染草魚，發(fā)現(xiàn)與最佳硒水平飲食相比，低水平硒飲食會(huì)抑制免疫球蛋白和抗菌化合物的產(chǎn)生，并下調(diào)硒蛋白和抗菌肽的轉(zhuǎn)錄水平。林晏因[49]通過體外實(shí)驗(yàn)研究富硒黃粉蟲蛋白酶解后產(chǎn)物的免疫活性，發(fā)現(xiàn)其能顯著提高巨噬細(xì)胞分泌NO、TNF-α和IL-6的水平，且表現(xiàn)出顯著的劑量相關(guān)性。

3.5 其他功能

大量研究表明，缺硒會(huì)誘發(fā)各種心血管疾病，如克山病、冠心病、高血壓等，適量補(bǔ)充硒可以通過降低TNF-α表達(dá)[50]、清除過氧化物[51]、抑制血管鈣化[52]等降低患心血管疾病的風(fēng)險(xiǎn)。此外，硒對重金屬具有解毒排毒作用，可與重金屬結(jié)合，形成金屬硒蛋白質(zhì)復(fù)合物進(jìn)而起到解毒作用。同時(shí)，大量研究通過體內(nèi)外實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)硒在對汞、鎘、鉛、砷等重金屬都具有解毒作用。Hao等[53]通過研究不同劑量的硒對六價(jià)鉻所誘發(fā)的雞腦氧化應(yīng)激的作用，發(fā)現(xiàn)適量補(bǔ)充硒可增加GSH、線粒體膜電位和Ca2+-ATP酶的水平，并降低MDA活性。Cong等[54]通過研究硒對鎘所誘發(fā)的雞肝氧化損傷的保護(hù)作用，發(fā)現(xiàn)硒與鎘聯(lián)合處理增強(qiáng)了雞肝CYP450基因的mRNA表達(dá)，通過CYP450途徑對雞肝起到保護(hù)作用。

4 總結(jié)

硒對人類健康的影響復(fù)雜多樣，不同程度缺硒會(huì)對生命造成不同的危害。隨著對硒元素的認(rèn)識(shí)，人們也開始注重對硒的補(bǔ)充，所以研究者應(yīng)該加以重視。關(guān)于硒對機(jī)體的調(diào)節(jié)改善作用的機(jī)理，還不夠系統(tǒng)完善，應(yīng)進(jìn)一步研究，擴(kuò)充基礎(chǔ)理論，并在實(shí)踐中得到應(yīng)用。針對大部分地區(qū)的硒缺乏問題，富硒植物蛋白可作為一種良好的硒補(bǔ)充劑來滿足人們的健康需求，并在優(yōu)化提取工藝的同時(shí)開發(fā)更多的富硒產(chǎn)品，為今后進(jìn)一步探究提供參考依據(jù)。