摘要专业翻译
硒（Selenium, Se）是一种必需的微量营养素，当其缺乏或过量时，均会对长寿产生不利影响。硒通过小分子、硒蛋白（selenoproteins）和硒结合蛋白（selenium-binding proteins）发挥其生物学效应。本综述系统阐述了含硒生物分子对寿命和衰老的影响。研究人员指出，硒的生物学效应呈现典型的U型剂量-反应关系：硒缺乏与硒过量均与多种年龄相关疾病及全因死亡率升高相关。硒通过多种途径参与衰老调控，包括调节胰岛素样生长因子-1（IGF-1）信号通路、维持细胞内钙稳态、调控内质网应激反应以及影响细胞衰老标志物（如p16/p21）的表达。此外，硒蛋白在抗氧化防御、甲状腺激素代谢、蛋白质折叠与质量控制等关键生理过程中发挥重要作用，其表达水平随年龄变化呈现组织特异性改变。硒结合蛋白则通过其硫醇氧化酶活性及与谷胱甘肽过氧化物酶1（GPX1）的相互作用参与细胞氧化还原平衡的维持。本综述强调，硒对衰老和长寿的影响具有高度的情境依赖性，受组织类型、环境营养条件及不同硒蛋白表达谱的共同调控。
论文主体内容学术总结
1. 引言
硒是人体必需的膳食微量元素，成人适宜摄入量为70 μg/天，可耐受最高摄入量为400 μg/天。慢性膳食硒缺乏在某些地理区域呈地方性流行，与一种称为克山病（Keshan disease）的致命性心肌病相关，该病与柯萨奇病毒感染有关。硒摄入不足还与前列腺癌、2型糖尿病、不孕症、认知衰退、免疫功能受损、女性结直肠癌及全因死亡率增加的风险相关。硒过量摄入可导致硒中毒（selenosis），表现为脱发、指甲损伤、皮炎、中枢神经系统紊乱甚至死亡。此外，过量硒摄入还与2型糖尿病、前列腺癌、肌萎缩侧索硬化症和帕金森病的风险增加有关。
环境中硒以多种形式存在于土壤和水中，包括元素硒、硒化物、硒酸盐、亚硒酸盐及有机硒物种。环境中关键的生物可利用硒物种为L-硒代蛋氨酸（SeM）和硒酸盐（SeO42-）。在动物体内，膳食硒可掺入低分子量物种，可竞争性掺入蛋白质（SeM替代甲硫氨酸残基），可以硒代半胱氨酸（Sec）形式翻译性掺入一小部分硒蛋白，或以共价方式结合至硒结合蛋白。
2. 低分子量硒物种与衰老
硒的主要膳食来源包括硒代蛋氨酸、第21种氨基酸硒代半胱氨酸（Sec, U）以及硒酸盐。这些物质通过不同途径代谢为硒化物（SeH2），后者是形成硒代磷酸盐（SePO33-）、Sec和甲基硒醇的关键中间体。硒化物可被甲基化为挥发性二甲基硒化物（经呼吸排出）或水溶性三甲基硒离子（经尿液排出），也可转化为硒糖。
早期大鼠研究表明硒代谢随年龄发生改变。年轻大鼠（10-50天龄）仅通过尿液排出注射的放射性标记硒，而老年大鼠（65-165天龄）排出更多，且经呼吸和尿液等量排出。老年大鼠甲基化硒代谢物的百分比相比年轻大鼠增加63倍。另一项研究发现，年轻大鼠（5周龄）主要以硒糖形式经尿液排出过量硒，而老年大鼠（36周龄）尿液中三甲基硒离子不随摄入剂量增加而增加，提示硒糖前体在老年大鼠中更为丰富，可能作为生物学衰老的生物标志物。
硒补充对长寿的有益效应已在多种模式生物中得到证实，包括酿酒酵母、秀丽隐杆线虫、黑腹果蝇、小鼠以及饮用硒酸盐（而非亚硒酸盐）补充水的大鼠。然而，关于硒状态对人类长寿影响的总体共识难以达成，不同补充试验产生不同结果。造成这种变异的一个因素是硒状态与不良结局之间的U型关系。这一现象最初在老年犬中发现，前列腺细胞DNA损伤在硒缺乏或过量时均最为严重。随后，人类硒状态与年龄相关疾病风险的U型关系在前列腺癌、2型糖尿病以及高血压患者的全因和心血管死亡率等背景下均有报道。
柏林老龄化研究II（Berlin Aging Study-II）的血清样本分析显示，生物学衰老与血清硒、硒蛋白P（SELENOP）和谷胱甘肽过氧化物酶3（GPX3）水平低相关。横断面研究中，较低的硒状态与衰弱相关。在美国成年人中，膳食硒摄入低与年龄相关的肌肉质量损失（即肌少症）相关。
硒补充可能通过下调胰岛素样生长因子-1（IGF-1）信号通路延长寿命。在小鼠中，膳食补充亚硒酸钠或SeM以类似甲硫氨酸限制的方式通过抑制IGF-1信号延长健康寿命。在老年小鼠中，含硒纳米颗粒可同时延长寿命和健康寿命，其机制与硒蛋白表达增加、内质网（ER）钙调控增强以及钙依赖性转录因子NFATc2激活减少相关，从而降低盐诱导激酶-1（Sik1）和p16/p21（细胞衰老标志物）的转录。
3. 硒蛋白与长寿
硒代半胱氨酸（Sec, U）是第21种蛋白氨基酸，通过特定UGA终止密码子的重编码插入人类25种硒蛋白的一个子集中。Sec是半胱氨酸的类似物，但亲核性更强，因此更易与亲电试剂反应。大多数已知功能的硒蛋白在氧化还原反应中发挥作用。根据小鼠敲除或人类突变表型，五种硒蛋白（SELENOP、Txnrd1、Txnrd2、GPX4和DIO3）被分类为必需硒蛋白，七种（GPX1-3、DIO1-2、MSRB1和SELENOP）被视为非必需硒蛋白。
3.1. 硫氧还蛋白还原酶（Txnrd1, Txnrd2, Txnrd3）
哺乳动物硫氧还蛋白还原酶是三种硒蛋白酶家族，可还原硫氧还蛋白。Txnrd1位于胞质，Txnrd2和Txnrd3位于线粒体。硫氧还蛋白或Txnrd的遗传破坏缩短酿酒酵母、秀丽隐杆线虫、黑腹果蝇和小鼠的寿命。此外，长寿哺乳动物成纤维细胞中Txnrd2蛋白丰度高于短寿哺乳动物。
在老年大鼠（20-24月龄）心脏中，缺血再灌注通过硝化作用使Txnrd1和Txnrd2失活，程度高于年轻动物（6-8月龄）。小鼠心脏特异性Txnrd2敲除导致年龄依赖性收缩缺陷、代谢改变和自噬异常。相反，转基因小鼠Txnrd2过表达通过增强三羧酸循环和线粒体电子传递，促进对高脂饮食诱导代谢疾病的抵抗。
膳食热量限制和运动对寿命和健康寿命具有显著益处。与年轻大鼠相比，老年大鼠骨骼肌和心脏中Txnrd2蛋白水平降低，热量限制可纠正这一效应。雄性大鼠有氧运动可防止年龄依赖性骨骼肌Txnrd1和Txnrd2下降，从而减少凋亡性细胞死亡并保持功能。
3.2. 谷胱甘肽过氧化物酶（GPX1, GPX2, GPX3, GPX4, GPX6）
人类谷胱甘肽过氧化物酶（GPX）家族包含八种酶，将过氧化氢或有机过氧化物转化为水或相应醇，通常以谷胱甘肽为还原剂。其中五种为硒蛋白，其余三种以半胱氨酸为催化中心。作为主要抗氧化剂，GPX在衰老和长寿中具有关键作用。
GPX1存在于大多数细胞类型的胞质和线粒体中。老年患者（平均72岁）内皮祖细胞中GPX1蛋白水平和活性较年轻个体（平均24岁）降低。GPX1敲除加速小鼠年龄依赖性晶状体光学像差和白内障形成。转基因小鼠GPX1过表达对年龄相关肾脏蛋白质组重塑和病理具有保护作用。来自中年与百岁女性的淋巴母细胞RNA测序显示，SELENOH、SELENOW和GPX1三种硒蛋白基因转录呈年龄依赖性下降。
GPX2在胃肠道高表达。在早发性认知老化大鼠模型中，GPX2表达在海马神经元和皮层星形胶质细胞中均较正常动物降低。
GPX3存在于细胞外液中，可利用多种硫醇作为还原力来源。在房颤患者前瞻性队列研究中，GPX3水平降低是风险的可靠预测因子，且GPX3随年龄进行性下降。循环GPX3蛋白减少与碳水化合物代谢紊乱和衰老相关。
GPX4存在于大多数细胞类型的胞质、细胞核和线粒体中，特别有效于还原脂质过氧化物，因此对铁依赖性细胞死亡形式——铁死亡（ferroptosis）具有保护作用。杂合GPX4敲除小鼠显示寿命延长，对年龄相关病理的易感性降低，与凋亡敏感性增加相关。在老年小鼠中，GPX4过表达减少肌少症。含硒干预通过GPX4介导对皮肤衰老具有保护作用。
GPX6在胚胎发生期间在嗅觉上皮和神经系统中可检测到。在年龄相关听力损失（老年性耳聋）期间，GPX6在小鼠耳蜗中上调。GPX6基因多态性与骨质疏松性骨折风险相关。
3.3. 甲状腺素脱碘酶（Dio1, Dio2, Dio3）
甲状腺素脱碘酶是硒酶，将前体激素甲状腺素（T4）转化为活性甲状腺激素（T3，由Dio1和Dio2）或非活性形式反式T3（由Dio3及较小程度Dio1）。DIO2基因常见多态性（Dio2蛋白Thr92Ala）与AD痴呆风险增加相关。Dio2 Thr92Ala多态性和衰老均与垂体对甲状腺激素敏感性降低相关。
3.4. 甲硫氨酸亚砜还原酶B1（MSRB1）
MSR酶以Txnrd依赖性方式将甲硫氨酸亚砜还原为甲硫氨酸。MSRB1是人类该四基因家族中唯一的硒蛋白，在胃肠道、肝脏、肾脏和免疫系统中高表达。在小鼠肝脏中，MSRB1受膳食硒摄入正调控，并随年龄下降。
3.5. 硒代磷酸盐合成酶2（SPHS2）
SPHS2是硒酶，将硒化物和ATP转化为单硒代磷酸盐，即形成Sec及随后所有硒蛋白的硒供体。在大鼠模型中，SPHS2过表达和Hippo-Yap/Taz转录通路抑制可减少年龄相关椎间盘退变。
3.6. SELENOF
SELENOF（原名15 kDa硒蛋白或Sep15）位于内质网腔，参与蛋白质折叠和质量控制。SELENOF基因多态性与老年人较高的语言记忆评分相关。在衰老小鼠卵巢中，增加膳食硒摄入可提高SELENOF水平和卵泡活力。
3.7. SELENOH
SELENOH是位于细胞核的Txnrd样硒蛋白。在人类成纤维细胞MRC-5细胞系中，敲低实验证明SELENOH通过保护DNA损伤和氧化还原应激在预防细胞衰老中发挥作用。
3.8. SELENOI
SELENOI是内质网驻留的CDP-乙醇胺磷脂转移酶，参与磷脂酰乙醇胺（主要膜磷脂）的合成。缺乏SELENOI的转基因小鼠在胚胎发生早期死亡。
3.9. SELENOK
SELENOK是内质网膜硒蛋白，调节蛋白质折叠、钙信号和内质网应激反应。膳食硒补充增加衰老小鼠卵巢中SELENOK的转录和蛋白丰度。含硒纳米颗粒膳食补充剂延长老年小鼠寿命，部分通过增加SELENOK水平和维持钙稳态实现。
3.10. SELENOM
SELENOM位于内质网腔，具有保守CxxU基序，可能作为氧化还原酶发挥作用。膳食硒补充增强衰老小鼠卵巢SELENOM水平和卵母细胞至囊胚发育。
3.11. SELENON
SELENON（原名SEPN1）是内质网膜II型跨膜糖蛋白，是首个被证明直接参与人类遗传病的硒蛋白，具体为早发性先天性神经肌肉疾病（SELENON相关肌病）。SELENON是内质网和肌浆网（SR）钙通量的调节因子，直接与兰尼碱受体（RyR）钙释放通道相互作用，控制其门控的氧化还原依赖性。在SELENON缺陷肌管中，静息胞质钙水平升高，SR钙储存耗竭，导致慢性内质网应激和未折叠蛋白反应（UPR）的C/EBP同源蛋白（CHOP）分支激活。
在衰老过程中，老年（22月龄）相比年轻（4月龄）野生型小鼠骨骼肌SELENON和RyR1丰度降低，RyR1蛋白水解增加。终身运动训练和膳食硒补充均可防止肌力产生、SR钙释放和SELENON蛋白水平的降低。
3.12. SELENOO
SELENOO位于线粒体，组织分布广泛。由于含CxxU基序，可能为氧化还原酶，且在硒缺乏条件下其水平得以维持。SELENOO还含有假激酶结构域，催化应激反应中靶蛋白的AMP化。
3.13. SELENOP
人类SELENOP（原名SEPP1或SelP）在25种硒蛋白中具有独特性，含有多达10个U残基，而其他成员仅含一个。SELENOP主要在肝脏合成并分泌至血浆，作为主要硒转运蛋白，将硒递送至外周组织包括脑、睾丸和肾脏。蛋白N端单个U残基参与脂质氢过氧化物酶活性，其余U残基参与硒转运。
在ESTHER队列（德国基于人群的研究，7,186名50-74岁成年人，随访17.3年）中，血清SELENOP浓度与全因死亡率呈L型负相关（>4.1 mg/L以上达平台期），浓度低于约4.1 mg/L时死亡风险显著升高。最低SELENOP三分位组相比最高组全因死亡风险增加35%。柏林老龄化研究II显示，低血清SELENOP水平与DNA甲基化时钟测量的加速生物学衰老相关。
SELENOP通过血脑屏障处的载脂蛋白E受体-2（ApoER2）相互作用向脑递送硒。SELENOP或ApoER2敲除小鼠脑硒含量从约120 ng/g降至50 ng/g，在轻度膳食硒缺乏条件下导致严重神经变性和死亡。
矛盾的是，SELENOP过量时作为肝因子发挥不良代谢效应。肝脏SELENOP过表达导致肝脏和骨骼肌胰岛素抵抗，2型糖尿病患者循环SELENOP水平升高。过量SELENOP损害胰腺β细胞胰岛素分泌，抑制血管内皮细胞血管生成，促进骨骼肌运动抵抗，加重心肌缺血再灌注损伤。
SELENOP水平与健康效应之间这种看似矛盾的关系可能反映了与硒对长寿更广泛效应相呼应的U型依赖性。在生理最佳浓度下，SELENOP确保关键器官获得充足硒并提供抗氧化保护。然而，超生理SELENOP水平可能通过消除信号转导所需的生理性ROS爆发而创造还原应激状态。
3.14. SELENOS
SELENOS是调节内质网相关降解途径的膜蛋白，通过与SELENOK等多蛋白复合物的相互作用实现。大量文献支持SELENOS在代谢和能量储存及这些过程年龄相关疾病中的作用。SELENOS基因多态性与中国人群2型糖尿病相关。对9,775名欧洲人血液蛋白质组的分析发现，心肌梗死风险与循环SELENOS蛋白水平相关。
SELENOS功能改变是心血管疾病的基础。SELENOS基因多态性与芬兰、欧洲裔美国人和中国人群的冠心病和中风相关。SELENOS蛋白在血管中高表达，在平滑肌细胞中具有抗凋亡作用。SELENOS抑制血管平滑肌炎症诱导钙化，这是动脉粥样硬化病因学中的关键步骤。
SELENOS功能受损可能在肌少症中发挥作用。小鼠SELENOS敲除降低快肌纤维而非慢肌纤维的力产生。SELENOS在骨骼中具有多重作用，刺激骨髓间充质干细胞成骨分化，与白细胞介素-1存在上位互作关系决定类风湿性关节炎易感性。
3.15. SELENOT
SELENOT（SelT）是内质网定位的硫氧还蛋白样蛋白，其转录受营养神经肽PACAP刺激。SELENOT在大多数胚胎组织中高表达，在大多数细胞类型中随发育丰度降低。SELENOT过表达增加胞质钙浓度，增强PC-12嗜铬细胞瘤细胞系中PACAP刺激的生长激素分泌。
在缺血再灌注损伤大鼠模型中，SELENOT来源的含U肽PSELT保护心肌免受内质网应激、凋亡和氧化应激。PSELT还保护大鼠H9c2心肌细胞免受棕榈酸诱导的脂毒性。在帕金森病小鼠模型中，SELENOT的氧化还原酶活性对多巴胺能神经元丢失具有保护作用。
3.16. SELENOV
SELENOV（SelV）是小型胞质硒蛋白，具有硫氧还蛋白折叠，在睾丸中高表达。SELENOV敲除降低内质网和氧化应激的保护，增加脂肪形成，降低耗氧量和代谢率。
3.17. SELENOW
SELENOW（SelW, SepW1）是含硫氧还蛋白结构域的胞质硒蛋白，在横纹肌中丰度最高。SELENOW水平随衰老和地塞米松诱导骨骼肌萎缩而增加。SELENOW敲除通过降低蛋白质合成和增加泛素-蛋白酶体降解，加剧两种小鼠模型的骨骼肌丢失。在AD小鼠模型中，SELENOW通过泛素-蛋白酶体系统促进tau降解。
4. 硒结合蛋白与长寿
硒结合蛋白-1和-2（SELENBP1和SELENBP2）是两个密切相关的蛋白，其含硒形式不是U，而是直接共价结合至Cys57。SELENBP1与GPX1相互作用，具有铜依赖性硫醇氧化酶活性。在秀丽隐杆线虫中，SELENBP1直系同源物SEMI-1降低寿命和抗氧化应激保护，但增加暴露于毒性亚硒酸盐浓度时的存活率。
SELENBP1表达降低已在食管腺癌、胃癌、肝癌、肺鳞状细胞癌和胆管癌中报道。在前列腺癌细胞中，SELENBP1过表达通过产生过氧化氢和硫化氢，经AMP依赖性激酶抑制降低氧化磷酸化和锚定非依赖性生长。跨物种蛋白质组学分析揭示SELENBP1是恶性间皮瘤侵袭性的关键标志物。在肾小管上皮细胞中，SELENBP1通过增加GPX4表达和抑制铁死亡对缺血再灌注损伤具有保护作用。
5. 展望
本综述重申了共识：体内硒状态与不良健康效应之间存在U型关系：过多或过少均有损害。一种机制解释是硒不足导致必需硒蛋白耗竭，而过量则非特异性掺入蛋白质和其他生物分子，对其功能产生负面影响。然而，可能还有其他因素导致硒与健康之间的双相关系。
与硒类似，活性氧（ROS）对衰老具有双相效应：低水平对生理过程运行至关重要，而高浓度则具有毒性。鉴于许多硒蛋白是抗氧化剂，它们很可能通过调节ROS水平对衰老产生影响。类似推理适用于硒蛋白与细胞内钙浓度之间的相互作用。由于胞质钙水平过高和过低均具有细胞毒性，且多种硒蛋白以氧化还原依赖性方式调节钙转运机制，硒、钙和细胞死亡之间的联系是可能的。
硒状态对长寿的影响也具有情境依赖性，因组织类型、环境和营养条件以及不同硒蛋白的存在而异。例如，杂合GPX4敲除小鼠因癌细胞凋亡敏感性增加而显示寿命延长，而GPX4过表达对肌少症具有保护作用。
