硒与病毒性疾病 ————

关注艾滋病:事实与假说

中国科学技术大学 张劲松

1. 引言

  HIV-1 可能编码硒蛋白,良性克萨其病毒 B3 在缺硒时突变为恶性病毒,既而诱发心肌坏死。这些基因水平的研究结果以引发了人们对硒与病毒病、尤其是艾滋病的关注。每日服用 200 微克硒有明显的抗癌作用,可使癌症发生和死亡下降 50% 。硒在癌症和病毒性疾病,尤其是发转录病毒方面的研究已有多年的积累。和硒与癌症研究相比,硒与病毒性疾病的关系被硒研究主流学者以及临床医生广泛地忽视。本文总结分析了近年来硒与病毒性疾病,尤其是艾滋病的研究成果,结果显示硒与艾滋病关系密切,硒对控制艾滋病有实用价值。中国的艾滋病已警钟敲响,三分之一国土缺硒,几亿人硒摄入不足,环境污染导致事物链中硒水平在不断上升之势?应当引起关注,加强硒与艾滋病的研究和应用工作十分迫切。

2. 事实

2.1 事实:硒是人体必需的微量元素,硒半胱氨酸是含硒酶的活性中心,硒的作用主要为下列几点:

2.1.1 增强抗氧化防御。硒蛋白中,谷胱甘肽过氧化酶家族,具有清除自由基、阻断脂质过氧化作用,是机体防御体系重要成员。

2.1.2 调节甲状腺激素:甲状腺中 T4 向 T3 转化,依赖脱碘酶,而脱碘酶是含硒酶。

2.1.3 参与精子形成,精子中硒含量最高,硒决定精子的形成和稳定,雄性不育多与缺硒有关。

2.1.4 调节机体免疫。免疫功能、尤其是细胞免疫,明显地受硒影响。因为免疫与艾滋病关系密切、硒与免疫的关系以下会详述 /

2.2 事实:足量硒对维持免疫系统正常是必需的,尤其是对 T 细胞。

  细胞培养时补充硒能增强杀伤 T 细胞的细胞毒作用,促进抗原和促细胞分裂剂诱导 T 细胞增殖。硒缺乏则相反,导致免疫功能低下。动物、老年人和 HIV 感染病人的 CD4+T 细胞数与血浆硒水平呈正相关。当 T 淋巴细胞被激活,硒半胱氨酸的硒供体基因( Sps2 基因)的 mRNA 被上调,说明 T 细胞需要硒蛋白。

2.3 事实:硒加强 interleukin2 ( IL-2 )的作用。

  IL-2 对治疗艾滋病有应用前景,但其副作用大。硒能上调 IL-2 受体基因,增加 IL-2 的作用效果,这提示补硒可以降低 IL-2 的用量,减少 IL-2 的副作用。

2.4 事实: HIV 感染者中,硒下降与 T 细胞数减少同步,机体硒水平已成为预测 HIV 病人生存状况的重要指标。

  有二十篇以上的论文说明 HIV 感染者硒水平下降,包括无症状和有症状的,儿童和老人。不同城市、不同国家的研究机构,如纽约、加州、佛罗里达、意大利、西班牙、德国、法国和比利时、均发现了相似的结果。感染 HIV 后硒下降现象,传统的解释是营养失调和吸收障碍造成的。然而,许多学者认为该现象之后存在的更深刻的原因。艾滋病人中,无论有无腹泻和营养吸收障碍症状,均存在血浆中硒和谷胱甘肽过氧化酶与总淋巴细胞数呈显著正相关的规律,这提示机体硒下降不完全归音于肠胃道吸收不良。也有学正报道在消耗性症状发生前,即病情的早期阶段,硒也会大量流失,尿硒排出能直接反映出硒的摄入状况,但 HIV-1 阳性与阴性人群有相近的尿硒排出,说明两类人对硒的吸收无差别。其它研究确证了不是吸收不良引起艾滋病人硒下降,可以通过硒预测出艾滋病人的病情发展和生存状况,细胞培养中,不存在吸收不良问题。 HIV-1 感染细胞会导致谷胱甘肽过氧化酶下降,进一步排除了营养失调和吸收不良的解释。

2.5 事实:小分子硒化合物在体外可抑制 HIV-1

2.5.1 氧化逆境可以激活 HIV-1 复制。补充小分子硒化合物增强谷胱甘肽过氧化酶活性,减少 HIV-1 的激活。补硒能够抑制:( 1 )病毒的细胞毒性;( 2 )过氧气氢引发的病毒激活;( 3 ) NF-kB( 能激活 HIV-1) 激活;( 4 )肿瘤坏死因子(对 HIV-1 的激活。

2.5.2 小分子硒化合物,在微摩尔浓度水平,对 HIV-1 有抑制作用。

2.5.3 无机硒化合物能够抑制其它反转录病毒;在体外抑制牛白血病毒。

2.5.4 相反的结果发生在硒蛋氢酸。硒蛋氨酸诱导内源性反转录病毒表达,然而,硒蛋氨酸浓度 100 至 1000 倍高于以上研究中采用的浓度和人的胜利浓度,这种结果明显没有胜利意义。

2.6 事实:艾滋病伴有甲状腺功能低下或 T3 含量降低症状。

  艾滋病人中普遍存在甲状腺激素缺乏和 T3 水平下降现象。由 T4 向 T3 转化依赖于含硒的脱碘酶, T3 水平下降反应了硒水平下降。目前多用人增长激素治疗艾滋病消耗症状,而人增长激素是通过诱导脱碘酶来促进 T4 向 T3 转化, 的硒能增强脱碘酶活性,使治疗更有效。

2.7 事实:有广泛证据说明氧化逆境会刺激 HIV 复制,而某些抗氧化物能抑制 HIV 复制,说明艾滋病人存在抗氧化缺陷。

硒是最关键的抗氧化成分之一,艾滋病人体内缺硒会引发氧化逆境,刺激 HIV 复制,补硒能够改善氧化逆境,降低 HIV 复制。

2.8 事实,人体中精子矽含量最高,而 HIV 偏爱寄生于精子中,提示 HIV 需要硒。

2.9 事实:有证据说明人和动物缺硒与其它病毒性疾病也相关。

2.9.1 B 型肝炎: B 型肝炎病毒编码反转录酶,与反转录病毒十分详尽,在江苏启东县, B 型肝炎和 B 型肝炎引起的肝炎引起的肝癌流行。经五年大范围的人群补硒试验,肝炎和肝癌均显著下降。

2.9.2 克山病:克山病是经典的缺硒病,黑龙江克山县土壤和农作物硒含量低。是致病的主要因素。克山病发病特点是常在局部范围和特定季节爆发,研究人员推测有病毒辅因子参与,后来从死者心脏中鉴定出克萨其病毒。良性的克萨其病毒 B3 在硒缺乏情况下会突变成为恶性克萨其病毒,而恶性克萨其病毒甚至能够造成足硒小鼠的心肌坏死。

2.9.3 动物病毒:在兽医和农学文献中,有许多关于动物缺硒引发病毒病的例子。

3. 假说:以上观察到的现象有共同的基础?

  硒的抗病毒效应可能来自多层面生化作用。前面列举了硒与艾滋病密切相关的事实,说明硒与艾滋病之间存在着一些特殊关联,补硒可能是必须的和有益的措施,至少对某些病人是如此。问题的关键是:为什么?以下内容简略概括出其中的原因。以帮助解释前述的各种观察结果。

3.1 硒、 HIV 和艾滋病:病毒硒蛋白理论

  Will Taloy 等用计算机分析方法预测病毒 RNA 结构中,在蛋白质编码区含有新的阅读框架,说明 HIV 中含有几个能够编码含硒蛋白的新基因,并鉴定出这些新基因表达时所需要的特殊 RNA 机构,这些新基因可能是硒对 HIV 调节的基础。

  硒下降不仅仅是艾滋病的结果,它可能还涉及到 HIV 引发艾滋病的机制。在 HIV 感染的细胞中,病毒所诱导硒下降以及潜在的病毒编码的硒蛋白,能帮助解释艾滋病对氧化逆境的敏感。不同的观察结果与这个理论有高度一致性。

  可能让人感到迷惑的是,倘若病毒需要硒,为什么硒缺乏时病毒复制增加?而补硒能抑制病毒却不是“饲养”病毒?

  一个经典的例子可以帮助理解这种作用关系,精氢酸是病毒蛋白合成的必须氨基酸,当细胞培养基中缺乏精氨酸时,可以诱导反转录病毒的表达,说明病毒复制可以因为病毒所必须的成分的缺乏而启动,属压制型机制,这种机制在细菌中常见,如色氨酸压制机制。 HIV 和克萨其病毒 B3 对硒缺乏的反应有可能采用类似于精氢酸缺陷的反应有可能采用类似于精氢酸缺陷导致病毒复制的机制。另一方面,因为已在几种病毒中(如 HIV-1 和肝炎 C 病毒)鉴定出谷胱甘肽过氧化酶也可能对病毒复制有压制作用。已知氧化逆境(如过氧化氢)可以激活 HIV 和其它病毒的复制,而病毒谷胱甘肽过氧化物酶可以减轻氧化逆境,从而降低病毒激活,病毒编码的谷胱甘肽过氧化酶还能帮助病毒防御来自免疫系统的自由基对感染细胞的攻击,增加病毒颗粒在细胞外,血流中的存活,因为当壳包病毒脱离寄生细胞后,病毒不再能利用细胞内的抗氧化防卫来保护自身,如果没有这种酶,则病毒会受过氧化物攻击,产生膜脂质过氧化。

3.2 其它病毒中潜在的硒蛋白,克萨其病毒 B3 ,扎伊尔波拉病毒、痘病病毒和肝炎 C 病毒。

  用计算机分析方法分析其它病毒,产生了与 HIV-1 十分相似的结果,克萨其病毒 B3 被用作为研究克山病的模型,有可靠的理论根据说明克萨其病毒 B3 中含有利用硒的基因,其中之一可能是缩短了的谷胱甘肽过氧化物酶的基因模块。

  扎伊尔伊波拉病毒是高致病性的(引起高烧和出血热),该病毒中潜含有硒蛋白基因,以及表达该硒蛋白的特殊基因结构,该硒蛋白基因中有 16 UGA 硒半胱氨酸密码子,即每个硒蛋白需要 16 个硒原子。这提示感染扎伊尔伊波拉病毒后,病毒可能从寄主中摄取大量的硒。换言之,由于不同硒蛋白中所含的硒原子数不同,感染扎伊尔伊波拉病毒在几十天内丢失的硒能达到感染 HIV 在十年内丢失的硒。这可以解释了扎伊尔伊波拉病毒快速致命的机理。在 Reston 伊波拉病毒中,没有硒蛋白基因,该病毒不致病。两种伊波拉病毒在在硒蛋白和致病性方面形成鲜明对比。另外,硒与扎伊尔伊波拉病毒病理相关,扎伊尔伊波拉病毒对富硒组织,如血、肝感染强,感染伊波拉病毒后,血液会凝结,导致毛细血管破裂,引起出血热,已知硒缺乏与血栓形成相关,动物深度缺硒会出血,充裕的硒能够抑制血液凝结。

  对扎伊尔伊波拉病毒病人的硒态和脂质过氧化物水平尚无研究,然而,相关的临床研究结果支持它与硒有关。我国学者利用亚硒酸钠成功地减轻了由 Hantaan 病毒感染引起的出血热症状(类似于扎伊尔伊波拉病毒病症状)。给 80 例病人每日口服 900 微克硒(亚硒酸钠),持续 9 天,服硒的病人的死亡率为 7% ,未服硒的病人的死亡率 38% ,总死亡率下降 80% 。目前,尚没有有效的药物可治疗出血热。用硒作为治疗剂,使用的剂量为保健剂量 4 至 5 倍,短期即取得显著的效果,显示硒对该疾病的重要性。虽然该研究并不涉及伊波拉病毒,但是许多出血热病毒有共同的机制,提示药理剂量的硒可能会被成功地用于其它出血热病毒(包括伊波拉病毒病)治疗。

  痘病病毒为 DNA 病毒,含硒蛋白基因,与谷胱甘肽过氧化酶的氨基酸序列有 76% 同源性,该基因在人角质化细胞中表达出了谷胱甘肽过氧化酶活性,从而肯定病毒可以编码硒蛋白。

  通过比较 HIV-1 和肝炎 C 病毒基因中的谷胱甘肽过氧化酶模块,发现两者非常接近,硒蛋白模块可能会存在许多 RNA 和 DNA 病毒中。

3.3 非洲地方病: Kaposi 肉瘤

  非洲火山岩性土壤地区,如东非峡谷地带,为典型的缺硒区, Kaposi 肉瘤为该地区地方病。显然,非洲的 Kaposi 肉瘤高发与我国的克山病高发有共同环境特点:均为缺硒和均以病毒为辅因子。

4. 防治意义

  在病毒硒蛋白理论之前,已有丰富的证据支持补硒对 HIV 感染者有好处。既使病毒硒蛋白理论被证明是不正确的,以上所列事实不能被否认。因此,依据目前的研究资料,向 HIV 感染者推荐补硒是合适的,用硒来预防艾滋病的快速蔓延是合理的,用硒来预防艾滋病的出版物也可见到类似的推荐。在一些简单的临床试验中,已观察到硒对艾滋病症状的改善作用。

  每日补充 200 微克硒对健康人是安全的和有效的,对感染 HIV 人群,如果他们确有吸收性障碍,每日补充 400 微克硒应是合理的。对已明显表现出缺硒的艾滋病人,某些临床研究采用的方式是,先短期(如几周)每日补充 800 微克硒使血硒上升,在调整到每日补充 400 微克硒。

  因为硒的营养剂量和毒性剂量之间的范围比较窄,硒的用量会引起一些争议。事实上,对补硒引起的毒性的忧虑被夸张了。每日摄入 1000 微克。因此,针对 HIV 携带者而言,每日 400 微克的用量是安全的。另外,硒的慢性毒性症状是易觉察的,即呼吸和汗中含有明显的大蒜味、口中有金属味觉,异常脱发和掉指甲。出现慢性硒中毒之后,只要降低硒摄入,相应症状会自动消除。

  硒不仅有预防癌症作用,还可能对一些病毒性疾病,其中有些是急性的和致死性的,有潜在的治疗作用。已观察到药理剂量的硒,即每日服用 900 微克硒,经短期治疗可以对病毒性出血热病人起到拯救生命的作用。用硒防治艾滋病值得深入探索。

  缺硒与多种癌症发生有关,与多种感染性疾病(如艾滋病)的发病率和死亡率有关。由于工业污染、酸雨等原因,大量的二氧化硫会与硒化合物反应,形成不利于植物吸收的元素硒,外加某些现代化种植方式,使食品链中硒在不断下降,这是全球性的趋势。英国人在过去的二十多年里,摄入的硒下将近一半,一个富裕和高度发展的国家硒摄入出现如此剧烈的变化,已跌入接近于缺硒区的水平。我国正经历着高速发展,伴随产生的是工业污染严重、二氧化硫排放量居高,会影响食品链中硒水平,硒的摄入状况是不容乐观的。我国艾滋病已呈蔓延之势,不加以控制会演变成“国难”,警钟已经敲响,在这种背景下,针对高危人群,适时适量地进行补硒,可能是一条简易,低廉和有效的预防和控制途径。

5. 总结

  大量的证据(虽然许多尚属理论上的)支持病毒硒蛋白理论。痘病病毒中肯定有硒蛋白, HIV 、肝炎 C 病毒和克萨其病毒中已显示有硒蛋白,扎伊尔伊波拉病毒中,已有足够的体内证据说明硒对这种病毒的致病性起调节作用。大量事实说明硒缺乏是 HIV 病情发展和死亡的高危因子。有可靠的证据说明硒化合物能够抑制由氧化逆境导致的 HIV 激活。虽然这些结果尚不足以证明硒通过病毒硒蛋白机制抑制 HIV ,但它们与该理论所预测的结果高度一致。

  硒的防治癌症作用已被广泛深入地研究,其作用已被国际公认。硒防治病毒性疾病,如艾滋病,已取得初步成果。用硒防治艾滋病的研究工作还需要加强。


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