在天然富硒地區(qū)，飲食中的鋅元素如何拮抗硒的毒性作用？——來(lái)自生物可利用性、風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估和生物標(biāo)志物驗(yàn)證的見(jiàn)解
《Food Research International》：Dietary zinc antagonism of selenium toxicity in a natural seleniferous region: Insights from bioaccessibility, risk assessment, and biomarker verification
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本研究系統(tǒng)對(duì)比了安康長(zhǎng)壽區(qū)、硒中毒歷史區(qū)及對(duì)照區(qū)的環(huán)境-膳食-人體硒鋅分布，發(fā)現(xiàn)歷史區(qū)土壤、作物及飲用水總硒濃度顯著更高（p<0.05），但生物可及性校正后日均硒攝入仍達(dá)543.72μg/d（WHO閾值400μg/d）。高鋅膳食通過(guò)競(jìng)爭(zhēng)拮抗顯著降低硒毒性，發(fā)中Zn/Se摩爾比＜200為初步篩查閾值，發(fā)硒＞1.5mg/kg為確診標(biāo)準(zhǔn)。結(jié)構(gòu)方程模型揭示蔬菜和土壤是調(diào)控Zn-Se代謝的核心因子，證實(shí)鋅拮抗與生物標(biāo)志物雙步診斷法能有效解釋"高暴露-低發(fā)病"悖論。建議未來(lái)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估整合生物可及性校正、元素互作分析及發(fā)中標(biāo)志物驗(yàn)證。
周飛|齊明星|杜靜|任榮新|梁東麗
西北農(nóng)林科技大學(xué)自然資源與環(huán)境學(xué)院，中國(guó)陜西省楊陵市712100
摘要
硒（Se）對(duì)人體健康具有劑量依賴(lài)性的雙重影響。安康是一個(gè)天然富硒地區(qū)，該地區(qū)既包含長(zhǎng)壽區(qū)，也包含歷史上曾出現(xiàn)硒中毒的流行區(qū)。本研究系統(tǒng)地比較了這些地區(qū)環(huán)境中硒及其地球化學(xué)相關(guān)元素鋅（Zn）的分布情況。通過(guò)生物可利用性校正，估算了每日硒的攝入量，并通過(guò)頭發(fā)生物監(jiān)測(cè)研究了飲食中的鋅對(duì)硒毒性的拮抗作用。歷史硒中毒流行區(qū)的土壤、作物和飲用水中的硒和鋅總濃度顯著高于長(zhǎng)壽區(qū)和對(duì)照區(qū)（p<0.05）。基于總膳食硒的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估顯示，僅在該歷史硒中毒流行區(qū)存在顯著的硒暴露風(fēng)險(xiǎn)（每日硒攝入量：1339.61 μg/d；目標(biāo)危害商數(shù)：3.35）。經(jīng)過(guò)生物可利用性校正后，該地區(qū)的每日硒攝入量降至543.72 μg/d，但仍超過(guò)了世界衛(wèi)生組織規(guī)定的400 μg/d的閾值。飲食中的鋅可能通過(guò)競(jìng)爭(zhēng)性拮抗作用減輕硒的毒性，這解釋了當(dāng)?shù)亍案呶┞丁⒌图膊“l(fā)生率”的現(xiàn)象。頭發(fā)中鋅與硒的摩爾比成為一種敏感的生物標(biāo)志物，支持了一種兩步診斷方案：初步篩查（頭發(fā)中鋅/硒的摩爾比<200），隨后進(jìn)行確認(rèn)性分析（頭發(fā)中硒>1.5 mg/kg），從而建立了有效的區(qū)域硒中毒風(fēng)險(xiǎn)篩查工具。結(jié)構(gòu)方程建模確定蔬菜和土壤是通過(guò)飲食途徑調(diào)節(jié)人體硒穩(wěn)態(tài)的主要因素。
引言
硒（Se）是人體必需的微量營(yíng)養(yǎng)素。作為谷胱甘肽過(guò)氧化物酶（GSH-Px）、硫氧還蛋白還原酶、血漿硒轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白和硒蛋白P的活性中心，硒在維持氧化還原平衡、促進(jìn)物質(zhì)代謝和調(diào)節(jié)基因表達(dá)方面起著關(guān)鍵作用（Chen等人，2021；Di等人，2023）。許多研究還表明，硒的攝入與人類(lèi)健康和長(zhǎng)壽之間存在密切關(guān)聯(lián)（Giacconi等人，2023；Pu等人，2018）。值得注意的是，硒的安全攝入范圍非常狹窄（40–400 μg/d）。硒缺乏會(huì)導(dǎo)致免疫功能障礙，并增加患克山病和克山病等疾病的危險(xiǎn)；而過(guò)量攝入則可能引起毒性作用，包括脫發(fā)和指甲脫落，在嚴(yán)重情況下甚至?xí)䦟?dǎo)致全身中毒（Li等人，2020；Rayman，2012）。日常飲食是人類(lèi)硒的主要來(lái)源，植物性和動(dòng)物性硒都來(lái)源于土壤，通過(guò)食物鏈傳遞（Angon等人，2024；Konieczka，2016）。全球土壤硒分布極不均勻，導(dǎo)致硒缺乏區(qū)和硒中毒區(qū)共存，這使得硒成為連接環(huán)境條件與人類(lèi)健康的關(guān)鍵元素，吸引了多學(xué)科研究的關(guān)注（Dinh等人，2018；Liu等人，2024）。
中國(guó)安康位于秦嶺造山帶南部的黑巖系列（具體為安康-鎮(zhèn)平-紫陽(yáng)巖性帶）。其80%以上的土壤中含有中等水平（0.175–0.40 mg/kg）或更高的硒，因此被稱(chēng)為“中國(guó)硒谷”（Ma等人，2024；Zhang等人，2020）。土壤硒的這種不均勻分布形成了一個(gè)獨(dú)特的現(xiàn)象：不同的人口健康狀況在空間上共存。在安康市內(nèi)，鎮(zhèn)平縣的城關(guān)鎮(zhèn)因其高比例的長(zhǎng)壽居民而得到官方認(rèn)可（中國(guó)第七次人口普查，2020年），而紫陽(yáng)縣的雙安鎮(zhèn)則有記錄在案的硒中毒流行史（Cui等人，2017；Tian等人，2020）。這種對(duì)比使得安康成為研究硒的環(huán)境行為以及在高硒環(huán)境下導(dǎo)致不同健康結(jié)果的因素的理想自然實(shí)驗(yàn)室。因此，系統(tǒng)地比較這些對(duì)比區(qū)域中的硒暴露和健康風(fēng)險(xiǎn)，并將這些發(fā)現(xiàn)與當(dāng)?shù)丨h(huán)境介質(zhì)中的硒分布聯(lián)系起來(lái)，對(duì)公共衛(wèi)生管理和飲食指導(dǎo)具有科學(xué)和實(shí)際意義。
僅依賴(lài)總硒濃度進(jìn)行的健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估往往高估了實(shí)際暴露量。例如，Cui等人（2017）和Qin等人（2013）估計(jì)雙安鎮(zhèn)的每日硒攝入量為1067 μg/d，恩施（湖北）為2144 μg/d，均超過(guò)了世界衛(wèi)生組織規(guī)定的400 μg/d的閾值。然而，在過(guò)去三十年中，這些地區(qū)的硒中毒病例很少見(jiàn)。為了解釋這種“高暴露-低發(fā)病率”的悖論以及上述健康差異，我們認(rèn)為必須整合三個(gè)關(guān)鍵因素：（1）忽視生物可利用性：傳統(tǒng)評(píng)估常常忽略了消化過(guò)程中硒的溶解和吸收率，可能會(huì)高估風(fēng)險(xiǎn)，因?yàn)樯攀持械奈⑽幢煌耆眨‵arooq等人，2025；Zhou等人，2020）；（2）忽略元素間的拮抗作用：在天然富硒地區(qū)，共存的元素（如鎘（Cd）、鋅（Zn）和砷（As）可以通過(guò)形成不溶性化合物或競(jìng)爭(zhēng)胃腸道吸收位點(diǎn)來(lái)降低硒的生物利用性（Janasik等人，2017；Jia等人，2023；Lu等人，2025）。本研究重點(diǎn)關(guān)注鋅（Zn）的拮抗作用，因?yàn)殇\不僅在當(dāng)?shù)丨h(huán)境中與硒共存（Du等人，2018），而且本身也是一種與人類(lèi)健康和長(zhǎng)壽密切相關(guān)的必需營(yíng)養(yǎng)素（Pu等人，2018；Xia等人，2022）。因此，研究鋅與硒的拮抗作用提供了一種直接且生理相關(guān)的途徑，以解決健康結(jié)果差異的核心研究問(wèn)題，并對(duì)飲食指導(dǎo)具有啟示意義；（3）缺乏生物標(biāo)志物驗(yàn)證：組織（如頭發(fā)、血清、尿液）中的硒和鋅濃度比膳食估計(jì)更能反映營(yíng)養(yǎng)狀況和代謝平衡。頭發(fā)中的硒和鋅是已確立的長(zhǎng)期暴露和代謝生物標(biāo)志物（Cho & Yang，2018；Kang等人，2022）。因此，為了準(zhǔn)確解讀安康市長(zhǎng)壽區(qū)和歷史硒中毒流行區(qū)等具有不同健康狀況地區(qū)的環(huán)境-健康關(guān)系，整合可生物利用的膳食硒評(píng)估、考慮膳食中鋅的拮抗作用，并利用頭發(fā)等長(zhǎng)期生物標(biāo)志物來(lái)評(píng)估內(nèi)部暴露和穩(wěn)態(tài)至關(guān)重要。
關(guān)于富硒地區(qū)環(huán)境中硒和鋅的分布及其對(duì)健康影響的研究仍然有限。特別是，將生物可利用性數(shù)據(jù)與拮抗元素（如鋅）的攝入水平結(jié)合進(jìn)行硒風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的研究很少。為了解決這一差距并探索高硒地區(qū)健康結(jié)果差異的環(huán)境決定因素，我們選擇了安康富硒區(qū)域內(nèi)的三個(gè)具有不同健康特征的地區(qū)：一個(gè)以長(zhǎng)壽為特征的地區(qū)（鎮(zhèn)平縣的城關(guān)鎮(zhèn)），一個(gè)歷史硒中毒流行區(qū)（紫陽(yáng)縣的雙安鎮(zhèn)），以及一個(gè)對(duì)照區(qū)（紫陽(yáng)縣的黃溝鎮(zhèn)），后者位于同一富硒區(qū)域內(nèi)，但沒(méi)有報(bào)告過(guò)異常長(zhǎng)壽或硒中毒的歷史。研究目的是：（1）描述并比較這些對(duì)比區(qū)域中環(huán)境介質(zhì)（土壤、水、作物、動(dòng)物源性食物）和人體生物標(biāo)志物（頭發(fā)）中硒和鋅的分布；（2）量化膳食硒暴露風(fēng)險(xiǎn)，并評(píng)估膳食鋅對(duì)硒毒性的拮抗作用，闡明其潛在機(jī)制；（3）闡明居民體內(nèi)硒和鋅的長(zhǎng)期穩(wěn)態(tài)，探索其與不同區(qū)域健康狀況的聯(lián)系，并建立基于生物標(biāo)志物的硒中毒風(fēng)險(xiǎn)篩查工具。這項(xiàng)工作為將元素相互作用納入環(huán)境健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估提供了關(guān)鍵的科學(xué)證據(jù)，并支持高硒地區(qū)的精準(zhǔn)健康管理及飲食干預(yù)策略。
研究區(qū)域和采樣設(shè)計(jì)
研究區(qū)域包括鎮(zhèn)平縣的六個(gè)村莊（長(zhǎng)壽區(qū)）：小河村[XH1]、連夢(mèng)村[LM]、新華村[XH2]、友義村[YY]、朱家溪村[ZJX]和文才村[WC]；黃溝鎮(zhèn)的三個(gè)村莊（對(duì)照區(qū)： lazhu村[LZ]、春彥村[CY]和大連村[DL]；以及紫陽(yáng)縣的雙安鎮(zhèn)的三個(gè)村莊（歷史硒中毒流行區(qū)：雙河口村[SHK]、乃爾村[NR]和林本河村[LBH]）。
硒和鋅的總濃度
在三個(gè)研究區(qū)域觀察到土壤硒濃度的顯著空間變化（圖2a）。歷史硒中毒流行區(qū)的總硒濃度最高（8.67 ± 11.96 mg/kg），分別是長(zhǎng)壽區(qū)（1.87 ± 2.45 mg/kg）和對(duì)照區(qū)（0.84 ± 0.63 mg/kg）的4.64倍和10.32倍。在長(zhǎng)壽區(qū)，79.4%的土壤樣本達(dá)到了或超過(guò)了富硒水平（0.4–3.0 mg/kg），其中17.9%被歸類(lèi)為硒過(guò)量。
結(jié)論
由于獨(dú)特的地質(zhì)環(huán)境，安康的歷史硒中毒流行區(qū)在環(huán)境介質(zhì)（土壤、飲用水、作物和動(dòng)物源性食物）中的硒濃度顯著高于長(zhǎng)壽區(qū)和對(duì)照區(qū)。這種環(huán)境富集是當(dāng)?shù)鼐用駱O高膳食硒暴露的基礎(chǔ)。盡管經(jīng)過(guò)生物可利用性校正后的每日硒攝入量估計(jì)值明顯低于總硒濃度得出的值
倫理聲明
本研究已獲得西北農(nóng)林科技大學(xué)自然資源與環(huán)境學(xué)院的倫理批準(zhǔn)。所有參與者在參與研究前均已簽署知情同意書(shū)。所有程序均為非侵入性操作，所有數(shù)據(jù)均匿名收集和分析。
作者貢獻(xiàn)聲明
周飛：撰寫(xiě)——審稿與編輯、初稿撰寫(xiě)、驗(yàn)證、方法學(xué)、調(diào)查、資金獲取、概念構(gòu)思。齊明星：撰寫(xiě)——審稿與編輯、軟件使用、方法學(xué)、正式分析、數(shù)據(jù)管理。杜靜：方法學(xué)、調(diào)查、數(shù)據(jù)管理。任榮新：驗(yàn)證、方法學(xué)。梁東麗：撰寫(xiě)——審稿與編輯、監(jiān)督、資源協(xié)調(diào)、項(xiàng)目管理、方法學(xué)、資金獲取、概念構(gòu)思。
未引用的參考文獻(xiàn)
Vinceti等人，2019
利益沖突聲明
作者聲明沒(méi)有已知的財(cái)務(wù)利益或個(gè)人關(guān)系可能影響本文所述的工作。
致謝
作者感謝陜西省公共福利地質(zhì)調(diào)查項(xiàng)目（秦巴山區(qū)健康地質(zhì)調(diào)查與評(píng)估，項(xiàng)目編號(hào)202201）、陜西省技術(shù)創(chuàng)新指導(dǎo)專(zhuān)項(xiàng)項(xiàng)目（2022QFY09-01）和陜西省博士后研究項(xiàng)目（2023BSHEDZZ141）提供的財(cái)政支持。
