生物学におけるセレン

セレンは動物にとって必須の微量栄養素ですが、大量に摂取すると有毒です。植物では、ロコウィードなどの飼料に有毒な量で含まれることがあります。セレンは、アミノ酸のセレノシステインとセレノメチオニンの成分です。ヒトでは、セレンはグルタチオンペルオキシダーゼや特定のチオレドキシン還元酵素の補因子として機能する微量元素です。^{[1]セレン含有タンパク質は、}セレノリン酸（PSeO ₃ ³⁻ ）を介して無機セレンから生成されます。

セレンは哺乳類にとって必須の微量栄養素ですが、過剰に摂取すると有毒であるとも知られています。セレンは、アミノ酸のセレノシステインを含むセレノプロテインを通じて生物学的機能を発揮します。ヒトゲノムには25種類のセレノプロテインがコード化されています。^[2]

グルタチオンペルオキシダーゼファミリー酵素（略してGSH-Px）は、過酸化水素と有機ヒドロペルオキシドの還元を触媒します。

2GSH + H ₂ O ₂ → GSSG + 2 H ₂ O

2つのH原子は、GSH-Pxのセレノール側鎖の酸化から始まるプロセスでチオールによって供与されます。有機セレン化合物 エブセレンは、GSH-Pxの作用を補助するために使用される薬物です。これは過酸化水素の分解の触媒として機能します。^[3]

一部の植物や動物に含まれるセレン含有酵素（チオレドキシン還元酵素）は、ペルオキシダーゼの電子源として機能するジチオールである還元チオレドキシンを生成するほか、RNA前駆体からDNA前駆体を生成する重要な還元酵素リボヌクレオチド還元酵素としても機能します。^[4]

セレンは甲状腺の機能にも関与しています。3つの甲状腺ホルモン脱ヨウ素酵素の補因子として関与しています。これらの酵素は、さまざまな甲状腺ホルモンとその代謝物を活性化し、その後不活性化します。^{[5]セレンは、体内の甲状腺細胞が免疫系によって攻撃される自己免疫疾患である}橋本病を抑制する可能性があります。食事からセレンを0.2 mg摂取すると、TPO抗体が21%減少することが報告されています。^[6]

一部の微生物はセレンをギ酸脱水素酵素に利用します。ギ酸は胎児細胞の肝臓（肝細胞）ミトコンドリアや癌細胞で葉酸サイクルによって大量に生成されます。^[7]

ギ酸はギ酸脱水素酵素によって可逆的に酸化される：^[8]

HCO ₂ ⁻ → CO ₂ + H ⁺ + 2 e ⁻

チオレドキシン還元酵素はシステイン-セレノシステインペアを使用してチオレドキシン中のジスルフィドを還元します。セレノシステインは珍しいSec-His-Glu触媒三元構造で配置されており、そのpKaを調整します。^[9]

特定の植物種は、生育に高濃度のセレンを必要とするため、土壌のセレン含有量が高いことを示す指標と考えられています。主なセレン指標植物は、アストラガルス属（一部のロコウィードを含む）、プリンスズプルーム（スタンレーア属）、ウッディアスター（キシロリザ属）、およびニセゴールデンウィード（オオノプシス属）です^[10]

硫化セレン（近似式SeS ₂ ）と呼ばれる物質は、一部のフケ防止シャンプーの有効成分です。^[11]セレン化合物は、乾燥した皮膚片の剥離を引き起こす頭皮真菌マラセチアを殺します。この成分は、異なる種のマラセチア真菌による感染による白癬菌症の治療用のボディローションにも使用されます。^[12]

いくつかの臨床試験では、重篤な病気の成人におけるセレンサプリメントの使用を評価してきましたが、この状況でのセレンサプリメントの有効性と潜在的な利点は十分に理解されていません。^[13]

セレンは、環境や職業上の過度の曝露を監視したり、入院患者の中毒診断を確認したり、致命的な過剰摂取の場合の法医学的調査に役立てたりするために、血液、血漿、血清、または尿で測定されることがあります。一部の分析技術では、この元素の有機形態と無機形態を区別することができます。セレンの有機形態と無機形態はどちらも、尿中に排出される前に体内で主に単糖抱合体（セレノ糖）に変換されます。セレノチオニンを毎日経口投与されている癌患者は、血漿と尿中のセレン濃度が非常に高くなることがあります。^[14]

セレンは必須微量元素ですが、過剰に摂取すると有毒です。1日400マイクログラムの許容上限摂取量を超えるとセレン中毒を引き起こす可能性があります。 ^[15]この400マイクログラム（μg）の許容上限摂取量は、主に1986年に行われたセレン中毒の明らかな兆候を示した5人の中国人患者に関する研究と、1992年に同じ5人を対象に行われた追跡研究に基づいています。^[16] 1992年の研究では、実際には食事からのセレンの最大安全摂取量は1日約800マイクログラム（体重1キログラムあたり15マイクログラム）であることがわかりましたが、毒性を避けるためだけでなく、食事中の栄養素の不均衡を避けるため、また他国のデータを考慮して、1日400マイクログラムが推奨されました。^[17]中国では、セレンを極めて多く含む石炭（炭素質頁岩）で栽培されたトウモロコシを摂取した人々がセレン中毒に苦しんでいる。この石炭はセレン含有量が9.1％にも達することが示されており、これは文献に記録された石炭中最高濃度である。^[18]

セレン中毒の症状には、ニンニクのような口臭、胃腸障害、脱毛、爪の剥離、疲労、神経過敏、神経損傷などがあります。重度のセレン中毒では、肝硬変、肺水腫、死に至ることもあります。 [ 19 ]^元素セレンとほとんどの金属セレン化物は、生物学的利用能が低いため、毒性が比較的低いです。対照的に、セレン酸塩と亜セレン酸塩は非常に有毒で、三酸化ヒ素と同様の酸化作用機序を持っています。人間にとっての亜セレン酸塩の慢性毒性量は、長期間にわたって1日あたり約2400〜3000マイクログラムのセレンです。^[20] セレン化水素は、非常に有毒で腐食性のガスです。^{[21]セレンはジメチルセレニド、}セレノメチオニン、セレノシステイン、メチルセレノシステインなどの有機化合物にも含まれており、これらはすべて生物学的利用能が高く、大量に摂取すると有毒です。

農業用排水が通常乾燥し未開発の土地を通過すると、水系がセレン中毒になることがあります。このプロセスにより、天然の可溶性セレン化合物（セレン酸塩など）が水中に浸出し、水が蒸発するにつれて新しい「湿地」に濃縮される可能性があります。このようにして生成された高濃度のセレンは、湿地の鳥に特定の先天性疾患を引き起こすことがわかっています。^[22]

魚類やその他の野生生物では、セレン濃度が低いと欠乏症を引き起こし、高いと毒性を引き起こします。例えば、サケの場合、魚の組織（全身）におけるセレンの最適濃度は、組織1グラム（乾燥重量）あたり約1マイクログラムのセレンです。その濃度よりはるかに低い濃度では、若いサケはセレン欠乏症で死にます。^[23]その濃度よりはるかに高い濃度では、毒性過剰で死にます。^[24]

セレン欠乏症は、腸の機能が著しく低下した患者、完全静脈栄養を受けている患者、および^[25]高齢者（90歳以上）に発生する可能性があります。また、セレンが欠乏した土壌で栽培された食品に依存している人々も危険にさらされています。ニュージーランドの土壌のセレン濃度は低いですが、健康への悪影響は検出されていません。^[26]

脳と内分泌組織におけるセレン酵素活性レベルが低い（正常値の60%未満）と定義されるセレン欠乏症は、セレンの低濃度状態が水銀への高曝露などの追加ストレスと関連している場合にのみ発生します^[27]。または、ビタミンE欠乏による酸化ストレスの増加の結果として発生します。^[28]

セレンはヨウ化物やビタミンEなどの他の栄養素と相互作用します。この相互作用は動物の多くの欠乏症の病因として観察されており、純粋なセレン欠乏はまれです。セレン欠乏が健康に及ぼす影響は、特にカシン・ベック病との関連で不明な点が残っています。^[29]

米国医学研究所 (IOM) は、2000 年にセレンの推定平均必要量 (EAR) と推奨食事摂取量 (RDA) を更新しました。EAR と RDA を確立するための情報が不十分な場合は、代わりに適正摂取量(AI) として指定された推定値が使用されます。14 歳以上の人に対するセレンの現在の EAR は 45 μg/日です。RDA は 55 μg/日です。RDA は EAR よりも高く設定されているのは、平均よりも必要量が多い人に対応する量を特定できるようにするためです。妊娠中の RDA は 60 μg/日です。授乳中の RDA は 70 μg/日です。1 ～ 13 歳の小児の場合、RDA は年齢とともに 20 μg/日から 40 μg/日まで増加します。安全性に関しては、IOM は十分な証拠がある場合にビタミンとミネラルの許容上限摂取量(UL) を設定します。セレンの場合、ULは400μg/日です。EAR、RDA、AI、ULを総称して食事摂取基準（DRI）と呼びます。^[30]

欧州食品安全機関（ EFSA ）は、これらの情報を食事摂取基準値と呼んでおり、RDAの代わりに人口基準摂取量（PRI）、EARの代わりに平均必要量を使用しています。AIとULは米国と同じように定義されています。15歳以上の女性と男性の場合、AIは70μg/日に設定されています。妊娠中のAIは70μg/日、授乳中のAIは85μg/日です。1～14歳の子供の場合、AIは年齢とともに15μg/日から55μg/日まで増加します。これらのAIは米国のRDAよりも高くなっています。^[31]欧州食品安全機関は同じ安全性の質問を検討し、ULを米国の値よりも低い300μg/日に設定しました。^[32]

米国ではセレン欠乏症は一般的ではない。食品消費に関する連邦調査では、19歳以上の女性と男性の食品と飲料からの平均消費量はそれぞれ89μg/日と125μg/日であることが判明した。全年齢の女性と男性のうち、EAR未満の消費量だったのは3％未満であった。^[33]

米国の食品および栄養補助食品の表示目的では、1食分あたりの量は1日の摂取量のパーセント（％DV）として表されます。セレンの表示目的では、1日の摂取量の100％は70μgでしたが、2016年5月27日現在、55μgに改訂されました。^{[34] [35]}成人の新旧1日摂取量の表は、Reference Daily Intakeに掲載されています。

食事中のセレンは、ナッツ、シリアル、肉、キノコ、魚、卵から摂取されます。ブラジルナッツは、一般的な食事で最も豊富なセレン源であり、定期的に摂取するとセレン中毒を引き起こす可能性があります。ただし、実際のセレン濃度は（同じLecythidaceae科に属する、セレンを蓄積する別の「パラダイスナッツ」Lecythisなどの植物ベースの食品源と同様に）土壌に依存し、地理的な場所によって大幅に異なる場合があります。濃度の高い順に、腎臓、マグロ、カニ、ロブスターにも高レベルが含まれています。^{[36] [37]}

人体中のセレン含有量は13～20ミリグラムの範囲であると考えられている。^[38]

セレンは濃度に応じて二峰性の生物学的作用を示す。低栄養用量では、セレンはセレンタンパク質を介して抗酸化物質として働き、活性酸素を除去し、細胞の生存と成長をサポートする。一方、栄養用量を超える高用量の薬理学的用量では、セレンは酸化促進剤として働き、活性酸素を生成し、細胞死を誘発する。がんにおいては、セレン摂取が栄養レベルでがん発症リスクを低下させる利点についての研究が主に行われてきたが、栄養用量を超える用量や薬理学的用量のセレンががんに及ぼす影響についての研究は少ない。^[39]

「いくつかの観察研究でセレンの摂取と一部のがんのリスクとの間に逆相関が見られたが、これは因果関係の証拠とはみなされず、これらの結果は慎重に解釈されるべきである... 一部のがん種では逆相関、無相関、直接相関を含む矛盾する結果が報告されている... セレン補給ががんリスクに与える影響を評価するRCTでは、一貫性のない結果が得られている... 現在までに、セレン補給が人間のがんを予防できるという説得力のある証拠はない。」^[40]

現在までに、セレン摂取が栄養レベルで癌発症リスクを低下させる利点について多くの研究が行われており、セレンは免疫刺激剤として機能する可能性が高いこと、すなわち、免疫細胞（M1マクロファージやCD8+ Tリンパ球、好中球の増加、活性化細胞傷害性NK細胞など）を活性化し、 IFNγやTNFαなどの炎症性サイトカインを放出することで、腫瘍微小環境における免疫抑制を抗腫瘍免疫に向けて反転させる可能性があることが示されています。^[39]

エイズでは、体内のセレン濃度がゆっくりと徐々に低下するようです。このセレン濃度の低下がHIVの複製の直接的な結果なのか、それともエイズ患者の栄養素の全体的な吸収不良に関係しているのかは議論が続いています。観察研究では、セレン濃度の低下とHIV患者の転帰不良との間に関連性が認められていますが、これらの研究は主に、現在有効な治療法である高活性抗レトロウイルス療法（HAART）以前に行われたものです。現在、HIV患者に日常的にセレンを補給することを推奨する十分な証拠はなく、さらなる研究が推奨されています。^[41]

セレン補給は全体的な死亡率に影響を与えない。^[42]

他の種類のサプリメントと同様に、セレンのサプリメントが結核の治療に役立つという確かな証拠はありません。^[43]

4つのRCTのメタアナリシスでは、白人における2型糖尿病の予防のためのセレン補給は支持されないという結論が出ました。^[44]

食事中のセレンの摂取量が異常に多すぎたり少なすぎたりすると、精子の質に悪影響を与え、結果として生殖能力が低下する可能性があります。^[45]

COVID-19パンデミックの間、いくつかの研究では、血漿中のセレン濃度とCOVID-19症例の重症度との相関関係を確立しようと試みられた。33人の患者を対象に行われたある研究では、血漿中のセレン濃度の低さがCOVID-19患者の死亡率の高さと相関していると結論付けられた。しかし、この研究における死亡者の平均年齢は89歳であったのに対し、生存者の平均年齢は69歳であり、因果関係は不明であると研究では述べられている。^[46] 一方、別の研究では、対象となったすべてのCOVID-19患者の平均血漿中セレン濃度は正常範囲内であったが、重症のCOVID-19患者の平均血漿中セレン濃度は高かったことが明らかになった。この研究では、重症のCOVID-19患者では重症でない患者と比較してセレン血清レベルが有意に上昇しており、病気の重症度と相関している可能性があると結論付けられた。^[47]

セレンは水銀毒性に対する保護効果があります。水銀はセレンと高い親和性で結合するため、この金属はセレン依存性酵素を阻害する可能性があります。しかし、セレンの摂取量を増やすと酵素の活性が維持され、水銀曝露による悪影響を軽減することができます。^{[48] [49]}

セレンは、細菌、古細菌、真核生物のいくつかの原核生物セレンタンパク質ファミリーにセレノシステインとして組み込まれており、^[50]セレンタンパク質ペルオキシレドキシンは、細菌と真核生物の細胞を酸化ダメージから保護します。GSH-Pxのセレンタンパク質ファミリーと真核細胞の脱ヨウ素酵素は、細菌の系統発生起源を持つようです。セレノシステインを含む形態は、緑藻類、珪藻類、ウニ、魚類、鶏など、さまざまな種に存在します。セレン酵素は、小さな還元分子であるグルタチオンとチオレドキシンの利用に関与しています。

GSH-Pxおよびスーパーオキシドディスムターゼ酵素の活性に関与する微量元素、すなわちセレン、バナジウム、マグネシウム、銅、および亜鉛は、一部の陸上のミネラル欠乏地域では不足している可能性があります。^[50]海洋生物はセレンプロテオームを保持し、時には拡大しましたが、一部の陸上生物のセレンプロテオームは減少または完全に失われました。これらの知見は、水生生物はセレンの利用をサポートしているのに対し、陸上の生息地ではこの微量元素の利用が減少することを示唆しています。^{[51] [52]}海産魚類と脊椎動物の甲状腺には、セレンとヨウ素の濃度が最も高くなっています。約 5 億年前から、淡水植物と陸生植物は、アスコルビン酸(ビタミン C)、ポリフェノール(フラボノイドを含む)、トコフェロールなどの「新しい」内因性抗酸化物質の生成をゆっくりと最適化してきました。これらのいくつかは、最近 5000 万年から 2 億年の間に、被子植物の果実と花に現れました。実際、被子植物 (現在主流の植物) とその抗酸化色素のほとんどは、ジュラ紀後期に進化しました。

約2億年前、新しいセレンタンパク質が哺乳類のGSH-Px酵素として開発されました。^{[53] [54] [55] [56]}

Wikimedia Commons には、Selenium に関連するメディアがあります。

無料辞書『ウィクショナリー』でセレンを調べてください。

• WebElements – セレン
• NIH – 消費者向けセレンファクトシート
• 分析 – 地域を超えた分析サービス
• ATSDR – セレンの毒性プロファイル
• Elementymology & Elements Multidict – Peter van der Krogt による Selenium ページ