摘要 硒蛋白P是一种特殊的蛋白，最初是在血浆中发现，占血浆总硒的60%。在其多肽链中有10个硒半胱氨酸，由10个读码框内的UGA编码，而UGA一般是作为终止密码子起作用。故硒蛋白P的生物合成需要多个特异的因子，如特异的tRNA、延伸因子和mRNA上的特异的二级结构等。硒蛋白P的功能尚不清，初步的研究结果提示可有转运硒、抗氧化、结合重金属和神经营养等作用。
关键词 硒半胱氨酸，硒蛋白P
硒是哺乳动物必需的一种微量元素。硒参与甲状腺激素代谢、抗氧化系统和机体发挥正常免疫功能。硒缺乏与多种病理状况有关，如，肝坏死、生长迟缓、生殖障碍等[1]。近来又发现缺硒与许多常见的慢性病有关，如心血管疾病、癌症、HIV感染、男性精子活力下降等[2]。
在体内，硒以硒蛋白的形式发挥其生理功能。硒蛋白的特征为蛋白中都有硒半胱氨酸（Selenocysteine，SeCys）。SeCys由位于读码框（ORF）内的UGA密码子编码，UGA一般作为终止密码起作用，因此SeCys有一整套和其他氨基酸不同的合成和掺入蛋白质的机制。现在称SeCys为组成蛋白质的第21种氨基酸[3]。
在原核生物、真核生物和古细菌中都发现有硒蛋白，哺乳动物硒蛋白现已发现近30种[4]，硒蛋白P（Selenoprotein P，SelP）是其中较为特殊的一种，SelP含有至少10个SeCys，而其他的硒蛋白仅含有一个SeCys。近年来关于这种特殊的硒蛋白研究进展较大，现综述如下。
1．硒蛋白P的结构
1．1 基因结构：
人硒蛋白P（HSelP）的基因长12kb，由5个外显子组成。起始密码ATG和第一个框内TGA位于第2个外显子上，第5外显子长1.4Kb，含9个SeCys的编码序列。SelP的启动子区，用Matinspector软件分析，发现多个motif，在人和小鼠保守。如，DNA结合蛋白motif，指导SelP的组织特异性表达；HFH-2、HNF3β、CEBPβ，控制SelP在肝的表达；GATA-1，SelP在造血细胞中的表达；SRY，SelP在睾丸表达；BRN-2，SelP在脑的表达等。原位杂交示SelP在不同组织的广泛表达，与启动子区存在多个DNA结合蛋白motif相符。然而，已知的氧化反应元件，如NFkB，ORE motif及抗氧化反应元件，如ARE，在SelP的启动子区未见。可能SelP基因是被氧化物和抗氧化物间接调控[5]。
1．2 SelP cDNA结构：
SelP cDNA已经从5个种属的多种组织中测序得到，有：人、牛、小鼠、大鼠、石斑鱼。人SelP cDNA全长2048bp，编码381个氨基酸，含10个读码框内TGA，编码10个SeCys。哺乳动物硒蛋白mRNA在3’非翻译区（UTR）都有一个指导SeCys掺入多肽链中所必需的稳定的茎环结构，称为SECIS ( Selenocysteine insertion sequence )。一般硒蛋白仅有一个SECIS，而SelP有2个SECIS，可指导多个SeCys掺入，并且其指导SeCys掺入作用是所有硒蛋白中最强的[6]。
1.3 SelP蛋白结构：
不同种属的SelP可含有10-17个SeCys,人、小鼠、大鼠SelP含有10个SeCys，牛含有12个SeCys，石斑鱼含有17个SeCys。不同种属中，SeCys的位置高度保守，第一个SeCys位于N端，其余9个SeCys位于C端1/3。N端有一个19个氨基酸的信号肽，与SelP的细胞外定位相符。推测的氨基酸序列中有6个潜在的糖基化位点，从人SeP cDNA推测，其分子量为41kDa，但纯化得到的SeP其表观分子量为61kDa，可能与糖基化有关。蛋白中部有两个组氨酸富集区，可能与SelP与肝素的高亲和力有关。SelP有多个阳离子和阴离子功能基团，如HelP有28个组氨酸残基，23个赖氨酸，12个精氨酸，17个半胱氨酸，10个硒半胱氨酸，12个天冬氨酸和26个谷氨酸[7]。
2.硒蛋白P的特性
2.1 组织分布：
SelP 最初在血浆中被发现，后来Northern杂交表明，SelP在多种组织广泛表达，如肝、肾、心、脑、胎盘、子宫、肠等。在胚胎发育的midgestation期，(16.5天p.c.)，特定的组织中有SelP高水平表达，如肝细胞、嗅球区软脑膜细胞、血管内成簇的造血细胞、脑间质细胞、肠上皮。在此期，神经组织、软骨、分化骨中无明显表达，其余组织中表达水平也相当低。成年小鼠，睾丸中SelP表达很明显，主要在Leydig细胞，在脑部的表达主要在小脑及嗅球、额叶皮质和海马区[8]。
2.2硒蛋白P的亚型及其血浆浓度：
SelP是血浆中最主要的硒存在方式，占血浆中总硒的40%（人）或60%（大鼠）。SeP的分子量为54-67kDa，人SelP有两个亚型（61kDa、55kDa），大鼠SelP有多个亚型，（主要为57kDa和45kDa），两种亚型有相同的N端，C端不同，较短的亚型仅含有一个SeCys，蛋白翻译到第二个读码框内TGA处终止[9]。
血浆中SelP的浓度是反映人体硒状况的有用的指标。现在检测机体硒状态的方法主要有以下几种：用原子吸收质谱的方法直接检测趾甲、头发或血浆中的硒；检测血浆或红细胞中谷胱甘肽过氧化物酶（GPx）活性。最近有人提出检测SelP可更有效的表示机体硒状态，在监测硒中毒时是最为灵敏的指标。主要原因有：SelP是血浆中主要的硒蛋白；SelP浓度与血硒浓度的相关性好；在补充硒时， SelP比GPx优先合成；GPx仅有一个SeCys，而HSelP有10个SeCys，在贮存、转运硒和维持硒稳态方面可能更为重要；基线SelP高表达和硒中毒时病变部位都在小脑，由此有人提出，SelP在调控硒水平和硒中毒中有特殊作用[10]。人血清中游离的SelP浓度较低，约为3.3mg/l或50nM。硒从肠吸收，在肝中掺入SelP，分泌入血。摄入硒后4小时内，血清中SelP水平即可增高。
2．3 结合肝素活性：
SelP可结合于肝素，并且可能通过肝素/硫酸乙酰肝素而结合于细胞膜上。SeP上有两个肝素的结合位点，一个为高亲和力的位点，Kd为1nM，对DEPC处理敏感，提示其结合作用依赖于组氨酸；另一个为低亲和力的结合位点，Kd为140nM，为正负电荷的相互作用。
SelP与肝素的结合受pH变化的影响较大，当pH值大于8时，SeP几乎不能和肝素结合，随pH值的降低，SeP与肝素的结合明显增多，半数最大结合的pH在6.5左右，此种pH特征与其他组氨酸-脯氨酸丰富的糖蛋白与肝素结合特征相似。SelP与肝素的结合还受离子强度的影响，当pH为7.4时，随离子强度增高，结合降低，NaCl为300nM时比生理NaCl浓度（150nM）结合降低75%。
SeP结合于血管内皮，可能有一个抗氧化的屏障作用，在中性pH时，主要是低亲和力的位点在起作用，而当感染或缺氧，pH降低时，组氨酸的咪唑基团离子化，使SeP与血管内皮的结合力增高，有利于SeP发挥作用。SeP在神经元细胞培养中起生存促进因子的作用，可能与SeP可结合于糖胺多糖，促进细胞黏附有关[11]。
3。硒蛋白P的功能
SelP的功能尚不清，初步的研究结果认为有以下功能：
3．1 转运硒：用同位素75Se注射大鼠后，SelP首先在血浆中出现，然后被外周组织摄取，故而认为SelP在肝脏合成后分泌到血液以转运蛋白形式运送硒到外周组织。但也有报道对此提出异议，因为许多组织都表达SelP, 而且SelP中的硒是以硒代半胱氨酸的形式共价结合的，不利于发挥转运的功能。
3．2 抗氧化作用：Burk 用奈醌（diquat）注射缺硒大鼠诱发肝坏死和脂质过氧化，而事先注射SelP可以阻止肝坏死，SelP被认为对diquat诱导的肝坏死有抗氧化的保护作用。作为一个细胞外的抗氧化蛋白，SelP可分解过氧化亚硝酸盐，在体外实验中还表现了部分过氧化物酶活性。Tatahashi用纯化的人血浆SelP证明其有磷脂氢过氧化物谷胱甘肽过氧化物酶的活性，直接证实SelP的抗氧化作用。但其磷脂氢过氧化物谷胱甘肽过氧化物酶活性较低，比细胞酶活性低两个数量级，且未能排除其他酶污染的可能性[12]。另外，SelP有两个富含组氨酸的区域，与内皮细胞亲和力较高，可能在心血管系统发挥抗氧化作用。
3．3 结合重金属：
因为SelP富含组氨酸、半胱氨酸和SeCys，它们可结合血清中重金属Hg、Ag 和Cd等形成重金属-SelP复合物，进而排出体外。SelP可与等摩尔的硒与重金属复合物如Hg-Se、Cd-Se和Ag-Se结合[13]。
3．4 神经细胞营养作用：
研究证明：牛血浆SelP是原代培养的神经元细胞生存促进因子。200 pM 牛血浆SelP对神经细胞有很好的保护作用。实验证明过氧亚硝酸盐与神经细胞退行性疾病的致病有关，如老年性痴呆、脊髓侧索硬化。而SelP可还原过氧亚硝酸盐以减少其对神经细胞的损害。另外，因重金属对神经原有毒性，SelP对重金属的解毒作用与促进神经原存活的作用可能相关[14]。
3．5 降低肿瘤发病危险度：
最近的研究发现SelP水平和发生肿瘤的危险度负相关，Persson Moschos[15]对不同部位肿瘤进行病例-对照研究，测定发病前SelP水平，发现SelP水平在呼吸道肿瘤中比对照组明显下降。按SelP浓度分为5个水平，从低到高，发生癌症的相对危险度（OR）分别为5.2、2.3、2.9、2.2和1.0，说明随着SelP浓度增高，发生癌症的危险度降低。Mork H[16]也发现，结直肠腺瘤比邻近的正常粘膜SelP明显下降。一般认为，SelP是通过消除自由基，预防突变起到此作用的。
4．硒蛋白P的合成和调节
SelP的合成较复杂，因SelP基因序列中含有10个UGA，在此位置，SeCys掺入和翻译终止相互竞争[17]。SeCys掺入SelP需要多种成分及特殊的机制,包括UGA密码子，mRNA上特异的SECIS结构，转运SeCys的特殊的tRNA—SeC-tRNA[Ser]Sec，特异的识别SECIS的蛋白(SBP2)和特殊的翻译延长因子(称为eEFsec)等[18]。
SelP基因的表达受硒营养状况的影响。研究表明硒不影响基因转录，但它影响mRNA的稳定性。翻译水平的调节为硒影响SeC- tRNA[ser]sec的合成。SelP合成还受其他因素的影响，如动物种属和组织差异的影响。
直到现在，在哺乳动物细胞中表达重组SelP未获成功。这可能是因为虽然转入了大量的SelP mRNA，但是，SelP合成所必需的特殊的因子数量有限。也可能是翻译过程本身效率低下，如，SeCys插入较链延长的速度相对缓慢，导致翻译终止过多。在E.Coli的硒蛋白合成中被证明是此种情况。最近Berry MJ在人胚肾HEK细胞中有效地瞬时表达了重组SelP，其产量与HepG2细胞的内源性SelP相当 [19]。
5．硒蛋白P研究展望
SelP从1973年发现至今其特性和功能仍不清，原因是从血浆中纯化SelP步骤繁琐，收率低，而重组SelP未能成功大量表达，没有足量可供动物和人体实验使用的SelP。最近的研究发现，另一个终止密码UAG也可编码一种氨基酸——pyrrolysine，并且以与SeCys/UGA类似的机制进行合成[20]。所以可以预见，对含有10个SeCys的SelP的合成和掺入机制的研究，必将进一步完善遗传密码和蛋白翻译和终止机制，有较大的理论和应用价值。
参考文献
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20．Ibba M, et al. Curr Biol. 2002 Jul 9;12(13):R464-6.
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