第一部分：導讀

汞是一種家喻戶曉的有害物質，對人體健康有著極大的危害性。2017年10月27日，世界衛生組織國際癌癥研究機構公布的致癌物清單初步整理參考，汞和無機汞化合物在3類致癌物清單中。2019年7月23日，汞及汞化合物被列入有毒有害水污染物名錄（第一批）。

汞的三種暴露途徑（圖1所示）：呼吸吸入、飲食攝入和皮膚接觸。汞暴露，尤其是高濃度汞，會對腎臟、肺、神經組織和生殖系統產生不利影響。此前的多項研究已經評估了汞暴露對生活在嚴重污染環境中的工人或個人潛在健康影響。然而，研究對長期慢性汞暴露的大都市居民的關注較少，特別是在中國人口密集的城市。

 

圖1：汞的暴露途徑

硒是人類和動物體內必不可少的微量元素。作為一些酶的活性中心，如谷胱甘肽過氧化物酶和硫氧還蛋白還原酶，在抑制汞毒性的機制中起著至關重要的作用。許多研究已經證實，硒可以通過形成低生物利用性的汞-硒微粒來抵消汞的毒性（稱為“Hg-Se拮抗”，硒（Se）與汞（Hg）之間的結合力（常數為1045）比巰基（-SH）中硫（S）與汞（Hg）之間的結合力高100萬倍，因此Se與Hg之間的相互作用很容易形成Hg-Se配合物）。

硒泰克與江南大學聯合組建的研發小組就硒與長期慢性汞暴露的影響進行立項研究，在2021年7月至2023年5月的時間內，先后在中國東部、中部的16個省市進行志愿者招募。通過長期的數據跟蹤和分析，調查了中國城市居民的頭發硒和汞水平，并評估了補充硒對汞解毒的潛在健康影響。

研究結果：

1) 硒干預與否影響：與未補充硒的參與者（G1）相比，補充硒的參與者（G2-G5）的頭發汞值顯著降低（p < 0.01），這表明補充硒對降低城市居民頭發中的汞水平有積極作用。  

2) 地域分布：頭發硒、汞濃度熱點主要集中在華南和東部地區，華南和東部地區居民的發汞濃度高。

3) 性別影響：南部地區男性比女性的頭發汞水平高。其他地區性別無顯著性差異

4) 年齡影響：頭發硒濃度隨年齡變化不大，頭發汞從幼年組到老年組略有下降，可能原因是人體代謝的能力差異。

5) 補充硒的持續時間影響：G1、G2、G3、G4和G5的硒/汞摩爾比<1的參與者比例分別為25.40%、11.37%、6.90%、6.78%和3.83%。這表明，長期補充硒會增強身體結合或解毒汞的能力，導致硒/汞摩爾比＜1的參與者比例更低。

6) 基于硒與汞的拮抗反應機制：對于長期暴露于低劑量汞的城市居民，在短期（約3-6個月）硒補充后，可以恢復硒酶功能、促進汞的排出。

本課題成果于2024年2月，在國際期刊Exposure and Health（IF：6.7）進行成果發布：Influence of Selenium Supplementation on Mercury Levels in hair of Metropolitan Residents in China: Spatial Distribution, Impact Factors, and Antagonism（譯名：通過空間分布、影響因素和拮抗機制研究硒的補充對我國城市居民頭發中汞水平的影響）

 

第二部分：論文解讀

Influence of Selenium Supplementation on Mercury Levels in hair of Metropolitan Residents in China: Spatial Distribution, Impact Factors, and Antagonism

 實驗設計

實驗結果

1. 測試人群的樣本收集與信息數據整理

為了使得研究具有廣泛性的意義，團隊于2021年7月至2023年5月的時間內，先后在中國東部、中部的16個省市進行志愿者招募。初始招募人數2507人，參與問卷調查人數2018人，因不可抗力因素，采集到對應樣本1503份，并進行了硒元素與汞元素的雙元素測定。通過初步的數據統計與篩選，最終應用于分析的樣本數量為1373份（圖2為本研究中頭發樣本的采集地區）。

 

圖2：本研究中頭發樣本采集地區

2. 發硒、發汞數據處理與樣本分組

為了使得研究的1373個樣本更具統計學研究意義，對樣本中的所有人口進行統計，并將參與者分為六個地區：東北（=145）、華北（=280）、華東（=305）、華中（=114）、華南（=354）和西南（=175）。其中女性942人（68.6%），男性431人（31.4%）。這些參與者年齡2-93歲，平均年齡58.64 ± 18.07歲。

為了方便結果的分析，將1373名參與者根據補充硒的持續時間分為5組。（圖3為依據補硒時長本研究劃分的5個分組）。

 

圖3：依據補硒時長本研究劃分的5個組的平均硒水平

3. 實驗數據分析與結果討論

根據中國成人頭發硒分類標準，頭發硒水平可分為五類：重度缺硒（＜200 μg/kg）、中度缺硒（200–250 μg/kg）、輕度缺硒（250–500 μg/kg）、硒正常（500-3000 μg/kg）和硒過量（＞值為3000 μg/kg）。

未補硒組頭發硒含量平均值380 μg/kg，補硒后頭發平均硒含量480，560，600，和650 μg/kg，參與者屬于G2，G3，G4，G5。對于補充硒組（G2-G5）的參與者，頭發硒水平顯著高于G1組，表明補充硒可以有效提高體內硒水平（本研究通過頭發樣本反映此結果）（圖3表示本研究劃分的5個組的平均硒水平）。

對于屬于G1的參與者，頭發樣本中的汞濃度范圍為0.02-3.65mg/kg，（圖4為依據補硒時長本研究劃分的5個組的平均汞水平）。

 

圖4：依據補硒時長本研究劃分的5個組的平均汞水平

在這些居民中，2.27%的人超過了美國環保署提出的對頭發汞的1 mg/kg的安全極限，而沒有人超過世衛組織10 mg/kg的耐受極限。未補硒組頭發汞含量平均值0.25 mg/kg，補硒后頭發平均汞含量0.21，0.20，0.21和0.19 mg/kg，參與者屬于G2，G3，G4，G5。

僅在男性與女性之間存在顯著差異（p < 0.05）。在其他地區，包括東北、北、東、中和西北地區，頭發中沒有性別特異性的汞積累。本研究中的6個地區G1組汞含量年齡差異并不顯著（圖5為依據地區、性別差異的平均汞積累水平）。

圖5：依據地區、性別差異的平均汞積累水平

在本研究中，將頭發中的硒和汞水平與以往針對全球不同人群的研究報告進行了比較。未補充硒的普通人群的頭發硒水平遠低于中國硒地區和硒豐富地區。本研究中平均頭發硒濃度與中國都市居民的頭發濃度相似，這也側面反映了中國人口中硒分布的區域格局。南方地區的頭發硒水平普遍高于中國平均硒水平，原因是：中國南方地區的土壤中天然富含硒，導致地域內植物的硒水平高于其他地區，進而導致食物鏈中硒的水平普遍偏高。此外，生活在沿海省份（如福建和廣東）的居民更經常食用水產品（如魚、蝦、貝類等海鮮）。

本研究中的平均頭發汞濃度遠低于居住在汞礦區附近的居民或漁村（汞暴露主要通過采礦活動和魚類飲食）。然而，南方地區的平均頭發汞水平高于全球的平均水平。這可能與土壤中的汞濃度、煤炭燃燒、國內生產總值（GDP）和人均水產品消費有關。中國東部和南方地區農業土壤中汞的濃度較高，也是本研究中頭發汞的高值區域。本研究中還繪制了根據硒補充時間分類的不同群體頭發硒和汞水平的空間分布。然而，經驗貝葉斯克里金法采用的32個城市集中在中部和東部，西北和西南的模型分布存在較大的不確定性。（圖6表示根據硒補充時間分類的中國不同組頭發硒和汞濃度的空間分布）。

 

圖6：根據硒補充時間分類的中國不同組頭發（a-e）硒和（f-j）汞濃度的空間分布

與G1相比，補硒組（G2-G5）頭發汞高值的分布面積逐漸減少。這表明，補充硒對降低沿海地區頭發汞濃度有顯著作用。

不同性別組頭發中硒和汞濃度分布的箱形圖如圖5所示。在汞方面，男性和女性在南部地區的頭發汞濃度有顯著性差異（p<0.05）。根據頭發汞的平均值和中值，男性頭發的濃度往往高于女性頭發。與女性相比，相對較高的每日飲食攝入量（如大米和魚）、更高的戶外工作頻率和強度以及激素控制可能是男性頭發汞濃度較高的原因。

各年齡組間頭發硒和汞濃度的盒子圖如圖7所示。頭發硒濃度隨年齡變化不大，從少年組0.39 ± 1.19 mg/kg到極齡組0.37 ± 1.19 mg/kg不等。對于汞，頭發汞的水平從青少年組到老年組都有所上升，然后略有下降，這可能是由于人類的新陳代謝能力。少年組的頭發汞柱平均值最低（0.2 ± 2.11 mg/kg），其次是青年組（0.21 ± 1.58 mg/kg）和極齡組（0.24 ± 2.02 mg/kg），老年組的平均值最高（0.27 ± 2.20 mg/kg）。在以前的研究中也有類似的發現，表明汞的身體負擔隨著年齡的增長而增加。與年輕人相比，老年人的人體新陳代謝能力較低，可能更容易受到汞的影響，因為汞在人體中逐漸終身積累。我們進一步比較了根據硒補充時間進行分類的不同組的老年居民頭發中的汞濃度。G1（不補充硒）和G5的幾何平均汞含量分別為0.27 ± 2.20 mg/kg和0.17 ± 2.07 mg/kg。這些結果表明，補充硒是保護老年居民免受汞有害影響的有效策略。

 

圖7：不同年齡組的頭發(a) Se和(b) Hg濃度的盒子圖

對于補充了富硒補充劑（G2-G5）的參與者，大多數參與者的Se/Hg摩爾比＞1（圖8：b和e），這表明人體中的硒可能與汞結合或解毒。

考慮到硒補充的持續時間，硒/汞摩爾比的參與者比例<1，G2、G3、G4、G5組分別分別為11.37%、6.90%、6.78%、3.83%，（圖7中Se/Hg=1下面的紅色部分表示硒/汞摩爾比＜1）這表明，長期補充硒可能會增強身體結合或解毒汞的能力，導致硒/汞比例不平衡的參與者比例更低。

 

圖8：本研究中5個組別的硒/汞摩爾比水平

基于目前硒與汞的拮抗反應機制，汞對巰基（-SH）具有較高的親和力，這種相互作用是影響其毒性的重要因素。在人體中，富含硒的膳食補充劑（如玉米粉、益生菌和酵母）可以代謝為硒化物。由于Se與Hg之間的結合親和力（常數為1045）比硫與Hg之間的結合親和力高100萬倍，因此Se與Hg之間的相互作用很容易形成Hg-Se配合物。對于長期暴露于低劑量汞的大都市居民，在短期（約3-6個月）硒補充后，硒可恢復硒酶功能和促進汞排泄方面，發揮重要作用。因此，補充硒6個月后的頭發樣本可以反映中國城市普通人群體內汞的穩定水平。

研究結論

本研究調查了中國城市居民的頭發硒和汞水平，并評估了補充硒對汞解毒的潛在健康影響。與未補充硒的參與者（G1）相比，補充硒的參與者（G2-G5）的頭發汞值顯著降低（p < 0.01），這表明補充硒對降低城市居民頭發中的汞水平有積極作用。頭發硒、汞濃度熱點主要集中在華南和東部地區。僅在南部地區男性和女性的頭發汞水平有顯著差異（p < 0.05）。頭發硒濃度隨年齡變化不大，頭發汞從幼年組到老年組略有下降，可能原因是人體代謝的能力差異。考慮到補充硒的持續時間，G1、G2、G3、G4和G5的硒/汞摩爾比<1的參與者比例分別為25.40%、11.37%、6.90%、6.78%和3.83%。這表明，長期補充硒可能會增強身體結合或解毒汞的能力，導致硒/汞摩爾比＜1的參與者比例更低。

此外，本研究中存在兩個局限性

（1）個體變異性：橫斷面研究在特定的時間點評估參與者，這使得很難解釋個體差異。諸如初始汞水平、劑量、所使用的富硒產品的生物利用度以及個人生活和飲食習慣等因素都會影響結果，并使建立明確的因果關系具有挑戰性。

（2）回憶偏差：在本研究中，回憶偏差是指由于參與者能夠準確地記住和報告其硒補充時間和劑量，可能導致的結果扭曲。對志愿者填寫問卷的依賴引入了有缺陷的信息回憶的可能性，這可能導致在評估硒補充與頭發硒和汞水平變化之間的關系時不準確。

 

本課題經費來源

國家自然科學基金聯合資助（編號：22176074,42307135）。

江蘇省自然科學基金資助項目（編號：BK20210485)。

中國博士后科學基金資助項目（編號：2021M701453）。

本課題同時為蘇州硒泰克生物科技有限公司與江南大學聯合研究項目。

本項目通過江蘇省技術合同認定登記，合同編號：2020320202000173。

本項目通過蘇州市科技成果轉化項目備案，備案編號：2021JF827。