나노 입자를 통한 새로운 셀레늄 전달의 생리학적 이점 1부

추상적인:

생리학적 범위 내에서 식이 셀레늄(Se) 섭취는 항산화 방어, 산화환원 항상성, 성장, 번식, 면역 및 갑상선 호르몬 생산을 포함한 다양한 생물학적 기능을 유지하는 데 중요합니다. 식이 Se의 화학적 형태는 유기 Se(셀레노메티오닌, 셀레노시스테인 및 셀레늄-메틸-셀레노시스테인) 및 무기 Se(셀레네이트 및 셀레나이트)를 포함하여 다양합니다. 이전 연구에서는 식이 셀레늄이 농업 가축과 인간에 미치는 건강 영향을 광범위하게 조사하고 비교했으며, 식이 셀레늄은 산화 스트레스와 염증 감소와 함께 육류의 성장 성능, 면역 기능 및 영양 품질 향상을 포함하여 다양한 이점을 보여주었습니다. 인간의 갑상선 건강 및 생식력 향상. 나노입자의 등장은 참신하고 혁신적인 기술을 제시합니다.

고기는 인간에게 중요한 영양 공급원 중 하나입니다. 고기는 단백질과 아미노산의 공급원일 뿐만 아니라 철, 아연, 셀레늄 등 인간의 건강에 없어서는 안될 중요한 역할을 하는 다양한 비타민과 미네랄을 함유하고 있습니다.

또한 과학적 연구에 따르면 고기를 적당히 섭취하면 신체의 면역력을 향상시키는 데 도움이 될 수 있습니다. 고기는 영양소가 풍부하여 인체가 필요로 하는 에너지와 영양분을 공급하여 신체의 정상적인 신진대사와 면역기능을 유지시켜 줍니다. 단백질, 비타민 등 영양소가 부족한 사람은 면역체계가 약하고 외부 세균과 바이러스에 더 취약하다는 연구 결과가 나왔다.

또한 육류에 풍부한 철분도 면역 체계에 중요한 역할을 합니다. 철분은 인체의 중요한 구성 요소입니다. 헤모글로빈의 구성요소 중 하나일 뿐만 아니라 면역계의 백혈구에 조절작용을 하여 신체의 저항력을 향상시키는데 도움을 줍니다. 아연과 셀레늄과 같은 육류의 다른 영양소도 신체의 저항력을 높이고 질병의 발생을 줄이는 데 도움이 됩니다.

물론 고기를 섭취할 때는 적정량에 주의를 기울여야 한다. 지나친 섭취는 건강을 해칩니다. 동시에 신선하고 깨끗하며 안전한 고기를 선택하고, 튀기거나 굽는 등 고온 조리 방법을 줄여 건강한 조리 방법을 채택하여 영양분을 유지해야 합니다. 일반적으로 육류는 없어서는 안 될 영양 공급원이며 적당히 섭취하면 신체의 면역력 향상에 도움이 될 수 있습니다. 이러한 관점에서 우리는 면역력을 향상시켜야 합니다. Cistanche의 다당류는 인간 면역 체계의 면역 반응을 조절하고 면역 세포의 스트레스 능력을 향상시키며 면역 세포의 살균 효과를 강화할 수 있기 때문에 Cistanche는 면역력을 크게 향상시킬 수 있습니다.

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특히, 나노입자(SeNP) 형태의 셀레늄은 독성이 낮고, 생체 이용률이 높으며, 동물에서 배설량이 적고, 기존의 화학적 형태의 식이 셀레늄보다 더 강력하고 우수한 생물학적 활성(비슷한 셀레늄 투여량에서)과 관련이 있습니다. 결과적으로 집약적 농업에 사용하고 인간 병리학 치료제 후보로 사용할 수 있는 맞춤형 SeNP의 개발이 현재 활발히 진행되고 있습니다. 이 검토에서는 SeNP가 성장 및 번식 성능에 미치는 생물학적 영향, 열과 산화 스트레스 및 염증 조절에서의 역할, SeNP 합성의 다양한 모드를 강조합니다.

키워드:

나노셀레늄; 성장; 생체이용률; 비옥; 산화 스트레스; 염증.

1. 셀레늄의 소개

원소 셀레늄(Se)은 항산화 방어, 산화환원 항상성, 성장, 번식, 면역 및 갑상선 호르몬 생산을 포함한 다양한 생물학적 기능을 개선할 수 있는 능력을 가진 필수 요소입니다[1]. 셀레늄은 주로 식이 수단을 통해 격리되며 조직 유형에 따라 분포가 다르지만 신체에 미량으로 존재합니다.

권장 식이 용량은 유익한 효과와 독성 효과가 모두 기록된 좁은 마진을 나타냅니다[2,3]. 이전 연구에서는 Se 섭취 권장 범위를 벗어나는 생리적 수준이 해롭다는 것을 보여주었습니다. 낮은 식이 셀레늄은 갑상선 질환, 당뇨병 및 대사 장애와 관련이 있는 반면 과도한 셀레늄은 세포 독성을 유발합니다[4-6]. 따라서 최적의 생리적 Se 수준을 엄격하게 조절하는 것이 대사 항상성과 약리학적 안전성의 핵심입니다. 식이 셀레늄은 일반적으로 해산물, 내장, 근육질 육류 부위, 곡물 및 씨앗에서 얻습니다[7].

그러나 Se 토양 함량(문서화된 Se 결핍 포함)의 지역적 차이로 인해 개인별 Se 섭취량이 달라져 필요한 일일 Se 섭취량을 달성하기 위해 Se 보충제를 사용하게 되었습니다[8].

또한 공중 보건 권장 사항이 매우 다양하고 현지 식품도 Se 원소 수준이 다를 수 있으므로 Se 기반 보충제를 개발하려면 조언을 대중에게 알리기 전에 안전한 섭취를 보장하기 위해 신중한 평가가 필요합니다.

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1.1. 셀레노단백질

생물학적으로 Se는 주로 활성 부위에서 셀레노메티오닌 및 셀레노시스테인 아미노산으로 셀레노단백질에 통합됩니다[9]. 예를 들어, glutathione peroxidase(GPx)와 iodothyronine deiodinase(DIO)는 각각 항산화 방어와 갑상선 호르몬 대사에 관여하는 주목할 만한 셀레노단백질입니다(그림 1 참조).

현재의 문헌은 신체의 적절한 수준의 셀레늄이 강화된 산화 스트레스에 대한 보호 및 생리적 대사 항상성에 대한 변경을 포함하여 다양한 측면에서 기능적으로 중요하다고 제안합니다.

대조적으로, Se 상태가 낮은 개인은 셀레노단백질 활동에 악영향을 미칠 수 있으며, 심각한 조건에서 Se 결핍 및 높은 Se 상태는 비만[10,11], 암[12,13], 관절병증을 포함한 다양한 병리와 일치합니다. [14] 뿐만 아니라 여러 면역 및 신경 관련 장애 [15,16].

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셀레늄의 높은 노출과 유방암, 식도암 및 전립선암의 위험 감소 사이의 연관성을 나타내는 암 예방에서 셀레늄의 역할에 초점을 맞춘 연구가 증가하고 있습니다[12,18,19]. 또한, 셀레나이트는 암에 대한 치료 효과를 나타냈는데, 셀레나이트 치료는 향상된 ROS 생성 및 궁극적으로 세포 생존력을 감소시키는 과산화수소의 축적과 관련된 메커니즘을 통해 암세포의 세포사멸을 자극했습니다[20].

그러나 일부 연구에서는 암, 당뇨병 및 심혈관 질환을 포함한 병리학에서 Se 섭취를 증가시킨 개입 연구에서 유익한 효과가 결정되지 않은 일관성 없는 결과를 보여줍니다. 또한 셀레늄 보충은 전립선암 및 당뇨병의 발생 증가와 관련이 있습니다[21,22].

셀레늄과 여러 다른 염증성 장애 사이의 연관성이 평가되었습니다. 예를 들어, 최근 연구는 기장 유래 셀레닐화 수용성 식이 섬유[22]와 염증성 장질환(IBD) 마우스 모델[23-25]에서 나노입자 제형에서 셀레늄의 항염증 역할을 입증했습니다.

후자와 관련하여 식이 Se는 ROS 형성 감소, 항산화 능력 강화 및 장 면역 반응 약화를 특징으로 하는 Se 매개 결장 보호 활성을 통해 DSS 유도 대장염이 있는 마우스에서 장내 미생물 항상성과 장벽 기능을 유지하여 세포를 보호하는 것으로 입증되었습니다. 과도한 산화 스트레스로 인한 기능 및 미토콘드리아 구조. 다른 관찰 연구에서도 IBD 환자는 건강한 사람보다 셀레늄 수치가 낮았으며, 이는 인간의 IBD 병인에서 항산화제/미량 영양소로서 식이 셀레늄의 중요성을 잠재적으로 설명합니다[26,27].

추가 연구는 셀레늄 상태가 염증과 관련된 만성 질환인 비만과 관련이 있음을 입증했으며, 보충으로 중립적이거나 유익한 효과가 관찰되었습니다[11,28,29]. 흥미롭게도, 이용 가능한 데이터는 성적 이형성이 질병 결과를 결정하는 데 중요한 역할을 한다는 것을 나타냅니다. 여기에서 Se 상태가 낮을수록 BMI가 높아지고 당뇨병 위험이 증가하며 여성에서 심근 경색 발병률이 보고되었지만 남성에서는 그 반대가 결정되었습니다[30].

반대로 현대 연구에서는 셀레늄 보충이 유방암 위험이 증가한 환자의 유방 조직 내에서 산화적 손상과 세포 증식을 조절하지 않는다는 것을 발견했습니다[31]. 다른 연구에서도 류마티스 관절염(RA)을 포함한 염증성 질환 환자가 일반적으로 셀레늄을 상대적으로 많이 섭취하고 있음을 보여주었습니다[32,33].

Se 혈청 상태를 조사한 다른 연구에서는 RA와 혈청 내 낮은 Se 수치의 상관관계를 확인했으며, 이는 잠재적인 작용 메커니즘이 Se 혈청을 조직으로 재분배하여 RA 병인에서 국소 산화 스트레스 및 ROS 생산을 약화시키는 것과 관련이 있음을 시사합니다[34,35].

위에서 문서화된 결과의 불일치는 보충 전 개인의 다양한(기준선) 셀레늄 상태, 보고된 셀레늄 보충 연구에 사용된 화학적 형태 및 복용량과 함께 고유한 생물학적 및 환경적 변이로 인해 복잡한 문제입니다.

그럼에도 불구하고 식이 셀레늄 보충은 더 건강한 라이프스타일을 촉진하고 식습관을 최적화하는 데 사용되는 인기 있는 옵션으로 남아 있습니다. 이 미량 영양소를 풍부하게 하면 잠재적으로 인간의 건강상의 이점을 증진할 수 있기 때문입니다[22,36].

1.2. 셀레늄의 화학적 형태

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식이 Se는 다양한 화학적 형태로 제공됩니다. 상업적인 셀레늄 보충제는 광범위하게 구할 수 있고 쉽게 접근할 수 있지만, 셀레늄의 화학적 형태와 여러 제품에 걸친 복용량은 일관성이 없고 표준화되지 않았습니다. 또한, 식품에서 발견되는 식이 셀레늄의 화학적 형태는 유기 셀렌(셀레노메티오닌, 셀레노시스테인 및 셀레늄-메틸-셀레노시스테인)과 무기 셀레늄(셀레네이트 및 셀레나이트)을 포함하여 다양합니다. 인간 식단에서 셀레늄 공급원 [37].

따라서 다양한 셀레늄이 풍부한 식품 공급원과 셀레늄 보충제의 섭취는 대사 경로에 뚜렷한 영향을 미칠 수 있으며 살아있는 시스템에 다양한 생물학적 및 독성학적 영향을 나타낼 수 있습니다[38-40].

이러한 지식 격차에도 불구하고 다양한 화학적 형태의 셀레늄 종분화와 인간의 다양한 건강 측면에 대한 각각의 성능을 비교하는 연구가 부족하여 지지 및 공개될 수 있는 최대 건강상의 이점을 가진 셀레늄의 최적 화학적 형태를 결정할 필요성을 강조합니다. 식이 권장 사항에서.

이전 연구에서는 가금류와 같은 양식 동물에 대한 셀레늄의 다양한 화학적 형태가 건강에 미치는 영향을 주로 조사하고 비교했습니다. Se의 유기 형태와 무기 형태의 생물학적 이용 가능성은 서로 다르며, 유기 형태의 보유율이 더 높고 무기 형태보다 체내에서 더 효율적으로 활용됩니다[41].

이러한 유기 Se 형태의 차별적인 보유는 셀레노메티오닌과 같은 유기 Se가 메티오닌과 화학적으로 유사하고 일반적으로 Se 저장의 한 형태로 근육 내의 메티오닌 풀에 포함되기 때문입니다. 따라서 이를 바탕으로 셀레노메티오닌은 집약적인 가금류 사육을 위한 사료에 일반적으로 사용됩니다[6,41]. 그러나 무기 형태는 쉽게 흡수되며 일반적으로 이용 가능한 증거는 무기 셀레늄이 파킨슨병을 포함한 특정 병리에 대해 강화된 보호 효과를 나타냄을 나타냅니다[42,43].

따라서 셀레나이트 나트륨은 항염증성 사이토카인의 동시 상향 조절과 함께 전 염증성 사이토 카인 및 특정 T 세포 집단의 하향 조절을 통해 대장염 마우스 모델에서 장 염증 및 조직 손상을 개선했습니다 [44]. 동시에, 셀레나이트는 시험관 내에서 전립선암 및 폐암 세포의 세포사멸을 선택적으로 촉진하는 것으로 나타났습니다[20,45]. 이 화학적 형태로 투여될 때 이 미량 원소의 또 다른 유익한 활동을 시사합니다.

최근 생물학적 활성을 가진 합성 Se 화합물의 뗏목이 개발되었으며 정신 장애 및 퇴행성 질환을 모방하는 동물 모델에서 치료 효과가 연구되었습니다. 예를 들어, 7가지 화합물 3-[(4- 클로로페닐)셀라닐]-1-메틸-1H-인돌(CMI)은 혈액-뇌-장벽 장애를 개선하는 것으로 나타났습니다. 우울증, 불안 및 인지 장애를 포함한 심리적 장애가 있는 패혈증 후 마우스의 뇌에서 염증 및 산화 스트레스를 감소시킵니다[46].

또 다른 연구에서 CMI는 코르티코스테론 수치 감소, 항산화 활동 강화, 산화 스트레스 억제와 관련된 메커니즘을 통해 생쥐에서 스트레스 유발 우울증과 같은 행동 변화, 신경 염증 및 산화 불균형을 역전시키는 것으로 입증되었습니다[47]. 질병에 의해 유발된 우울증 유사 행동 및 인지 장애 및 유방암으로 인한 치료 고통에 대한 유사한 치료 효과가 관찰되었습니다[48]. 또한 CMI는 개선된 행동 및 생화학적 변화를 통해 코르티코스테론에 의해 유발된 즐거움과 불안을 느끼지 못하는 것을 개선했습니다[49].

Se의 항염증 및 항산화 특성을 나타내는 증가하는 증거와 결합된 우울증 및 불안의 증가하는 유병률로 인해 셀레늄 함유 분자는 이제 심리적 증상의 발달에 핵심적인 행동 및 생화학적 변화에 잠재적으로 대처할 수 있는 유망한 치료 후보로 간주됩니다.

나노입자를 통한 생체활성 화물의 전달은 새롭고 떠오르는 혁신적인 기술을 나타냅니다. 예를 들어, 동물 사료로 강화된 흡수 및 영양소 생체 이용률에서 미네랄 전달에 나노기술을 적용한 이후 가금류 산업에 혁명을 일으켰습니다[50].

이용 가능한 문헌에 따르면 나노입자(SeNP) 형태의 셀레늄은 독성이 감소하고 생체 이용률이 높으며 배설량이 적으며 일반적으로 동물의 해당 무기 또는 유기 셀레노 화합물과 비교하여 향상된 생물학적 활성과 관련이 있습니다[51-55].

따라서 이 리뷰에서는 SeNP가 성장 및 번식 성능에 미치는 생물학적 영향, 열과 산화 스트레스 및 염증 조절에서의 역할, SeNP 합성의 다양한 방식을 강조합니다.

앞에서 언급한 바와 같이 다양한 무기 및 유기 Se 화학 형태에 대한 여러 대규모 관찰 연구가 있었지만, 우리가 아는 한 인간 세포주를 사용한 시험관 연구 외에 인간에서 SeNP를 사용한 시도는 없었습니다.

2. 셀레늄 나노입자

앞서 언급한 성장을 포함하여 생리학적 대사 기능에 대한 셀레늄의 중요성에도 불구하고 셀레늄의 생리학적 수준은 영양 결핍, 필수 및 독성 용량 사이의 좁은 농도 범위로 존재합니다[2].

따라서 생리학적으로 최적의 범위 내에서 셀레늄 수준을 엄격하게 조절하는 것은 항상성을 유지하고 유전 독성을 피하는 데 중요합니다. SeNP의 주요 이점은 일부 [3,55,56]에 기록된 다른 화학적 셀레노 형태와 비교하여 셀레노단백질 활성을 향상시키는 유사한 생리학적 영향 및 효능을 유지하면서 독성이 현저히 낮다는 것입니다. ], 사용 가능한 문헌 중.

이 강화된 활성은 Se가 특정 조직으로 표적화된 전달에 기인할 수 있습니다. SeNP 독성에 대한 제한된 연구에도 불구하고, SeNP의 독성 프로필을 조사하고 유기 및 무기 Se의 프로필과 비교한 연구는 Se의 나노 운반체 형태에 대한 독성 위험이 상당히 감소했음을 보여주었습니다[59].

따라서 매일 2mg SeNPs/kg 체중을 투여한 마우스는 간과 신장에 가장 큰 손상을 일으키는 셀레나이트와 함께 유기 및 무기 셀레늄을 동일한 용량으로 투여한 마우스와 달리 성장 억제의 증거를 보이지 않았습니다. 셀레늄 나노입자는 또한 다른 형태의 셀레늄보다 골수 세포 사멸을 덜 일으키고 DNA 손상을 방지했습니다.

화학적 방법을 사용하여 Se를 합성하는 것은 잠재적으로 독성 및 유해한 시약을 사용할 수 있기 때문에 박테리아, 곰팡이 및 바이러스를 포함한 미생물을 사용하여 SeNP를 생성하는 "녹색 합성"이라는 프로세스를 사용하여 SeNP의 개발 및 생산에 대한 관심이 증가하고 있습니다. 화학 전구체에서 발생하는 환경 오염 및 잠재적인 건강 문제를 최소화합니다[60].

치료제로 사용될 수 있는 SeNP의 가능성은 현재 알츠하이머병, 간 손상 및 항생제 내성과 같은 질병의 치료 이점을 뒷받침하는 새로운 증거로 조사되고 있습니다[61-63]. 이러한 활동은 병에 걸린 세포와 건강한 세포 사이의 향상된 선택성과 분화에 의한 SeNP의 약물 전달 개선과 관련이 있을 수 있으며, 따라서 특정 조직에서 화물의 표적 방출을 허용하여 부작용을 줄일 수 있습니다[64].

병에 걸린 상태를 개선하는 것 외에도 SeNP는 농업 및 식량 작물 생산에서도 조사되고 있습니다. 현재 축적된 증거는 SeNP가 유망한 생물학적 작용제임을 나타냅니다. 여기서 향상된 동물 성장[65,66], 향상된 사료 전환율[41,67], 향상된 면역성(질병 및 열 스트레스에 대한 저항력 증가)[51, 56,65,68,69], 개선된 생식력[70,71], 인간 소비를 위한 육류 품질 보존[56,72]은 모두 양식 및 가금류 산업[52]에서 입증되었습니다.

그러나 SeNP를 사용한 Se 보충은 상대적으로 새로운 개념이고 SeNP는 궁극적으로 최적의 식이 보충을 달성하기 위해 서로 다른 기준선 Se 상태를 가진 광범위한 동물의 식이 요구 사항에 맞게 다양한 농도로 제조되어야 하므로 SeNP 보충은 여전히 어려운 과제로 남아 있습니다.

셀레늄이 풍부한 육류를 생산하여 인간이 소비할 식품의 셀레늄 함량을 증가시키기 위해 동물 영양을 위한 보충 식이 요법을 확립하기 위한 추가 연구가 필수적입니다.

2.1. 셀레늄 나노입자의 생체활성 메커니즘

SeNP의 유망한 결과에도 불구하고 SeNP 흡수 및 체내 대사 전환 메커니즘에 대한 지식이 제한되어 있어 SeNP 사용의 잠재적인 장기 독성을 둘러싼 우려가 제기되었습니다[52].

셀레늄 나노입자는 이러한 SeNP가 표면적이 더 크고 크기가 더 작고 모세관 벽을 통한 투과성이 더 높기 때문에 섭취 후 향상된 흡수를 보여 우수한 상피 세포 흡수 및 향상된 생체 활성으로 이어집니다. 특히, SeNP는 다른 형태의 Se에 비해 배설 속도가 더 낮습니다[73].

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