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硒種類：癌癥治療中的現狀及潛力
發表于：2019-04-03 作者：admin 來源：本站 點擊量：4394
摘要：硒（Se）因其獨特的生物功能，尤其是在氧化還原系統方面的作用從而成了人體必需的微量元素。雖然多項臨床試驗表明硒在癌癥預防方面并無顯著益處，但研究者們報道了某些硒形態具有優秀的抑癌功能。
因此，為了在硒的癌癥治療和預防潛力上提供更清晰的觀點，對硒現狀及硒化物的重新評估是必需的。在本綜述中，我們基于三種類別總結了硒的相關形態：無機硒、有機硒和納米硒（SeNPs），并綜述了其在腫瘤學中的潛在功能和應用。在這里，我們尤為關注在腫瘤及其它領域有著巨大潛力的納米硒?？傊?，為了更好地在癌癥預防和治療中對硒化物加以利用，我們仍需進一步的研究來闡明硒化物的潛在機制。
關鍵詞：硒形態，納米硒，抗癌，化療，表觀遺傳學。
1.引言
硒（Se）是一種人體必需微量元素，主要通過飲食和/或營養補充劑被人體攝取[1]。作為硒蛋白（主要以硒代半胱氨酸的形式）的組成成分，硒參與了廣泛的細胞生理學過程，這些過程包括甲狀腺激素調節[2]、氧化還原平衡[3-5]、炎癥和免疫應答[6-8]、碳水化合物代謝[9]、心血管[10]和生殖健康[11,12]，以及維持腦功能[13-15],因此微量的硒對維持人體最優健康是必需的。而缺硒則與不同程度的多種人類疾病相關[16,17]。例如克山?。ú《靖腥緦е碌膰乐匦募⊙祝18]和大骨節?。攒浌遣。19]，這是硒缺乏疾病的典型例子，常發生在生活于硒缺乏區域的人群中。過量的硒則會產生毒性作用，或可導致硒中毒[17-20]。最近，成年人推薦的硒膳食攝入量為55μg（0.7μmol）/天[21]。個體的膳食硒攝入低于15μg可能有發生硒缺乏疾病的風險，而超過400μg/天則會有硒中毒的風險，不過一些研究顯示，硒攝入的安全水平可能要比預期更低[16，21]。
硒與癌癥的相關性，尤其是在胃腸道癌和前列腺癌，早在19世紀中葉就已被發現，進而掀起了通過補硒來預防和治療癌癥的興趣熱潮[22-24]。經過半個世紀的探索后，硒化物的一些新形態被發現并被研究，其中一些表現出了潛在抗癌活性[25,26]。一項在90年代開展的雙盲安慰劑對照隨機臨床試驗（癌癥的營養干預實驗（NPC））為我們提供了硒作為潛在化學預防劑的早期證據[27-29]。然而，直到今天，尚無一種硒化物能作為抗癌藥被臨床驗證，這部分因為，這些年來研究者們在表觀遺傳學、臨床和實驗室研究中獲得了矛盾性的結果[30,31]。尤其是，與NPC實驗的結果相悖，一些隨后的臨床試驗無法證明硒的抗癌效果，例如硒與維生素E的癌癥預防實驗（SELECT）[32-34]。一些矛盾性結果顯示，硒化物不僅不能如預期般發揮其癌癥預防和抗癌活性，而且在某些案例中甚至會促進癌癥發展[35]。最近的表觀遺傳學證據表明，在無機硒中的慢性暴露會增加患癌風險[36]。最近有結果提出并總結道，硒化物在癌癥發生，尤其是在氧化應激和血管生成方面具有雙重作用[31]。迄今為止，尚無明確結論證明特定的硒化物環境能預防或促進癌癥發生，這可能是因為，種類繁多的硒形態在不同含量下對細胞和組織不同代謝通路具有不同影響[37,38]。硒或硒化物可被歸為三大類：無機硒、有機硒和納米硒（SeNPs）。為了更好地利用硒的抗癌潛力，充分調查硒形態的應用現狀是必需的。在此，我們系統歸納了硒的相關種類（其中著重聚焦于納米硒），并綜述了其發展現狀以及在癌癥預防和治療方面的潛力。
2.抗癌或促癌？
硒的三大類別（無機硒化合物、有機硒化合物和納米硒）中的硒化物都表現出了潛在抗癌活性。一般認為，硒化物的抗癌活性主要是因為其能直接或間接發揮抗氧化功能從而在細胞內維持氧化還原水平以保護健康細胞免受活性氧（ROS）引發的氧化損傷[39]。ROS是正常生理功能產生的具有不成對電子的自由基。強有力的證據表明，過量ROS會通過升高氧化應激引發DNA突變進而促進腫瘤發生[40]。癌細胞通常以伴隨著ROS數量增加的自我復制能力為特征[41]。換言之，對抗氧化防御體系的依賴性增加是癌細胞的主要特征之一。盡管在ROS和癌癥生存之間存在聯系，然而，最佳水平（通常很低）的ROS卻能在多種生物功能調節中發揮重要作用。如一些酶和細胞（例如白細胞）能特異性增加多種超氧化物來殺死入侵的病原體[39,42]。ROS還可通過促進細胞衰老和凋亡來破壞受損細胞，進而抑制癌癥發生[41,42]。ROS的這種雙重作用也許能解釋為什么硒作為“抗氧化劑”會在癌癥研究中產生矛盾性的結果。此外，有研究發現，一些硒蛋白能作為促氧化劑而非抗氧化劑發揮作用，這說明硒的抑癌和促癌特性存在細胞、基因、劑量的依賴性[43-47]。例如，硫氧還蛋白還原酶1（一種調節氧化還原的重要硒蛋白）可以在抗氧化和促氧化間轉變，從而既能抑制又能促進癌癥發生[44,46]。
除了氧化應激調節外，硒化物在血管生成中的雙重作用也被發現[31,38]。血管生成是從已存在的血管中生長出微血管的生理過程，這是細胞獲得氧氣和營養的最重要的機制之一。血管生成在癌癥發展和轉移中的作用已被充分研究，明確靶向血管生成的方式已經成為癌癥治療中一種有潛力的治療方式[48]。體外和體內實驗均表明，一些硒化物（如單甲基化硒氨基酸——硒代半胱氨酸（MSC））能通過抗血管生成活性來抑制癌癥生長[49-51]。MSC可能還能使血管正?；瘡亩訌娨幌盗谢熕幬锏倪f送并同時減少其毒性[52-56]。相反，硒蛋白/硒化物在正?；虬┘毎械拇傺苌勺饔靡脖粓蟮繹57,58]。因此，硒化物的雙重作用（有益和毒性）及其狹窄的劑量范圍限制了其在臨床應用中的潛力。
在本章節中提及的具有雙重作用的硒形態主要限制在無機硒和有機硒中，迄今為止，SeNPs的抗癌活性研究似乎顯得更為積極。SeNPs的應用對癌癥治療帶來了革命性的影響，與傳統的無機硒和有機硒相比，SeNPs顯現出了巨大的潛力[59-62]。然而，人們對SeNPs可能對人類產生的毒性或其它潛在的負面作用的認知現在依舊缺乏，進一步的研究擴展是必需的[63,64]。迄今為止，除了硫化硒（作為可能的人類致癌物被單獨分類）外， 其它所有的硒化物都被認為是非致癌的。總之，為了確定硒化物在癌癥預防和治療中的潛力，多重因素（例如：形態、含量、靶向細胞類型和細胞狀態/條件）必須被考慮。在接下來的章節中，我們基于最新發表的研究數據整理了硒的相關形態，并討論了其在癌癥治療中的潛在作用。
3.硒化物及其在腫瘤學中的應用
硒的三大類（無機，有機和SeNPs）中均存在具有潛在抗癌活性的化合物。對于無機硒和有機硒化合物，研究發現兩者具有不同的新陳代謝，并能在不同生理過程中通過不同機制來發揮作用，其對癌癥的作用也是如此[65]。這兩種形式下的硒化物均易于被人體吸收，但只有有機硒化物能被更好地貯存和利用[65]。不同情形下的大量研究，如生化、臨床和動物實驗均支持了多種無機和有機硒化物的癌癥預防能力[38,44,46,66-68]。然而，隨之而來的毒性風險也被記錄。雖然硒的有機形式或許比無機形式具有更少的毒性效應[69]，事實上，硒的毒性效應是由多重因素決定的，其中硒形態和劑量暴露是兩個最重要的參數[26]。盡管無機硒化物有著更高的毒性，但其或許如下所示在癌癥治療的某些方面存在優勢。
3.1 無機硒化物
硒以四種化學價態存在：硒元素（0），硒離子（-2；Se2-），亞硒酸鹽（+4；SeO32-），和硒酸鹽（+6；SeO42-）。在圖1中，我們列出了一些典型的硒化物的化學結構。硒化物基于其結構特征的更詳細的分類已由Sanmartin等人總結[70]。無機硒的功能和毒性因其化學價的不同而有所不同。Choi等人報道稱，測試了不同濃度的硒酸鈉（Na2SeO4）（5、10、30和50μM/48h）和亞硒酸鈉（Na2SeO3）（0.1、0.25、0.5μM/48h）以及其它三個有機硒化物（SeMet、MSC和甲基硒酸（MSA））對化療藥物長春新堿耐受的人口腔鱗癌（KB）（KBV20C）的敏化作用。他們發現雖然這五種硒化物都能使KBV20C的敏感程度與敏感的親本KB細胞相同，但僅有硒酸鹽能通過抑制細胞周期的G2階段和激活相關凋亡通路來對在KBV20C細胞產生更高的敏化作用。然而，Takahashi等人卻獲得了相反的結果[72]，他們發現，人類口腔鱗癌（HSC-3）細胞對Na2SeO3和二氧化硒（SeO2）更敏感，但濃度從1-1000μM/72h的硒酸鈉均對其無作用。另有報道稱亞硒酸鹽（5-100μM處理2-5天）對三種口腔癌細胞系（HSC-3、HSC-4和SAS）顯現出了顯著的抗增殖作用[73]。該研究還表明，亞硒酸鹽比起另外兩種被測試的有機硒化物（SeMet和MSC）具有更好的抗癌作用。
亞硒酸鹽因其表現出的出色的化學預防和抗癌特性成為了被研究最多的無機硒化物[74]。亞硒酸鹽能有效抑制多種癌細胞的細胞增殖，包括最普遍、全世界死亡率最高的肺癌[75]。在對不同人類癌細胞系的研究中，肺癌細胞對亞硒酸鈉尤其敏感[76-79]。Olm等人[80]指出，亞硒酸鈉的細胞毒性（5μM處理5h）與三種肺癌細胞系（H157、H611、U2020）的硒攝入量相關，而高濃度的硒酸鹽（＞1mM）對這些細胞系均未表現出毒性作用。亞硒酸鹽還被發現能在基于自然殺傷（NK）細胞的抗癌免疫療法中發揮作用，它能上調癌細胞對CD94/NKG2A+NK細胞的敏感性，從而對肺癌患者具有臨床應用的潛力[81]。亞硒酸鈉和硫氧還蛋白還原酶抑制劑（例如：乙烷硒啉和醋硫葡金）的協同作用也在人類口腔和肺癌細胞系中被發現[82,83]。這些結果表明，硒化物具有強化包括常用化療藥物在內的抗癌藥物（如順鉑、多西他賽、5-FU、奧沙利鉑和伊立替康）的活性和減少其毒性的潛力[84-86]。比起對抗癌藥物敏感的癌細胞，硒化物似乎對抗癌藥耐受的癌細胞的抑制作用更強，這可能是通過阻礙癌細胞的多種抵抗機制實現的。相較于藥物敏感的癌細胞，化療藥物耐受的癌細胞被發現對亞硒酸鈉（分別用0.1-100μM處理48h至4d）更敏感[82，87，88]。除了以上提及的體外實驗，一項一期臨床試驗表明亞硒酸鈉對癌癥患者有益，尤其是在對細胞抑制藥物耐受的肺癌患者中[76]。
顯然，以上結果并不一定就意味著在癌癥預防和治療中亞硒酸鹽是比其它無機硒更理想的硒化物。例如，如前面描述的在某種情況下，即使在同一類型癌癥的不同細胞系中，硒酸鹽或許會比亞硒酸鹽更有效[71,72]。硒代硫酸鈉（SeSO3-）等無機硒也被報道相較于亞硒酸鹽其對癌細胞具有更強的細胞毒作用，而對正常細胞具有更少的毒性作用，這是因為細胞類型、氨基酸補充劑的存在或缺乏均可能影響亞硒酸鹽的攝入[89]。SeSO3-和亞硒酸鹽均可能存在改善化療毒性的潛力[76,84]。硒化氫（H2Se）——一種由亞硒酸鹽還原產生的常見的膳食硒代謝的中間產物，被發現能誘發癌細胞凋亡（HepG2、HeLa和MCF-7細胞），這主要是因為亞硒酸鹽能誘導的線粒體積累進而損害線粒體功能和結構從而引發了細胞死亡[90]。
3.2 有機硒化物
有機硒化物因其低毒性風險和能與無機硒匹敵甚至更好的顯著抗癌能力而在癌癥研究領域備受關注[69]。有機硒可根據其功能化學結構被分為幾類：硒化物/聯硒化物、硒氰酸鹽、硒胺酸衍生物(如SeMet和MSC)、甲基硒酸(MSA; CH3SeO2H)、硒-雜環化合物，以及其它雜化含硒化合物(圖1)。這些有機硒化合物能通過氧化還原[91]等多種機制來引發凋亡[92-94]，并增強化療藥物的活性[95-97]。迄今為止，已有多項針對有機硒開展的科學研究，其中一些研究了其在癌癥預防和治療方面的作用。幾篇優秀的綜述列出了基于不同分類方法劃分的多種有機硒化物，并總結了其在腫瘤學中的功能[31,38,70,98]。另外，硒化物/聯硒化物[99]和硒氰化物[100]的潛在抗癌和化學預防活性也被廣泛綜述。
有機硒化物有望作為治療實體瘤中的抗壞死藥物使用。因為癌細胞壞死與宿主炎癥反應有關，這或能導致治療中并發癥的發生，而一些有機硒具有抗壞死和促凋亡活性，這對癌癥治療有利[101]。硒代氨基酸衍生物（如SeMet和MSC）在低濃度時（如低至0.113μM）可表現出對多種人類實體瘤的潛在促凋亡活性，然而，非致瘤性乳腺上皮細胞（MCF-10A）卻需要更高的有機硒濃度（高達用87.9μM處理72h）才能使其對凋亡敏感[92]。因有機硒具有誘發凋亡的能力，其在癌癥治療中與化療藥物的協同作用也被觀察到[53,95-97]。對于抗癌藥物的毒性，MSC或許還能為正常細胞提供額外的保護[54,56]。
MSA是由硒代氨基酸（如SeMet和MSC）轉化而來的甲基硒醇（CH3Se-）的氧化形式[43]。體內和體外實驗表明，MSA是比SeMet或亞硒酸鹽更好的抗癌物質，對多種癌癥模型均能發揮作用，包括肺癌[102]、乳腺癌[103,104]、黑色素瘤[105]，尤其是前列腺癌[106-108]。最新研究發現，比起健康的外周血單核（PBM）細胞，MSA對單核白血病細胞（THP1）表現出了顯著的細胞毒作用[109]。MSA還能以劑量依賴的方式（分別用2.5、5和15μM處理48h）加強放化療藥物對惡性THP1細胞的抗腫瘤活性[109]。在低濃度下，MSA能保護正常PBM細胞免受放化療藥物的傷害，然而在高濃度下，MSA則被認為有毒且能增加放療（而非化療）的細胞毒作用[109]。在另一項研究中，MSA比起SeMet和MSC更能抑制HeLa細胞的增殖、遷移和粘附，并顯現出了與S-腺苷-甲硫氨酸（一種普遍具有甲基基團的中間代謝產物）協同的抗癌活性[110]。MSA還被發現當與他莫昔芬聯用時能通過激活半胱天冬酶9和8來誘導內源性線粒體凋亡通路，最后逆轉乳腺癌細胞的三苯氧胺耐藥性[111]。MSA與甲基硒酸酯還能在胰腺癌Panc-1細胞中誘導一種新的程序性細胞死亡機制（細胞侵入性死亡，entosis）[112]。細胞侵入性死亡以一個活細胞侵入另一細胞的細胞質引發內吞噬作用進而形成細胞與細胞的嵌入結構為特征。
另一類硒化物中（如硒辛酸鹽和含硒雜環）也包含了數個具有潛在化學預防或抗癌活性的硒化物，包括從研究較深入的對二甲苯硒氰酸酯和芐基硒氰酸酯，一直到最近報道的硒氰酸鹽部分與不同雜環、醌類或類固醇結合形成的新型活性化合物[100]。雜環硒有機化合物（如被稱為BBSKE的ebselen和 ethaselen）是具有癌癥治療前景的小分子化合物[113,114]。這些雜環硒化合物及其抗癌活性被歸納在Fernandes和Gandin[38]、Sanmatiin等人[70]的論文中。硒代三雜環衍生物2,5-雙（5-羥甲基-2-硒基）-3-羥甲基-N-甲基吡咯（D-501036）最近因其能以劑量和時間依賴的方式對多種人類癌細胞發揮廣譜抗癌活性而備受矚目[115-117]。D-501036能在癌細胞中選擇性引發凋亡和雙鏈DNA破壞，并對化療藥耐受且存在P糖蛋白/多藥耐受蛋白過表達的癌細胞格外有效[116]。進一步研究表明，異質末端連接DNA修復活性的加強與癌細胞中D-501036耐受增加有關[117]。先前一項對順鉑耐受的前列腺癌模型中，藥物耐受的程度被發現與細胞中的氧化應激系統有關[118]。因此，鑒于硒的氧化還原水平和癌細胞的氧化應激系統，癌細胞特別是耐藥的癌細胞可能比良性細胞具有更高的硒攝入[118,119]。
早前的臨床試驗（如NPC）表明，膳食硒攝入（富硒酵母）能降低多種癌癥風險[27-29]。然而，用SeMet進行的后續試驗（如SELECT和西南腫瘤組（SWOG）S9917）并未顯現出這些有益作用[32,33]。一項臨床試驗指出，SeMet結合放化療并未改善頭頸鱗狀細胞癌患者的生活質量或生存結局[35]。這些矛盾性的結果也許能用對硒化物的選擇不同來解釋：NPC實驗中使用的是200μg/d富硒酵母，而SELECT和SWOG S9917實驗選用的是200μg/d的SeMet。雖然SeMet是硒在富硒酵母中的主要形態，但富硒酵母的其它成分（如MSC）也可能貢獻于在NPC實驗中觀察到的硒的整體化學預防效果。然而，這種推測無法被證實，因為在NPC酵母樣本中的特定有機硒化物中存在大量的批次差異[32]。另外，一項三期臨床試驗（ECOG 5597）發現，為完全切除一期非小細胞肺癌的患者提供200μg/d的富硒酵母并未觀察到對第二原發腫瘤的顯著預防作用[34]。盡管出現了這些負面結果，但這些試驗中的大多數都認為攝入硒補充劑是安全的。因此，有機硒也許對癌癥治療有效，但對于癌癥預防或許沒有顯著益處。
3.3 SeNPs
從上世紀90年代起，納米技術在生物醫學領域的應用開始得到廣泛關注。因其具有生物相容性、生物降解性和可設計性，克服了傳統材料的局限性的納米材料正作為藥物、藥物載體、顯像劑和診斷試劑在癌癥治療、診斷中被廣泛利用[120]。而且因其被報道的化療作用[121,122]、營養作用[123]和比其它硒化物更低的毒性[3,124]，SeNPs作為一種新型硒形態也同樣被考慮了其在醫用材料中的潛力。SeNPs的化療潛力及其可能的抗癌機制被Menon等人綜述[125]。在此，我們基于2017年和2018上半年發表的數據系統性地歸納了SeNPs，并根據其被報道的功能進行排列：化療（表1）、藥物遞送（表2）、診斷（表3）和具多重功能的SeNPs（表4）。這些SeNPs在癌癥預防和治療中的潛力及其合成方法將在下面討論。
多種SeNPs的制作方法已被報道，通?？筛鶕煌纳a原則被歸為三大類：化學合成、生物合成和物理合成[159]。其中，化學合成被認為是最普遍的SeNPs方式。在化學合成中，硒處于+4價狀態，亞硒酸鹽、亞硒酸或SeO2等是最常用的前體物質，還原型物質（如抗壞血酸和谷胱甘肽GSH）和較穩定的物質（如殼聚糖和果膠）通常被用于SeNPs的形成和穩定[131，141,159,160]。在NaSeO3-GSH氧化還原系統中合成的SeNPs會趨向于在癌細胞中聚集，并表現出比亞硒酸鹽更強的促氧化活性[134]。然而，為了優化其在癌癥治療和預防中的功能，化學合成SeNPs經常被特定分子修飾，后者能賦予其理想特性來滿足實際應用的需求。例如，用生物活性分子修飾SeNPs可以增強其對某些類型癌癥的療效，化學修飾SeNPs能賦予其靶向腫瘤的良好運載能力[150,157]、高效性[137,144]和低毒性[139]。尤其是，化學合成的SeNPs常被作為診斷試劑[145,147,149]、顯像劑[146,153]和放射致敏劑[130,158]來研究?？傊?，因為易實現性和易控制性，化學合成成為了獲取和修飾SeNPs最常用的方式。然而，環境污染和化學合成材料在人體內積累需要被考慮。
與化學合成的SeNPs相比，生物合成的SeNPs似乎對環境更為友好且生物安全性更高。因此，最近越來越多人開始聚焦于生物合成SeNPs，其中原因還包括生物合成的SeNPs具有出色的生物相容性、穩定性和經濟效益[162]。搭載SeNPs的有機材料可用特定植物[64]、細菌[4]、真菌[163]或其它有機形式[163,164]在細胞內或細胞外進行加工而成。以生物提取物為原料，研究者們成功合成了一些具有不同生物功能且無化學污染的SeNPs，功能如預防UVB誘發的DNA損傷[165]和癌細胞增殖抑制[126]。目前為止，細菌是生物合成SeNPs最重要的來源。地衣芽孢桿菌JS2（Bacillus licheniformis JS2）[127]、蒼白桿菌MPV1（Ochrobactrum sp. MPV1）[166]、細菌性鏈霉菌M10A62（Streptomyces minutiscleroticus M10A62）[167]和不動桿菌sp. SW30（Acinetobacter sp. SW30）[127]等細菌都已經被用于制作SeNPs。這些細菌型SeNPs是通過用亞硒酸鈉（0.5-2mM）培育細菌菌株來合成。Zonaro等[166]發現，在Na2SeO3（0.5或2mM）的環境下，蒼白桿菌MPV1能將亞硒酸鹽轉換成硒元素從而在細胞內合成SeNPs；
然而，目前對這些SeNPs的生物醫學用途仍然開發不足。細菌型SeNPs的合成指南也正在完善；然而，這類SeNPs還面臨著需要清除細菌毒性的挑戰。與細菌類似，真菌也因產量大、易實現、經濟合理等優勢從而成為了生物合成SeNPs的候選者[168]。然而，對真菌型SeNPs在醫療領域的實用性調查仍然相對缺乏。在Vetchinkina等人的研究[163]中，真菌型的球形SeNPs可用無機硒（10-2mol）或有機硒（10-7-10-3mol）培養藥用擔子菌香菇（Lentinula edodes）來實現。其中，硒的減少（SeⅣ- Se0）可以被直接測定，而基于L. edodes的SeNPs的合成機制也可通過透射電子顯微鏡、電子能量損失光譜和x射線熒光來進行追蹤[163]?？傊?，細菌和真菌都能作為SeNPs的載體使用，它們通過將硒氧化物逐步轉化為硒元素從而能獲得一個低毒的硒形態[169,170]。SeNPs在細胞內的合成可以在理想實驗條件下用硒培育來實現[171]，硒氧化物會被運輸進細胞中被還原并被重新合成。
在Sonkusre等人開展的一項實驗[127]中，在地衣芽孢桿菌（Bacillus licheniformis）JS2中合成的SeNPs能通過由RIP1激酶調控的ROS介導活化從而引發PC-3細胞的程序性凋亡，因此被認為是尚未開發的高效抗癌物質。植物型的SeNPs是生物合成SeNPs的另一熱門方向[168]。例如，Sharma等人用釀酒用的干葡萄(Vitis vinifera)提取物和亞硒酸通過簡單的回流方法合成了統一尺寸（3-18nm）和形狀的含硒納米球。雖然植物型SeNPs的提取方法和藥學應用未被充分研究，但鑒于植物的多樣性和其干凈的特點，用植物或在植物中合成SeNPs可能是一個非常有潛力的發展方向。
關于物理合成的功能性SeNPs，脈沖激光消融[172]和γ射線[173]等方法已經被用于該類SeNPs的合成。例如，Guisbiers等[174]通過液體中的脈沖激光消融獲得了純SeNPs，并發現這些SeNPs可能干擾人類病原體白色念珠菌（Candida albicans）的生物膜的形成，這顯示出了物理合成SeNPs在醫療應用中的潛力。然而，物理合成SeNPs在癌癥治療與預防中的應用還不成熟，這或許是因為所需設備的限制。
從以上和表1-4可以看出，SeNPs不僅在癌癥治療還在診斷和影像試劑以及其它方面具有巨大的潛力。其中，SeNPs的化療作用被認為是SeNPs最具潛力的應用。迄今為止，關于SeNPs的抗癌能力的實驗室研究大多呈現出了積極的成果。SeNPs表現出了對多種癌癥的抗癌作用，包括肝癌[128,140]、乳腺癌 [122,129,141]、結腸腺癌[124,132]、淋巴瘤[133]、食管癌[143]、前列腺癌[136,147]、卵巢癌[137]和神經膠質瘤[148]。我們還需開展進一步的研究和臨床試驗來評估SeNPs在腫瘤學中應用的可能性。同時，納米粒子在人體中的積累和對環境的污染都需要被謹慎對待。
4.硒和表觀遺傳學：在癌癥預防和治療中的可能作用
表觀遺傳學是指對基因表達中發生的不改變DNA序列的可遺傳變化的研究[1,75]。這些改變由表觀遺傳因子控制，如DNA的表觀修飾、組蛋白的翻譯后修飾（PTM）和非編碼RNA（ncRNA）[1]。表觀遺傳學在癌癥發展中具有重要作用，目前，靶向表觀遺傳改變的治療也被認為是癌癥治療中最具潛力的方法之一[175,176]。Se的表觀遺傳效應及其在人類健康中的應用（包括癌癥）已被綜述[1,177,178]。研究揭示，硒和硒化物能通過三個主要的表觀遺傳調控方式來影響細胞的表觀基因組：DNA甲基化、組蛋白修飾和ncRNA表達[1]。在癌癥治療中，無機硒和有機硒（如MSA、SeMet、MSC、硒烯丙基硒代半胱氨酸和亞硒酸鹽）能有效抑制組蛋白去乙酰酶和DNA甲基轉移酶的活性，在多種癌細胞中這兩種酶通常會被上調[179-182]。需要注意的是，硒化物的表觀遺傳抑制機制似乎因其化學形態的不同而存在較大差異[180,183]。一項全基因組表觀遺傳分析表明，無機硒（亞硒酸鹽）和有機硒（MSA）能影響人類慢性髓系白血病K562細胞的不同基因組的表觀遺傳：亞硒酸鹽影響對有氧和缺氧應答的相關基因，而MSA影響與細胞粘附和糖皮質激素受體相關基因[184]。對于SeNPs的表觀遺傳作用對基因表達的調控機制我們目前仍所知甚少。
5.硒化物的其它應用潛力
硒是一種人體必需微量元素，對維持人類健康有著重要作用。除了其在癌癥預防和治療方面的潛在作用，硒化物還具有其它與腫瘤無關的有用特性。其中最令人感興趣的是特定硒化物具有的抗菌和抗病毒作用。先前的研究揭示了硒化物與免疫系統的直接關系：補硒能加強NK細胞活性和細胞毒作用[6-8,38,81]。足夠的膳食硒攝入是應對病毒感染和預防細菌和病毒導致的缺硒?。ㄈ缈松讲。┑年P鍵所在[6,18]。研究者們還發現SeNPs具有抗細菌、抗真菌和抗病毒活性，并發現SeNPs在多種場合下都具有應用前景[168,185,186]。例如，Nguyen等人[63]研究了SeNPs對食源性致病菌的抗菌活性，發現SeNPs在食品安全中具有應用前景?？傊?，因納米科技的快速發展和對納米級硒化合物的機理的理解加深，硒化物在生命科學的各個領域內的新的應用方式預計將被被廣泛研究和探索。
6.總結
雖然數項臨床研究指出硒在癌癥預防中沒有顯著益處，但壓倒性的證據已表明硒和一些硒化物在特定情況能成為潛在的抗癌藥物。體內和體外研究暗示硒化物能通過多種機制來發揮抗癌作用。然而，在硒化物被臨床認證為抗癌藥之前，進一步的研究的臨床試驗仍然是必需的。除了癌癥治療，硒化物還被證明在其它與癌癥相關的領域（如化學預防、診斷和顯影）和在上文綜述和表1-4總結的那些癌癥無關的領域中也非常有用。在硒化物中，SeNPs作為一種新出現的硒形態吸引了大量關注。從最近SeNPs抗癌相關的一些積極性成果來看，SeNPs會在不遠的將來在癌癥預防和治療中發揮重要作用，尤其在精準醫療方面，即基于個體情況和需要，對患者進行個性化用藥和治療[75]?？傊?，為了充分研究硒化物尤其是SeNPs在癌癥預防和治療中的的前景，開展進一步研究來更好闡明硒的潛在生理機制是十分必要的。
論文原文：Tan H, Mo H Y, Lau A, et al. Selenium Species: Current Status and Potentials in Cancer Prevention and Therapy[J]. International journal of molecular sciences, 2019, 20(1): 75.
因此，為了在硒的癌癥治療和預防潛力上提供更清晰的觀點，對硒現狀及硒化物的重新評估是必需的。在本綜述中，我們基于三種類別總結了硒的相關形態：無機硒、有機硒和納米硒（SeNPs），并綜述了其在腫瘤學中的潛在功能和應用。在這里，我們尤為關注在腫瘤及其它領域有著巨大潛力的納米硒?？傊?，為了更好地在癌癥預防和治療中對硒化物加以利用，我們仍需進一步的研究來闡明硒化物的潛在機制。
關鍵詞：硒形態，納米硒，抗癌，化療，表觀遺傳學。
1.引言
硒（Se）是一種人體必需微量元素，主要通過飲食和/或營養補充劑被人體攝取[1]。作為硒蛋白（主要以硒代半胱氨酸的形式）的組成成分，硒參與了廣泛的細胞生理學過程，這些過程包括甲狀腺激素調節[2]、氧化還原平衡[3-5]、炎癥和免疫應答[6-8]、碳水化合物代謝[9]、心血管[10]和生殖健康[11,12]，以及維持腦功能[13-15],因此微量的硒對維持人體最優健康是必需的。而缺硒則與不同程度的多種人類疾病相關[16,17]。例如克山?。ú《靖腥緦е碌膰乐匦募⊙祝18]和大骨節?。攒浌遣。19]，這是硒缺乏疾病的典型例子，常發生在生活于硒缺乏區域的人群中。過量的硒則會產生毒性作用，或可導致硒中毒[17-20]。最近，成年人推薦的硒膳食攝入量為55μg（0.7μmol）/天[21]。個體的膳食硒攝入低于15μg可能有發生硒缺乏疾病的風險，而超過400μg/天則會有硒中毒的風險，不過一些研究顯示，硒攝入的安全水平可能要比預期更低[16，21]。
硒與癌癥的相關性，尤其是在胃腸道癌和前列腺癌，早在19世紀中葉就已被發現，進而掀起了通過補硒來預防和治療癌癥的興趣熱潮[22-24]。經過半個世紀的探索后，硒化物的一些新形態被發現并被研究，其中一些表現出了潛在抗癌活性[25,26]。一項在90年代開展的雙盲安慰劑對照隨機臨床試驗（癌癥的營養干預實驗（NPC））為我們提供了硒作為潛在化學預防劑的早期證據[27-29]。然而，直到今天，尚無一種硒化物能作為抗癌藥被臨床驗證，這部分因為，這些年來研究者們在表觀遺傳學、臨床和實驗室研究中獲得了矛盾性的結果[30,31]。尤其是，與NPC實驗的結果相悖，一些隨后的臨床試驗無法證明硒的抗癌效果，例如硒與維生素E的癌癥預防實驗（SELECT）[32-34]。一些矛盾性結果顯示，硒化物不僅不能如預期般發揮其癌癥預防和抗癌活性，而且在某些案例中甚至會促進癌癥發展[35]。最近的表觀遺傳學證據表明，在無機硒中的慢性暴露會增加患癌風險[36]。最近有結果提出并總結道，硒化物在癌癥發生，尤其是在氧化應激和血管生成方面具有雙重作用[31]。迄今為止，尚無明確結論證明特定的硒化物環境能預防或促進癌癥發生，這可能是因為，種類繁多的硒形態在不同含量下對細胞和組織不同代謝通路具有不同影響[37,38]。硒或硒化物可被歸為三大類：無機硒、有機硒和納米硒（SeNPs）。為了更好地利用硒的抗癌潛力，充分調查硒形態的應用現狀是必需的。在此，我們系統歸納了硒的相關種類（其中著重聚焦于納米硒），并綜述了其發展現狀以及在癌癥預防和治療方面的潛力。
2.抗癌或促癌？
硒的三大類別（無機硒化合物、有機硒化合物和納米硒）中的硒化物都表現出了潛在抗癌活性。一般認為，硒化物的抗癌活性主要是因為其能直接或間接發揮抗氧化功能從而在細胞內維持氧化還原水平以保護健康細胞免受活性氧（ROS）引發的氧化損傷[39]。ROS是正常生理功能產生的具有不成對電子的自由基。強有力的證據表明，過量ROS會通過升高氧化應激引發DNA突變進而促進腫瘤發生[40]。癌細胞通常以伴隨著ROS數量增加的自我復制能力為特征[41]。換言之，對抗氧化防御體系的依賴性增加是癌細胞的主要特征之一。盡管在ROS和癌癥生存之間存在聯系，然而，最佳水平（通常很低）的ROS卻能在多種生物功能調節中發揮重要作用。如一些酶和細胞（例如白細胞）能特異性增加多種超氧化物來殺死入侵的病原體[39,42]。ROS還可通過促進細胞衰老和凋亡來破壞受損細胞，進而抑制癌癥發生[41,42]。ROS的這種雙重作用也許能解釋為什么硒作為“抗氧化劑”會在癌癥研究中產生矛盾性的結果。此外，有研究發現，一些硒蛋白能作為促氧化劑而非抗氧化劑發揮作用，這說明硒的抑癌和促癌特性存在細胞、基因、劑量的依賴性[43-47]。例如，硫氧還蛋白還原酶1（一種調節氧化還原的重要硒蛋白）可以在抗氧化和促氧化間轉變，從而既能抑制又能促進癌癥發生[44,46]。
除了氧化應激調節外，硒化物在血管生成中的雙重作用也被發現[31,38]。血管生成是從已存在的血管中生長出微血管的生理過程，這是細胞獲得氧氣和營養的最重要的機制之一。血管生成在癌癥發展和轉移中的作用已被充分研究，明確靶向血管生成的方式已經成為癌癥治療中一種有潛力的治療方式[48]。體外和體內實驗均表明，一些硒化物（如單甲基化硒氨基酸——硒代半胱氨酸（MSC））能通過抗血管生成活性來抑制癌癥生長[49-51]。MSC可能還能使血管正?；瘡亩訌娨幌盗谢熕幬锏倪f送并同時減少其毒性[52-56]。相反，硒蛋白/硒化物在正?；虬┘毎械拇傺苌勺饔靡脖粓蟮繹57,58]。因此，硒化物的雙重作用（有益和毒性）及其狹窄的劑量范圍限制了其在臨床應用中的潛力。
在本章節中提及的具有雙重作用的硒形態主要限制在無機硒和有機硒中，迄今為止，SeNPs的抗癌活性研究似乎顯得更為積極。SeNPs的應用對癌癥治療帶來了革命性的影響，與傳統的無機硒和有機硒相比，SeNPs顯現出了巨大的潛力[59-62]。然而，人們對SeNPs可能對人類產生的毒性或其它潛在的負面作用的認知現在依舊缺乏，進一步的研究擴展是必需的[63,64]。迄今為止，除了硫化硒（作為可能的人類致癌物被單獨分類）外， 其它所有的硒化物都被認為是非致癌的。總之，為了確定硒化物在癌癥預防和治療中的潛力，多重因素（例如：形態、含量、靶向細胞類型和細胞狀態/條件）必須被考慮。在接下來的章節中，我們基于最新發表的研究數據整理了硒的相關形態，并討論了其在癌癥治療中的潛在作用。
3.硒化物及其在腫瘤學中的應用
硒的三大類（無機，有機和SeNPs）中均存在具有潛在抗癌活性的化合物。對于無機硒和有機硒化合物，研究發現兩者具有不同的新陳代謝，并能在不同生理過程中通過不同機制來發揮作用，其對癌癥的作用也是如此[65]。這兩種形式下的硒化物均易于被人體吸收，但只有有機硒化物能被更好地貯存和利用[65]。不同情形下的大量研究，如生化、臨床和動物實驗均支持了多種無機和有機硒化物的癌癥預防能力[38,44,46,66-68]。然而，隨之而來的毒性風險也被記錄。雖然硒的有機形式或許比無機形式具有更少的毒性效應[69]，事實上，硒的毒性效應是由多重因素決定的，其中硒形態和劑量暴露是兩個最重要的參數[26]。盡管無機硒化物有著更高的毒性，但其或許如下所示在癌癥治療的某些方面存在優勢。
3.1 無機硒化物
硒以四種化學價態存在：硒元素（0），硒離子（-2；Se2-），亞硒酸鹽（+4；SeO32-），和硒酸鹽（+6；SeO42-）。在圖1中，我們列出了一些典型的硒化物的化學結構。硒化物基于其結構特征的更詳細的分類已由Sanmartin等人總結[70]。無機硒的功能和毒性因其化學價的不同而有所不同。Choi等人報道稱，測試了不同濃度的硒酸鈉（Na2SeO4）（5、10、30和50μM/48h）和亞硒酸鈉（Na2SeO3）（0.1、0.25、0.5μM/48h）以及其它三個有機硒化物（SeMet、MSC和甲基硒酸（MSA））對化療藥物長春新堿耐受的人口腔鱗癌（KB）（KBV20C）的敏化作用。他們發現雖然這五種硒化物都能使KBV20C的敏感程度與敏感的親本KB細胞相同，但僅有硒酸鹽能通過抑制細胞周期的G2階段和激活相關凋亡通路來對在KBV20C細胞產生更高的敏化作用。然而，Takahashi等人卻獲得了相反的結果[72]，他們發現，人類口腔鱗癌（HSC-3）細胞對Na2SeO3和二氧化硒（SeO2）更敏感，但濃度從1-1000μM/72h的硒酸鈉均對其無作用。另有報道稱亞硒酸鹽（5-100μM處理2-5天）對三種口腔癌細胞系（HSC-3、HSC-4和SAS）顯現出了顯著的抗增殖作用[73]。該研究還表明，亞硒酸鹽比起另外兩種被測試的有機硒化物（SeMet和MSC）具有更好的抗癌作用。
圖1 綜述中所討論的幾種典型的無機和有機硒化物的化學結構
亞硒酸鹽因其表現出的出色的化學預防和抗癌特性成為了被研究最多的無機硒化物[74]。亞硒酸鹽能有效抑制多種癌細胞的細胞增殖，包括最普遍、全世界死亡率最高的肺癌[75]。在對不同人類癌細胞系的研究中，肺癌細胞對亞硒酸鈉尤其敏感[76-79]。Olm等人[80]指出，亞硒酸鈉的細胞毒性（5μM處理5h）與三種肺癌細胞系（H157、H611、U2020）的硒攝入量相關，而高濃度的硒酸鹽（＞1mM）對這些細胞系均未表現出毒性作用。亞硒酸鹽還被發現能在基于自然殺傷（NK）細胞的抗癌免疫療法中發揮作用，它能上調癌細胞對CD94/NKG2A+NK細胞的敏感性，從而對肺癌患者具有臨床應用的潛力[81]。亞硒酸鈉和硫氧還蛋白還原酶抑制劑（例如：乙烷硒啉和醋硫葡金）的協同作用也在人類口腔和肺癌細胞系中被發現[82,83]。這些結果表明，硒化物具有強化包括常用化療藥物在內的抗癌藥物（如順鉑、多西他賽、5-FU、奧沙利鉑和伊立替康）的活性和減少其毒性的潛力[84-86]。比起對抗癌藥物敏感的癌細胞，硒化物似乎對抗癌藥耐受的癌細胞的抑制作用更強，這可能是通過阻礙癌細胞的多種抵抗機制實現的。相較于藥物敏感的癌細胞，化療藥物耐受的癌細胞被發現對亞硒酸鈉（分別用0.1-100μM處理48h至4d）更敏感[82，87，88]。除了以上提及的體外實驗，一項一期臨床試驗表明亞硒酸鈉對癌癥患者有益，尤其是在對細胞抑制藥物耐受的肺癌患者中[76]。
顯然，以上結果并不一定就意味著在癌癥預防和治療中亞硒酸鹽是比其它無機硒更理想的硒化物。例如，如前面描述的在某種情況下，即使在同一類型癌癥的不同細胞系中，硒酸鹽或許會比亞硒酸鹽更有效[71,72]。硒代硫酸鈉（SeSO3-）等無機硒也被報道相較于亞硒酸鹽其對癌細胞具有更強的細胞毒作用，而對正常細胞具有更少的毒性作用，這是因為細胞類型、氨基酸補充劑的存在或缺乏均可能影響亞硒酸鹽的攝入[89]。SeSO3-和亞硒酸鹽均可能存在改善化療毒性的潛力[76,84]。硒化氫（H2Se）——一種由亞硒酸鹽還原產生的常見的膳食硒代謝的中間產物，被發現能誘發癌細胞凋亡（HepG2、HeLa和MCF-7細胞），這主要是因為亞硒酸鹽能誘導的線粒體積累進而損害線粒體功能和結構從而引發了細胞死亡[90]。
3.2 有機硒化物
有機硒化物因其低毒性風險和能與無機硒匹敵甚至更好的顯著抗癌能力而在癌癥研究領域備受關注[69]。有機硒可根據其功能化學結構被分為幾類：硒化物/聯硒化物、硒氰酸鹽、硒胺酸衍生物(如SeMet和MSC)、甲基硒酸(MSA; CH3SeO2H)、硒-雜環化合物，以及其它雜化含硒化合物(圖1)。這些有機硒化合物能通過氧化還原[91]等多種機制來引發凋亡[92-94]，并增強化療藥物的活性[95-97]。迄今為止，已有多項針對有機硒開展的科學研究，其中一些研究了其在癌癥預防和治療方面的作用。幾篇優秀的綜述列出了基于不同分類方法劃分的多種有機硒化物，并總結了其在腫瘤學中的功能[31,38,70,98]。另外，硒化物/聯硒化物[99]和硒氰化物[100]的潛在抗癌和化學預防活性也被廣泛綜述。
有機硒化物有望作為治療實體瘤中的抗壞死藥物使用。因為癌細胞壞死與宿主炎癥反應有關，這或能導致治療中并發癥的發生，而一些有機硒具有抗壞死和促凋亡活性，這對癌癥治療有利[101]。硒代氨基酸衍生物（如SeMet和MSC）在低濃度時（如低至0.113μM）可表現出對多種人類實體瘤的潛在促凋亡活性，然而，非致瘤性乳腺上皮細胞（MCF-10A）卻需要更高的有機硒濃度（高達用87.9μM處理72h）才能使其對凋亡敏感[92]。因有機硒具有誘發凋亡的能力，其在癌癥治療中與化療藥物的協同作用也被觀察到[53,95-97]。對于抗癌藥物的毒性，MSC或許還能為正常細胞提供額外的保護[54,56]。
MSA是由硒代氨基酸（如SeMet和MSC）轉化而來的甲基硒醇（CH3Se-）的氧化形式[43]。體內和體外實驗表明，MSA是比SeMet或亞硒酸鹽更好的抗癌物質，對多種癌癥模型均能發揮作用，包括肺癌[102]、乳腺癌[103,104]、黑色素瘤[105]，尤其是前列腺癌[106-108]。最新研究發現，比起健康的外周血單核（PBM）細胞，MSA對單核白血病細胞（THP1）表現出了顯著的細胞毒作用[109]。MSA還能以劑量依賴的方式（分別用2.5、5和15μM處理48h）加強放化療藥物對惡性THP1細胞的抗腫瘤活性[109]。在低濃度下，MSA能保護正常PBM細胞免受放化療藥物的傷害，然而在高濃度下，MSA則被認為有毒且能增加放療（而非化療）的細胞毒作用[109]。在另一項研究中，MSA比起SeMet和MSC更能抑制HeLa細胞的增殖、遷移和粘附，并顯現出了與S-腺苷-甲硫氨酸（一種普遍具有甲基基團的中間代謝產物）協同的抗癌活性[110]。MSA還被發現當與他莫昔芬聯用時能通過激活半胱天冬酶9和8來誘導內源性線粒體凋亡通路，最后逆轉乳腺癌細胞的三苯氧胺耐藥性[111]。MSA與甲基硒酸酯還能在胰腺癌Panc-1細胞中誘導一種新的程序性細胞死亡機制（細胞侵入性死亡，entosis）[112]。細胞侵入性死亡以一個活細胞侵入另一細胞的細胞質引發內吞噬作用進而形成細胞與細胞的嵌入結構為特征。
另一類硒化物中（如硒辛酸鹽和含硒雜環）也包含了數個具有潛在化學預防或抗癌活性的硒化物，包括從研究較深入的對二甲苯硒氰酸酯和芐基硒氰酸酯，一直到最近報道的硒氰酸鹽部分與不同雜環、醌類或類固醇結合形成的新型活性化合物[100]。雜環硒有機化合物（如被稱為BBSKE的ebselen和 ethaselen）是具有癌癥治療前景的小分子化合物[113,114]。這些雜環硒化合物及其抗癌活性被歸納在Fernandes和Gandin[38]、Sanmatiin等人[70]的論文中。硒代三雜環衍生物2,5-雙（5-羥甲基-2-硒基）-3-羥甲基-N-甲基吡咯（D-501036）最近因其能以劑量和時間依賴的方式對多種人類癌細胞發揮廣譜抗癌活性而備受矚目[115-117]。D-501036能在癌細胞中選擇性引發凋亡和雙鏈DNA破壞，并對化療藥耐受且存在P糖蛋白/多藥耐受蛋白過表達的癌細胞格外有效[116]。進一步研究表明，異質末端連接DNA修復活性的加強與癌細胞中D-501036耐受增加有關[117]。先前一項對順鉑耐受的前列腺癌模型中，藥物耐受的程度被發現與細胞中的氧化應激系統有關[118]。因此，鑒于硒的氧化還原水平和癌細胞的氧化應激系統，癌細胞特別是耐藥的癌細胞可能比良性細胞具有更高的硒攝入[118,119]。
早前的臨床試驗（如NPC）表明，膳食硒攝入（富硒酵母）能降低多種癌癥風險[27-29]。然而，用SeMet進行的后續試驗（如SELECT和西南腫瘤組（SWOG）S9917）并未顯現出這些有益作用[32,33]。一項臨床試驗指出，SeMet結合放化療并未改善頭頸鱗狀細胞癌患者的生活質量或生存結局[35]。這些矛盾性的結果也許能用對硒化物的選擇不同來解釋：NPC實驗中使用的是200μg/d富硒酵母，而SELECT和SWOG S9917實驗選用的是200μg/d的SeMet。雖然SeMet是硒在富硒酵母中的主要形態，但富硒酵母的其它成分（如MSC）也可能貢獻于在NPC實驗中觀察到的硒的整體化學預防效果。然而，這種推測無法被證實，因為在NPC酵母樣本中的特定有機硒化物中存在大量的批次差異[32]。另外，一項三期臨床試驗（ECOG 5597）發現，為完全切除一期非小細胞肺癌的患者提供200μg/d的富硒酵母并未觀察到對第二原發腫瘤的顯著預防作用[34]。盡管出現了這些負面結果，但這些試驗中的大多數都認為攝入硒補充劑是安全的。因此，有機硒也許對癌癥治療有效，但對于癌癥預防或許沒有顯著益處。
3.3 SeNPs
從上世紀90年代起，納米技術在生物醫學領域的應用開始得到廣泛關注。因其具有生物相容性、生物降解性和可設計性，克服了傳統材料的局限性的納米材料正作為藥物、藥物載體、顯像劑和診斷試劑在癌癥治療、診斷中被廣泛利用[120]。而且因其被報道的化療作用[121,122]、營養作用[123]和比其它硒化物更低的毒性[3,124]，SeNPs作為一種新型硒形態也同樣被考慮了其在醫用材料中的潛力。SeNPs的化療潛力及其可能的抗癌機制被Menon等人綜述[125]。在此，我們基于2017年和2018上半年發表的數據系統性地歸納了SeNPs，并根據其被報道的功能進行排列：化療（表1）、藥物遞送（表2）、診斷（表3）和具多重功能的SeNPs（表4）。這些SeNPs在癌癥預防和治療中的潛力及其合成方法將在下面討論。
多種SeNPs的制作方法已被報道，通?？筛鶕煌纳a原則被歸為三大類：化學合成、生物合成和物理合成[159]。其中，化學合成被認為是最普遍的SeNPs方式。在化學合成中，硒處于+4價狀態，亞硒酸鹽、亞硒酸或SeO2等是最常用的前體物質，還原型物質（如抗壞血酸和谷胱甘肽GSH）和較穩定的物質（如殼聚糖和果膠）通常被用于SeNPs的形成和穩定[131，141,159,160]。在NaSeO3-GSH氧化還原系統中合成的SeNPs會趨向于在癌細胞中聚集，并表現出比亞硒酸鹽更強的促氧化活性[134]。然而，為了優化其在癌癥治療和預防中的功能，化學合成SeNPs經常被特定分子修飾，后者能賦予其理想特性來滿足實際應用的需求。例如，用生物活性分子修飾SeNPs可以增強其對某些類型癌癥的療效，化學修飾SeNPs能賦予其靶向腫瘤的良好運載能力[150,157]、高效性[137,144]和低毒性[139]。尤其是，化學合成的SeNPs常被作為診斷試劑[145,147,149]、顯像劑[146,153]和放射致敏劑[130,158]來研究?？傊?，因為易實現性和易控制性，化學合成成為了獲取和修飾SeNPs最常用的方式。然而，環境污染和化學合成材料在人體內積累需要被考慮。
與化學合成的SeNPs相比，生物合成的SeNPs似乎對環境更為友好且生物安全性更高。因此，最近越來越多人開始聚焦于生物合成SeNPs，其中原因還包括生物合成的SeNPs具有出色的生物相容性、穩定性和經濟效益[162]。搭載SeNPs的有機材料可用特定植物[64]、細菌[4]、真菌[163]或其它有機形式[163,164]在細胞內或細胞外進行加工而成。以生物提取物為原料，研究者們成功合成了一些具有不同生物功能且無化學污染的SeNPs，功能如預防UVB誘發的DNA損傷[165]和癌細胞增殖抑制[126]。目前為止，細菌是生物合成SeNPs最重要的來源。地衣芽孢桿菌JS2（Bacillus licheniformis JS2）[127]、蒼白桿菌MPV1（Ochrobactrum sp. MPV1）[166]、細菌性鏈霉菌M10A62（Streptomyces minutiscleroticus M10A62）[167]和不動桿菌sp. SW30（Acinetobacter sp. SW30）[127]等細菌都已經被用于制作SeNPs。這些細菌型SeNPs是通過用亞硒酸鈉（0.5-2mM）培育細菌菌株來合成。Zonaro等[166]發現，在Na2SeO3（0.5或2mM）的環境下，蒼白桿菌MPV1能將亞硒酸鹽轉換成硒元素從而在細胞內合成SeNPs；
然而，目前對這些SeNPs的生物醫學用途仍然開發不足。細菌型SeNPs的合成指南也正在完善；然而，這類SeNPs還面臨著需要清除細菌毒性的挑戰。與細菌類似，真菌也因產量大、易實現、經濟合理等優勢從而成為了生物合成SeNPs的候選者[168]。然而，對真菌型SeNPs在醫療領域的實用性調查仍然相對缺乏。在Vetchinkina等人的研究[163]中，真菌型的球形SeNPs可用無機硒（10-2mol）或有機硒（10-7-10-3mol）培養藥用擔子菌香菇（Lentinula edodes）來實現。其中，硒的減少（SeⅣ- Se0）可以被直接測定，而基于L. edodes的SeNPs的合成機制也可通過透射電子顯微鏡、電子能量損失光譜和x射線熒光來進行追蹤[163]?？傊?，細菌和真菌都能作為SeNPs的載體使用，它們通過將硒氧化物逐步轉化為硒元素從而能獲得一個低毒的硒形態[169,170]。SeNPs在細胞內的合成可以在理想實驗條件下用硒培育來實現[171]，硒氧化物會被運輸進細胞中被還原并被重新合成。
在Sonkusre等人開展的一項實驗[127]中，在地衣芽孢桿菌（Bacillus licheniformis）JS2中合成的SeNPs能通過由RIP1激酶調控的ROS介導活化從而引發PC-3細胞的程序性凋亡，因此被認為是尚未開發的高效抗癌物質。植物型的SeNPs是生物合成SeNPs的另一熱門方向[168]。例如，Sharma等人用釀酒用的干葡萄(Vitis vinifera)提取物和亞硒酸通過簡單的回流方法合成了統一尺寸（3-18nm）和形狀的含硒納米球。雖然植物型SeNPs的提取方法和藥學應用未被充分研究，但鑒于植物的多樣性和其干凈的特點，用植物或在植物中合成SeNPs可能是一個非常有潛力的發展方向。
關于物理合成的功能性SeNPs，脈沖激光消融[172]和γ射線[173]等方法已經被用于該類SeNPs的合成。例如，Guisbiers等[174]通過液體中的脈沖激光消融獲得了純SeNPs，并發現這些SeNPs可能干擾人類病原體白色念珠菌（Candida albicans）的生物膜的形成，這顯示出了物理合成SeNPs在醫療應用中的潛力。然而，物理合成SeNPs在癌癥治療與預防中的應用還不成熟，這或許是因為所需設備的限制。
從以上和表1-4可以看出，SeNPs不僅在癌癥治療還在診斷和影像試劑以及其它方面具有巨大的潛力。其中，SeNPs的化療作用被認為是SeNPs最具潛力的應用。迄今為止，關于SeNPs的抗癌能力的實驗室研究大多呈現出了積極的成果。SeNPs表現出了對多種癌癥的抗癌作用，包括肝癌[128,140]、乳腺癌 [122,129,141]、結腸腺癌[124,132]、淋巴瘤[133]、食管癌[143]、前列腺癌[136,147]、卵巢癌[137]和神經膠質瘤[148]。我們還需開展進一步的研究和臨床試驗來評估SeNPs在腫瘤學中應用的可能性。同時，納米粒子在人體中的積累和對環境的污染都需要被謹慎對待。
4.硒和表觀遺傳學：在癌癥預防和治療中的可能作用
表觀遺傳學是指對基因表達中發生的不改變DNA序列的可遺傳變化的研究[1,75]。這些改變由表觀遺傳因子控制，如DNA的表觀修飾、組蛋白的翻譯后修飾（PTM）和非編碼RNA（ncRNA）[1]。表觀遺傳學在癌癥發展中具有重要作用，目前，靶向表觀遺傳改變的治療也被認為是癌癥治療中最具潛力的方法之一[175,176]。Se的表觀遺傳效應及其在人類健康中的應用（包括癌癥）已被綜述[1,177,178]。研究揭示，硒和硒化物能通過三個主要的表觀遺傳調控方式來影響細胞的表觀基因組：DNA甲基化、組蛋白修飾和ncRNA表達[1]。在癌癥治療中，無機硒和有機硒（如MSA、SeMet、MSC、硒烯丙基硒代半胱氨酸和亞硒酸鹽）能有效抑制組蛋白去乙酰酶和DNA甲基轉移酶的活性，在多種癌細胞中這兩種酶通常會被上調[179-182]。需要注意的是，硒化物的表觀遺傳抑制機制似乎因其化學形態的不同而存在較大差異[180,183]。一項全基因組表觀遺傳分析表明，無機硒（亞硒酸鹽）和有機硒（MSA）能影響人類慢性髓系白血病K562細胞的不同基因組的表觀遺傳：亞硒酸鹽影響對有氧和缺氧應答的相關基因，而MSA影響與細胞粘附和糖皮質激素受體相關基因[184]。對于SeNPs的表觀遺傳作用對基因表達的調控機制我們目前仍所知甚少。
5.硒化物的其它應用潛力
硒是一種人體必需微量元素，對維持人類健康有著重要作用。除了其在癌癥預防和治療方面的潛在作用，硒化物還具有其它與腫瘤無關的有用特性。其中最令人感興趣的是特定硒化物具有的抗菌和抗病毒作用。先前的研究揭示了硒化物與免疫系統的直接關系：補硒能加強NK細胞活性和細胞毒作用[6-8,38,81]。足夠的膳食硒攝入是應對病毒感染和預防細菌和病毒導致的缺硒?。ㄈ缈松讲。┑年P鍵所在[6,18]。研究者們還發現SeNPs具有抗細菌、抗真菌和抗病毒活性，并發現SeNPs在多種場合下都具有應用前景[168,185,186]。例如，Nguyen等人[63]研究了SeNPs對食源性致病菌的抗菌活性，發現SeNPs在食品安全中具有應用前景?？傊?，因納米科技的快速發展和對納米級硒化合物的機理的理解加深，硒化物在生命科學的各個領域內的新的應用方式預計將被被廣泛研究和探索。
6.總結
雖然數項臨床研究指出硒在癌癥預防中沒有顯著益處，但壓倒性的證據已表明硒和一些硒化物在特定情況能成為潛在的抗癌藥物。體內和體外研究暗示硒化物能通過多種機制來發揮抗癌作用。然而，在硒化物被臨床認證為抗癌藥之前，進一步的研究的臨床試驗仍然是必需的。除了癌癥治療，硒化物還被證明在其它與癌癥相關的領域（如化學預防、診斷和顯影）和在上文綜述和表1-4總結的那些癌癥無關的領域中也非常有用。在硒化物中，SeNPs作為一種新出現的硒形態吸引了大量關注。從最近SeNPs抗癌相關的一些積極性成果來看，SeNPs會在不遠的將來在癌癥預防和治療中發揮重要作用，尤其在精準醫療方面，即基于個體情況和需要，對患者進行個性化用藥和治療[75]?？傊?，為了充分研究硒化物尤其是SeNPs在癌癥預防和治療中的的前景，開展進一步研究來更好闡明硒的潛在生理機制是十分必要的。
論文原文：Tan H, Mo H Y, Lau A, et al. Selenium Species: Current Status and Potentials in Cancer Prevention and Therapy[J]. International journal of molecular sciences, 2019, 20(1): 75.
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