第一部分：导读

汞是一种家喻户晓的有害物质，对人体健康有着极大的危害性。2017年10月27日，世界卫生组织国际癌症研究机构公布的致癌物清单初步整理参考，汞和无机汞化合物在3类致癌物清单中。2019年7月23日，汞及汞化合物被列入有毒有害水污染物名录（第一批）。

汞的三种暴露途径（图1所示）：呼吸吸入、饮食摄入和皮肤接触。汞暴露，尤其是高浓度汞，会对肾脏、肺、神经组织和生殖系统产生不利影响。此前的多项研究已经评估了汞暴露对生活在严重污染环境中的工人或个人潜在健康影响。然而，研究对长期慢性汞暴露的大都市居民的关注较少，特别是在中国人口密集的城市。

 

图1：汞的暴露途径

硒是人类和动物体内必不可少的微量元素。作为一些酶的活性中心，如谷胱甘肽过氧化物酶和硫氧还蛋白还原酶，在抑制汞毒性的机制中起着至关重要的作用。许多研究已经证实，硒可以通过形成低生物利用性的汞-硒微粒来抵消汞的毒性（称为“Hg-Se拮抗”，硒（Se）与汞（Hg）之间的结合力（常数为1045）比巯基（-SH）中硫（S）与汞（Hg）之间的结合力高100万倍，因此Se与Hg之间的相互作用很容易形成Hg-Se配合物）。

硒泰克与江南大学联合组建的研发小组就硒与长期慢性汞暴露的影响进行立项研究，在2021年7月至2023年5月的时间内，先后在中国东部、中部的16个省市进行志愿者招募。通过长期的数据跟踪和分析，调查了中国城市居民的头发硒和汞水平，并评估了补充硒对汞解毒的潜在健康影响。

研究结果：

1) 硒干预与否影响：与未补充硒的参与者（G1）相比，补充硒的参与者（G2-G5）的头发汞值显著降低（p < 0.01），这表明补充硒对降低城市居民头发中的汞水平有积极作用。  

2) 地域分布：头发硒、汞浓度热点主要集中在华南和东部地区，华南和东部地区居民的发汞浓度高。

3) 性别影响：南部地区男性比女性的头发汞水平高。其他地区性别无显著性差异

4) 年龄影响：头发硒浓度随年龄变化不大，头发汞从幼年组到老年组略有下降，可能原因是人体代谢的能力差异。

5) 补充硒的持续时间影响：G1、G2、G3、G4和G5的硒/汞摩尔比<1的参与者比例分别为25.40%、11.37%、6.90%、6.78%和3.83%。这表明，长期补充硒会增强身体结合或解毒汞的能力，导致硒/汞摩尔比＜1的参与者比例更低。

6) 基于硒与汞的拮抗反应机制：对于长期暴露于低剂量汞的城市居民，在短期（约3-6个月）硒补充后，可以恢复硒酶功能、促进汞的排出。

本课题成果于2024年2月，在国际期刊Exposure and Health（IF：6.7）进行成果发布：Influence of Selenium Supplementation on Mercury Levels in hair of Metropolitan Residents in China: Spatial Distribution, Impact Factors, and Antagonism（译名：通过空间分布、影响因素和拮抗机制研究硒的补充对我国城市居民头发中汞水平的影响）

 

第二部分：论文解读

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

 实验设计

实验结果

1. 测试人群的样本收集与信息数据整理

为了使得研究具有广泛性的意义，团队于2021年7月至2023年5月的时间内，先后在中国东部、中部的16个省市进行志愿者招募。初始招募人数2507人，参与问卷调查人数2018人，因不可抗力因素，采集到对应样本1503份，并进行了硒元素与汞元素的双元素测定。通过初步的数据统计与筛选，最终应用于分析的样本数量为1373份（图2为本研究中头发样本的采集地区）。

 

图2：本研究中头发样本采集地区

2. 发硒、发汞数据处理与样本分组

为了使得研究的1373个样本更具统计学研究意义，对样本中的所有人口进行统计，并将参与者分为六个地区：东北（=145）、华北（=280）、华东（=305）、华中（=114）、华南（=354）和西南（=175）。其中女性942人（68.6%），男性431人（31.4%）。这些参与者年龄2-93岁，平均年龄58.64 ± 18.07岁。

为了方便结果的分析，将1373名参与者根据补充硒的持续时间分为5组。（图3为依据补硒时长本研究划分的5个分组）。

 

图3：依据补硒时长本研究划分的5个组的平均硒水平

3. 实验数据分析与结果讨论

根据中国成人头发硒分类标准，头发硒水平可分为五类：重度缺硒（＜200 μg/kg）、中度缺硒（200–250 μg/kg）、轻度缺硒（250–500 μg/kg）、硒正常（500-3000 μg/kg）和硒过量（＞值为3000 μg/kg）。

未补硒组头发硒含量平均值380 μg/kg，补硒后头发平均硒含量480，560，600，和650 μg/kg，参与者属于G2，G3，G4，G5。对于补充硒组（G2-G5）的参与者，头发硒水平显著高于G1组，表明补充硒可以有效提高体内硒水平（本研究通过头发样本反映此结果）（图3表示本研究划分的5个组的平均硒水平）。

对于属于G1的参与者，头发样本中的汞浓度范围为0.02-3.65mg/kg，（图4为依据补硒时长本研究划分的5个组的平均汞水平）。

 

图4：依据补硒时长本研究划分的5个组的平均汞水平

在这些居民中，2.27%的人超过了美国环保署提出的对头发汞的1 mg/kg的安全极限，而没有人超过世卫组织10 mg/kg的耐受极限。未补硒组头发汞含量平均值0.25 mg/kg，补硒后头发平均汞含量0.21，0.20，0.21和0.19 mg/kg，参与者属于G2，G3，G4，G5。

仅在男性与女性之间存在显著差异（p < 0.05）。在其他地区，包括东北、北、东、中和西北地区，头发中没有性别特异性的汞积累。本研究中的6个地区G1组汞含量年龄差异并不显著（图5为依据地区、性别差异的平均汞积累水平）。

图5：依据地区、性别差异的平均汞积累水平

在本研究中，将头发中的硒和汞水平与以往针对全球不同人群的研究报告进行了比较。未补充硒的普通人群的头发硒水平远低于中国硒地区和硒丰富地区。本研究中平均头发硒浓度与中国都市居民的头发浓度相似，这也侧面反映了中国人口中硒分布的区域格局。南方地区的头发硒水平普遍高于中国平均硒水平，原因是：中国南方地区的土壤中天然富含硒，导致地域内植物的硒水平高于其他地区，进而导致食物链中硒的水平普遍偏高。此外，生活在沿海省份（如福建和广东）的居民更经常食用水产品（如鱼、虾、贝类等海鲜）。

本研究中的平均头发汞浓度远低于居住在汞矿区附近的居民或渔村（汞暴露主要通过采矿活动和鱼类饮食）。然而，南方地区的平均头发汞水平高于全球的平均水平。这可能与土壤中的汞浓度、煤炭燃烧、国内生产总值（GDP）和人均水产品消费有关。中国东部和南方地区农业土壤中汞的浓度较高，也是本研究中头发汞的高值区域。本研究中还绘制了根据硒补充时间分类的不同群体头发硒和汞水平的空间分布。然而，经验贝叶斯克里金法采用的32个城市集中在中部和东部，西北和西南的模型分布存在较大的不确定性。（图6表示根据硒补充时间分类的中国不同组头发硒和汞浓度的空间分布）。

 

图6：根据硒补充时间分类的中国不同组头发（a-e）硒和（f-j）汞浓度的空间分布

与G1相比，补硒组（G2-G5）头发汞高值的分布面积逐渐减少。这表明，补充硒对降低沿海地区头发汞浓度有显著作用。

不同性别组头发中硒和汞浓度分布的箱形图如图5所示。在汞方面，男性和女性在南部地区的头发汞浓度有显著性差异（p<0.05）。根据头发汞的平均值和中值，男性头发的浓度往往高于女性头发。与女性相比，相对较高的每日饮食摄入量（如大米和鱼）、更高的户外工作频率和强度以及激素控制可能是男性头发汞浓度较高的原因。

各年龄组间头发硒和汞浓度的盒子图如图7所示。头发硒浓度随年龄变化不大，从少年组0.39 ± 1.19 mg/kg到极龄组0.37 ± 1.19 mg/kg不等。对于汞，头发汞的水平从青少年组到老年组都有所上升，然后略有下降，这可能是由于人类的新陈代谢能力。少年组的头发汞柱平均值最低（0.2 ± 2.11 mg/kg），其次是青年组（0.21 ± 1.58 mg/kg）和极龄组（0.24 ± 2.02 mg/kg），老年组的平均值最高（0.27 ± 2.20 mg/kg）。在以前的研究中也有类似的发现，表明汞的身体负担随着年龄的增长而增加。与年轻人相比，老年人的人体新陈代谢能力较低，可能更容易受到汞的影响，因为汞在人体中逐渐终身积累。我们进一步比较了根据硒补充时间进行分类的不同组的老年居民头发中的汞浓度。G1（不补充硒）和G5的几何平均汞含量分别为0.27 ± 2.20 mg/kg和0.17 ± 2.07 mg/kg。这些结果表明，补充硒是保护老年居民免受汞有害影响的有效策略。

 

图7：不同年龄组的头发(a) Se和(b) Hg浓度的盒子图

对于补充了富硒补充剂（G2-G5）的参与者，大多数参与者的Se/Hg摩尔比＞1（图8：b和e），这表明人体中的硒可能与汞结合或解毒。

考虑到硒补充的持续时间，硒/汞摩尔比的参与者比例<1，G2、G3、G4、G5组分别分别为11.37%、6.90%、6.78%、3.83%，（图7中Se/Hg=1下面的红色部分表示硒/汞摩尔比＜1）这表明，长期补充硒可能会增强身体结合或解毒汞的能力，导致硒/汞比例不平衡的参与者比例更低。

 

图8：本研究中5个组别的硒/汞摩尔比水平

基于目前硒与汞的拮抗反应机制，汞对巯基（-SH）具有较高的亲和力，这种相互作用是影响其毒性的重要因素。在人体中，富含硒的膳食补充剂（如玉米粉、益生菌和酵母）可以代谢为硒化物。由于Se与Hg之间的结合亲和力（常数为1045）比硫与Hg之间的结合亲和力高100万倍，因此Se与Hg之间的相互作用很容易形成Hg-Se配合物。对于长期暴露于低剂量汞的大都市居民，在短期（约3-6个月）硒补充后，硒可恢复硒酶功能和促进汞排泄方面，发挥重要作用。因此，补充硒6个月后的头发样本可以反映中国城市普通人群体内汞的稳定水平。

研究结论

本研究调查了中国城市居民的头发硒和汞水平，并评估了补充硒对汞解毒的潜在健康影响。与未补充硒的参与者（G1）相比，补充硒的参与者（G2-G5）的头发汞值显著降低（p < 0.01），这表明补充硒对降低城市居民头发中的汞水平有积极作用。头发硒、汞浓度热点主要集中在华南和东部地区。仅在南部地区男性和女性的头发汞水平有显著差异（p < 0.05）。头发硒浓度随年龄变化不大，头发汞从幼年组到老年组略有下降，可能原因是人体代谢的能力差异。考虑到补充硒的持续时间，G1、G2、G3、G4和G5的硒/汞摩尔比<1的参与者比例分别为25.40%、11.37%、6.90%、6.78%和3.83%。这表明，长期补充硒可能会增强身体结合或解毒汞的能力，导致硒/汞摩尔比＜1的参与者比例更低。

此外，本研究中存在两个局限性

（1）个体变异性：横断面研究在特定的时间点评估参与者，这使得很难解释个体差异。诸如初始汞水平、剂量、所使用的富硒产品的生物利用度以及个人生活和饮食习惯等因素都会影响结果，并使建立明确的因果关系具有挑战性。

（2）回忆偏差：在本研究中，回忆偏差是指由于参与者能够准确地记住和报告其硒补充时间和剂量，可能导致的结果扭曲。对志愿者填写问卷的依赖引入了有缺陷的信息回忆的可能性，这可能导致在评估硒补充与头发硒和汞水平变化之间的关系时不准确。

 

本课题经费来源

国家自然科学基金联合资助（编号：22176074,42307135）。

江苏省自然科学基金资助项目（编号：BK20210485)。

中国博士后科学基金资助项目（编号：2021M701453）。

本课题同时为苏州硒泰克生物科技有限公司与江南大学联合研究项目。

本项目通过江苏省技术合同认定登记，合同编号：2020320202000173。

本项目通过苏州市科技成果转化项目备案，备案编号：2021JF827。