Le sélénium en biologie - Selenium in biology

Bien qu'il soit toxique à fortes doses, le sélénium est un micronutriment essentiel pour les animaux. Dans les plantes, il se présente parfois en quantités toxiques comme fourrage , par exemple l' acacia . Le sélénium est un composant des acides aminés sélénocystéine et sélénométhionine . Chez l'homme, le sélénium est un oligo-élément nutritif qui fonctionne comme cofacteur pour les glutathion peroxydases et certaines formes de thiorédoxine réductase . Les protéines contenant du sélénium sont produites à partir du sélénium inorganique par l'intermédiaire du sélénophosphate (PSeO 3 3- ).

Biomolécules contenant du Se

Le sélénium est un micronutriment essentiel chez les mammifères, mais est également reconnu comme toxique en excès. Le sélénium exerce ses fonctions biologiques grâce aux sélénoprotéines , qui contiennent l' acide aminé sélénocystéine . Vingt-cinq sélénoprotéines sont codées dans le génome humain .

Glutathion peroxydase

La famille d'enzymes glutathion peroxydase (en abrégé GSH-Px) catalyse la réduction du peroxyde d'hydrogène et des hydroperoxydes organiques :

2GSH + H 2 O 2 → GSSG + 2 H 2 O

Les deux atomes H sont donnés par des thiols dans un processus qui commence par l'oxydation d'une chaîne latérale de sélénol dans GSH-Px. Le composé organosélénié ebselen est un médicament utilisé pour compléter l'action du GSH-Px. Il fonctionne comme un catalyseur pour la destruction du peroxyde d'hydrogène.

Une enzyme connexe contenant du sélénium chez certaines plantes et chez les animaux ( thiorédoxine réductase ) génère une thiorédoxine réduite, un dithiol qui sert de source d'électrons pour les peroxydases et également l'importante enzyme réductrice ribonucléotide réductase qui fabrique des précurseurs d'ADN à partir de précurseurs d'ARN.

Déiodinases

Le sélénium joue également un rôle dans le fonctionnement de la glande thyroïde. Il participe en tant que cofacteur aux trois hormones thyroïdiennes déiodinases . Ces enzymes activent puis désactivent diverses hormones thyroïdiennes et leurs métabolites. Il peut inhiber la maladie de Hashimotos , une maladie auto-immune dans laquelle les propres cellules thyroïdiennes du corps sont attaquées par le système immunitaire. Une réduction de 21 % des anticorps anti-TPO a été rapportée avec l'apport alimentaire de 0,2 mg de sélénium.

Formate déshydrogénase

Certains micro-organismes utilisent le sélénium dans la formiate déshydrogénase . Le formiate est produit en grande quantité dans les mitochondries hépatiques (cellules hépatiques) des cellules embryonnaires et dans les cellules cancéreuses par le cycle du folate.

Le formiate est oxydé de manière réversible par l'enzyme formiate déshydrogénase :

HCO 2 → CO 2 + H + + 2 e

Thiorédoxine réductase

La thiorédoxine réductase utilise une paire cystéine-sélénocystéine pour réduire le disulfure dans la thiorédoxine . La sélénocystéine est arrangée dans une triade catalytique inhabituelle Sec-His-Glu , qui ajuste son pKa.

Plantes indicatrices

Certaines espèces de plantes sont considérées comme des indicateurs d'une teneur élevée en sélénium du sol, car elles nécessitent des niveaux élevés de sélénium pour prospérer. Les principales plantes indicatrices de sélénium sont les espèces d' Astragalus (y compris certaines locoweeds ), le panache princier ( Stanleya sp.), les asters ligneux ( Xylorhiza sp.) et la fausse herbe d'or ( Oonopsis sp.)

Utilisation médicale de composés synthétiques de sélénium

La substance vaguement appelée sulfure de sélénium (avec la formule approximative SeS 2 ) est l'ingrédient actif de certains shampooings antipelliculaires. Le composé de sélénium tue le champignon du cuir chevelu Malassezia , qui provoque l'excrétion de fragments de peau sèche. L'ingrédient est également utilisé dans les lotions pour le corps pour traiter le pityriasis versicolor en raison d'une infection par une autre espèce de champignon Malassezia .

Plusieurs essais cliniques ont évalué l'utilisation de suppléments de sélénium chez les adultes gravement malades; cependant, l'efficacité et les avantages potentiels de la supplémentation en sélénium dans ce contexte ne sont pas bien compris.

Détection dans les fluides biologiques

Le sélénium peut être mesuré dans le sang, le plasma, le sérum ou l'urine pour surveiller une exposition environnementale ou professionnelle excessive, confirmer un diagnostic d'empoisonnement chez les victimes hospitalisées ou pour aider à une enquête médico-légale en cas de surdosage mortel. Certaines techniques analytiques sont capables de distinguer les formes organiques des formes inorganiques de l'élément. Les formes organiques et inorganiques du sélénium sont largement converties en conjugués monosaccharidiques (sélénosucres) dans le corps avant d'être éliminées dans l'urine. Les patients cancéreux recevant des doses orales quotidiennes de sélénothionine peuvent atteindre des concentrations plasmatiques et urinaires de sélénium très élevées.

Toxicité

Bien que le sélénium soit un oligo-élément essentiel , il est toxique s'il est pris en excès. Le dépassement de l' apport maximal tolérable de 400 microgrammes par jour peut entraîner une sélénose. Ce niveau d'apport maximal tolérable de 400 microgrammes ( µg ) est principalement basé sur une étude de 1986 portant sur cinq patients chinois qui présentaient des signes manifestes de sélénose et une étude de suivi sur les mêmes cinq personnes en 1992. l'apport doit être d'environ 800 microgrammes par jour (15 microgrammes par kilogramme de poids corporel), mais a suggéré 400 microgrammes par jour non seulement pour éviter la toxicité , mais aussi pour éviter de créer un déséquilibre des nutriments dans l'alimentation et pour tenir compte des données d'autres pays. En Chine, les personnes qui ont ingéré du maïs cultivé dans du charbon pierreux extrêmement riche en sélénium ( schiste carboné ) ont souffert de la toxicité du sélénium. Ce charbon s'est avéré avoir une teneur en sélénium aussi élevée que 9,1%, la concentration la plus élevée dans le charbon jamais enregistrée dans la littérature.

Les symptômes de la sélénose comprennent une odeur d'ail sur l'haleine, des troubles gastro-intestinaux, une perte de cheveux, une desquamation des ongles, de la fatigue, de l'irritabilité et des dommages neurologiques. Les cas extrêmes de sélénose peuvent entraîner une cirrhose du foie, un œdème pulmonaire et la mort. Le sélénium élémentaire et la plupart des séléniures métalliques ont des toxicités relativement faibles en raison de leur faible biodisponibilité . En revanche, les sélénates et les sélénites sont très toxiques, ayant un mode d'action oxydant similaire à celui du trioxyde d'arsenic. La dose toxique chronique de sélénite pour l'homme est d'environ 2400 à 3000 microgrammes de sélénium par jour pendant une longue période. Le séléniure d'hydrogène est un gaz extrêmement toxique et corrosif. Le sélénium est également présent dans des composés organiques, tels que le séléniure de diméthyle, la sélénométhionine , la sélénocystéine et la méthylsélénocystéine , qui ont tous une biodisponibilité élevée et sont toxiques à fortes doses.

L'empoisonnement au sélénium des systèmes d'approvisionnement en eau peut se produire chaque fois que de nouveaux ruissellements agricoles s'écoulent à travers des terres normalement sèches et non aménagées. Ce processus lixivie les composés de sélénium solubles naturels (tels que les sélénates) dans l'eau, qui peuvent ensuite être concentrés dans de nouvelles « zones humides » au fur et à mesure que l'eau s'évapore. Des niveaux élevés de sélénium produits de cette manière se sont avérés avoir causé certains troubles congénitaux chez les oiseaux des zones humides.

Relation entre la survie des saumons juvéniles et la concentration de sélénium dans leurs tissus après 90 jours (Saumon quinnat : Hamilton et al. 1990) ou 45 jours (Saumon atlantique : Poston et al. 1976) d'exposition au sélénium alimentaire. Le niveau de létalité de 10 % (CL10=1,84 µg/g) a été obtenu en appliquant le modèle biphasique de Brain et Cousens (1989) aux données sur le saumon quinnat uniquement. Les données sur le saumon quinnat comprennent deux séries de traitements diététiques, combinés ici car les effets sur la survie sont indiscernables.

Chez les poissons et autres espèces sauvages, de faibles niveaux de sélénium provoquent une carence tandis que des niveaux élevés provoquent une toxicité. Par exemple, chez le saumon, la concentration optimale de sélénium dans les tissus du poisson (corps entier) est d'environ 1 microgramme de sélénium par gramme de tissu (poids sec). À des niveaux bien inférieurs à cette concentration, les jeunes saumons meurent d'une carence en sélénium; bien au-dessus de ce niveau, ils meurent d'excès toxique.

Carence

Une carence en sélénium peut survenir chez les patients dont la fonction intestinale est gravement compromise , ceux qui suivent une nutrition parentérale totale et chez ceux d'un âge avancé (plus de 90 ans). En outre, les personnes dépendantes de la nourriture cultivée à partir d'un sol pauvre en sélénium sont à risque. Bien que la Nouvelle-Zélande ait de faibles niveaux de sélénium dans son sol, aucun effet nocif sur la santé n'a été détecté.

Une carence en sélénium telle que définie par de faibles niveaux d'activité des sélénoenzymes (< 60 % de la normale) dans le cerveau et les tissus endocriniens ne se produit que lorsqu'un faible statut en sélénium est lié à un stress supplémentaire, tel qu'une exposition élevée au mercure ou à la suite d'un stress oxydant accru dû à une carence en vitamine E.

Le sélénium interagit avec d'autres nutriments, tels que l' iodure et la vitamine E . L'interaction est observée dans l' étiologie de nombreuses maladies de carence chez les animaux, et la carence pure en sélénium est rare. L'effet de la carence en sélénium sur la santé reste incertain, notamment en ce qui concerne la maladie de Kashin-Beck .

Recommandations diététiques

L'Institut américain de médecine (IOM) a mis à jour les besoins moyens estimés (BME) et les apports nutritionnels recommandés (AJR) pour le sélénium en 2000. S'il n'y a pas suffisamment d'informations pour établir les BME et les AJR, une estimation appelée Apport suffisant (AI) est utilisée à la place. . Le BME actuel pour le sélénium chez les personnes de 14 ans et plus est de 45 g/jour. L'AJR est de 55 µg/jour. Les RDA sont plus élevés que les EAR afin d'identifier les montants qui couvriront les personnes ayant des besoins supérieurs à la moyenne. L'AJR pour la grossesse est de 60 g/jour. L'AJR pour la lactation est de 70 g/jour. Pour les enfants âgés de 1 à 13 ans, l'AJR augmente avec l'âge de 20 à 40 g/jour. En ce qui concerne la sécurité, l'IOM fixe des apports supérieurs tolérables (AMT) pour les vitamines et les minéraux lorsque les preuves sont suffisantes. Dans le cas du sélénium, l'UL est de 400 g/jour. Collectivement, les EAR, les RDA, les AI et les UL sont appelés Apports Diététiques de Référence (ANREF).

L' Autorité européenne de sécurité des aliments (EFSA) fait référence à l'ensemble collectif d'informations sous le nom de valeurs nutritionnelles de référence, avec l'apport de référence pour la population (PRI) au lieu de RDA et l'exigence moyenne au lieu de EAR. AI et UL ont la même définition qu'aux États-Unis. Pour les femmes et les hommes de 15 ans et plus, l'IA est fixée à 70 g/jour. L'IA pour la grossesse est de 70 g/jour, pour l'allaitement 85 g/jour. Pour les enfants âgés de 1 à 14 ans, les IA augmentent avec l'âge de 15 à 55 g/jour. Ces IA sont plus élevées que les RDA américaines. L'Autorité européenne de sécurité des aliments a examiné la même question de sécurité et a fixé son UL à 300 g/jour, ce qui est inférieur à la valeur américaine.

Aux fins de l'étiquetage des aliments et des compléments alimentaires aux États-Unis, la quantité dans une portion est exprimée en pourcentage de la valeur quotidienne (% VQ). Aux fins de l'étiquetage du sélénium, 100 % de la valeur quotidienne était de 70 g, mais en date du 27 mai 2016, elle a été révisée à 55 g. La conformité à la réglementation mise à jour en matière d'étiquetage était requise d'ici le 1er janvier 2020 pour les fabricants dont les ventes annuelles d'aliments sont de 10 millions de dollars américains ou plus, et d'ici le 1er janvier 2021 pour les fabricants dont les ventes d'aliments en volume sont plus faibles. Un tableau des anciennes et nouvelles valeurs quotidiennes chez l'adulte est fourni à la rubrique Apport quotidien de référence .

Aux États-Unis, la carence en sélénium n'est pas courante. Une enquête fédérale sur la consommation alimentaire a déterminé que pour les femmes et les hommes de plus de 19 ans, la consommation moyenne d'aliments et de boissons était de 89 et 125 g/jour, respectivement. Pour les femmes et les hommes de tous âges, moins de 3 % consommaient moins que le BME.

Sources de nourriture

Le sélénium alimentaire provient des noix, des céréales , de la viande , des champignons , du poisson et des œufs . Les noix du Brésil sont la source alimentaire ordinaire la plus riche et pourraient causer une toxicité au sélénium si elles sont consommées régulièrement - bien que la concentration réelle de sélénium (comme pour toutes les sources alimentaires à base de plantes, comme une autre « noix paradisiaque » accumulant du sélénium , Lecythis , appartenant à la même famille Lecythidaceae ) dépend du sol et peut varier considérablement selon l'emplacement géographique. Par ordre décroissant de concentration, on trouve également des concentrations élevées dans les reins , le thon , le crabe et le homard .

On pense que la teneur en sélénium du corps humain se situe entre 13 et 20 milligrammes.

Santé humaine

Le sélénium dans le cancer

Le sélénium à des niveaux nutritionnels est nécessaire à l' homéostasie cellulaire , jouant un rôle d' antioxydant grâce aux sélénoprotéines , agissant ainsi en chimio-prévention contre le cancer. En revanche, les niveaux supra-nutritionnels agissent comme un pro-oxydant toxique dans les cellules tumorales .

Le sélénium a une action biologique bimodale selon la concentration. À faibles doses nutritionnelles, le sélénium agit comme un antioxydant par le biais des sélénoprotéines , piégeant les ROS , favorisant la survie et la croissance cellulaires ; tandis qu'à des doses pharmacologiques supra-nutritionnelles plus élevées, le sélénium agit comme un pro-oxydant générant des ROS et induisant la mort cellulaire . Dans le cancer, des études ont été menées principalement sur les bénéfices de l'apport en sélénium pour réduire le risque d'incidence de cancer au niveau nutritionnel ; cependant, moins d'études ont exploré les effets de doses supra-nutritionnelles ou pharmacologiques de sélénium sur le cancer.

"Bien qu'une association inverse entre l'exposition au sélénium et le risque de certains types de cancer ait été trouvée dans certaines études d'observation, cela ne peut pas être considéré comme la preuve d'une relation causale, et ces résultats doivent être interprétés avec prudence... Résultats contradictoires, y compris inverse, des associations nulles et directes ont été rapportées pour certains types de cancer... Les ECR évaluant les effets de la supplémentation en sélénium sur le risque de cancer ont donné des résultats incohérents... À ce jour, aucune preuve convaincante ne suggère que les suppléments en sélénium peuvent prévenir le cancer chez l'homme.

Le sélénium dans l'immunité anti-tumorale

À ce jour, de nombreuses études ont été menées sur les avantages de l'apport en sélénium dans la réduction du risque d' incidence de cancer au niveau nutritionnel, indiquant que le sélénium fonctionne probablement comme un immunostimulateur , c'est-à-dire en inversant l' immunosuppression dans le microenvironnement tumoral vers une immunité antitumorale en activant les cellules immunitaires ( par exemple les macrophages M1 et les lymphocytes T CD8+ , le nombre élevé de neutrophiles et de cellules NK cytotoxiques activées ) et libérant des cytokines pro-inflammatoires telles que l' IFNγ et le TNFα .

Le sélénium peut soit jouer un rôle pro-oxydant en induisant les ROS , activant la voie Akt-NF-кB, soit jouer un rôle antioxydant via la synthèse de sélénoprotéines telles que TXNRD se déplaçant vers le noyau et activant NF-кB , entraînant une activation supplémentaire des leucocytes et des pro- gènes de cytokines inflammatoires .

VIH/SIDA

Le SIDA semble impliquer une baisse lente et progressive des niveaux de sélénium dans le corps. Que cette baisse des niveaux de sélénium soit un résultat direct de la réplication du VIH ou liée plus généralement à la malabsorption globale des nutriments par les patients atteints du SIDA reste débattue. Des études observationnelles ont trouvé une association entre une diminution des niveaux de sélénium et de moins bons résultats chez les patients infectés par le VIH, bien que ces études aient été pour la plupart réalisées avant les traitements actuellement efficaces avec une thérapie antirétrovirale hautement active ( HAART ). Actuellement, les preuves sont insuffisantes pour recommander une supplémentation en sélénium de routine pour les patients infectés par le VIH, et des recherches supplémentaires sont recommandées.

Mortalité

La supplémentation en sélénium n'a aucun effet sur la mortalité globale.

Tuberculose

Comme pour les autres types de supplémentation, il n'y a aucune preuve solide que la supplémentation en sélénium aide au traitement de la tuberculose.

Diabète

Une méta-analyse de quatre ECR a conclu qu'il n'y a pas de support pour la supplémentation en sélénium pour la prévention du diabète de type 2 chez les Caucasiens.

Système reproducteur humain

Des niveaux anormalement élevés ou faibles de sélénium alimentaire peuvent avoir un effet négatif sur la qualité du sperme, avec une baisse conséquente de la fertilité.

COVID-19 [feminine

Pendant la pandémie de COVID-19, certaines études ont tenté d'établir une corrélation entre le niveau plasmatique de sélénium et la gravité des cas de COVID-19. Une étude réalisée sur 33 patients a conclu que les faibles niveaux de sélénium plasmatique étaient corrélés à un taux de mortalité élevé chez les patients COVID-19. Cependant, l'âge médian des décès dans cette étude était de 89 ans; en revanche, l'âge médian des survivants était de 69 ans et l'étude a indiqué que la causalité reste inconnue. D'autre part, une autre étude a révélé que le niveau plasmatique moyen de sélénium se situait dans la plage normale parmi tous les patients COVID-19 inclus ; cependant, le niveau plasmatique moyen de sélénium était élevé parmi les cas graves de COVID-19. Cette étude a conclu qu'il y avait une élévation significative du taux sérique de sélénium parmi les cas graves par rapport aux cas non graves de COVID-19, et pourrait être corrélée à la gravité de la maladie.

Évolution en biologie et considérations biosynthétiques

Le sélénium est incorporé dans plusieurs familles de sélénoprotéines procaryotes chez les bactéries, les archées et les eucaryotes sous forme de sélénocystéine, où les sélénoprotéines peroxiredoxines protègent les cellules bactériennes et eucaryotes contre les dommages oxydatifs. Les familles de sélénoprotéines du GSH-Px et les déiodinases des cellules eucaryotes semblent avoir une origine phylogénétique bactérienne . La forme contenant de la sélénocystéine est présente chez des espèces aussi diverses que les algues vertes, les diatomées, les oursins, les poissons et les poulets. Les enzymes du sélénium sont impliquées dans l'utilisation des petites molécules réductrices glutathion et thiorédoxine .

Les oligo-éléments impliqués dans les activités des enzymes GSH-Px et superoxyde dismutase, c'est-à-dire le sélénium, le vanadium , le magnésium , le cuivre et le zinc , peuvent avoir fait défaut dans certaines zones terrestres déficientes en minéraux. Les organismes marins ont conservé et parfois étendu leurs séléno-protéomes, tandis que les séléno-protéomes de certains organismes terrestres ont été réduits ou complètement perdus. Ces résultats suggèrent que la vie aquatique soutient l'utilisation du sélénium, alors que les habitats terrestres conduisent à une utilisation réduite de cet élément trace. Les poissons marins et les glandes thyroïdes des vertébrés ont la plus forte concentration de sélénium et d'iode. Depuis environ 500 Mya, les plantes d'eau douce et terrestres ont lentement optimisé la production de "nouveaux" antioxydants endogènes tels que l'acide ascorbique (Vitamine C), les polyphénols (dont les flavonoïdes), les tocophérols , etc. Quelques-uns d'entre eux sont apparus plus récemment, au cours des 50 dernières années. –200 millions d'années, dans les fruits et les fleurs des plantes angiospermes. En fait, les angiospermes (le type de plante dominant aujourd'hui) et la plupart de leurs pigments antioxydants ont évolué à la fin du Jurassique .

Environ 200 Mya, de nouvelles sélénoprotéines ont été développées en tant qu'enzymes GSH-Px de mammifères.

Voir également

Les références

Liens externes