細胞培養中的硒

硒在細胞培養系統中的主要功能

硒是細胞正常生長和發育所必需的微量元素 體內 和 體外。硒納入酵素中，可將過氧化物、有機氫過氧化物和過亞硝酸鹽還原為無害物質，從而保護細胞。

硒以氨基酸硒半胱氨酸的形式納入谷胱甘肽和硫氧還原酶、谷胱甘肽過氧化酶和硒蛋白 P 中。谷胱甘肽和硫氧還原酶分別再生還原的谷胱甘肽和硫氧還原素。還原型穀胱甘肽是下文討論的過氧化物酶的底物。還原的硫氧還蛋白是硫氧還蛋白過氧化酶的底物，也是抑制細胞凋亡的因子。依賴硒的穀胱甘肽過氧化酶 (GSHPx) 家族至少有四個成員，可防止過氧化物和氫過氧化物的有害影響。其中包括兩個細胞谷胱甘肽過氧化酶、一個血漿谷胱甘肽過氧化酶和一個胃腸道相關谷胱甘肽過氧化酶。

細胞谷胱甘肽過氧化酶是第一個被認定為硒蛋白的酵素。它在谷胱甘肽還原過氧化氫和更多有機氫過氧化物的過程中發揮催化作用。谷胱甘肽作為輔助因子，為還原反應提供電子。其他可用作谷胱甘肽過氧化酶和硒蛋白 P 的輔助因子的硫化合物包括抗壞血酸、半胱氨酸、胱胺素、二硫蘇糖醇和巯基乙醇。

硒蛋白 P (SeP) 是一種細胞外多功能酵素，存在於人體血漿中，濃度約為 5 µg /mL。它約佔人體血漿中總硒的 50%。SeP 可能是細胞（尤其是神經元和免疫細胞）的主要硒轉運和遞送蛋白質。SeP 似乎也能與細胞外基質材料和細胞膜的外表面結合。在谷胱甘肽、半胱氨酸或其他巯基化合物存在的情況下，它可以將脂質（脂肪酸）氫過氧化物還原為相對應的醇類。

哪些細胞培養基配方含有硒？

硒是細胞培養過程中不可或缺的礦物質，1976年以前開發的配方中並未識別到硒的存在，因為在血清中或用於製備培養基的水中就含有足量的礦物質。因此，某些基礎培養基配方中並不含硒（表 1）。

表 1. 無硒細胞培養基配方

Ames' Medium	F-12, Coon's Modification	McCoy's 5A Modified Medium<
Basal Medium Eagle (BME)	Fischer's Medium	Medium 199<
Glasgow Minimum Essential Medium (GMEM)	NCTC Medium<
BGJb/Fitton-Jackson Modification	Ham's F-10 Nutrient Mixture	RPMI-1640
Click's EHAA Medium<	Ham's F-12 Nutrient Mixture	Ham's F-12 Nutrient Mixture
CMRL-1066 培養基	Ham's F-12K Kaighn'ss modification	Swim's S-77 Medium
Dulbecco's Modified Eagle's Medium (DMEM)	Waymouth Medium MB
DMEM/F-12 Ham's Nutrient Mixture (50：	L-15 Medium (Leibovitz)	Williams' Medium E
Eagle's Minimum Essential Medium (EMEM)		各種專屬媒體

表 2. 選擇不含血清/蛋白質的雜交瘤培養基

Iscove's Modified Dulbecco's Medium (IMDM)

MCDB 131 Medium

MCDB 153 媒介

DMEM (D0547)

在基本配方中，DMEM/Ham「s Nutrient Mixture F-12 (50:50) 和 Iscove」s Modified Dulbecco's Medium (IMDM) 經常添加硒，作為各自對專有的無血清或無蛋白質商業培養基改良的一部分，用於重組異源蛋白質生產，包括單克隆抗體 (Mab) 製造。

硒在溶液中具有化學活性，可參與氧化/還原（氧化還原）和自由基反應。因此，在基礎配方中簡單地加入硒可能會導致毒性反應。在某些情況下，硒現在會被加入以上述配方為基礎的培養基，它是補充劑 ITS（胰島素-轉鐵蛋白-硒）、SPIT（丙酮酸鈉-胰島素-轉鐵蛋白）和 SPITE（丙酮酸鈉-胰島素-轉鐵蛋白-乙醇胺）（請參閱以下產品）的成分之一。

硒在細胞培養系統中的主要功能

無論硒是以硒、二氧化硒或亞硒酸鈉的形式加入細胞培養基中，它都會因應細胞培養環境而改變其形態和氧化狀態。了解硒物質在其濃度和形態下對細胞培養系統的正面和負面影響非常重要。

細胞培養中硒的有機和無機形式

硒的無機形式

• 硒，Se；
• 二氧化硒，SeO₂；
• 硒石，SeO₃^2-

硒的有機形式

• 二硒化物，RSeSeR 或 RSeSeR「；（R 和 R」可以是與硒連結的任何有機分子）。
• 硒二硫醇，RS-Se-SR 或 RS-Se-SR「；（R 和 R」可以是與硫連接的任何有機分子）。
• 硒化物負離子，RSe；（R 可以是與硒連接的任何有機分子）。

在體外，二氧化硒和亞硒酸陰離子會與穀胱甘肽、半胱氨酸、DTT 或 2-mercaptoethanol 的還原硫醇基團反應，形成通式為 RS-Se-SR' 的硒二硫醇。範例化合物有硒基二谷胱甘肽，GluS-Se-SGlu；硒基二半胱氨酸，CysS-Se-SCys；硒基二硫蘇糖醇；以及硒基二巯基乙醇。硒代二硫醇經過氧化/還原後，會產生氧化的硫醇化合物，例如 GluSSGlu，以及元素硒 (Se)。元素硒無毒且無催化作用。亞硒酸鹽會與還原型穀胱甘肽反應，產生超氧化物。無機硒化合物的進一步測試證明，無機硒化合物亞硒酸鹽和二氧化硒，以及組合物 RSeSeR 的有機二硒化物會與穀胱甘肽、半胱氨酸和二硫蘇糖醇等硫醇反應，並產生超氧化物和過氧化氫。構型為 RSeSeR 或 RSeSeR' 的有機硒（organic selenium）可與硫醇反應，產生還原硒化物負離子（以 RSe- 表示）。這類化合物具有毒性，因為它們會催化加速硫醇氧化，產生超氧自由基、過氧化氫和毒性更強的羥基自由基。

在體外，通式 RS-Se-SR' 的二硫化硒對細胞生長有雙相影響。二硫化硒（和亞硒酸鹽）可以抑制蛋白質合成和細胞生長，它們也可以促進細胞生長和蛋白質生產。這些硒的作用取決於幾個因素。其中最重要的因素似乎是細胞類型、亞硒酸鹽的濃度以及存在的二硫代硒。一般而言，當加入細胞培養系統的硒總濃度高於 1 µM，可能會抑制細胞生長和蛋白質合成。快速生長的細胞，例如腫瘤細胞，會比正常細胞受到較低濃度硒二硫醇的影響。