大多数已被鉴定的硒蛋白都具有一定的抗氧化功能。研究表明，体内存在过多的氧自由基会导致一系列氧化损伤过程，可能会破坏细胞的重要成分DNA和蛋白质，且会导致细胞死亡。雷红灵实验表明纯化的恩施碎米荠含硒蛋白对羟自由基和超氧阴离子自由基的清除以及蛋白溶液对丙二醛生成的抑制表现十分优秀，且饲喂小鼠后促进其生长发育，提高了血液中硒水平，增强了小鼠的总抗氧化能力。刘坤媛等证实食用壶瓶碎米荠含硒蛋白，能显著延长小鼠负重游泳时长，同时提高乳酸清除能力延缓运动性疲劳。由此推测含硒蛋白可能通过清除运动产生的自由基发挥其延缓疲劳作用，但还需进一步证明。

有机硒比无机硒具有更强的抗氧化能力。SeC是第21个氨基酸，所有硒蛋白的一个关键特征是序列中存在SeC残基，少数例外。这种氨基酸位于酶的活性部位，用于催化氧化还原反应，秦芸等比较了普通大米肽、富硒大米肽及SeMet对老龄小鼠体内抗氧化能力的改善作用，结果表明食用富硒大米肽后各项抗氧化能力评价指标改善程度均优于SeMet，且两者显著优于普通大米肽。LIU等研究发现富硒大豆肽通过降低血清谷草转氨酶、谷丙转氨酶活性，提高GSH含量和GSH-Px活性，促进GSH-Px的合成，增加MMP9mRNA的表达水平，从而减弱CCl4诱导的肝纤维化。

硒蛋白还可通过抑制脂质过氧化保护心脑血管健康。血浆中超过一半的硒以SelP的形式存在，SelP在血管中可直接降低磷脂过氧化氢含量、保护血管内皮细胞免受氧化损伤、抑制低密度脂蛋白的氧化，进一步保护心血管的健康。有实验表明低剂量地喹会导致大鼠血浆F2异前列腺素升高，发生脂质过氧化反应，肝细胞坏死，在给药后2h～4h内死亡。给药前12h补充硒可预防肝坏死和脂质过氧化，与硒补充后血浆中SelP含量的增加密切相关。硒蛋白还可与部分有毒金属离子如汞、铅、铂、砷等结合形成复合物从而保护机体免受伤害，具有一定的解毒作用。且硒通过调节SelP和GPX4的表达，拮抗铬诱导的氧化应激或改变抗氧化防御系统。有研究表明，预先补充硒能有效减缓铬诱导的膜脂过氧化，减少大鼠肝、肾中重金属的积累。

越来越多的证据表明，硒蛋白可以通过清除自由基、增加细胞内抗氧化酶活性和谷胱甘肽水平来抑制氧化应激。因此有机硒作为食品中的天然抗氧化成分对人体健康十分有益。

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