食物中的“暗物質(zhì)”

何媛媛

物理學(xué)家認(rèn)為，暗物質(zhì)是指無法通過對(duì)電磁波的觀測(cè)進(jìn)行研究的物質(zhì)，也就是不與電磁力產(chǎn)生作用的物質(zhì)。暗物質(zhì)質(zhì)量占宇宙總質(zhì)量的85%左右。

美國(guó)達(dá)能公司首先提出了“營(yíng)養(yǎng)暗物質(zhì)”的概念，以此形容食物中一些未知的成分。那么，什么是營(yíng)養(yǎng)暗物質(zhì)？以方便面為例，一包普通方便面的配料表列出近40種成分，雖然其中很多是添加劑，但確實(shí)也包括一些“真正的食物”，如黃豆、辣椒、芝麻、蝦、白菜、海帶、蘑菇、鳳尾魚和墨魚等。最重要的是，其中有一種含有大量營(yíng)養(yǎng)暗物質(zhì)的食物——大蒜。大蒜中就含有那些我們還不了解卻可能會(huì)影響人體健康的成分。

迄今為止，在食物怎樣影響人體健康方面，大多數(shù)研究的對(duì)象僅限于150種關(guān)鍵的營(yíng)養(yǎng)成分，它們只占食物中所有成分種數(shù)的一小部分。食物是各種各樣結(jié)構(gòu)復(fù)雜的物質(zhì)組合。對(duì)人體最重要的3種主要營(yíng)養(yǎng)成分——蛋白質(zhì)、碳水化合物和脂肪在不同條件下的結(jié)構(gòu)都可能是不同的，所以都具有多樣性。雖然人體對(duì)礦物質(zhì)、維生素和其他營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的需求量較小，但它們對(duì)健康也有深遠(yuǎn)影響。

營(yíng)養(yǎng)成分構(gòu)成“食物宇宙”

美國(guó)農(nóng)業(yè)部國(guó)家營(yíng)養(yǎng)數(shù)據(jù)庫收錄了數(shù)十萬種食物成分信息，并把它們分為188個(gè)不同種類。例如，在該數(shù)據(jù)庫中含有“大蒜”的食品超過5.8萬種。在“生蒜”條目下，又包含67種常量營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和微量營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，其中一些甚至量化至濃度低于千萬分之一。這些數(shù)據(jù)看起來很詳細(xì)，但其實(shí)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠全面，因?yàn)橹辽龠z漏了大蒜中一些典型的風(fēng)味化合物，如蒜氨酸。其實(shí)，不僅是大蒜，很多食物中所含的罕見成分都被遺漏。2003年，科學(xué)家開始填補(bǔ)這一缺憾，在原有的150種營(yíng)養(yǎng)成分中增加了38種黃酮類化合物（與降低心血管疾病風(fēng)險(xiǎn)相關(guān)的植物化合物，常見于漿果類、芹菜等食物中）。雖然38個(gè)種類看上去并不多，但科學(xué)家為此付出了巨大努力。

2010年左右，一個(gè)國(guó)際研究團(tuán)隊(duì)決定搭建一個(gè)更全面的食物成分信息數(shù)據(jù)庫，目的是把各種食物成分的詳細(xì)信息都一一列明。遺憾的是，該團(tuán)隊(duì)費(fèi)了大量功夫，也只列出了幾十種食物的成分信息，離他們所期望的成百上千種相去甚遠(yuǎn)，這是因?yàn)樗麄儗?duì)哪怕最普通的食物中所含的微量營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)也幾乎完全不了解。于是，他們查閱了大量資料，并借助實(shí)驗(yàn)室化學(xué)分析，最終建立了一個(gè)龐大的數(shù)據(jù)庫——食品數(shù)據(jù)庫（FooDB）。FooDB包括約7萬種食物成分，這一數(shù)量是美國(guó)農(nóng)業(yè)部國(guó)家營(yíng)養(yǎng)數(shù)據(jù)庫的近400倍。美國(guó)農(nóng)業(yè)部國(guó)家營(yíng)養(yǎng)數(shù)據(jù)庫的信息只涵蓋生大蒜中的67種化合物，但FooDB則列出了2306種。

沙棘

漿果類都富含黃酮類化合物，食用可降低心血管病風(fēng)險(xiǎn)。

然而，F(xiàn)ooDB提供的數(shù)據(jù)仍不能代表食物成分的全貌，因?yàn)樵谄淞谐龅拇笏馑?306種化合物中，只有146種被成功量化。而且，整個(gè)FooDB數(shù)據(jù)庫中像大蒜這樣有一部分成分已被量化的食物種類僅占15%?？梢赃@么說，當(dāng)我們談?wù)摯笏獾臓I(yíng)養(yǎng)價(jià)值時(shí)，我們所提到的其實(shí)只是大蒜所含營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)種類的冰山一角。由此可見，我們嚴(yán)重低估了食物的復(fù)雜性。而且，不僅食物中的化學(xué)物質(zhì)很復(fù)雜，它們進(jìn)入人體腸道與微生物相互作用后會(huì)轉(zhuǎn)化成什么別的化學(xué)物質(zhì)也未知。那么，我們?yōu)槭裁匆殉赃M(jìn)肚子里的食物進(jìn)一步復(fù)雜化呢？因?yàn)轱嬍持械陌滴镔|(zhì)無論好壞都可能會(huì)影響我們的健康，所以鑒定出食物中的每種物質(zhì)是營(yíng)養(yǎng)科學(xué)發(fā)展的關(guān)鍵。

營(yíng)養(yǎng)成分的主體：營(yíng)養(yǎng)暗物質(zhì)

到目前為止，科學(xué)家仍無法確定營(yíng)養(yǎng)暗物質(zhì)對(duì)健康的影響。有科學(xué)家認(rèn)為，其中一些被忽視的化合物對(duì)健康很重要。

但一些營(yíng)養(yǎng)學(xué)家對(duì)此并不認(rèn)同。他們認(rèn)為，與營(yíng)養(yǎng)流行病學(xué)相關(guān)的食物成分都是已知的，非傳染性疾?。ㄈ缪ā⒐琴|(zhì)酥松和齲齒）幾乎都與這些成分有關(guān)。所以，需要解決的問題是厘清多種已知食物成分共同對(duì)人體產(chǎn)生的作用。至于營(yíng)養(yǎng)暗物質(zhì)，哪怕它們真實(shí)存在，但與人體健康無關(guān)，也就沒有研究?jī)r(jià)值。還有一些人認(rèn)為，所謂的營(yíng)養(yǎng)暗物質(zhì)大都以極微量存在，對(duì)人體的影響可忽略不計(jì)。

但這樣的結(jié)論未免太過武斷，因?yàn)橛行┦澄镏幸汛_定成分的濃度是營(yíng)養(yǎng)暗物質(zhì)濃度的數(shù)十億倍，但濃度并不是唯一的關(guān)鍵因素。例如，盡管日常100克正常飲食中所含的維生素E僅為幾微克，維生素E卻是人體必不可少的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)之一。

為了探索“食物宇宙”的邊界，前述團(tuán)隊(duì)又搜索了另一個(gè)數(shù)據(jù)庫——毒性基因組學(xué)數(shù)據(jù)庫，該數(shù)據(jù)庫中包含數(shù)千種化學(xué)物質(zhì)與人體相互作用機(jī)制的信息。他們發(fā)現(xiàn)，美國(guó)農(nóng)業(yè)部發(fā)布的67種大蒜成分中有37種已確定與人類某些疾病有關(guān)，而FooDB數(shù)據(jù)庫中2306種大蒜成分中有574種對(duì)健康有潛在影響。基于這一發(fā)現(xiàn)，他們認(rèn)為，食物中那些大量未知的暗物質(zhì)帶來的不確定性，導(dǎo)致營(yíng)養(yǎng)科學(xué)研究往往無法得出一致和可復(fù)制的結(jié)果。這對(duì)那些熱衷于嚴(yán)格執(zhí)行營(yíng)養(yǎng)建議的人來說并不陌生：這個(gè)星期有新聞?wù)f喝紅酒對(duì)人體有好處，但下個(gè)星期可能又有新聞?wù)f喝紅酒沒有好處。如果對(duì)食物營(yíng)養(yǎng)成分沒有一個(gè)完整了解，那么就不能嚴(yán)格定性某種食物對(duì)健康的影響是好是壞。

骨質(zhì)疏松。在飲食中若只注重補(bǔ)鈣而忽略了維生素D，也會(huì)影響骨骼健康，如導(dǎo)致骨質(zhì)疏松。

血栓的產(chǎn)生與飲食密切相關(guān)。

除了主要營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，個(gè)別微量營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)也如此，如β-胡蘿卜素。根據(jù)流行病學(xué)研究，人體內(nèi)β-胡蘿卜素水平過低可能增加患心臟病的風(fēng)險(xiǎn)。但有研究顯示，在飲食中單獨(dú)添加β-胡蘿卜素并不能降低患心臟病的風(fēng)險(xiǎn)?？茖W(xué)家認(rèn)為，一個(gè)潛在原因是β-胡蘿卜素在植物中并非單獨(dú)存在，而總是與其他大約400個(gè)分子共同存在。因此，要檢測(cè)β-胡蘿卜素對(duì)健康的影響，就需要將其與其他分子一同進(jìn)行檢測(cè)。另一方面，腸道微生物也扮演著重要角色，因?yàn)榇蠖鄶?shù)營(yíng)養(yǎng)暗物質(zhì)都是由腸道微生物負(fù)責(zé)分解、轉(zhuǎn)化的。即便攝入同種食物，不同的人獲得的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的種類和量都可能不同，這是因?yàn)槊總€(gè)人腸道中的微生物種類和代謝水平都不同。

所有這些都表明，食物總體好比一個(gè)小宇宙，其中我們未知的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)（即營(yíng)養(yǎng)暗物質(zhì)）也像宇宙中未知的暗物質(zhì)一樣，等待我們?nèi)ヌ剿?。這看起來太復(fù)雜，好像無從下手，但人類基因組測(cè)序計(jì)劃為科學(xué)家提供了一種思路。在2005年人類基因組計(jì)劃完成之前，只有大約1.4%（編碼蛋白質(zhì)的部分）的人類DNA被認(rèn)為對(duì)生長(zhǎng)發(fā)育有意義，其余98.6%則被認(rèn)為是“廢物”。但我們現(xiàn)在知道，在與疾病有關(guān)的DNA序列中，約有三分之二屬于這些所謂的“廢物”中。雖然這些DNA序列不直接編碼蛋白質(zhì)，但其中許多都控制著基因的表達(dá)。

現(xiàn)在，我們對(duì)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)與健康之間關(guān)系的理解與我們對(duì)DNA和遺傳流行病學(xué)之間關(guān)系的認(rèn)識(shí)有很多相似之處。雖然這并不意味著飲食和健康之間的大多數(shù)關(guān)聯(lián)是由營(yíng)養(yǎng)暗物質(zhì)構(gòu)成的，但如果把我們吃進(jìn)體內(nèi)的98.6%的化合物都當(dāng)作不重要的東西，那就太不明智了。

因此，科學(xué)家已經(jīng)開始繪制營(yíng)養(yǎng)暗物質(zhì)的完整圖譜。目前用于分析食物的方法仍是利用質(zhì)譜和磁共振等耗時(shí)長(zhǎng)且費(fèi)勁的實(shí)驗(yàn)室技術(shù)，但科學(xué)家已在設(shè)計(jì)新方法。

探索營(yíng)養(yǎng)暗物質(zhì)的意義

前述團(tuán)隊(duì)的所有成員都不是營(yíng)養(yǎng)學(xué)家，而是物理學(xué)家。他們擅長(zhǎng)利用大數(shù)據(jù)和復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)科學(xué)來探究人類疾病的遺傳起源等問題。他們認(rèn)為，基因只是5%～20%的疾病誘因，而其余80%～95%的誘因很可能是各種食物成分。于是，他們創(chuàng)建了一個(gè)文本挖掘工具“食品挖掘器”（FoodMine），以挖掘科學(xué)文獻(xiàn)中有關(guān)食物成分的零星信息。FoodMine發(fā)現(xiàn)了大蒜中一種物質(zhì)（二烯丙基二硫醚，一種可能對(duì)健康有益的辛辣風(fēng)味分子）的濃度信息。此外，F(xiàn)oodMine還發(fā)現(xiàn)了大蒜的另外96種成分，這些成分甚至在FooDB數(shù)據(jù)庫中都沒有列出。除大蒜外，對(duì)可可做同樣的研究也發(fā)現(xiàn)了238種新型化合物。這說明現(xiàn)有數(shù)據(jù)庫中的信息還非常不完整。目前，科學(xué)家正利用FoodMine發(fā)掘更多食物信息。他們的目標(biāo)是覆蓋所有最常見食物，以提升我們對(duì)食物化學(xué)復(fù)雜性的全面理解。

如果能實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，那么下一個(gè)挑戰(zhàn)是探索烹飪會(huì)將食物中的化學(xué)成分轉(zhuǎn)化為哪些其他成分。一些烹飪方法會(huì)把原本沒有毒性的物質(zhì)轉(zhuǎn)化成有毒物質(zhì)。例如，通過燒烤可把食物加工得很美味，但經(jīng)過燒烤的食物中可能含有致癌物。所以，烹飪和加工可能會(huì)使?fàn)I養(yǎng)暗物質(zhì)轉(zhuǎn)變成另一種營(yíng)養(yǎng)暗物質(zhì)或有害物質(zhì)。

除腸道微生物和烹飪外，人體新陳代謝也是影響營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)轉(zhuǎn)化的因素。如此看來，本身就未知的營(yíng)養(yǎng)暗物質(zhì)經(jīng)過一系列轉(zhuǎn)化過程而形成的最終形態(tài)有極端復(fù)雜性，而這些最終形態(tài)才是影響健康的關(guān)鍵。而且，現(xiàn)在我們的食物中有很大一部分并非天然食物，其中不少都添加了食品添加劑。營(yíng)養(yǎng)暗物質(zhì)和這些添加劑經(jīng)過腸道微生物分解和人體新陳代謝后最終會(huì)轉(zhuǎn)化成什么，更不得而知。

要想識(shí)別出食物中的每一種化合物已經(jīng)是一個(gè)挑戰(zhàn)，而要找出這些化合物與人類生理系統(tǒng)的相互作用機(jī)制則是更大的挑戰(zhàn)。要想完全解析食物對(duì)人體健康的影響，科學(xué)家需要把每一種營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)分子與其在人體多種不同細(xì)胞中的分子效應(yīng)聯(lián)系起來。這雖然比不上探索宇宙暗物質(zhì)那樣遙不可及，但也需要大量繁重的實(shí)驗(yàn)室工作。好在人工智能技術(shù)正飛速發(fā)展，我們對(duì)食物中暗物質(zhì)的探索之路也將會(huì)越來越平坦。

探索食物中暗物質(zhì)的最終目標(biāo)，是描繪出營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)與人類健康之間相互作用的一幅完整的對(duì)應(yīng)圖。雖然這是一項(xiàng)巨大的工程，需要關(guān)于個(gè)人基因組、微生物組和其他因素的更多數(shù)據(jù)，但要真正了解人類健康和食物營(yíng)養(yǎng)之間的復(fù)雜性，這或許是唯一途徑。