大數(shù)據(jù)揭示飲食中的“暗物質(zhì)”

席小萌

我在廚房櫥柜中搜索“暗物質(zhì)”，并在一包進(jìn)口面條中找到了它。包裝袋上注明了它有幾十種成分，其中許多是添加劑，但也有真正的食物——例如大豆、辣椒、芝麻、蘑菇、海藻、蝦等，還有我正在尋找的大蒜。

我并不是說(shuō)大蒜就是暗物質(zhì)或者它含有真正的暗物質(zhì)。暗物質(zhì)是一種無(wú)法直接觀察到的物質(zhì)，物理學(xué)家認(rèn)為，它廣泛存在于宇宙中，約占宇宙所有物質(zhì)的85%。但大蒜確實(shí)包含了所謂的“暗物質(zhì)”：大蒜中有成千上萬(wàn)種化合物，它們有可能會(huì)影響到我們的健康，但到目前為止，人們并未完全了解它們。

“營(yíng)養(yǎng)暗物質(zhì)”一詞是哈佛醫(yī)學(xué)院的艾伯特-拉斯洛·巴拉巴西提出的。他認(rèn)為，人們對(duì)飲食如何影響健康的理解僅限于150種主要營(yíng)養(yǎng)成分，但是這些營(yíng)養(yǎng)成分只占我們食物中的一小部分。所以，通過(guò)研究這些“暗物質(zhì)”，可以幫助我們重新認(rèn)識(shí)我們所吃的食物，以及了解它們對(duì)我們健康的影響。

大蒜中有成千上萬(wàn)種化合物，但人們并未完全了解它們。

我們知道，食物是由各種各樣的化學(xué)物質(zhì)組成的混合物。即使是我們熟知的“大量營(yíng)養(yǎng)素”——蛋白質(zhì)、碳水化合物和脂肪也千差萬(wàn)別，它還含有“微量營(yíng)養(yǎng)素”——礦物質(zhì)、維生素和其它生化物質(zhì)，它們僅以微量存在，但仍會(huì)對(duì)健康產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。

關(guān)于食物的這些成分，美國(guó)有個(gè)由農(nóng)業(yè)部負(fù)責(zé)維護(hù)的營(yíng)養(yǎng)數(shù)據(jù)庫(kù)（簡(jiǎn)稱USDA），其中包含了成千上萬(wàn)種食物的組成信息，分為188種不同的營(yíng)養(yǎng)成分。當(dāng)你搜索“大蒜”，該數(shù)據(jù)庫(kù)會(huì)提供58055種包含該物質(zhì)的食物——從生大蒜到加工的食品。生大蒜的條目會(huì)列出67種大量或微量的營(yíng)養(yǎng)素，有的甚至還量化為每100克含量是多少，等等。這看起來(lái)可能很詳細(xì)，但似乎還不夠全面。例如，它忽略了大蒜中的某些成分，如蒜氨酸。

這是USDA數(shù)據(jù)庫(kù)中普遍存在的一個(gè)問(wèn)題，即它僅跟蹤記錄許多食物中常見(jiàn)的營(yíng)養(yǎng)成分，因此忽略了那些罕見(jiàn)的部分。USDA從2003年開始填補(bǔ)這一空白，但到目前為止，也僅是在原有的150種成分中添加了38種類黃酮（一種與心血管疾病風(fēng)險(xiǎn)相關(guān)的植物化合物）。

大約10年前，一個(gè)國(guó)際研究團(tuán)隊(duì)決定編譯一個(gè)更全面的數(shù)據(jù)庫(kù)。一開始，由于他們對(duì)普通食物中微量營(yíng)養(yǎng)素的了解很少，所以只能追蹤記錄幾十種化合物。但是，他們通過(guò)檢索相關(guān)的文獻(xiàn)，進(jìn)行自己的實(shí)驗(yàn)室化學(xué)分析，不斷增加完善食物成分信息。最終，他們建立了一個(gè)名為FooDB的龐大數(shù)據(jù)庫(kù)。

目前，該數(shù)據(jù)庫(kù)已擁有約7萬(wàn)種營(yíng)養(yǎng)化合物的信息，幾乎是USDA數(shù)據(jù)庫(kù)的400倍。例如，USDA數(shù)據(jù)庫(kù)在生蒜中列出了67種化合物，但FooDB有2306種。

照此看來(lái)，以USDA為指導(dǎo)，食品中99.5%的成分都是個(gè)謎。甚至FooDB也還不完整，例如，在大蒜中列出的2306種化合物中，只有146種被定量，這意味著其它的2000多種化合物，含量還未知。這也是整個(gè)FooDB的不足——目前尚有約85%的營(yíng)養(yǎng)成分尚無(wú)法被量化。換句話說(shuō)，關(guān)于我們所吃食物的組成，我們只窺探了其冰山一角。

大多數(shù)營(yíng)養(yǎng)暗物質(zhì)都是由腸道菌群代謝產(chǎn)生的。這可能就是為什么關(guān)于不同食物的益處的研究往往給出相對(duì)模棱兩可，甚至相反結(jié)果的原因。

也許有人開始產(chǎn)生這樣的想法了：難道目前關(guān)于食物的知識(shí)幾乎都是錯(cuò)誤的？這個(gè)問(wèn)題的答案我們暫且不去討論，但必須指出的是，因?yàn)槲覀儗Ｗ⒂诖罅繝I(yíng)養(yǎng)素和卡路里，所以很多食物都被簡(jiǎn)化了。

其實(shí)食物非常復(fù)雜——當(dāng)它進(jìn)入我們的腸道時(shí)，它會(huì)與那里的微生物發(fā)生相互作用，從而變成其它化學(xué)物質(zhì)，而這些物質(zhì)對(duì)我們的身體會(huì)產(chǎn)生復(fù)雜的影響。因此，掌握食物中所含的所有化合物信息，將能對(duì)營(yíng)養(yǎng)研究人員提供很多意想不到的幫助。

現(xiàn)在很難確切地說(shuō)所有這些化合物信息有什么作用，它對(duì)健康的影響在很大程度上也是未知的。但是，我們有充分理由相信，食物中某些被忽略的化合物會(huì)產(chǎn)生積極的影響。

然而，在營(yíng)養(yǎng)學(xué)界，這種看法并不是很受歡迎。反對(duì)者認(rèn)為，食物中大多數(shù)化合物都以微量存在（換句話說(shuō)，即使存在所謂的營(yíng)養(yǎng)暗物質(zhì)，它的量也極少，起不到什么作用）。但是，這是一個(gè)誤解。目前食物中營(yíng)養(yǎng)素的濃度大約分為9個(gè)等級(jí)，但濃度并不總是影響因素。例如每100克食物中維生素E的濃度僅為微克，但我們知道，缺乏維生素E會(huì)對(duì)健康產(chǎn)生不利影響。所以，并不能說(shuō)低濃度的化合物對(duì)健康沒(méi)有影響。

為了證明確實(shí)存在“營(yíng)養(yǎng)暗物質(zhì)”且其對(duì)健康有重要影響，研究人員還求助于另一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)——比較毒物基因組學(xué)數(shù)據(jù)庫(kù)，該數(shù)據(jù)庫(kù)存有成千上萬(wàn)種化學(xué)物質(zhì)與人體相互作用的結(jié)果。

他們研究了大蒜的67種“官方”成分（來(lái)自USDA數(shù)據(jù)庫(kù)），發(fā)現(xiàn)了其中37種與人類健康和疾病有關(guān)。又對(duì)FooDB中大蒜的2306種成分進(jìn)行了同樣的處理，并發(fā)現(xiàn)了另外574種影響健康的化合物。他們認(rèn)為，食物的復(fù)雜性可能正是營(yíng)養(yǎng)科學(xué)經(jīng)常產(chǎn)生不同結(jié)論的原因。

想必我們都有過(guò)這樣的體驗(yàn)：上一周聽“專家”說(shuō)紅酒會(huì)對(duì)健康有害，這一周又聽“權(quán)威人士”說(shuō)“不會(huì)”。類似的還有關(guān)于紅肉、雞蛋、飽和脂肪的說(shuō)法等。沒(méi)有對(duì)食物營(yíng)養(yǎng)成分的全面了解，我們就無(wú)法確定哪種說(shuō)法是正確的。

關(guān)于個(gè)別微量營(yíng)養(yǎng)素的說(shuō)法也是如此。例如β-胡蘿卜素，根據(jù)流行病學(xué)研究，它對(duì)心血管疾病能起到抑制作用，但研究也表明在飲食中添加β-胡蘿卜素并沒(méi)有顯示出對(duì)健康有好處。

為什么呢？一個(gè)原因可能是β-胡蘿卜素在植物中從來(lái)都不是單獨(dú)存在的，有約400個(gè)分子總是與它一起存在，生物學(xué)家檢測(cè)到的可能是其他分子對(duì)健康的影響。另一個(gè)原因可能是微生物對(duì)“營(yíng)養(yǎng)暗物質(zhì)”的影響。大多數(shù)“營(yíng)養(yǎng)暗物質(zhì)”是通過(guò)腸道細(xì)菌化學(xué)轉(zhuǎn)化而成的，由于我們無(wú)法控制腸道菌群或先天代謝的變化，這就意味著不同的人會(huì)從食物中獲得不同劑量的代謝產(chǎn)物。這就是為什么研究不同食物的影響時(shí)，結(jié)果相對(duì)模糊的原因。

所有這些都表明了對(duì)食物的研究還很必要，且還有一段長(zhǎng)路要走。

紅酒對(duì)健康究竟有利還是有害？至今眾說(shuō)紛紜。

為了更深入地研究飲食對(duì)健康的影響，可能需要尋找一些新的途徑。比如求助于正在興起的大數(shù)據(jù)和復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)科學(xué)。必須指出的是，對(duì)“營(yíng)養(yǎng)暗物質(zhì)”進(jìn)行研究的團(tuán)隊(duì)都是生物化學(xué)家而不是營(yíng)養(yǎng)學(xué)家，他們專門探究人類疾病的遺傳和起源。因?yàn)榛驍?shù)據(jù)只能解釋約5%～20%的疾病原因，而他們認(rèn)為可以從食物中找到其余的原因，這才對(duì)食物營(yíng)養(yǎng)產(chǎn)生了興趣。

為了測(cè)試這種方法是否可行，研究人員開發(fā)了一個(gè)文本搜索工具，以搜索科學(xué)文獻(xiàn)中有關(guān)食物成分的信息。他們先搜索了“大蒜”，找到了一些缺少的濃度數(shù)據(jù)。例如，它發(fā)現(xiàn)了一種二硫化物——另一個(gè)可能對(duì)健康有益的辛辣味道的分子。另外，它還發(fā)現(xiàn)了FooDB中甚至沒(méi)有列出的另外96種大蒜成分。緊接著，他們又對(duì)“可可”進(jìn)行了搜索，結(jié)果發(fā)現(xiàn)了238種新的化合物。這表明了有很多信息已經(jīng)存在，但尚未被記錄到數(shù)據(jù)庫(kù)中。

大蒜和可可只是人們食用的大約2000種天然成分中的兩種，為了將研究擴(kuò)展到包括牛奶、蘋果等在內(nèi)的更多食品，他們又開發(fā)了一個(gè)名為“FoodMine”的文本分析工具，其目標(biāo)是涵蓋所有常見(jiàn)的主食，以便對(duì)飲食中的化學(xué)成分有更全面的了解。

這似乎還不夠復(fù)雜。還有一個(gè)復(fù)雜的問(wèn)題，那就是烹飪會(huì)將化學(xué)成分（包括“營(yíng)養(yǎng)暗物質(zhì)”）轉(zhuǎn)化為其它成分，這些成分有時(shí)會(huì)對(duì)健康產(chǎn)生影響。例如，糖和氨基酸在高溫下反應(yīng)時(shí)，會(huì)產(chǎn)生新的分子，使燒烤食品變得美味，但這些反應(yīng)還會(huì)產(chǎn)生丙烯酰胺，這可能是一種人類致癌物。

我們的新陳代謝也會(huì)對(duì)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)起作用，這增加了更多的復(fù)雜性。食物中的化合物通常會(huì)被口腔、胃和腸道中的各種酶進(jìn)行化學(xué)轉(zhuǎn)化。結(jié)果是，許多“營(yíng)養(yǎng)暗物質(zhì)”被轉(zhuǎn)化為各種更小、更奇怪的代謝物，然后再循環(huán)回到血液和其他組織中。這些經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)化的“營(yíng)養(yǎng)暗物質(zhì)”對(duì)健康有著更大的影響。

此外，在食品加工過(guò)程中也會(huì)添加大量化學(xué)物質(zhì)。這些物質(zhì)在我們體內(nèi)會(huì)發(fā)生什么情況尚不得而知。

鑒別食物中的所有化合物已經(jīng)是一項(xiàng)巨大的挑戰(zhàn)，而弄清楚它們與我們發(fā)生的生物反應(yīng)則更是難上加難。最終，需要將所有的食物分子與它們?cè)谌梭w細(xì)胞中的影響聯(lián)系起來(lái)。再一次，新的計(jì)算機(jī)技術(shù)扛起了這個(gè)重?fù)?dān)。例如，USDA的一個(gè)團(tuán)隊(duì)正在開發(fā)一種系統(tǒng)，利用人工智能來(lái)預(yù)測(cè)我們吃完食物中的“營(yíng)養(yǎng)暗物質(zhì)”會(huì)發(fā)生什么。作為一個(gè)試水項(xiàng)目，這個(gè)人工智能系統(tǒng)在FooDB中尋找能夠與某種蛋白質(zhì)發(fā)生作用的化合物時(shí)，它找到了10種。其中的兩種已知的，但是其他八種不是，包括芝麻中的芝麻素、利馬豆中一種黃酮，以及茶、藥草、香料中的化合物。

研究者們的最終目標(biāo)是想建立一個(gè)營(yíng)養(yǎng)素與人類健康之間相互作用的“全圖”——這是一項(xiàng)宏偉的工程，需要更多有關(guān)個(gè)人基因組、微生物組和其他因素的數(shù)據(jù)，但這也是我們真正了解人類營(yíng)養(yǎng)和健康關(guān)系的唯一途徑。