維生素的前世今生

梅娣

壞血病與維生素C的發(fā)現(xiàn)

1602年，在一個正沿著墨西哥的太平洋海岸線航行的西班牙船隊中，船員們接二連三地患上了不治之癥。“首先出現(xiàn)的癥狀是全身疼痛，這使得病人對普通的觸摸也十分敏感?！碧诫U隊的神父安東尼奧·德拉·阿森西翁寫道，“紫色的斑點開始遍布病人全身，在腰部以下尤其嚴(yán)重；然后，病人出現(xiàn)牙齦腫脹，以致牙齒無法咬合，只能進(jìn)食流質(zhì)；最后，病人們常常正說著話就突然死亡了?！?/p>

其實，這些船員們患的是壞血病。對于當(dāng)時的人們而言，這種疾病既熟悉得令人心痛，又撲朔迷離。沒有人知道它為什么會忽然降臨在水手身上，也沒有人知道要如何才能治愈它。但是，在1602 年的這次航行中，阿森西翁目睹了奇跡的發(fā)生。當(dāng)船員們上岸埋葬死者時，一名患病的水手隨手摘了顆仙人掌果吃。他漸漸感覺好多了，于是他的船員同伴們也紛紛效仿?！八麄?nèi)奸_始食用這種果實，并把它們帶回船上，這樣又過了兩個星期，所有人都康復(fù)如初?！鄙窀笇懙?。

在接下來的兩個世紀(jì)中，人們逐漸明白，壞血病是由于在長途航行中缺乏水果和蔬菜造成的。18世紀(jì)末期，英國海軍開始向其艦隊供應(yīng)數(shù)以百萬加侖（1加侖約等于3.78升）計的檸檬汁，以消除壞血病。直到1928年，匈牙利生物化學(xué)家艾伯特·圣喬其才真正發(fā)現(xiàn)了果蔬中可治愈壞血病的成分——維生素C。

物種之間的“維生素轉(zhuǎn)運”

在20世紀(jì)早期，科學(xué)界曾掀起一陣旨在揭開維生素神秘面紗的研究浪潮，圣喬其的實驗就是其中之一?？茖W(xué)家們發(fā)現(xiàn)了13種人體必需，但需求量極為微小的有機(jī)分子，這就是維生素。缺乏其中任何一種都會導(dǎo)致不同的疾病——缺乏維生素A可造成失明，缺乏維生素B12會嚴(yán)重貧血，缺乏維生素D可引起佝僂病，等等。

今天，為了深入認(rèn)識維生素，人們進(jìn)行了大量研究，但其中大部分都集中于保持人體健康所需的各種維生素的數(shù)量之上。可是這些研究并沒有解決最根本的問題：為什么我們?nèi)绱艘蕾囘@些特定的小分子？

近期的研究為此提供了新的答案。研究顯示，從大約40億年前地球上誕生了最早的生命形式起，維生素就已經(jīng)對生命不可或缺。早期的生命形式可以自己制造維生素，只是有些物種——包括我們——后來失去了這種能力?；谏a(chǎn)維生素能力的差異，不同的物種開始互相依賴，從而產(chǎn)生了一種復(fù)雜的分子流動，科學(xué)家們將其命名為“維生素轉(zhuǎn)運”。

廣泛存在的化學(xué)反應(yīng)生產(chǎn)著各種維生素

所有的維生素都是我們自己或其他物種的活細(xì)胞產(chǎn)生的。例如，當(dāng)陽光照射在我們皮膚中的一種膽固醇前體（制造膽固醇的原料）時可以產(chǎn)生維生素D；檸檬樹可以將葡萄糖轉(zhuǎn)化為維生素C。通常，維生素的生產(chǎn)是一項龐大而繁復(fù)精妙的過程。在某些物種中，制造一個維生素B12分子需要22種不同的蛋白質(zhì)。

雖然要成千上萬的原子才能構(gòu)建出一個蛋白質(zhì)分子，維生素中卻可能只含有幾十個原子。盡管個頭微小，它們卻大大豐富了我們體內(nèi)化學(xué)反應(yīng)的種類。維生素可與蛋白質(zhì)合作，幫助它們進(jìn)行原本它們自己無法完成的反應(yīng)。例如，維生素B1可協(xié)助蛋白質(zhì)從分子中釋放二氧化碳。

維生素不僅在我們體內(nèi)促進(jìn)這些化學(xué)反應(yīng)，在所有生物中也同樣如此?！皬募?xì)菌、真菌、植物到人類——所有的生物體都需要它們。”美國特拉華大學(xué)的生物化學(xué)家哈羅德·B.懷特三世指出。

這種化學(xué)反應(yīng)的廣泛存在很可能是自然演化的結(jié)果?？茖W(xué)家們普遍認(rèn)同，當(dāng)今地球上的生命是由40億年前化學(xué)結(jié)構(gòu)更為簡單的生命形式演化而來。這些原始生物依賴于DNA的單鏈變體（即RNA）生存繁衍——那時候，RNA擔(dān)負(fù)著雙重職責(zé)：攜帶基因（即今天DNA的工作）和催化化學(xué)反應(yīng)（現(xiàn)在蛋白質(zhì)的功能）。

懷特博士是對這一原始的“RNA世界”展開認(rèn)真思索的首批科學(xué)家之一。1975年，他提出維生素可協(xié)助RNA分子進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)。雖然到了今天，這些反應(yīng)已由蛋白質(zhì)接手，但它們所依賴的維生素并沒有改變。人類現(xiàn)在已經(jīng)離不開維生素了。

當(dāng)懷特博士提出上述理論時，其他的科學(xué)家們對此持懷疑態(tài)度。“人們問我：‘你要如何檢測這一理論？”他回憶道，“我回答：‘我不能。當(dāng)時，我想不出有任何方法能夠完成這項工作?！?/p>

直到近40年后，技術(shù)的發(fā)展終于趕上了理論的需求。2007年，加拿大西蒙·菲莎大學(xué)的生物化學(xué)家迪潘克爾·森開始著手檢驗懷特博士的理論。

經(jīng)過6年的試驗和改進(jìn)，森博士和研究生保羅·塞納克發(fā)現(xiàn)，有一種RNA分子可以利用維生素B1從另一種分子中釋放二氧化碳——與今天蛋白質(zhì)利用維生素B1的方式相同，這就印證了懷特博士的預(yù)測。

人類丟失了生產(chǎn)某些維生素的能力

在演化出制造維生素的能力后，有一些物種就顯得對此格外擅長。例如，植物演變成了生產(chǎn)維生素C的工廠，它們的葉片和果實中都富含這種分子。起初，維生素C的作用可能是保護(hù)植物免受應(yīng)激的脅迫——在其他物種，包括我們?nèi)祟愺w內(nèi)，至今它仍然執(zhí)行著這一功能。但隨著時間的推移，植物中的維生素承擔(dān)了幫助控制果實發(fā)育等新的工作。

植物花了數(shù)億年的時間才將自己轉(zhuǎn)變?yōu)榫S生素C的專業(yè)制造者，但維生素的生產(chǎn)也可能在較短的時間內(nèi)就發(fā)生變化。我們自己的祖先只需要數(shù)千年就改變了他們生產(chǎn)維生素D的能力。當(dāng)年，人類離開非洲赤道地區(qū)向高緯度地區(qū)擴(kuò)散，太陽在天空中的位置也隨之降低，提供的紫外線也有所減少。歐洲人和亞洲人演化出了淺色的皮膚，從而維持了維生素D的正常供應(yīng)。

除了維生素D和維生素K之外，我們?nèi)祟悷o法生產(chǎn)其他任何維持健康所必需的維生素。對于其中的一些，我們的祖先原本可以制造，后來卻喪失了這種能力。例如，一億年前，始祖哺乳動物就從來沒有受到過壞血病的困擾，因為他們可以自己制造維生素C。

許多脊椎動物都可以制造維生素C，且它們使用的是同一套基因?！拔覀儜?yīng)該也曾經(jīng)擁有這一能力，因為我們也具備所有這些基因?！狈▏鴩肄r(nóng)業(yè)研究院的麗貝卡·史蒂文斯說。endprint

然而，不同于青蛙或袋鼠，我們在其中一個基因——GULO——中發(fā)生了重大突變。由于無法產(chǎn)生GULO蛋白，我們就不能制造維生素C?！斑@種突變不僅限于我們——實際上，它可以追溯至很久很久以前?！变滋A大學(xué)的分子演化生物學(xué)家蓋伊·德勞因說。他和其他研究人員發(fā)現(xiàn)，在與我們親緣最近的靈長類——猿和猴——的基因組中也存在許多與我們相同的基因突變，導(dǎo)致它們的GULO基因也失活了。德勞因博士得出結(jié)論：我們與其他靈長類動物的共同祖先在約6000萬年前失去了制造維生素C的能力。

我們能依靠體內(nèi)的細(xì)菌制造維生素嗎？

然而，靈長類并非唯一GULO基因受到損傷的動物，最初科學(xué)家們能夠發(fā)現(xiàn)維生素C就是因為這個原因。圣喬其博士的突破性進(jìn)展歸功于他的發(fā)現(xiàn)：與其他嚙齒類動物不同，豚鼠可能發(fā)生壞血病。研究顯示，由于豚鼠的GULO基因中存在與我們不同的另一組突變，導(dǎo)致了該基因的失活。

就像在靈長類動物和豚鼠中一樣，在其他幾個動物譜系（如蝙蝠和鳴禽）中，GULO基因也出現(xiàn)失活?？茖W(xué)家們發(fā)現(xiàn)，在將富含維生素C的食物納入食譜后，動物很容易失去自己制造維生素C的能力。例如，我們的靈長類動物祖先開始攝取水果，而水果中提供的維生素C遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了他們的需求量。

科學(xué)家們對數(shù)千個物種的基因組進(jìn)行了掃描，他們發(fā)現(xiàn)了更多維生素基因衰退或完全消失的案例。南加州大學(xué)的塞爾赫·薩努多威廉米及其同事最近調(diào)查了海洋中最豐富的400種細(xì)菌的基因組。他們在《海洋科學(xué)年評》上的一篇論文中報告，這些細(xì)菌中有24%缺乏制造維生素B1的基因，63%無法制造維生素B12。

這些近期的研究格外出人意料，因為長期以來，人們一直以為細(xì)菌是維生素自給自足的物種?，F(xiàn)在，科學(xué)家們需要弄清楚的是：為什么海洋中的眾多細(xì)菌物種并沒有因為“微生物壞血病”而死亡?！盎蛟S有什么東西在為整個生物群落生產(chǎn)維生素，但我們不知道這些‘無名英雄姓甚名誰?！彼_努多威廉米博士說。

直到最近，科學(xué)家們才實現(xiàn)了海洋中維生素的測定。他們發(fā)現(xiàn)有些區(qū)域中維生素含量非常豐富，而其他區(qū)域則是“維生素荒漠”。很可能，這一差異不僅影響到細(xì)菌和藻類，還波及了以這兩者為食的動物。

在海洋中和陸地上，維生素均沿著復(fù)雜的路徑流轉(zhuǎn)。例如，我們?nèi)祟悷o法制造自己所需的維生素B12，因此需要從食物中攝取它們。其中一種方式是食用牛肉等含維生素B12的肉類。而研究表明，我們食用的奶牛和其他動物也不是在自己的細(xì)胞里生產(chǎn)維生素B12。相反，是它們的腸道細(xì)菌在為它們服務(wù)。

我們體內(nèi)也居住著成千上萬種細(xì)菌，它們也可以利用我們攝取的食物合成維生素。這是否意味著我們可以依賴于內(nèi)部的維生素轉(zhuǎn)運？“一切還只是理論推測?！睈蹱柼m科克大學(xué)的微生物學(xué)家杜威·范辛德倫說，“但是，已經(jīng)有越來越多的證據(jù)表明，細(xì)菌可以提供我們必需的某些維生素?！?/p>

如果是這樣的話，我們或許應(yīng)將自己的身體也視為維生素自給自足的海洋——40億年來在地球上始終循環(huán)不息的維生素轉(zhuǎn)運在我們體內(nèi)得到了延續(xù)。

維生素發(fā)展史簡表

公元前3500年古埃及人發(fā)現(xiàn)了后來的維生素A

1600年 醫(yī)生鼓勵以多吃動物肝臟來治療夜盲癥

1747年 蘇格蘭醫(yī)生林德發(fā)現(xiàn)維生素C

1831年 胡蘿卜素被發(fā)現(xiàn)

1911年 維生素正式被命名

1912年 維生素B1被發(fā)現(xiàn)

1913年 維生素A被發(fā)現(xiàn)

1917年 英國醫(yī)生發(fā)現(xiàn)佝僂病是缺乏維生素D引起的

1920年 發(fā)現(xiàn)人體可將胡蘿卜素轉(zhuǎn)化為維生素A

1922年 維生素D和維生素E相繼被發(fā)現(xiàn)

1926年 維生素B2被發(fā)現(xiàn)

1928年 科學(xué)家發(fā)現(xiàn)維生素B至少有兩種類型

1929年 維生素K被發(fā)現(xiàn)

1933年 維生素B3被發(fā)現(xiàn)，維生素E首次用于治療

1934年 維生素B6被發(fā)現(xiàn)

1948年 維生素B12被發(fā)現(xiàn)

1949年 維生素B3與維生素C用于治療精神分裂癥

1954年 自由基與人體老化的關(guān)系被揭示

1957年 輔酶Q10被發(fā)現(xiàn)

1969年 體內(nèi)超級抗氧化酶被發(fā)現(xiàn)

1970年 維生素C被用于治療感冒

1993年 維生素E和心臟病之間的關(guān)系被揭示

人類必需的13種維生素

維生素A 幫助生成并維持健康的皮膚、牙齒、骨骼和軟組織

維生素C 對全身器官的生長與修復(fù)是非常必要的

維生素D 幫助身體吸收鈣，可以在皮膚暴露于日曬時生成

維生素E 幫助紅細(xì)胞成型，并且是一種抗氧化劑

維生素K 即所謂凝血維生素，使人體的血液凝固

維生素B1 即硫胺素，幫助細(xì)胞將糖類化合物轉(zhuǎn)化為能量

維生素B2 即核黃素，與其他B族維生素協(xié)同工作，對人體生長和紅血球的產(chǎn)生極為重要

維生素B3 即煙酸，有助于消化系統(tǒng)、皮膚和神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)揮作用

維生素B5 即泛酸，是生長和食物新陳代謝必需的

維生素B6 即吡哆醇，幫助人體制造抗體和血紅蛋白，幫助維持神經(jīng)運作和血糖的穩(wěn)定

維生素B7 也被稱為生物素，是血液的新陳代謝必需的

維生素B9 也被稱為葉酸，幫助人體組織生長和細(xì)胞發(fā)揮作用

維生素B12 幫助紅血球細(xì)胞的形成，對新陳代謝極為重要endprint