“某地人不怕辣”“某地人辣不怕”……對于舌尖上的中國而言,吃辣的程度大致分為微辣、中辣、特辣。不過沒想到,食物竟會因太辣被“封殺”——前段時間,丹麥要求召回韓國某食品公司旗下的超辣火雞面,原因是其辣椒含量高容易導致食物中毒;德國也因有人食用魔鬼辣椒薯片中毒去世,對該食品實施了禁售。
然而在科學界,辣椒含有的辣椒素一直是個“香餑餑”,相關研究還曾獲得2021年的諾貝爾獎。今年,我國科學家對辣椒素的生物合成進化機制又有了新突破。那么,辣椒素對于人體究竟有害還是有益?研究辣椒素、推動其高產(chǎn)有何科學意義?
研究辣椒素為何能獲諾貝爾獎
大家常說食有“五味”:酸、甜、苦、辣、咸。其實從現(xiàn)代科學的角度來看,五味并非都是味覺,其中的“辣”實際上是種痛覺。一個簡單的道理,如果手不小心沾上了辣椒會覺得“辣得疼”,而手是沒有味覺器官的。
味道的產(chǎn)生源自舌頭上分布的味覺受體,可以將食物的味道變?yōu)樯窠?jīng)沖動信號傳遞給大腦。自2000年苦覺受體和2001年甜覺受體被發(fā)現(xiàn)以來,科學研究已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了“酸甜苦咸鮮”5種味覺受體,但并沒有“辣”對應的味覺受體。
通常,辣椒給人的第一感覺是“熱”,適當吃點身子暖洋洋的,還會出汗,如果吃得太辣了,就會觸到辣的感覺本質(zhì):痛覺。
既然辣是一種痛覺,且與針刺這類明顯刺激帶來的痛覺不大一樣,那么負責感知辣的機制是什么呢?研究人員對辣椒進行研究,找到了其中負責辣的具體成分——辣椒素(化學式是C18H27NO3)。接下來,需要探究到底是什么樣的基因幫助人體識別辣椒素并產(chǎn)生相應的痛覺?這個難度不小,畢竟機體的基因那么多,細胞種類也很多。
研究人員首先找到了對辣椒素不敏感的細胞,然后構建起一個龐大的基因DNA文庫,再將這些基因導入這個對痛覺不敏感的細胞,看到底哪個基因可以讓這個細胞對辣椒素敏感起來。經(jīng)過一系列篩選并測試了16000多個DNA片段后,研究人員終于找到了基因TRPV1。這是一個新的離子通道,能夠識別傷害性刺激。也就是說,當細胞接觸到辣椒素時,TRPV1會被激活,產(chǎn)生的電信號沿著傷害性通過神經(jīng)傳送給大腦。而對于這類傷害,大腦有一套固定策略,統(tǒng)統(tǒng)將其解讀為“痛覺”,于是,人就感覺到了辣椒素帶來的痛。因取得這項突出的研究成果,美國科學家戴維·朱利葉斯獲得了2021年諾貝爾生理學或醫(yī)學獎。
其實,感知辣椒素的TRPV1還有另一個特點,那就是它還會被超過43℃的熱激活,屬于痛/熱雙重通道。當人接觸辣椒素的時候,TRPV1對溫度的感受閾值有所下降,37℃的正常體溫也可以同時激活它,于是痛覺和熱覺聯(lián)合起來給大腦傳遞傷害信號,結果令人同時感受到痛和熱。
研究辣椒素最終獲得諾貝爾獎的榮譽,主要是因為科學家揭示了人體感知溫度、疼痛的分子機制,為理解人體觸覺感知提供了重要的科學依據(jù),還為開發(fā)新的止痛藥物提供了理論基礎。因此,研究辣椒素不僅在科學上具有重要意義,對于人類健康和醫(yī)學發(fā)展也有深遠影響。
“中毒”實為人體自保過度的反應
解讀了“辣椒為什么會辣”,就可以來探討“為什么辣椒會導致中毒”的問題了。
既然辣椒素受體TRPV1利用的是人體的傷害性神經(jīng)通路,那么,當人體接觸辣椒素以后,自然就會有一系列被傷害的表現(xiàn)。以消化系統(tǒng)為例,無論是口腔還是胃腸道,辣椒素都會刺激這些部位的黏膜,而機體自然產(chǎn)生的“對策”最典型的就是炎癥反應,比如,擴大血液通過性來讓相應的免疫成分通過,表現(xiàn)在身體上就是局部充血,嚴重時會出現(xiàn)過敏性休克。
同時,辣椒素刺激下的TRPV1會讓機體發(fā)熱,于是人感受到高溫、灼熱。為了應對這種現(xiàn)象,大腦會開啟降溫過程,通過讓血管擴張、血流加速、出汗增加來散熱,這就是吃辣后會臉紅、出汗的原因。其他部位如眼睛、鼻子等接觸到揮發(fā)的辣椒素也會產(chǎn)生類似的反應。為了清除辣椒素,眼淚、鼻涕這類清潔物質(zhì)會大量分泌,形成“一把鼻涕一把淚”。
此外,超出自身承受能力的辣椒素刺激所帶來的疼痛,會激發(fā)機體的一系列反應,如胃部不適、痙攣乃至嚴重的腸胃傷害等。機體為了應對,可能分泌更多的液體來稀釋辣椒素以減輕傷害,快速將其排出去,結果就會出現(xiàn)辣椒性腹瀉。
綜上,這些反應本質(zhì)上都是機體對辣椒素刺激產(chǎn)生的一種自我保護,可以理解為跟中毒很像,也可以理解為這就是中毒。畢竟中毒的本質(zhì)就是進入人體的物質(zhì)與人體組織發(fā)生反應而引起的暫時或者持久性損害。
只是很多情況下,辣椒素引起的不適并沒有那么嚴重,再加上人體有強大的代謝能力,所以不用擔心辣椒素會引起慢性中毒。但如果遠遠超出身體能承受的辣度刺激,引發(fā)機體嚴重反應,就可能發(fā)展為急性中毒。這也是丹麥和德國此次下禁令的緣故,因為所涉幾款食物主打的就是超辣甚至魔鬼辣。此前,法國也曾經(jīng)下架過一款號稱“世界最辣的薯片”,因為不少年輕人跟風嘗試這些食物甚至發(fā)起所謂的“挑戰(zhàn)”,由此引發(fā)的急性中毒、過敏性休克等問題不得不防。
多學科解析人類食辣的原因
厄瓜多爾、巴拿馬、秘魯、巴哈馬和委內(nèi)瑞拉等地的考古遺址中均被發(fā)掘出辣椒的淀粉化石,時間大約為六千年前,證明當?shù)厝撕茉缇烷_始人工種植并食用馴化的辣椒。隨著大航海時代的開啟,辣椒從美洲走向世界,成為世界性的飲食。
如今,每天全世界大約有三分之一的人都在吃辣,這種又辣又痛的刺激,讓他們欲罷不能。為什么這么多人愛吃辣呢?到目前為止,還沒有獲得統(tǒng)一的答案,不同領域的科學家對此各有見解:
進化領域的研究者從適應的角度指出,由于辣椒可以帶來熱感,所以對寒冷地區(qū)的人有御寒的作用;
微生物領域的研究者認為辣椒有殺菌作用,因此可以用于溫度較高地區(qū)食物的殺菌保鮮,這是生活在氣溫高地區(qū)的人偏好吃辣的主要原因;
從事基因研究的人稱,吃辣可能與基因有關,2012年發(fā)表在《生理學與行為》上的一項來自雙胞胎的研究指出,吃辣行為中遺傳因素占了相當比例,為18%-58%,即吃辣的喜好有遺傳傾向;
心理學專家則用心理學上的“良性自虐”理論來予以解釋,簡單來說就是人在感知那些被認為負面的事卻發(fā)現(xiàn)危險并沒有那么嚴重時,這種反差會帶來愉悅感;
神經(jīng)學研究更指出,辣椒素本來就能夠刺激大腦分泌內(nèi)啡肽,讓人產(chǎn)生愉悅感。
無論是哪種解釋,都在一定程度上揭示了人們對辣的喜愛有很多深層次的原因,而根本原因尚難以達成一致。
辣椒素具有較高醫(yī)藥科研價值
不過,科學家重點關注的并不是吃辣的喜好,而是辣椒素的科研價值與應用前景,尤其是對于醫(yī)藥領域而言。
前面提到,辣椒素是通過TRPV1來傳遞痛覺的,這個發(fā)現(xiàn)其實隱藏著很大的用途。當辣椒素激活細胞的TRPV1受體后,機體感知到辣會迅速釋放大量的神經(jīng)肽因子來應對辣椒素,帶來疼痛及灼熱感,但這也消耗了神經(jīng)肽,畢竟機體產(chǎn)生神經(jīng)肽是需要時間的。試想一下,如果再有疼痛來襲,神經(jīng)就不能很好地感知這種痛覺了,豈不是意味著人反而感覺不太疼或不疼了呢?相當于辣椒素通過這種方式實現(xiàn)了鎮(zhèn)痛。目前,已經(jīng)有利用辣椒素研發(fā)出的藥劑用于緩解各種神經(jīng)痛疾病,臨床效果反饋不錯。
其次,辣椒素具有抑菌效果,能夠對一些有害微生物如大腸桿菌、金黃色葡萄球菌、假單胞菌等產(chǎn)生較強的抑制效果。還有研究發(fā)現(xiàn),辣椒素對于可導致胃炎的幽門螺桿菌有一定的抑制效果。
此外,辣椒素還有一定的抗癌效果。有研究指出,吃辛辣食物的人患消化道癌癥的風險比不吃辣的人更低。同時,辣椒素對防治食管癌和降血脂也有一定作用。
正因如此,辣椒素既在食品領域中大顯身手,又有可觀的醫(yī)藥價值,還能在農(nóng)業(yè)領域派上用場。
科學家攻關生物合成助“高產(chǎn)”
近些年來,如何得到更多的辣椒素一直是研究者關心的課題。
其實,辣椒素是辣椒的一種自我防護。自然界中有許多昆蟲以植物為食,它們啃食辣椒會導致真菌等病原體入侵造成植株感染而致病。因此,辣椒進化出辣椒素這種對昆蟲、病菌有毒的成分來保護自己,如同煙草中的尼古丁本來是為保護煙草而生的。
想要得到更多的辣椒素,一種辦法是多種植辣椒,另一種辦法就是讓辣椒產(chǎn)生更多辣椒素。很顯然,后者是研究者努力攻克的重點難題。
一些科學家的研究目標聚焦于辣椒素的生物合成,其核心技術是基因。
今年,我國科學家團隊對辣椒素的生物合成進化機制進行了研究。他們首先是組建了端粒到端粒的無缺口辣椒基因組,因為有了基因組才能研究基因。接下來,研究人員找到了一年生栽培辣椒和不產(chǎn)辣椒素的野生辣椒,基于二者的基因信息,通過分子鐘的方式來計算辣椒素合成通路的進化時間節(jié)點。研究發(fā)現(xiàn),大概在1300萬年前到500萬年前,辣椒開始進化出合成辣椒素的能力。為了探究辣椒素的生物合成機制,研究人員還尋找到辣椒素合成酶這種關鍵基因的信息,為進一步利用和改造辣椒素生物合成提供了可能性。
當然,光是改造辣椒還不夠,辣椒的產(chǎn)量太低了,一公頃辣椒種植面積的產(chǎn)量不到3噸,辣椒素的總量有限。因此,科學家又有了新想法。很多人可能不知道,辣椒屬于茄科,與茄子、番茄“同門”。但相比之下,番茄的產(chǎn)量可就大多了。于是,科學家就琢磨:既然辣椒能產(chǎn)辣椒素,那番茄可不可以?來自巴西的研究人員梳理了辣椒素的生物合成機制,并比較了辣椒和番茄這兩種茄科作物的相似性后認為,通過CRISPR/Cas9等基因編輯技術改造番茄,讓番茄表達辣椒素是完全有可能的,或許在不久的將來,就會出現(xiàn)辣味西紅柿。
目前,世界上對辣椒素的生物合成研究有很多,既有改變辣椒本身的辣椒素表達,讓辣椒素能夠在諸如葉片之類的部位產(chǎn)生的思路,也有拓展更多作物表達辣椒素的想法。盡管還沒有比較成熟的研究成果問世,但是在現(xiàn)代基因編輯技術的加持下,這種可能性無疑會越來越大。
最后友情提醒一下,雖然辣椒素的益處不少,科學研究也頗有前景,但如果希望從吃辣椒的過程中獲益,還是要謹慎些,畢竟每個人對辣的耐受不同,不是誰都能享受這種“辣并快樂著”。
(作者為中國科學院西南生物多樣性中心生物學博士)
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