植物自帶「天然農藥」,還能讓我們更健康

植物自帶「天然農藥」,還能讓我們更健康
我們想讓你知道的是

我們吃蔬果時會攝入少量植物製造出來驅蟲的有毒化學物質,這種「天然農藥」可能會刺激我們細胞的適應力,具有對抗阿茲海默症、帕金森氏症和中風等疾病的潛力。

唸給你聽
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文:邁特森(Mark P. Mattson)
譯:謝伯讓

重點提要
  • 植物無法逃離掠食者,因此發展出一套精緻的化學防禦方式,來對抗昆蟲等各種想要把自己吞下肚的動物。
  • 植物用來抵禦掠食者的有毒化學物質,在我們吃蔬果時會少量攝入。這些物質會誘發輕微的生理壓力反應,讓我們體內的細胞更有韌性。
  • 適應這些生理壓力的過程,稱為「激效」。激效效應可以解釋許多健康效益,例如食用花椰菜和藍莓可以預防大腦退化性疾病。

當被問到為什麼吃蔬果可以增進健康時,大部份人都會說,因為這些食物含有抗氧化劑物質。這個說法很合理,因為大部份疾病例如癌症、心血管疾病和糖尿病等,都和細胞受到自由基破壞有關,而抗氧化劑正好可以中和這些自由基。

身為一名研究大腦疾病的科學家,我很早就知道自由基會干擾甚至殺死神經細胞。相反地,經常吃蔬果與其他含有高濃度抗氧化劑食物的人,大腦較健康,也比較不容易罹患神經退化性疾病。不過,抗氧化劑的故事並不是這麼簡單。

當我們透過動物和人體實驗來嚴格檢視抗氧化劑(例如維生素C、E和A)的功效時,並沒有觀察到抗氧化劑有預防和治療疾病的功能。那麼為什麼蔬果可以促進健康呢?

越來越多跡象顯示,這可能和植物億萬年來演化出來對抗病蟲害的自我保護機制有關。植物製造出來的苦味化學物質,是一種「天然農藥」。當我們食用這些植物製成的食品時,就會吃進少量的有毒化學物質,這會讓體細胞處於類似運動或長期禁食的生理壓力之中。細胞不會因此死亡,事實上,它們會變得更強壯,因為生理壓力會增強它們的適應力以面對更嚴重的生理壓力。這個增強細胞韌性的過程稱為「激效」(hormesis),越來越多的研究顯示,這個過程可以解釋食用蔬果為什麼有益健康。了解激效的機制,甚至可能可以找出預防或治療某些嚴重大腦疾病的方法,包括阿茲海默症、帕金森氏症和中風。

生理壓力增進健康

我與同事曾經間接觸激效這個研究主題,並蒐集了一些實驗資料。在1990年代初期,我當時在美國肯塔基大學山德斯布朗老化研究中心的研究團隊,開始研究抗氧化劑能否治療阿茲海默症。我們認為此法應該可行,因為在阿茲海默症病人大腦中過度堆積的β–類澱粉蛋白,在培養皿中會大肆傷害腦細胞,而自由基也參與了這個破壞過程。不幸的是,加州大學聖地牙哥分校的葛拉斯柯(Douglas R. Galasko)和艾森(Paul Aisen)在許多醫學中心發現的臨床實驗結果都顯示,高劑量的抗氧化劑對阿茲海默症病人並沒有幫助。於是,我們把研究方向轉到了一個看起來不太相同的問題上,卻讓我們意外發展出吃蔬果為什麼有益大腦健康的新假說。

我們和其他研究人員當時已經注意到,規律運動、低熱量飲食以及從事多樣腦力挑戰的人,腦功能通常較佳,也比較不會得到阿茲海默症、帕金森氏症或中風。我們很好奇,飲食、運動和腦力活動這三者是否以相同的分子機制影響大腦功能以及對疾病的敏感度。

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Photo Credit:科學人雜誌

最早在1999年,當時在我實驗室的一位博士後研究員布魯斯凱勒(Annadora Bruce-Keller,現為路易斯安那州立大學潘寧頓生物醫學研究中心的教授),進行了一項研究,我們發現當老鼠在隔日輕斷食後,腦中的神經細胞變得比較能抵抗一種會導致類似杭丁頓氏症和癲癇的神經毒素,相較之下,正常進食的老鼠則無法抵抗。不久之後,我被延攬為美國國家老化研究所的神經科學實驗室主任,我們的研究發現,隔日斷食也可以降低實驗動物出現阿茲海默症、帕金森氏症和中風的機率。

在努力研究斷食為何對大腦有益後,我們逐漸明白,神經細胞在食物匱乏時,會啟動對抗自由基和β–類澱粉蛋白的分子防禦機制,這種機制會產生名為神經營養因子(neurotrophic factor)的蛋白質,例如,攸關神經細胞存活的腦源神經營養因子(BDNF),以及可促進能量使用效率和防止受損分子累積的蛋白質。

從演化觀點來看,間續的斷食有益健康,這並不太令人驚訝。因為斷食會產生輕微的生理壓力,讓大腦進入一種必須優先保護神經細胞的狀態,這種狀態可以提升動物的生理功能,讓動物在面對資源匱乏的環境、而且必須花費更多能量去覓食時,仍能成功找到食物。

我們對於「生理壓力對腦細胞的正面效益」這個觀點充滿興趣,更讓我們開始檢視吃蔬果對神經系統的效用。當時我們對一些1970年代的發現感到非常好奇:海草中有一種名為紅藻氨酸(kainic acid)的神經毒素,可以和神經細胞表面的麩胺酸受體結合並導致受體過度活化(麩胺酸是負責啟動神經細胞的主要訊息分子)。

我們和其他研究團隊都已發現,斷食和運動會產生奇特的麩胺酸效應。如果過度刺激這些受體,神經細胞會受損甚至死亡。不過,適度的刺激這些受體則可以啟動神經細胞中一條與學習、記憶和保護細胞有關的生化代謝途徑。這些發現令研究人員開始思考,蔬果中少量的植物性神經毒素是否也可以在腦細胞中誘發類似的輕微生理壓力,並因此產生正面健康效益?

小心!有毒物質!

蔬果帶給我們的健康效益,只是億萬年來植物和草食性動物(大多是昆蟲)之間不斷爭戰的一段小插曲。為了存活,植物必須發展出不讓自己滅絕的保護方法才行。經過億萬年的演化,植物發展出了天然農藥。這些化學物質通常不會殺死昆蟲(植物並不在乎掠食者是否因此死亡,只是希望牠們走開而且別再回來)。植物驅趕病蟲的一種常見方式,就是針對牠們的神經系統。

有些植物會分泌化學物質來刺激昆蟲口器中一種名為感覺毛(sensilla)的神經細胞(類似人類舌頭上的味蕾細胞)。這些感覺毛細胞受到刺激後,會傳遞訊息到昆蟲的腦中,昆蟲就會判斷是否要食用這種植物。雖然昆蟲是植物最大的威脅,但靈長類的祖先也在早期的熱帶雨林環境中試圖食用各種植物的根、葉和果實,植物因此成為人類的食物或藥物,但也會造成人類噁心、嘔吐甚至死亡。

為了適應環境,我們人類發展出了精緻的警報系統,這也讓我想起了早期電視影集《太空歷險記》(Lost in Space)中一位主角的行為。這部影集描述一位9歲小孩羅賓森(Will Robinson)和家人在遙遠太空中的探險故事。在1968年的<植物大逆襲>這一集中,他們降落在一個遙遠陌生的星球,並開始探索太空船周圍的環境,這時,他們的聰明機器人夥伴發出了警告,要大家小心致命植物的威脅。

就像機器人一樣,我們的警報系統也會告訴大腦要小心有毒物質。許多植物嚐起來很苦,就是在告訴我們別吃太多這些難吃的葉子、根和果實,或者甚至應該完全避開它們。因此,兒童不喜歡吃綠花椰菜可能有其天生的原因。對昆蟲來說,有毒的化學物質驅使牠們遠離,但對人類來說,則是一種「不要吃太多」的警告訊號。傳統民俗治療師透過試誤法(有時會致命)發現這些植物有重要的醫療價值。藥理學家、毒物學家和生化學家都在驗證,食入低劑量植物性化學物質是否可以產生激效,也就是正面健康效益。

本文獲《科學人雜誌》、《科學人粉絲團》授權刊登,原文刊載於此

責任編輯:朱家儀
核稿編輯:翁世航

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