文 / Gene Ng

许多人,一早醒来,没喝上一两杯咖啡,就难以清醒著开始一天的活动。欧美的咖啡馆也是文人墨客和艺术家寻找灵感或社交的热门场所。

咖啡,为何能让人保持清醒呢?原来,是因为咖啡因的分子形状和腺苷(Adenosine)很相似。而腺苷对中枢神经系统有抑制作用,和受体结合时会抑制某些神经传递物质的释放,具有安眠镇静的效果。而咖啡因与腺苷有拮抗作用,咖啡因也会和腺苷的受体结合,竞争的结果让腺苷在旁干瞪眼,因此就不会有安眠镇静的效果。咖啡因,严格来说并非让人更清楚,只是让人不嗜睡而已。

咖啡基因体定序

那么咖啡为何能够制造出咖啡因呢?最受欢迎的咖啡是阿拉比卡咖啡(Coffea arabica,又称小果咖啡),有44对染色体。但用作基因体定序的是有 22 对染色体的中果咖啡 Coffea canephora(又称为 C. robusta,约占世界咖啡总产量的三成,主要用作即溶咖啡),其全基因体定序在 2014 年完成,发表在《科学》(Science) [1]。

从咖啡的基因体分析中发现,咖啡不仅能制造咖啡因,合成酚醛类次级化合物(phenylpropanoids)的基因也变多了。这些基因包括合成类黄酮(isoflavone and flavnoids)的酵素、合成生物碱(alkaloids)的酵素、合成单萜(monoterpene)的酵素、以及合成咖啡因(caffeine)的酵素等等。

那么咖啡合成咖啡因,是为了让动物兴奋或提神吗?相传,居住在埃塞俄比亚的人类,无意中发现了羊吃了咖啡浆果,会特别兴奋,自己尝过也有提神的效果,便开始采摘来食用。咖啡因一般上认为有抗虫的效果,有些有机农,会用咖啡渣来当作天然驱虫剂。咖啡叶也含有咖啡因,应该是为了抗虫,然而咖啡豆是种子,一般上比起叶片,昆虫不会食用,那为何也含有咖啡因?

其实,咖啡因也有抑制种子发芽的效果,因为咖啡因可以抑制细胞分裂,所以可以和其他种子竞争而一枝独秀。那咖啡因怎么不会抑制咖啡豆的发芽?原因是,咖啡豆一但吸了水,会把水送到根和芽,使它们快速膨胀,让生长点远离咖啡因,所以分生组织得以进行细胞分裂而生长 [2]。

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咖啡对健康是利或弊?

我们人类喝咖啡因,当然不是为了驱虫或休眠,相反的是为了提神。对无咖啡不欢的人们,咖啡能否影响健康的问题重不重要,关键在你有多需要它吧?

美国心脏协会表示,在咖啡引起心脏疾病的研究是相互矛盾的。世界卫生组织,多年来把咖啡归类为“可能”致癌,最近扭转了此说,指称喝咖啡致癌证据是“不充分的”。为什么会出现关于咖啡这么多相互矛盾的证据?近年科学家发现,答案可能是出在我们的基因 [3]。

为何有人只要喝了一杯咖啡,就会特别兴奋甚至焦燥,有些人连喝好几杯仍昏昏欲睡,加拿大多伦多大学的营养科学家 Ahmed El-Sohemy 等人发现一种酶的基因 CYP1A2 决定了我们身体分解咖啡因的速率。

CYP1A2 基因的一个变异能使肝脏很快地代谢咖啡因。如果有了两份“快”变异的基因,身体代谢咖啡因的速度,约为有两份“慢”变异的人的四倍。40% 的人带有两份“快”的基因变异,所以是快代谢者。约 45% 的人同时具有缓慢和快速的变异,而 15% 的人携带两份缓慢的版本。

他们研究了 4,000 位成人,其中 2,000 曾有过心脏病发作。他发现,一天喝超过四杯咖啡,会提心脏病发作风险 36% [4]。然而把他们依 CYP1A2 基因型分组,心脏病发作风险的提高,仅出现在慢代谢者身上;对快代谢者而言,喝咖啡反而对心脏有保护效果。另一组科学家在高血压也看到类似的现像,慢代谢者嗜咖啡则会提高罹患高血压的机会,快代谢者则相反 [5]。

除了和心脏病有关,咖啡也相传能提高运动表现。美国詹姆斯·麦迪逊大学的运动机能学家 Christopher J. Womack 发现,快代谢者从咖啡因取得的益处也比较大。在 2012 年一项研究中,Womack 等人研究了咖啡因药片和安慰剂对男性骑自行车手的表现有何影响。他们发现,慢代谢者在 40 公里的比赛中仅快了一分钟。但是,快代谢者却快了四分钟 [6]。

如此看来,慢代谢者不该多喝咖啡,除非已经上瘾难戒。那么对咖啡的爱好,和基因有关吗?一个大型跨国研究团队发现,大概有八个基因涉及人们对咖啡的喜好 [7]。咖啡爱不爱你和你爱不爱咖啡,看来基因就是主使的幕后老大哥啊!

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参考资料:
1. Denoeud F, et al. The coffee genome provides insight into the convergent evolution of caffeine biosynthesis. Science. 2014 Sep 5;345(6201):1181-4. doi: 10.1126/science.1255274. Epub 2014 Sep 4.
2. 索尔.汉森(Thor Hanson)著,萧宝森译,《种子的胜利:谷类、坚果、果仁、豆类、核籽如何征服植物王国,形塑人类历史》(The Triumph of Seeds: How Grains, Nuts, Kernels, Pulses, and Pips Conquered the Plant Kingdom and Shaped Human History),商周出版,2015年。
3. Anahad O’connor. For Coffee Drinkers, the Buzz May Be in Your Genes. The New York Times. July 12, 2016. http://well.blogs.nytimes.com/2016/07/12/for-coffee-drinkers-the-buzz-may-be-in-your-genes/?smid=fb-nytscience&smtyp=cur&_r=0
4. Cornelis MC, et al. Coffee, CYP1A2 genotype, and risk of myocardial infarction. JAMA. 2006 Mar 8;295(10):1135-41.
5. Palatini P, et al. CYP1A2 genotype modifies the association between coffee intake and the risk of hypertension. J Hypertens. 2009 Aug;27(8):1594-601. doi: 10.1097/HJH.0b013e32832ba850.
6. Womack CJ, et al. The influence of a CYP1A2 polymorphism on the ergogenic effects of caffeine. J Int Soc Sports Nutr. 2012 Mar 15;9(1):7. doi: 10.1186/1550-2783-9-7.
7. Coffee and Caffeine Genetics Consortium, et al. Genome-wide meta-analysis identifies six novel loci associated with habitual coffee consumption. Mol Psychiatry. 2015 May;20(5):647-56. doi: 10.1038/mp.2014.107. Epub 2014 Oct 7.

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