儉約的基因,奢侈的口味:能合成更多omega-3與omega-6脂肪酸,是優點或缺點乎?

我們的大腦是個非常神奇的器官。他大約重 1.3 到 1.4 公斤,約有一千億個神經元,每個神經元都向外觸及其他一千顆(老鼠大約只有十分之一的連結)。由於每個神經元都和另外的一千顆有接觸(而且這一千顆並不一定在旁邊),使得腦子所有的部位都能保持密切聯繫 [1]

既然每一顆神經元都要跟另外的一千顆有聯繫,神經元是否能正常的成長就很重要了。過去曾發現兩種長鏈多不飽和脂肪酸(long-chain polyunsaturated fatty acids, LC-PUFA),DHA(docosahexaenoic acid,屬於 omega-3 脂肪酸)與 AA(arachidonic acid,花生四烯酸,屬於 omega-6 脂肪酸),對神經元的成長很重要 [2]

雖然 DHA 與 AA 對神經元的成長很重要,但是我們並不能用簡單的原料(如 2 碳的乙烯輔酶 A)去合成它們。我們只能用 ALA(alpha-linolenic acid)與 LA(linoleic acid,亞麻油酸)來合成 DHA 與 AA。也就是因為這樣,所以我們一定要從飲食中取得 ALA 以及亞麻油酸,或者直接攝取 DHA 與花生四烯酸也可以。

如果是攝取 ALA 與亞麻油酸,由於它們只有 18 個碳,但是 DHA 為 22 個碳,而花生四烯酸則有 20 個碳,所以由 18 碳到 20-22 碳會需要延長(elongation)碳鏈以及加入雙鍵(去飽和反應,desaturation)。這其中,將雙鍵加入五號碳和六號碳的酵素 FADS1 與 FADS2,是這一整條合成途徑的速率限制步驟。

omega-3 (N3) 與omega-6 (N6) 脂肪酸的合成。在方格裡的 20:4 是花生四烯酸,22:6 是 DHA。FADS1 為 Δ5D,FADS2 為 Δ6D。圖片來源:Linus Pauling Institute(http://0rz.tw/rO0OE)

FADS1 與 FADS2 這兩個基因以頭對頭的方式座落在人類的第十一條染色體上。最近的研究發現,這兩個基因在人類的演化史上曾出現過變異。兩種主要的變異型 A 與 D,其中 D 使得酵素 FADS1 的表現量上昇。研究團隊發現,具有 D 變異型的人,合成 DHA 與花生四烯酸的能力,明顯地比 A 變異型的人要好很多 [3] [4]

研究團隊分析發現,兩種變異型出現的時間都小於 50 萬年;而 D 變異型與原來的基因差異較大,而且大部分的現代人都具有 D 變異型。

由於 D 變異型可以合成更多的 DHA 以及花生四烯酸,且這些 omega-3 與 omega-6 脂肪酸可刺激神經元的發育,研究團隊認為這個基因變異,使得現代人即使在飲食中未取得 DHA 與花生四烯酸(這兩種脂肪酸要從動物中取得,尤其是 DHA 要從海魚中獲取),還是可以經由亞麻油酸與 ALA(這兩種脂肪酸可由植物中取得)來合成足夠的 DHA 與花生四烯酸。

由於現代人與尼安德塔人(Neanderthals)在演化上分道揚鑣的時間大約就在 50 萬年前,研究團隊認為,D 變異型在現代人的基因中出現,是否提供了現代人在大腦發育上的優勢呢?由於具有 D 變異型基因的人可以在打不到獵物的狀況下,靠著採集到的果實、塊莖等食物所提供的亞麻油酸與 ALA,仍能合成足夠的 DHA 與花生四烯酸;這是否代表他們在歷史的智力競賽中取得較佳的優勢呢?

由於大部分的現代人都具有 D 變異型,因此可以說具有這種變異的人的確在演化上有優勢;但是這個基因變異到了 20 世紀,似乎成了一個劣勢。

怎麼說呢?原來體內有較高的 omega-6 脂肪酸(如:花生四烯酸)會造成前發炎性二十碳烯酸(proinflammatory eicosanoids)的合成。

前發炎性二十碳烯酸 (proinflammatory eicosanoids) 的合成。可以看到, 他們都是由花生四烯酸 (AA) 來合成的。圖片來源:維基百科(http://0rz.tw/YPwTK)。

這些前發炎性二十碳烯酸的功能包括血管收縮以及血栓形成,提高了心臟病和中風的風險。

所以,原本在演化上,FADS1 與 FADS2 基因的 D 變異型,因為可以在儉約飲食狀況下仍能讓我們神經元發育良好,因此有了優勢;但是到了現代,卻因為飲食中動物性食物不虞匱乏反而成了一種缺點。

或許,這個研究結果,也是在提醒我們,我們在數十萬、數百萬年的演化長流中,演化出的儉約基因(thrifty genes),真的不適合 20 世紀中葉以來的奢侈口味;『享福了福,福盡悲來』,清平致福,八分飽才是王道,不是嗎?

參考資料

[1] 奇普.沃特著。2011.重返人類演化現場.漫遊者出版.
[2] Darios, F., and Davletov, B. 2006. Omega-3 and omega-6 fatty acids stimulate cell membrane expansion by acting on syntaxin 3. Nature 440, 813-817.
[3] Genetic adaptation of fat metabolism key to development of human brain.
[4] Ameur, A., Enroth, S., Johansson, A., Zaboli, G., Igl, W., Johansson, A.C.V., Rivas, M.A., Daly, M.J., Schmitz, G., Hicks, A.A., Meitinger, T., Feuk, L., van Duijn, C., Oosta, B., Pramstaller, P.P., Rudan, I., Wright, A.F., Wilson, J.F., Campbell, H., and Gyllensten, U. 2012. Genetic adaptation of fatty-acid metabolism: a human-specific haplotype increasing the biosynthesis of long-chain omega-3 and omega-6 fatty acids. The American Journal of Human Genetics. 90: 1-12.

本文原發表於作者部落格

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