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杨晗之

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《科学画报》编辑

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2012-02-24 11:04:41

《PQQ,身份未明的神秘营养物质》

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世界卫生组织认定,人体所需的维生素共有13种,分为脂溶性的ADEK和水溶性的CB族(8种)。近年,科学家发现一种称为PQQ的营养物质,有望成为人类的第14种维生素。日本传统食物纳豆中PQQ含量较高,而母乳中的含量更是惊人。更加令人惊讶的是,PQQ清除自由基的能力竟然是维生素C50100倍。那么,这种神秘的物质到底有哪些不为人知的故事呢?

 

PQQ的发现

2003年,日本科学家宣称发现一种水溶性B族维生素PQQ,缺乏这种物质的实验鼠会出现繁殖能力低下等现象。他们推测,它对人类也有相同的影响。这是1948年以来人们首次发现新的维生素。如果得到世界卫生组织的认定,这将成为第14种维生素,这也是日本科学家继1910年发现维生素B1后再次发现新的维生素。

事实上,早在20世纪50年代,挪威和英国的几位生物学家在研究细菌体内的代谢酶时,就意外地发现了一种新的化合物,它作为某些酶的辅酶发挥作用。在生物体内,各种化学反应都需要酶的催化作用才能顺利完成。然而,很多酶在发挥功能的同时还需要其他一些辅助分子,这些起到辅助作用的物质称为辅酶。遗憾的是,这一重要的发现并未引起足够的重视。直到1979年,美国科学家采用X射线晶体衍射技术,才首次确定这种神秘的辅酶是一种三羧酸醌类化合物,并将其命名为吡咯喹啉醌(pyrroloquinoline quinone,简称PQQ)。

20世纪80年代末,荷兰学者利用核磁共振技术分析后证实,细菌可以利用谷氨酸和酪氨酸合成PQQ。如今,细菌合成PQQ所必需的基因已经得到确认,随菌种不同共有47个。虽然只是某些细菌的产物,但有趣的是,在各种植物、动物以及人体内都发现含有极微量的PQQ

日本科学家测定了26种常见食物中的PQQ含量,发现1克食物中PQQ的含量在3.6561纳克不等。例如,蔬菜中欧芹、青椒,水果中的奇异果、木瓜,饮品中的绿茶、乌龙茶,以及人们常吃的豆腐中含量都约为30纳克/克。值得注意的是,日本传统食物纳豆当中PQQ含量最高,达到了61纳克/克。这可能是因为纳豆是大豆经过细菌长期发酵后制成的食物,其中的细菌不断分泌PQQ产生了浓缩效应。

美国研究人员检测发现,人乳中PQQ含量竟然高达140180纳克/毫升。人类经过数百万年的长期进化,发展出了一套适应环境的高效运作机制,任何生理过程都有其必要性和合理性。母亲的乳汁中含有如此高浓度的PQQ,这说明该物质对新生婴幼儿的生长发育可能起到至关重要的作用。

既然PQQ只能由某些细菌合成,那么植物、动物和人体中的PQQ又是从何而来呢?目前,科学界普遍认为,动物和人类肠道中虽然也有种类数量不等的细菌,但这些细菌都不能合成PQQ或合成量极少,根本无法满足身体需要。因此,动物和人类只能通过饮食途径获取PQQ。但是,植物体内的PQQ是从环境中吸收还是自己合成,或者两者兼而有之,这一问题至今还没有明确答案。经典的植物化学理论认为,植物能够利用根系吸收的水和无机盐为原料合成自身需要的一切有机化合物。由此推测,植物本身也可能像细菌一样自行合成PQQ这种小分子有机化合物。这一切都有待于未来科学家们的深入研究揭晓答案。

 

多才多艺的“维生素”新星

PQQ对人体究竟有何功效?研究人员经过30年的研究发现,PQQ具有多方面的卓越功效。

PQQ能够刺激微生物、植物、动物以及人体细胞快速生长,这方面以植物最为典型。早期研究发现,对植物使用PQQ后能够促进某些植物的花粉和种子萌发,减轻低温对黄瓜幼苗的冻伤,以及有助于提高冬小麦的结实率等。PQQ还是动物生长、发育和繁殖必需的营养因子。由于PQQ广泛存在于各种食物和周围环境中,日常饮食完全可以满足机体对PQQ的需求。因此,通常情况下很难观察到动物或人体出现PQQ缺乏症。1989年,美国研究人员发现,缺乏PQQ的雌鼠有20%~30%表现出了明显的缺乏症,包括皮肤脆弱、脱毛、身体弯曲,严重的会出现腹部出血甚至死亡。从PQQ缺乏的种种症状来看,似乎与其他维生素和矿物质缺乏有一定的相似性。

PQQ能够清除体内多余的自由基,保护机体免受氧化损伤。自由基是机体氧化反应中产生的一类化合物,具有强氧化性,一旦在体内积累就会损伤组织和细胞,进而引起慢性疾病和衰老效应。研究发现,PQQ清除自由基的能力是维生素C50100倍,是目前发现的抗氧化能力最强的物质。大量生理实验表明,PQQ能够保护心脏免受缺氧缺血造成的损伤,预防白内障的发生以及消肿、抗炎等诸多功效。

PQQ在神经营养和保护方面的作用更加非同凡响。研究发现,PQQ能够促进神经生长因子NGF的合成,从而促进切断的坐骨神经再生。PQQ还是一种性能优良的神经营养保护药物,在治疗帕金森症、老年痴呆症等方面具有开发前景。2008年,日本研究人员通过在大鼠的饮食中添加PQQ后发现大鼠的学习能力和记忆能力明显提高,说明在抗衰老方面PQQ也有突出表现。作者曾在大连理工大学从事PQQ的神经保护作用研究,发现PQQ能够有效减轻剧毒物质甲基汞对神经细胞的损伤,这从分子营养学角度为汞中毒的防治提供了新的参考。

此外,PQQ还有很多引人注目的神奇功效。乙醛是酒精代谢的有害中间产物,也是酒精中毒的重要原因。日本科学家发现,PQQ可以加快乙醛氧化成乙酸的速度来降低乙醛在体内的含量,从而有望减轻饮酒对肝脏造成的毒性损伤。我国学者发现,口服PQQ可以有效降低血铅、脑铅、肝铅水平,且不会造成体内有益金属元素锌、铜的流失。在放射性物质造成的皮肤烧伤方面,PQQ也可以促进伤口快速愈合。PQQ具有如此众多的功效,已经引起了国内外营养学家和药理学家的广泛关注。

 

神秘难解的身份之迷

然而,迄今为止,学术界也没有明确PQQ在人类体内到底承担什么任务,其身份来历成为了一个难解之谜。自从PQQ被提出作为第14种维生素以来,争议一直不断。有些学者认为,不同生物对于维生素的需求存在很大差异,例如,维生素C是人类必需的,但是鼠却不需要。因此,将PQQ定义为一种维生素还为时尚早。

与此同时,围绕PQQ出现了更多富有戏剧性的新闻报道。2004617,《法兰克福汇报》报道,科学家借助安装在美国“星尘”号探测器上的一种新型光谱仪发现,“威尔德”2号彗星尘埃中竟然存在PQQ。科学家推测,PQQ与其他许多分子随着彗星尘埃在几十亿年前抵达地球,它们促使含氮和碳的化合物产生基因构件。在水和其他因素的共同作用下,生命可能由此产生,而PQQ本身可能是在宇宙射线作用下由矿物颗粒表面存在的分子产生的。这一发现进一步佐证了彗星尘埃带来的有机分子帮助地球产生生命之说。

无独有偶,据说在曾经备受我国民间关注和在学术界引起巨大争议的“太岁”体内,也发现了高含量的PQQ。目前科学界认为,各地发现的“太岁”实际上可能是黏菌复合体,按《生命起源及进化谱系图》分析,它的位置应在菌、藻类植物和原生动物之间。也就是说,“太岁”处于生命演化的一个岔道口上,左拐就会发展到植物界,右拐就会向动物界发展,原地不动就变成了像蘑菇灵芝一样的真菌类。由于非常少见,一直是生物演化研究的一个盲点,所以它对研究生命演化过程十分有意义。

如果事实果真如此,PQQ在地球生命的演化过程中可能扮演过重要角色。这个看似简单的小分子化合物到底肩负着怎样的使命呢?未来,随着PQQ研究不断深入,必将有更多精彩的故事呈现在人们面前。

 

(张鹏,大连海洋大学,博士,主要从事分子营养与生态毒理学研究。)

 

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