能量飲料可以延緩老化的秘密：牛磺酸

大家有在喝能量飲料嗎？

我自己是沒喝過啦！不過看到這篇新聞的標題說能量飲量讓老鼠比較長壽又健康，好奇就研究了一下。

能量飲料之所以有這個功效，是因為它裡面的牛黃酸(taurine)。


雖然能量飲料裡含有可延緩老化的牛磺酸，但它的糖分也很高，喝太多也不好，等於喝進去很多糖。

什麼是牛磺酸？

牛磺酸是一種氨基酸，和其他氨基酸不同的地方在於它的結構裡有 sulfonic acid 和 β-amine。大部分的植物幾乎沒有硫磺酸，但它佔了動物體動的 0.1%。人類在幼年時，如果牛磺酸的攝取量不足，身體也會自己合成硫磺酸以幫助發育，因此它也是半必需(semi-essential)氨基酸。小型的牛磺酸臨床試驗顯示，成年人補充牛磺酸有助於改善代謝和發炎疾病。

牛磺酸的另一個被研究較多機制的是其抗氧化的能力，雖然它清除活性氧類(reactive oxygen species, ROS)的能力很差，但卻可以透過把次氯酸(hypochlorite)轉化爲 N-chlorotaurine 來去掉它的毒性，而且 N-Chlorotaurine 在人類和老鼠身上有抗發炎和促進抗氧化酵素表現的功用。

牛磺酸會隨著年齡增長而減少

不過，雖然牛磺酸的功用不少，但它隨著年齡的增長下降的很快，老鼠在 56 週大的時候，牛磺酸跟四個禮拜大時大概降了 66%，15 歲的猴子比五歲猴子低了 85%，人類在 60 歲時體內的牛磺酸跟五歲時比也下降了超過 80%。

為什麼隨著年齡越長，牛磺酸會漸漸減少？可能的原因之一是熱量攝取或飲食習觀的改變。不過，健康年輕人如果長期吃素，體內的牛磺酸也不過降低 20%，因此老年人會下降 80% 有可能是因為身體無法再自行合成牛磺酸。根據之前的老鼠實驗，大部分的牛磺酸是在肝臟裡合成，且隨著年齡增長，肝臟合成的牛磺酸量會降低。不過，合成牛磺酸的最後一個步驟需要 flavin-containing monooxygenase 1 (FMO1) 把亞牛磺酸(hypotaurine)轉換成牛磺酸，而人類肝臟裡並沒有這個酵素，因此可能是發生在別的細胞組織。

哪些食物裡有牛磺酸

很多食物裡都有牛磺酸，但海鮮類的含量比較高。

牛磺酸可以改善健康和延長壽命

年老時大量下降的牛磺酸如果對健康有所影響，那適時的補充是否有預防和改善的效果？它的功用除了上述的以外，也有不少研究在探討它對健康和壽命的影響，包括動物實驗和人類實驗。

在老鼠實驗中，研究人員讓老鼠從十四個月大時開始每天早上十點吃一次的牛磺酸(1000 mg/kg，相當於一個人飲用三至六罐的某品牌能量飲料的含量，但還是低於人體的最高安全攝取量)，一直吃到往生。他們發現，吃牛磺酸的老鼠的壽命長了約 10%-12%，母鼠的壽命比較長。另外，老鼠的體脂肪也低很多，經過深入分析，發現牠們雖然運動量比較低，但是能量消耗比較高外，骨質密度和肌力也比較高，老年焦慮比較低，整體的健康狀況都比較好。

牛磺酸在猴子身上也有類似的效果，中年猴子(相當於 45 至 50 歲的人類)在吃了牛磺酸六個月後，體脂肪和血糖都比沒吃的低外，脊椎和腿的骨頭密度也增加了。

另外，一個英國的健康研究也發現血液裡牛磺酸和亞牛磺酸(hypotaurine)較高的人，BMI 較低，腰比較細，也比較少鮪魚肚。除此之外，血糖比較低，糖尿病也比較少。

總之，整體來說，在老鼠、猴子和人類實驗裡觀察到的，牛黃酸讓整體的健康狀況較好：

1. 壽命比較長
2. 肌力較好
3. 血糖較穩定
4. 發炎狀況較少
5. 老年焦慮較少

作者表示，牛磺酸雖然可以減緩老化，但無法逆轉老化造成的損害。他還強調，這篇研究並沒有能量飲料公司或健康食品公司贊助。


用聽的 Podcast：科學亂講 萬能牛磺酸 vs 地底開花結果的新種棕櫚


Articles:

Amino acid in energy drinks makes mice live longer and healthier | Science | AAAS

Taurine, energy drinks, and neuroendocrine effects | Cleveland Clinic Journal of Medicine

Papers:

J McGaunn & JA Baur. Taurine linked with healthy aging: Reversing age-associated taurine loss improves mouse longevity and monkey health. Science (2023) DOI: 10.1126/science.adi3025

P Singh, K Gollapalli, S Mangiola et al. Taurine deficiency as a driver of aging. Science (2023) DOI: 10.1126/science.abn9257

大象較少得到癌症的秘密

癌症是由於某些基因突變造成的，人體的免疫系統是很嚴謹的防禦機制，要得到癌症需要好幾個癌症相關基因突變，但每個突變都有機制把關，需要所有的把關都失能，才會演變成癌症。其中一個把關是 TP53，一個表現 tumour suppressor, p53 的基因。

佩托悖論(Peto's paradox)

1977 年的時候，英國流行病學家 Richard Peto 提出一個理論：每次的細胞分裂都會有把突變帶入子細胞的風險，而其中有些突變可能會導致癌症。細胞分裂越多次，發展成癌症的機率也越高，而大型、長壽動物會比小型、短壽的動物進行更多次的細胞分裂。

因此，在其他條件相等的情況下，我們會預期大型、長壽動物，例如大象，得到癌症的風險比小型、短壽動物更高。但是，當 Peto 研究了一些動物的癌症發生率後，發現事實並非如此，這種看似反直覺的現象被稱為佩托悖論(Peto's paradox)。

然而，為什麼大象並沒有比人類更容易得到癌症呢？科學家想透過研究大象基因得知其不會得到癌症的秘密。

精子不宜高溫，但大象的睾丸很熱，怎麼辦？

哺乳動物的精子生成受溫度影響很大，即使溫度只是升高一點，也會讓精子的品質快速下降。而在哺乳動物中，頻繁的細胞增生需要比體溫低 2-4°C，例如老鼠的核心體溫為 36.6°C，其睾丸的溫度為 34°C，在 37°C 下產生的精子存活率很低，DNA 損壞的程度很高，而在 38°C 產生的精子會因為過多的突變而進入死亡(apoptosis)。由於溫度和健康精子之間的強烈關係，解釋了為什麼成熟的睾丸掉到陰囊中，吊在體外，因為這樣溫度比較低，宜產生健康精子。

但是，大象無法做到，牠沒有陰囊(scrotum)，睾丸位於體內深處，因此無法像其他動物一樣吊在外面散熱，而這個的影響就是睾丸的溫度會跟體溫一樣高。而且，因為大象的體型巨大，表面面積很大，皮膚又很厚，因此牠們的體溫偏高。大象最重要的散熱器是牠的耳朵，但是經過測量，非洲大草原上的大象耳垂處溫度可達 39°C，當牠微運動時，流經耳廓的血液溫度約為 40°C，而當牠爬斜坡時，溫度甚至會短暫升到 44°C。耳朵的溫度都可以這麼高了，核心體溫會有多高？牠們的精子處於危險之中啊。

大象有很多 TP53

由之前的研究已知，p53 蛋白可以偵測到在細胞分裂中損壞的 DNA，然後啟動維修機制，如果無法修好的話，就會讓細胞死掉(apoptosis)，進而阻止突變繼續發生。大多數的動物，包括人類只有一組表現 p53 蛋白的 TP53 基因，但是大象就有 20 組。你以為大象要那麼多 TP53 基因是為了要預防癌症嗎？最近牛津大學的生物學教授 Fritz Vollrath 發表了一篇論文，提出了 p53 和精子之間的關係，他認為大象會有那麽多個 TP53 基因並非用來抵抗癌症，而是穩定精子裡的 DNA。

在這個情形下，如果睾丸的溫度和體溫一樣高，便無法產生健康的精子，DNA 的損害程度也很高。這個時候，就要靠 p53 來進行 DNA 檢驗和修復了，如果無法修復，就要讓 DNA 受損的精子死掉，因此大量的 TP53 基因就可以大量的檢驗精子的 DNA，順帶的好處就是可以檢驗是否有致癌的突變。

至於為什麼大象沒有陰囊，睾丸在體內的原因，至今好像沒有一個定論。



Articles:

Too hot to handle: male elephant reproduction may link to cancer prevention

The Evolution of Testes


Papers:

Fritz Vollrath. Uncoupling elephant TP53 and cancer. Trends in Ecology & Evolution (2023) DOI: 10.1016/j.tree.2023.05.011