該吃什麼已經記錄在你的基因裡

該吃什麼、要吃多少，都寫在你的基因裡了嗎？

這篇刊載在 Cell Metablism 的研究是由墨爾本 Monash 大學的 Dr. M Piper 做的，是關於基因和飲食的關係，我覺得還滿妙的。之前有研究顯示飲食和身體機能是相關的，會自己取得一種平衡，例如每餐飲食中蛋白質少的話，那吃進去的食物總量就會增加，因為身體會想要攝取到足夠的蛋白質量；每餐蛋白質量高的話，那吃的總量就會減少，於是便會造成減重的效果。不過，蛋白質吃太多的話，壽命又可能會減短。又有研究顯示，節食(dietary restriction, DR)的話會比較長壽，但是會造成繁衍後代上的問題，但是如果補充甲硫氨基酸 (methionine, M) 的話，就可以改善因節食產生的生育上的問題。

不過，到底怎樣吃最好呢？怎樣才是平衡的飲食？Piper 和他同事之前發現，飲食裡氨基酸的比例和果蠅的壽命有關。學過生物的都知道，氨基酸有二十種，其中有十種是必需氨基酸(essential amino acids, EAA) (F, H, I, K, L, M, R, T, V, W)，另外十種是非必需氨基酸(non-essential)(A, C, D, E, G, N, P, Q, S, Y)。他們認為，飲食裡要含多少哪種氨基酸，已經寫在你的 DNA 裡面惹，就是說把你全部的基因轉換成氨基酸序列後，算這二十種各個出現的比例，就是你需要吃進去的量。例如果蠅基因裡全部的離氨酸 (lysine, K) 佔了 10%，那飲食裡含有的 K 就要有 10%。當你依照這個比例吃，就可以增加壽命哦。



為了測試這個理論，他們把果蠅的基因全部轉成氨基酸後，算出各個氨基酸的比例，為果蠅設計幾份不同的菜單。一種是依照基因裡出現的比例(以下稱同比例)，另一種則是不按照基因裡出現的比例，然後比較兩種飲食的結果。

當果蠅可以選擇要吃哪種時，牠們偏好同比例的食物，而且同比例飲食的果蠅會比選不同比例飲食的吃得少，表示同比例飲食不用吃很多就可以滿足食慾和飽腹。另外，吃同比例飲食的果蠅也長得比較大隻，下的蛋比較多。如果飲食裡必需氨基酸的比例降得比該有的低話，果蠅下的蛋就變少。不過，同比例飲食並沒有改變果蠅壽命的長度。在果蠅上是這樣，那在哺乳類動物上會有相同效果嗎？他們把同比例飲食測試在老鼠身上，同樣的情形也出現在老鼠身上，同比例飲食的老鼠長得比不同比例飲食的老鼠壯。

是說，既然市面上都有各種維他命的補充品了，為什麼沒有氨基酸的啊？就賣必需氨基酸的就好了，像是 B 群(Vitamin B complex)一樣，也可以來個 EAA，每天吃一粒 EAA 不是省事又不怕缺這缺那嗎？要不然就是分開賣啊，這樣就有二十種可以賣欸，當然大家也就有二十種可以選擇，覺得自己缺少哪種氨基酸就吃哪種這樣。XD（是說如果是這樣的話，每個人需要的比例應該都差不多，既然人類的基因都定序出來了，算一下每個氨基酸的比例是多少應該沒問題吧？然後看哪種氨基酸的比例最高就專賣那種，應該可以大賺一筆吧。XD）



Article:

The Scientist / Genes’ Composition Guides More-Optimal Diets (2017)


Paper:

MDW Piper et al, Matching Dietary Amino Acid Balance to the In Silico-Translated Exome Optimizes Growth and Reproduction without Cost to Lifespan. Cell Metabolism (2017)

倉鼠：我吃玉米錯惹嘛？QQ

食物會影響倉鼠的行為？法國斯特拉斯堡大學(University of Strasbourg)的生物學家 Mathilde Tissier 用歐洲倉鼠做研究的時候，發現他們養的老鼠行為異常，除了很激進外，且不在巢裡生產，生出來後還會把小 baby 活生生地吃掉。


Picture: from My Hamster

歐洲倉鼠(European hamsters)生活在法國的農場裡，但面臨消失的危機，只剩下一千多隻，而在歐亞地區的數量也漸漸減少。通常倉鼠都是吃生長環境中有種的農作物，所以大多數時候吃的是玉米。Tissier 和他的同事原本是想知道食物是否會影響幼鼠的生長，沒想到出現母倉鼠行為異常的問題，他們猜想是否因為飲食所造成的，便分別會倉鼠吃玉米或小麥，因為牠們是雜食類動物，所以同時也給牠們來點肉 -- 蚯蚓。

他們發現吃小麥的母鼠沒有異狀，但是吃玉米的母鼠在生產前就怪怪的，牠們先是不在巢內生產，之後還會在新生幼鼠生出來後把牠們吃掉。普通老鼠也會吃 baby，但不會吃活的，而是把死的吃掉以維持巢的清潔。Tissier 花了一年的時間研究為什麼吃玉米的老鼠會行為異常，他們後來給吃玉米和蚯蚓的老鼠補充了含有菸酸(niacin, aka. nicotinic acid)的水，結果這次母倉鼠的行為正常，沒再把新生幼鼠吃掉了。為什麼會這樣呢？

原來玉米缺少了很多微量營養素(micronutrients)，包括菸酸。如果人類的主食都是玉米的話，就會因為缺少菸酸而得到糙皮病(pellagra)，這個疾病於十七世紀時，在玉米成為主食之後出現在歐洲。得到糙皮病的人會出疹子、腹瀉和痴呆。中美洲人也同樣以玉米為主食，為什麼就沒出現這個問題呢？直到二十世紀中期的時候，人們才知道此症的病因。中美州人煮玉米有特別的方法，叫鹼法烹製(nixtamalization)，這個方法源於墨西哥。他們會把玉米泡在鹼水中煮，通常是石灰水(limewater)，也就是氫氧化鈣(calcium hydroxide, Ca(OH)2)，用鹼水煮過後玉米中的菸酸（也就是維他命 Vitamin B3）和色氨酸(tryptophan)會被釋放出來，使人體可以吸收，而歐洲人把玉米帶回去的時候，並沒有把這套處理法帶回去，因此會出現缺乏維他命 B3 的情形，而只吃玉米的歐洲倉鼠出現的癥狀便類似糙皮症。

沒想到吃個玉米也有這麼個學問啊~



Article:

ScienceNews / A diet of corn turns wild hamsters into cannibals (2017)


Paper:

ML Tissier et al, Diets derived from maize monoculture cause maternal infanticides in the endangered European hamster due to a vitamin B3 deficiency. Proc Biol Sci (2017)

類禁食的低卡節食法

你試過哪種節食法嘛？

之前已有研究顯示定期禁食或短期低卡路里飲食可以降低體脂肪、延長壽命，而高蛋白飲食則反之。Prolonged fasting (PF, 禁食)是指有兩天以上是只有喝水，可以短暫降低血糖和 IGF-1 (insulin-like growth factor 1)。最為人知的飲食法是 5:2 節食法，就是說一週有五天正常吃，剩下的兩天則是只吃 500-600 大卡，可以降低胰島素、血糖和血壓等等。不過，過於嚴苛的節食，例如只喝水的那種，很多人可能會負荷不了，身體不佳者則可能會有反效果。另一種節食法則是南加大的生化學家 Valter Longo 提出來的類節食法(fasting-mimicking diet, FMD)，就是一個月有四天連續吃同一類菜單，主要是低醣和低蛋白質、高不飽和脂肪酸，約一天只有 700~1100 大卡，剩下的天數都隨便吃。

雖說禁食和低卡節食法 FMD 在老鼠上可以看到效果，但在人體的臨床試驗上一直沒有結論。2015 年的時候，Longo 發表了一篇研究在 Cell Metabolism，用了酵母菌、老鼠和人類做試驗。在酵母菌的部分，prolonged fasting 是用水和高營養培養液每兩天輪流一次，可以延長酵母菌的生命和在雙氧水下存活的細胞數。老鼠的部分則是用四天的類節食法(FMD)。每個月兩次，一次四天的 FMD 後，中年老鼠的壽命增長，內臟脂肪減低，免疫系統變好 ，也減緩骨骼中的礦物質流失；在老年老鼠中，FMD 則是會促進海馬迴的神經細胞增生和增進認知能力。在人類的初期臨床試驗，FMD 是每月五天，攝取的卡路里是正常的34%~47% (第一天約 1090 大卡，剩下四天為 725 大卡)，含有至少 9%~10% 蛋白質、34%~47% 碳水化合物和 44%~56% 脂肪 [註]。試驗人數為 38 人，其中一半(十九人)實施 FMD，一半沒有。三個 FMD 週期後，有實施 FMD 的人的血糖、體脂和 CRP (C-reactive protein, 發炎和心血管疾病的 biomarker)都比沒有的低。

今年年初 Longo 又發表了一篇研究在 Science Translational Medicine，是比上次大的臨床研究，71 人分成兩組進行了三個月的 FMD (低醣、低蛋白質、高不飽和脂肪酸)，同樣是每個月有連續五天進行低卡節食。第一組(n=32)控制組是先吃三個月的正常飲食後進行三個月的 FMD，第二組(n=39)則是直接實行三個月的 FMD (第一組此時正常吃)。結果發現實驗開始的三個月後，第二組的體重和體脂都減少了（平均少了 2.6 公斤），血壓和賀爾蒙 IGF-1 (insulin-like growth factor 1)也降低了。(血液中的)胰島素在節食的四天後降低了，但在剩下天正常吃後便恢復了；IGF-1 則是在 FMD 結束時降低 ~45%，但之後也回升了。第一組的人在完成三個月的 FMD 後的效果也和第二組一樣，只是膽固醇 HDL (high-density lipoprotein) 降的沒第二組的低。不過，兩組完成三週 FMD 的人在恢復正常飲食五到七天後，體重、BMI、體脂和血壓等等都有顯著降低，血糖、三酸甘酯和 CRP 則沒有顯著變化。以上結果顯示 FMD 可以降低 BMI、血糖、甘油三脂(triglycerides)、膽固醇和 CRP 就可以預防因老化而造成的疾病，例如糖尿病和心血管疾病。

他們也做了後分析，把參加者分成正常組和高風險組(血壓、血糖、體脂較高的人)，然後比較 FMD 後的感變，發現高風險組的改變比較多，血糖、血壓、體脂和膽固醇等等降的比正常組的多。在參加者做完 FMD 後的三個月有再追蹤一次，發現他們的體重、BMI、血糖和血壓仍維持跟剛結束 FMD 後一樣，表示效果能持續至少三個月，除了 HDL 有升高。

雖說這種吃法可以降低血壓、血糖等等，但是節食後 ketone bodies 是增加的，雖然恢復正常飲食後就降低了，應該是沒有安全上的問題，但這也表示這種吃法只能短期吧，一個月五天足已，想嘗試的不要這樣連吃一兩個星期欸。另外要提的是這個試驗一開始有一百人參加，試驗途中有 29 人退出，表示這個飲食方式還是有很多人受不了的，想試的人還是要考慮一下自己的身體狀況哦。


註：五天的菜單包括有蔬菜湯、能量飲、花茶、纖維素補充品, energy bars, chips 等等。美國成年人一天的卡路里攝取量約為 2000~3000 大卡，節食的人可限縮攝取量到每日 1200 大卡。（文中提到 Longo 協助研究的一家公司大概是提供臨床研究中的 FMD 食物，不過他表示沒有從公司獲取利益。）



Articles:

Science / Short-term fasting may improve health (2015)

Science / Five-day fasting diet could fight disease, slow aging (2017)


Papers:

S Brandhorst & IY Choi et al, A Periodic Diet that Mimics Fasting Promotes Multi-System Regeneration, Enhanced Cognitive Performance, and Healthspan. Cell Metabolism (2015)

M Wei & S Brandhorst et al, Fasting-mimicking diet and markers/risk factors for aging, diabetes, cancer, and cardiovascular disease (2017)