咖啡與基因的愛恨情仇

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喝咖啡真的比較容易引發心臟疾病嗎?世界衛生組織,多年來把咖啡歸類為「可能」致癌,最近卻有逆轉跡象,指稱喝咖啡致癌證據是「不充分的」,主要關鍵點在於一種酶的基因CYP1A2,以及身體代謝咖啡因的速度。

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許多人,一早醒來,沒喝上一兩杯咖啡,就難以清醒著開始一天的活動。歐美的咖啡館也是文人墨客和藝術家尋找靈感或社交的熱門場所。

咖啡,為何能讓人保持清醒呢?原來,是因為咖啡因的分子形狀和腺苷(Adenosine)很相似。腺苷對中樞神經系統有抑制作用,和受體結合時會抑制某些神經傳遞物質的釋放,具有安眠鎮靜的效果。而咖啡因與腺苷有拮抗作用,咖啡因也會和腺苷的受體結合,競爭的結果讓腺苷在旁乾瞪眼,因此就不會有安眠鎮靜的效果。咖啡因,嚴格來說並非讓人更清楚,只是讓人不嗜睡而已。

咖啡基因體定序

那麼咖啡為何能夠製造出咖啡因呢?最受歡迎的咖啡是阿拉比卡咖啡(Coffea arabica,又稱小果咖啡),有44對染色體。但用作基因體定序的是有 22 對染色體的中果咖啡 Coffea canephora(又稱為 C. robusta,約佔世界咖啡總產量的三成,主要用作即溶咖啡),其全基因體定序在 2014 年完成,發表在《科學》(Science) [1]。

從咖啡的基因體分析中發現,咖啡不僅能製造咖啡因,合成酚醛類次級化合物(phenylpropanoids)的基因也變多了。這些基因包括合成類黃酮(isoflavone and flavnoids)的酵素、合成生物鹼(alkaloids)的酵素、合成單萜(monoterpene)的酵素、以及合成咖啡因(caffeine)的酵素等等。

那麼咖啡合成咖啡因,是為了讓動物興奮或提神嗎?相傳,居住在衣索比亞的人類,無意中發現了羊吃了咖啡漿果,會特別興奮,自己嚐過也有提神的效果,便開始採摘來食用。咖啡因一般上認為有抗蟲的效果,有些有機農,會用咖啡渣來當作天然驅蟲劑。咖啡葉也含有咖啡因,應該是為了抗蟲,然而咖啡豆是種子,一般上比起葉片,昆蟲不會食用,那為何也含有咖啡因?

其實,咖啡因也有抑制種子發芽的效果,因為咖啡因可以抑制細胞分裂,所以可以和其他種子競爭而一枝獨秀。那咖啡因怎麼不會抑制咖啡豆的發芽?原因是,咖啡豆一但吸了水,會把水送到根和芽,使它們快速膨脹,讓生長點遠離咖啡因,所以分生組織得以進行細胞分裂而生長 [2]。

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咖啡對健康是利或弊?

我們人類喝咖啡因,當然不是為了驅蟲或休眠,相反的是為了提神。對無咖啡不歡的人們,咖啡能否影響健康的問題重不重要,關鍵在你有多需要它吧?

美國心臟協會表示,在咖啡引起心臟疾病的研究是相互矛盾的。世界衛生組織,多年來把咖啡歸類為「可能」致癌,最近扭轉了此說,指稱喝咖啡致癌證據是「不充分的」。為什麼會出現關於咖啡這麼多相互矛盾的證據?近年科學家發現,答案可能是出在我們的基因 [3]。

為何有人只要喝了一杯咖啡,就會特別興奮甚至焦燥,有些人連喝好幾杯仍昏昏欲睡,加拿大多倫多大學的營養科學家 Ahmed El-Sohemy 等人發現一種酶的基因 CYP1A2 決定了我們身體分解咖啡因的速率。

CYP1A2 基因的一個變異能使肝臟很快地代謝咖啡因。如果有了兩份「快」變異的基因,身體代謝咖啡因的速度,約為有兩份「慢」變異的人的四倍。40% 的人帶有兩份「快」的基因變異,所以是快代謝者。約 45% 的人同時具有緩慢和快速的變異,而 15% 的人攜帶兩份緩慢的版本。

他們研究了 4,000 位成人,其中 2,000 曾有過心臟病發作。他發現,一天喝超過四杯咖啡,會提心臟病發作風險 36% [4]。然而把他們依 CYP1A2 基因型分組,心臟病發作風險的提高,僅出現在慢代謝者身上;對快代謝者而言,喝咖啡反而對心臟有保護效果。另一組科學家在高血壓也看到類似的現像,慢代謝者嗜咖啡則會提高罹患高血壓的機會,快代謝者則相反 [5]

除了和心臟病有關,咖啡也相傳能提高運動表現。美國詹姆斯·麥迪遜大學的運動機能學家 Christopher J. Womack 發現,快代謝者從咖啡因取得的益處也比較大。在 2012 年一項研究中,Womack 等人研究了咖啡因藥片和安慰劑對男性騎自行車手的表現有何影響。他們發現,慢代謝者在 40 公里的比賽中僅快了一分鐘。但是,快代謝者卻快了四分鐘 [6]。

如此看來,慢代謝者不該多喝咖啡,除非已經上癮難戒。那麼對咖啡的愛好,和基因有關嗎?一個大型跨國研究團隊發現,大概有八個基因涉及人們對咖啡的喜好 [7]。咖啡愛不愛你和你愛不愛咖啡,看來基因就是主使的幕後老大哥啊!

參考資料:
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. 索爾.漢森(Thor Hanson)著,蕭寶森譯,《種子的勝利:穀類、堅果、果仁、豆類、核籽如何征服植物王國,形塑人類歷史》(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.

本文授權轉載自:
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