维生素的前世今生

梅娣

坏血病与维生素C的发现

1602年，在一个正沿着墨西哥的太平洋海岸线航行的西班牙船队中，船员们接二连三地患上了不治之症。“首先出现的症状是全身疼痛，这使得病人对普通的触摸也十分敏感。”探险队的神父安东尼奥·德拉·阿森西翁写道，“紫色的斑点开始遍布病人全身，在腰部以下尤其严重；然后，病人出现牙龈肿胀，以致牙齿无法咬合，只能进食流质；最后，病人们常常正说着话就突然死亡了。”

其实，这些船员们患的是坏血病。对于当时的人们而言，这种疾病既熟悉得令人心痛，又扑朔迷离。没有人知道它为什么会忽然降临在水手身上，也没有人知道要如何才能治愈它。但是，在1602 年的这次航行中，阿森西翁目睹了奇迹的发生。当船员们上岸埋葬死者时，一名患病的水手随手摘了颗仙人掌果吃。他渐渐感觉好多了，于是他的船员同伴们也纷纷效仿。“他们全都开始食用这种果实，并把它们带回船上，这样又过了两个星期，所有人都康复如初。”神父写道。

在接下来的两个世纪中，人们逐渐明白，坏血病是由于在长途航行中缺乏水果和蔬菜造成的。18世纪末期，英国海军开始向其舰队供应数以百万加仑（1加仑约等于3.78升）计的柠檬汁，以消除坏血病。直到1928年，匈牙利生物化学家艾伯特·圣乔其才真正发现了果蔬中可治愈坏血病的成分——维生素C。

物种之间的“维生素转运”

在20世纪早期，科学界曾掀起一阵旨在揭开维生素神秘面纱的研究浪潮，圣乔其的实验就是其中之一。科学家们发现了13种人体必需，但需求量极为微小的有机分子，这就是维生素。缺乏其中任何一种都会导致不同的疾病——缺乏维生素A可造成失明，缺乏维生素B12会严重贫血，缺乏维生素D可引起佝偻病，等等。

今天，为了深入认识维生素，人们进行了大量研究，但其中大部分都集中于保持人体健康所需的各种维生素的数量之上。可是这些研究并没有解决最根本的问题：为什么我们如此依赖这些特定的小分子？

近期的研究为此提供了新的答案。研究显示，从大约40亿年前地球上诞生了最早的生命形式起，维生素就已经对生命不可或缺。早期的生命形式可以自己制造维生素，只是有些物种——包括我们——后来失去了这种能力。基于生产维生素能力的差异，不同的物种开始互相依赖，从而产生了一种复杂的分子流动，科学家们将其命名为“维生素转运”。

广泛存在的化学反应生产着各种维生素

所有的维生素都是我们自己或其他物种的活细胞产生的。例如，当阳光照射在我们皮肤中的一种胆固醇前体（制造胆固醇的原料）时可以产生维生素D；柠檬树可以将葡萄糖转化为维生素C。通常，维生素的生产是一项庞大而繁复精妙的过程。在某些物种中，制造一个维生素B12分子需要22种不同的蛋白质。

虽然要成千上万的原子才能构建出一个蛋白质分子，维生素中却可能只含有几十个原子。尽管个头微小，它们却大大丰富了我们体内化学反应的种类。维生素可与蛋白质合作，帮助它们进行原本它们自己无法完成的反应。例如，维生素B1可协助蛋白质从分子中释放二氧化碳。

维生素不仅在我们体内促进这些化学反应，在所有生物中也同样如此。“从细菌、真菌、植物到人类——所有的生物体都需要它们。”美国特拉华大学的生物化学家哈罗德·B.怀特三世指出。

这种化学反应的广泛存在很可能是自然演化的结果。科学家们普遍认同，当今地球上的生命是由40亿年前化学结构更为简单的生命形式演化而来。这些原始生物依赖于DNA的单链变体（即RNA）生存繁衍——那时候，RNA担负着双重职责：携带基因（即今天DNA的工作）和催化化学反应（现在蛋白质的功能）。

怀特博士是对这一原始的“RNA世界”展开认真思索的首批科学家之一。1975年，他提出维生素可协助RNA分子进行化学反应。虽然到了今天，这些反应已由蛋白质接手，但它们所依赖的维生素并没有改变。人类现在已经离不开维生素了。

当怀特博士提出上述理论时，其他的科学家们对此持怀疑态度。“人们问我：‘你要如何检测这一理论？”他回忆道，“我回答：‘我不能。当时，我想不出有任何方法能够完成这项工作。”

直到近40年后，技术的发展终于赶上了理论的需求。2007年，加拿大西蒙·菲莎大学的生物化学家迪潘克尔·森开始着手检验怀特博士的理论。

经过6年的试验和改进，森博士和研究生保罗·塞纳克发现，有一种RNA分子可以利用维生素B1从另一种分子中释放二氧化碳——与今天蛋白质利用维生素B1的方式相同，这就印证了怀特博士的预测。

人类丢失了生产某些维生素的能力

在演化出制造维生素的能力后，有一些物种就显得对此格外擅长。例如，植物演变成了生产维生素C的工厂，它们的叶片和果实中都富含这种分子。起初，维生素C的作用可能是保护植物免受应激的胁迫——在其他物种，包括我们人类体内，至今它仍然执行着这一功能。但随着时间的推移，植物中的维生素承担了帮助控制果实发育等新的工作。

植物花了数亿年的时间才将自己转变为维生素C的专业制造者，但维生素的生产也可能在较短的时间内就发生变化。我们自己的祖先只需要数千年就改变了他们生产维生素D的能力。当年，人类离开非洲赤道地区向高纬度地区扩散，太阳在天空中的位置也随之降低，提供的紫外线也有所减少。欧洲人和亚洲人演化出了浅色的皮肤，从而维持了维生素D的正常供应。

除了维生素D和维生素K之外，我们人类无法生产其他任何维持健康所必需的维生素。对于其中的一些，我们的祖先原本可以制造，后来却丧失了这种能力。例如，一亿年前，始祖哺乳动物就从来没有受到过坏血病的困扰，因为他们可以自己制造维生素C。

许多脊椎动物都可以制造维生素C，且它们使用的是同一套基因。“我们应该也曾经拥有这一能力，因为我们也具备所有这些基因。”法国国家农业研究院的丽贝卡·史蒂文斯说。endprint

然而，不同于青蛙或袋鼠，我们在其中一个基因——GULO——中发生了重大突变。由于无法产生GULO蛋白，我们就不能制造维生素C。“这种突变不仅限于我们——实际上，它可以追溯至很久很久以前。”渥太华大学的分子演化生物学家盖伊·德劳因说。他和其他研究人员发现，在与我们亲缘最近的灵长类——猿和猴——的基因组中也存在许多与我们相同的基因突变，导致它们的GULO基因也失活了。德劳因博士得出结论：我们与其他灵长类动物的共同祖先在约6000万年前失去了制造维生素C的能力。

我们能依靠体内的细菌制造维生素吗？

然而，灵长类并非唯一GULO基因受到损伤的动物，最初科学家们能够发现维生素C就是因为这个原因。圣乔其博士的突破性进展归功于他的发现：与其他啮齿类动物不同，豚鼠可能发生坏血病。研究显示，由于豚鼠的GULO基因中存在与我们不同的另一组突变，导致了该基因的失活。

就像在灵长类动物和豚鼠中一样，在其他几个动物谱系（如蝙蝠和鸣禽）中，GULO基因也出现失活。科学家们发现，在将富含维生素C的食物纳入食谱后，动物很容易失去自己制造维生素C的能力。例如，我们的灵长类动物祖先开始摄取水果，而水果中提供的维生素C远远超过了他们的需求量。

科学家们对数千个物种的基因组进行了扫描，他们发现了更多维生素基因衰退或完全消失的案例。南加州大学的塞尔赫·萨努多威廉米及其同事最近调查了海洋中最丰富的400种细菌的基因组。他们在《海洋科学年评》上的一篇论文中报告，这些细菌中有24%缺乏制造维生素B1的基因，63%无法制造维生素B12。

这些近期的研究格外出人意料，因为长期以来，人们一直以为细菌是维生素自给自足的物种。现在，科学家们需要弄清楚的是：为什么海洋中的众多细菌物种并没有因为“微生物坏血病”而死亡。“或许有什么东西在为整个生物群落生产维生素，但我们不知道这些‘无名英雄姓甚名谁。”萨努多威廉米博士说。

直到最近，科学家们才实现了海洋中维生素的测定。他们发现有些区域中维生素含量非常丰富，而其他区域则是“维生素荒漠”。很可能，这一差异不仅影响到细菌和藻类，还波及了以这两者为食的动物。

在海洋中和陆地上，维生素均沿着复杂的路径流转。例如，我们人类无法制造自己所需的维生素B12，因此需要从食物中摄取它们。其中一种方式是食用牛肉等含维生素B12的肉类。而研究表明，我们食用的奶牛和其他动物也不是在自己的细胞里生产维生素B12。相反，是它们的肠道细菌在为它们服务。

我们体内也居住着成千上万种细菌，它们也可以利用我们摄取的食物合成维生素。这是否意味着我们可以依赖于内部的维生素转运？“一切还只是理论推测。”爱尔兰科克大学的微生物学家杜威·范辛德伦说，“但是，已经有越来越多的证据表明，细菌可以提供我们必需的某些维生素。”

如果是这样的话，我们或许应将自己的身体也视为维生素自给自足的海洋——40亿年来在地球上始终循环不息的维生素转运在我们体内得到了延续。

维生素发展史简表

公元前3500年古埃及人发现了后来的维生素A

1600年 医生鼓励以多吃动物肝脏来治疗夜盲症

1747年 苏格兰医生林德发现维生素C

1831年 胡萝卜素被发现

1911年 维生素正式被命名

1912年 维生素B1被发现

1913年 维生素A被发现

1917年 英国医生发现佝偻病是缺乏维生素D引起的

1920年 发现人体可将胡萝卜素转化为维生素A

1922年 维生素D和维生素E相继被发现

1926年 维生素B2被发现

1928年 科学家发现维生素B至少有两种类型

1929年 维生素K被发现

1933年 维生素B3被发现，维生素E首次用于治疗

1934年 维生素B6被发现

1948年 维生素B12被发现

1949年 维生素B3与维生素C用于治疗精神分裂症

1954年 自由基与人体老化的关系被揭示

1957年 辅酶Q10被发现

1969年 体内超级抗氧化酶被发现

1970年 维生素C被用于治疗感冒

1993年 维生素E和心脏病之间的关系被揭示

人类必需的13种维生素

维生素A 帮助生成并维持健康的皮肤、牙齿、骨骼和软组织

维生素C 对全身器官的生长与修复是非常必要的

维生素D 帮助身体吸收钙，可以在皮肤暴露于日晒时生成

维生素E 帮助红细胞成型，并且是一种抗氧化剂

维生素K 即所谓凝血维生素，使人体的血液凝固

维生素B1 即硫胺素，帮助细胞将糖类化合物转化为能量

维生素B2 即核黄素，与其他B族维生素协同工作，对人体生长和红血球的产生极为重要

维生素B3 即烟酸，有助于消化系统、皮肤和神经系统发挥作用

维生素B5 即泛酸，是生长和食物新陈代谢必需的

维生素B6 即吡哆醇，帮助人体制造抗体和血红蛋白，帮助维持神经运作和血糖的稳定

维生素B7 也被称为生物素，是血液的新陈代谢必需的

维生素B9 也被称为叶酸，帮助人体组织生长和细胞发挥作用

维生素B12 帮助红血球细胞的形成，对新陈代谢极为重要endprint