维生素的发展史≈与各种疾病“相爱相杀”的感情史

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1870年,巴黎法国皇帝拿破仑三世已做了俘虏,普法战争却仍在继续,30万普鲁士军队在城外虎视眈眈并断绝了城内外交通。孤城巴黎开始挨饿,人们每天靠不多的马铃薯度日。

最受罪的还是小婴儿们。母亲营养不良,无法分泌出足够的奶水喂养这些小生命;通往城外的道路又被断绝,牛奶运不进来。被困城内的化学家让·仲马(Jean Dumas)尝试出手,他用水、碳水化合物、脂类、蛋白质、矿物质混合起来,做成一种糊糊代替牛奶喂给婴儿们。在当时的人类认知中,这些是人体所需的所有营养物质,但喝了这些糊糊的婴儿们依然营养不良,死亡率并没有太大的改观。

维生素的发展史≈与各种疾病“相爱相杀”的感情史  第1张

反映普法战争的油画 | pixabay

让·仲马意识到,一定还有一种或者一些生命必需的营养素,只是含量比较微小,当时未能查明而已。 [1] 劫后余生的他把这一猜想记录下来,但这一问题直到四十多年后才获得解答。

脚气病≠脚气,脚气病要命

在让·仲马生活的那个年代, 因为饮食单一而导致的疾病并不少见。早在大航海时代,就发现远航的海员因缺少新鲜水果而得坏血症,牙龈出血、牙齿脱落、身体虚弱,就像被人胖揍了一顿一样。直到十八世纪末,英国海军部往海员食物里添加柠檬汁才遏制住坏血症。

十八世纪开始,在欧洲阿尔卑斯山、美国五大湖西南部等玉米产区曾经流行 癞皮病,患者受到日光照射的皮肤出现斑点、生出水泡、并转为鱼鳞状斑片,随后出现咽喉肿胀、腹泻的症状,最终因多器官坏死而离去。 这一疾病通过搭配大米、小麦、黄豆,取代单一玉米主食而解决了。

在印尼等地,有人因为只吃脱壳的精米而得 脚气病(Beriberi),这可不是我们平时得的足癣(tinea pedis,又名athlete’s foot),而是一种神经性炎症,患者先是腿脚失去感觉,然后出现躯干水肿、呼吸困难,直到心力衰竭死去。脚气病的英文Beriberi即来自于斯里兰卡僧伽罗人的语言,意为“极度虚弱的”。 这一疾病也是通过让人吃带壳的糙米解决的。

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英国海军海报:多看前凸后翘,少得坏血症。来自美国动画《辛普森一家》,可以想见坏血症曾给全球最强海军留下多可怕的印象 | pixabay


最早发现脚气病与吃脱壳精米关系的是荷兰医生克里斯蒂安·艾克曼(Christian Eijkman),他顺着这一思路于19世纪80年代在稻米壳中发现了 一种水溶性物质。但直到1911年,波兰生物化学家喀什米尔·芬克(Casimir Funk)才宣布提纯出这种物质。

芬克通过化学实验,断定提纯出的是一种胺类,于是就用拉丁文表示生命的词根“Vitae”与胺类的英文“amine”组合成“Vitamine”为其命名,意为“支持生命的胺”。又因为这种胺能防治脚气病( Beriberi),所以命名为Vitamine B。 [2]

芬克提纯的就是大名鼎鼎的 维生素B1这也是人类历史上提纯的第一种维生素。今天我们知道,维生素B1是人体反应中一种重要的辅酶,缺少维生素B1会影响体内糖分的有氧分解,从而导致神经组织无法获取足够的能量,出现慢性炎症。

芬克还预言,坏血病、癞皮病、脚气病等等因为食物单一导致的病症都与缺乏这类物质有关。他甚至还给一些尚未发现的维生素预留了位置,比如柑橘等酸味水果长期被用来防治坏血病,几乎可以肯定其中含有一种未知维生素。于是 芬克从坏血症(S curvy)中抽出字母 ,提前给这种维生素命名为 维生素C。 [3]

维生素的发展史≈与各种疾病“相爱相杀”的感情史  第3张

或许是由于坏血症威力巨大、人类对其心有余悸,柑橘类水果一直是维生素的代言 | pixabay


先发现的叫B,后发现的叫A,

C预留了坑,D提前命名

1914年,美国生物学家埃默·麦克勒姆(Elmer Verner McCollum)提取出另外一种物质,人和动物的食谱中缺少这种物质时容易得夜盲症及干眼症。在这之前,有多位德国研究者研究过饮食中营养素与干眼症的关系,于是这一因子被用德语中 干眼症(die Augendarre)的第一个字母命名为 维生素A

同时麦克勒姆指出维生素A不是胺类,这也修正了芬克关于维生素都是胺类的猜想。1920年,英国生物化学家杰克·德拉蒙德(Jack Cecil Drummond)在对二者进行研究后,提议把英文Vitamine的最后一个字母e去掉,成了今天的拼法;同时他也把这两种维生素的叫法固定为B和A,并提议以后再发现维生素,按字母表命名。 [4]

所以人类最初提纯的两种维生素中, 先来者叫B,后到者叫A,后边还预留了个C的座位,这似乎预示了维生素家族在命名上将充满纠葛。更何况当时还处在二战前,英美还没有在西方取得主导地位,很多科学家并未遵循字母表命名规则。

当时研究者们发现鱼肝油能防治 佝偻病,但很多人误以为是维生素A在起作用。1922年,麦克勒姆用破坏掉维生素A的鱼肝油喂有佝偻病的狗,结果狗痊愈了,由此证明鱼肝油中含有另一种对生命至关重要的物质,将其命名为 维生素D,结构留待后人确定(还有这种操作?)。 [5]


还有这种操作?| giphy

同样在1922年,美国解剖学家赫伯特·麦克林·伊文斯(Herbert McLean Evans)发现酸败的猪油能让大鼠得 不育症,随后确定膳食中需要有一种因子才能让大鼠正常繁育,为其命名为 维生素E

1927年,匈牙利科学家阿尔伯特·捷尔基(Albert Szent-Gyorgyi)在剑桥大学的实验室里从牛肾上腺中分离出一克具有较强抗氧化性的物质,到1932年确定为维生素C,填上了这个多年巨坑。

后来,又分别发现了 维生素F、G、H、J,但后来这些命名都被推翻了。维生素F的结构式确定后,被重新命名为必须脂肪酸,是脂肪的组成部分,被踢出了维生素行列; 维生素G可以从维生素B中分离得到,所以被重新命名为维生素B2;维生素J则被发现与维生素G很相似,也被归入了维生素B2。

纠葛最多的当属维生素H。从二十世纪二十年代开始,科学家们观察到,如果只给实验动物喂食鸡蛋清、而不提供其它蛋白质饮食的话,动物会表现出脱发症状。1939年,匈牙利化学家保罗·捷尔基(Paul György)从鸡蛋中分离出一种对生物代谢至关重要的物质,并用德语的毛发(das Haar)与皮肤(die Haut)的第一个字母H为其命名。

但很快,这一物质被发现与德国科学家弗里茨·考哥(Fritz Kögl)与本诺·托尼斯(Benno Tönnis)此前发现的一种叫“生物素”(biotin)的物质实为同一种,与维生素B1结构也相似。这一维生素后来被重新命名为 维生素B7,但在不少文献中,依然有维生素H、生物素等称谓。[6]

1934年,丹麦科学家亨里克·达姆(Carl Peter Henrik Dam)发现一种能促进凝血的因子,用丹麦文(也是德文)中的 “凝固”( Koagulation) 为其命名为 维生素K,这也是保留至今的字母表最靠后的维生素。 [7] 一直到1978年,今天的维生素家族成员才算是确定下来,ABCDEK各司其职,其中BDK又各自分成几种。

维生素的发展史≈与各种疾病“相爱相杀”的感情史  第4张

各种富含维生素的果蔬 | pixabay

回头看看不难发现, 维生素是以功效而非结构命名的,“维生素”三个字从来都不是一个严谨的化学名称。能被称为维生素的物质有胺、有酸、有醛,它们拥有着完全不同的化学结构与性质, 只是因为共同的维持人类与动物健康的功效,才被归为一类物质。随着生命科学与化学的不断进步,维生素在人体内的功效会被更清楚地认识出来。

多数人体必需维生素

都可以食补获取

维生素H被发现后,至今83年间再也没有新的维生素被发现。从营养学上看,这算得上人类一件幸事,说明除开二战期间营养学家无暇研究,二战后人类开启和平发展模式,整体生活水平是在提高的。人类总体营养不再匮乏,也就不再因缺少必要维生素而大规模爆发特定疾病。

目前的主流营养学观点认为,人类一共需要13种维生素,ABCDEK,其中B族维生素分为B1、B2、B3、B5、B6、B7、B9、B12等八种。一些常见的维生素主要作用及食物获取渠道如下:

维生素A,在肝脏、蛋黄等动物性食物中含量较为丰富,胡萝卜等蔬菜和水果中富含胡萝卜素,能在小肠中被分解为维生素A。主要作用为促进骨骼生长,维持粘膜等上皮组织正常代谢、合成视紫红质提高夜视能力等等;

维生素B1在燕麦、红豆、紫米等谷类中含量丰富,是人体进行糖类代谢的关键辅酶,在维持神经等系统活性中起到重要作用;

维生素B2主要来源于乳制品和谷物,是人体进行糖类和蛋白质等营养物质代谢的关键辅酶;

维生素C分布相对普遍,新鲜水果和蔬菜中基本都有,特别是柑橘类水果含量较高。能促进抗体形成、促进铁的吸收;

维生素D在肝、蛋黄、深海鱼中含量较多,主要作用是促进钙和磷的吸收,有利于骨骼生长,缺乏时易患佝偻病。值得指出的是,阳光中的紫外线能促进人皮肤中的7-去氢胆固醇变成维生素D,所以多晒太阳也是补充维生素D的好方法;

维生素E在坚果和大豆中含量较多,是一种较重要的抗氧化剂,一般认为与生殖系统健康有关,可能与免疫力有关;

维生素K在菠菜等绿叶蔬菜中含量较多,是重要的凝血剂,防止受伤出血、促进血液凝固。

哪些人群需要补充维生素?

其实,对今天的大家来说, 只要膳食平衡、营养足够,那从食物中摄取的维生素就已经足够,没有必要通过额外摄入补充。

但膳食平衡说起来容易,做起来难。

有些人日常饮食中就是容易偏食,有些人只爱吃肉,有些只爱吃素, 有些人因为条件限制长期吃外卖,甚至连外卖都可着为数不多的几个菜来点,导致蔬菜、坚果、豆类、全谷物等吃得不够, 存在维生素B1、B2摄入不足 的问题。

另外,日常饮食当中, 过分的焖、煎炸、煲都会导致维生素B的破坏,其次 生活压力、饮酒、吸烟、加班熬夜等也会影响维生素B的吸收。这时适当吃一些维生素B族补充剂,也是可以的。

此外,对一些特殊人群,可能需要补充一些:

比如 孕妇,如果缺乏 叶酸(维生素B9)会增加胎儿出生时的畸形风险。而维生素B9,是一种水溶性维生素,人体不能合成,只能从食物中摄取,它能参与 DNA 的合成和代谢,对细胞的分裂生长及核酸、氨基酸、蛋白质的合成起着重要的作用。所以建议怀孕前3到6个月就要开始服用叶酸,每天摄入400微克,并持续整个孕期。

再比如, 维生素D与骨骼健康的关系比较紧密,所以一些维生素D摄入不足的高危因素者可能需要补充,如 老年人、深色皮肤者、肥胖者、日晒不足者等等。


参考文献
[1] Walter Sneader, Drug Discovery: A History, John Wiley & Sons Ltd, 2005.
[2] Victor R. Preedy, B Vitamins and Folate: Chemistry, Analysis, Function and Effects, RSC Publishing, 2013.
[3]https://www.nature.com/scitable/topicpage/the-mystery-of-vitamin-c-14167861/
[4] https://www.bionity.com/en/encyclopedia/Jack_Drummond.html
[5] 科学网博客,https://blog.sciencenet.cn/blog-28871-714333.html
[6] http://www.chm.bris.ac.uk/motm/biotin/biotinh.htm
[7] Marc A. Shampo and Rober A.Kyle, Stamp Vignette on Medical Science, Mayo Clinic Proceedings, 1998, 73, p.46.


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