互动科普

大约1年前，在我北京的公寓附近开了一家果汁店。店面是明亮的绿色和橙色，充满塑料感，也很现代，里面有几把很高但并不怎么舒服的塑料椅子和几张高桌子，供应各种各样有趣的混合果汁饮料，声称能够让你在忙碌一天之后充满活力，提升你的生活品质。那里的果汁饮品有着让人好奇的名字，比如“薄荷清洁”、“草本复活”，而我最喜欢的一款叫作“抗氧化剂闪击战”，主要是蓝莓和覆盆子的混合物，还添加有石榴汁、橙汁和葡萄汁。我上周刚喝了一次，超级美味，好喝到可以让你暂时忘掉你坐着的塑料家具。不仅如此，如果你相信果汁店菜单上的推荐文案的话，这款饮品能有效预防癌症，因为它富含大量的抗氧化剂，包括橙子中的维生素C、莓果中的胡萝卜素和类胡萝卜素、石榴中的安石榴苷（我也从未听说过!）、葡萄汁中的白藜芦醇以及其他不知名的“抗氧化剂”，所有这些有效成分使得这款果汁具有超强的清除体内自由基的能力。这些讨厌的自由基潜伏在你的体内，伺机破坏你的DNA，从而引发肿瘤。果汁店的推荐还说，该饮料甚至能够中和空气污染带来的不良后果，这在北京永远是一个绝好的卖点。要是店里负责给顾客端上这些灵丹妙药的姑娘不是因每天工作15小时而看起来有点“半死不活”，那么所有的这一切也许还能令人信服。如果说店里有什么人需要来一杯“草本复活”的话，那就是她！

我不清楚果汁店老板到底是从哪里查到的资料，如果你到网上搜索，根本找不到诸如增加抗氧化剂的摄入能增强生命活力这方面的资料。看样子，抗氧化剂除了能预防癌症，还能抗感染，特别是流感一类的病毒感染，能缓解关节炎带来的疼痛，降低精神分裂症、自闭症和抑郁症等的风险，增强记忆力，预防心脏病。抗氧化剂似乎甚至还能对抗衰老过程本身。理查德·帕斯瓦特（Richard Passwater）所著的《抗氧化剂》（Antioxidants）一书中提到，在动物王国里人类是自然寿命最长的物种之一，这很大程度上归功于我们杂食性饮食所带来的丰富的抗氧化剂。他还认为，人体能产生其他物种体内并不存在的抗氧化酶（尽管具体是什么言之不详）。此外，抗氧化剂中的头号选手白藜芦醇已经被证明能对抗衰老相关的疾病，因此被誉为“青春之泉”。我很喜欢“抗氧化剂闪击战”，不过我可能很快就要戒掉它了。如果前不久刚刚发表在《科学转化医学》（Science Translational Medicine）上的研究结果可信的话，恐怕果汁店老板也需要重新改写她的菜单。

在解释为什么之前，我们不妨先考证一下这整个抗氧化剂假说是怎么来的。抗氧化假说源自一百多年前一位名叫马克思·鲁布纳（Max Rubner）的德国科学家发表的一项研究。鲁布纳测定了不同动物的代谢率，20世纪初期他有了一个重大发现：体型较大的动物代谢率相对较低（按每克体重计算）。例如，体重为25克的小鼠每天消耗大约75千焦的热量，能量支出相当于每克体重每天3千焦。然而，一个体重为80千克的人每天只消耗10000千焦的热量，能量支出仅为每克体重每天0.125千焦。而人类也远比小鼠长寿。平均来讲，小鼠能活3年，人类能活75年。你有没有注意到这些数字中的奥秘？鲁布纳观察到的非常有意思的一点是，寿命与能量支出的乘积几乎是一个常数：老鼠的一生为3×365×3=9×365千焦/克体重，人的一生为75×365×0.125=9.375×365千焦/克体重。所有他研究的物种（当然数量相对比较少），寿命与能量支出的乘积都非常相似。因此鲁布纳提出，动物的一生中每克身体组织消耗的能量是一定的，动物可以选择很快地消耗掉这些能量而早早死去，或者节俭地利用这些能量，活得长久一点。这就是关于衰老的“生活速率理论”，也是老年学研究领域最古老的理论之一。

然而，“生活速率理论”存在一个很大的问题，它只是一个有趣的观察性结果，背后没有任何机理来支持。有一个很粗浅的观点认为这与心跳有关，即小型动物要满足身体组织较高的能量需求，心跳会比较快，而体型较大的动物能量需求低，因此心跳可以放慢一点。也许，我们一生中心跳的次数是一定的，我们一天天慢慢地用完事先给定的这些心跳额度，然后就走到了生命的尽头。这个给定的神奇心跳次数是2,759,000,000。在我50岁时，我的健康保险公司寄给我一张生日卡片，上面写着“恭喜你！你的心脏跳动了第1,800,000,000次”。但这份祝福并没有让我感觉非常棒，只不过让我意识到我只剩下约1,000,000,000次心跳了！作为一项观察性的结果，生活速率理论和心跳次数勉强能站住脚，而一旦涉及机理，就完全说不通了。它不能解释为什么我们会被给予这样一个固定的数目，更不能解释究竟是由谁来给的。

一直到20世纪50年代，才有人提出一个更好的想法。1954年，一位名叫瑞贝卡·格斯曼（Rebeca Gerschman）的阿根廷科学家及其在纽约罗切斯特大学的同事提出一个全新的学说，发表在《科学》(Science）上，认为X射线和高的氧气浓度对身体造成伤害的机理相同，两者都会导致损伤机体的自由基的生成。格斯曼注意到，自由基很可能是线粒体正常氧化代谢活动的副产品，因此代谢活动的增加可能导致更多自由基的生成。两年后，一位名叫德纳姆·哈曼（Denham Harman）的美国科学家正式提出，代谢过程中产生的副产品“自由基”是分子损伤的主要原因，因此也是衰老的主要原因，以短短两页的篇幅发表在《老年学杂志》（Journal of Gerontology）上。令人惊讶的是，哈曼居然没有引用格斯曼之前发表在著名的《科学》杂志上的文章。在整个20世纪60年代，哈曼的短文每年大概被引用1～7次；相比之下，格斯曼的文章被引用的频次大概是哈曼的两倍，每年4～11次。但是，到了70年代，情况发生了变化。哈曼发表了另外一篇文章，将人们的注意力引向他之前的短文章。这篇短文的引用率开始飞升。

这部分原因也是由于一个幸运的巧合。如果自由基的观点是正确的，那么可以预测，干预衰老过程的一个潜在方法就是从饮食中大量摄入抗氧化剂。就在哈曼将人们的注意力引向“他的”理论时，两届诺贝尔奖得主莱纳斯·鲍林（Linus Pauling）正在宣扬大量补充维生素C的各种好处，既能抵抗感染又能防止因自由基损伤导致的衰老。哈曼的文章中的确提到，摄入能中和自由基的化合物（他以半胱氨酸为例）很可能会减缓衰老的进程。哈曼1956年短文的影响不断得到加强，现在几乎每年的引用都高达300次，总引用已经达到4000次。比较而言，格斯曼的贡献到目前为止总共只得到500次的引用，每年的引用次数不到哈曼的1/10。

不管谁是真正的发现者，自由基理论最吸引人的部分是它为生活速率理论提供了令人信服的机理。随着代谢率的升高，动物体内会产生更多的自由基，升高的自由基水平会导致更多的损伤进而引起衰老。20世纪90年代，这个学说是关于衰老和死亡的主导理论。那时，抗击衰老被认为只是减少自由基生成或者降低自由基对机体的损伤这么简单。人们认为，最简单可行的办法可能就是从饮食中摄入大量抗氧化剂。从那时起，含有抗氧化剂的食物受到人们的大力推崇，被认为是真正的健康和抗衰老食品。这个势头在接下来的20年里没有丝毫减弱。

然而不幸的是，支持这一观点的科学已经发生了变化，而公众认为抗氧化剂对健康有益的观念却一直没有及时更新。至少部分原因是一系列鼓吹抗氧化剂的科普著作的问世。有些作者对大剂量摄入各种抗氧化剂的益处深信不疑，就像虔诚的教徒。几年前，我的研究组曾经发表一篇文章，发现田鼠大量摄入维生素C后寿命反而缩短。有一位将抗氧化剂视为防衰老的万能药的科普作者发电子邮件给我和杂志，要求我们撤回文章，并威胁说否则就揭露我们实验设计中的缺陷。我们没有撤稿，但并没有见到任何“揭露”。

2015年10月7日发表在《科学转化医学》杂志上的文章是关于补充抗氧化剂对黑色素瘤的影响。黑色素瘤是一种罕见的皮肤癌症（皮肤癌中只有不到2%属于黑色素瘤），但却是最危险的皮肤癌（几乎所有皮肤癌死亡者都是死于它）。2012年，全世界约有5.5万人死于恶性黑色素瘤。这项工作是由马丁·博格（Martin Bergo）及其在瑞典哥德堡大学的同事完成的。他们利用基因工程技术使得小鼠对黑色素瘤易感，用一种抗氧化剂N-乙酰半胱氨酸（NAC）对小鼠进行处理后，黑色素瘤细胞出现了一些变化，更容易发生转移，即肿瘤从体内的一种组织扩散到另一种组织，这通常是致死性的前兆。重要的是，他们在实验中采用的抗氧化剂的剂量（基于体重）与正常人每天补充的抗氧化剂的剂量相当。这项研究表明，与饲喂标准实验室饲料的对照组相比，饲喂抗氧化剂80天的小鼠其皮肤肿瘤本身的发展情况并无差异。但是，饲喂抗氧化剂的小鼠继发性淋巴结肿瘤的发生率增加了一倍。这提示抗氧化剂可能改变了黑色素瘤细胞的特性使其易于转移，用NAC或维生素E（另一种抗氧化剂）处理细胞培养基中的黑色素瘤细胞也证实了这一点。抗氧化剂处理增加了细胞的转移速率，并使其能够侵入附近的细胞膜。该研究组2014年还发现，抗氧化剂能促进肺部肿瘤的生长。如此看来，抗氧化剂似乎不像人们普遍认为的那样能抗击已经存在的肿瘤，却反而会协助肿瘤细胞的生长和扩散。这背后的机理很复杂，可能涉及几个不同的过程。例如，外源性的抗氧化剂使得肿瘤细胞维持较高的内部合成的抗氧化剂水平，从而帮助肿瘤细胞应对机体防御系统利用自由基对其的攻击。另外，抗氧化剂还提高了与细胞运动有关的基因（如RhoA）的表达，同时使肿瘤抑制基因（如p53）失去活性。

尽管我们饮食中或膳食补充剂中的抗氧化剂理论上能降低自由基的产生，从而减少体内DNA损伤，进而遏制导致肿瘤的基因突变，但是一旦肿瘤已经存在，这些自由基清道夫们可能会保护肿瘤细胞并促进其恶化。解决方案显而易见：如果你没有肿瘤，那么请补充抗氧化剂，但如果有肿瘤，请回避抗氧化剂。问题在于，非常早期的癌症几乎是很难被发现的。实际上，我们可能一直在产生肿瘤细胞，这些肿瘤细胞不断地被机体发现并消灭，因此没有进一步发展为癌症。那么，如何能知道一个人是否有潜在的肿瘤，以及摄入抗氧化剂是否安全？这让我们在果汁店选择饮品变得极其困难。《科学转化医学》文章的通讯作者博格博士指出，对于已经确定的黑色素瘤和肺癌，他实验室的工作表明补充抗氧化剂不会有任何改善，反而很可能是雪上加霜。我附近那家果汁店，我看他们不会把菜单更新为“来一杯抗氧化剂闪击战……它会帮助你的肿瘤细胞生存和扩散”。不过，下次我去果汁店，为了安全起见很可能会点“草本复活”。现在，我想知道“草本复活”推广文案背后的科学靠不靠谱！

翻译/张丽娜

（本文发表于《科学世界》2015年第12期）