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健康飲食

2017-11-04 15:46:27

油脂人生(下):千變萬化,屢受選汰的去飽和酶

1

一個遺傳變異假如由於對生存有利,而在族群中增加存在的頻率,稱作「正向選汰(positive selection)」。靠著比較各地族群,甚至是古今基因組間的差異,遺傳學家在世界各地多個族群中,發現去飽和酶基因受到正向選汰的作用。

 

 

大魚大肉,高油飲食的伊努特人

各種食物中,魚類與海洋哺乳類含有豐富的多元不飽和脂肪酸,而全世界千奇百怪的飲食,來源包含最多魚類與海洋哺乳類的,莫過於住在北極圈的伊努特人。2015 年的論文,發表了 191 位居住在格陵蘭,伊努特人的基因組;此研究同時發現,跟其他族群相較,伊努特人受到正向選汰影響,可能有利於適應的基因中,FADS 拔得頭籌 [1][2]。

 

來源:Wiki,攝影:Ansgar Walk,創用CC。

伊努特人與眾不同的去飽和酶是如何有利,目前仍不太清楚。這個基因與其他人差異最大的位置,是位於 FADS2 基因的 2 個 SNP: rs7115739 和 rs174570,這 2 個變異似乎與較為長鏈的多元不飽和脂肪酸減少,以及較為短鏈的多元不飽和脂肪酸增加有關。

 

在演化上這有什麼意義呢?一個看似合理的解釋是,因為伊努特人能夠由日常飲食,直接攝取大量較長鏈的多元不飽和脂肪酸,例如花生四烯酸(arachidonic acid,簡稱 ARA,長 20 個碳,上頭有 4 個雙鍵)和 EPA,所以不需要跟其他人一樣,靠自己合成那麼多。

 

然而其他族群,容易獲得植物中含量充分,也就是如亞油酸(linoleic acid,簡稱 LA,長 18 個碳,3 個雙鍵)般,較為短鏈的多元不飽和脂肪酸,伊特人卻由於飲食缺乏植物而較難取得。一來一往之下,才使得造成「減少長鏈,增加短鏈多元不飽和脂肪酸」效果的去飽和酶版本,在天擇中勝出。

 

 

印度素食者

假如伊努特版去飽和酶的催化效果,受到飲食以魚和肉類為主的影響,那麼若是有族群的飲食以植物為主,富含較短鏈的脂肪酸,卻缺乏肉類,導致較長鏈的脂肪酸不足,他們的去飽和酶會演化成,與伊努特人相反的作用型態嗎?

 

似乎真是如此。2016 年的論文分析千人基因組計劃第三期的資料,發現南亞(印度)族群的去飽和酶也受到選汰作用,被天擇影響的 SNP 是 FADS2 基因上的 rs66698963 [3]。除了印度之外,這個 SNP 在非洲與某些東亞族群出現頻率比隨機更高,看似也被正向選汰影響。

 

有趣的是,去飽和酶受到正向選汰的印度族群,飲食上算是跟伊努特人截然不同的素食者;另外實測酵素作用得知,擁有 rs66698963 這個變異會增進 ω−6 脂肪酸生成,並強化 FADS2、弱化 FADS1 的作用效果。此研究因此推論,這樣的遺傳變異之所以在素食族群中受到青睞,是因為它能更有效地製造,飲食中缺乏較為長鏈的脂肪酸。

 

 

歐洲也不缺席

之前提到的非洲、伊努特、印度族群,都是鑽研現代基因組的成果。透過比較歐洲古今族群間去飽和酶的差異,遺傳學家又發現,歐洲人也經歷過正向選汰。(尋找正向選汰有很多方法,這樣找沒有,換個方法可能就有……。)

 

2015 年發表的調查,比較古代與現代歐洲人間的 DNA 差異,尋找受到選汰的基因,其中一個就是去飽和酶,那時偵測到的 SNP 是 rs174546 [4]。2017 年的論文繼續深入這個議題,用青銅時代(距今三到五千年)的 54 位歐洲人,跟現代歐洲族群比較後,確認去飽和酶的確受到正向選汰,只是更可能作用的 SNP 目標是 rs174557 [5]。

 

rs174557 與較短鏈的 LA 減少,較長鏈的 ARA 與 EPA 增加有關,剛好與伊努特版去飽和酶的作用顛倒。此研究因而推論歐洲族群中,此一變異的頻率之所以比古代上升,是因歐洲飲食以穀物為主,較少魚與肉,人體需要生產更多長鏈產物所致。

 

 

沒有那麼簡單

然而,這樣推論的問題在於,這個研究的比較對象是青銅時代與現代的歐洲人。然而,難道青銅時代的歐洲人,不是早已以穀物為主食數千年?莫非近現代歐洲人能吃到的魚肉,比數千年前更少?儘管論文解釋,這些遺傳變異或許已經存在很久,從新石器時代就開始受到選汰,比例隨著時間上升;個人認為,仍不夠有說服力,或是說,恐怕只是摸到了大象的一小部分。

 

美洲原住民中,伊努特人住在美洲北方的寒冷地帶。今年另一項研究,探討美洲其他原住民的去飽和酶,結果發現從北到南各族群中,帶有伊努特版去飽和酶的比例,竟然普遍都很高,大部分還超過 80%!連距今 12600 年的蒙大拿古代基因組 Anzick-1 也不例外 [6]。

 

之前研究推測伊努特版去飽和酶的變異,與富含魚肉類、缺乏植物的飲食有關,然而這無法解釋為什麼不論是北、中,南美洲各地的居民,沒有人飲食與伊努特人類似,去飽和酶卻都帶著一樣的變異。

 

由目前案例看來,去飽和酶的確曾在多個族群,獨自受到不同演化力量的影響。而究竟涉及哪些因素? 又是如何影響? 根據現有資訊要做出任何結論,恐怕仍嫌太早,只能確認這個多樣性可以追溯到與尼安德塔人分家前的基因,其遺傳史相當相當複雜。

 

 

油怎麼吃才健康?取決於遺傳變異

目前對去飽和酶基因的演化史,雖然了解仍很有限,不過這個基因的各種變異如何影響生理,科學家倒是已經有了一些心得。

 

要吃多少油、哪些油,有很多營養方面的研究。比方有人建議,攝取更多多元不飽和脂肪酸對身體好;也有人說少吃動物油,多吃植物油才健康;還有人說 ω−6 和 ω−3 脂肪酸,比例如何分配最適當。但從研究參與脂肪酸代謝的基因,如去飽和酶可以看出,帶有不同基因版本的人,適合的飲食模式多半也會有差異。因為每種去飽和酶的作用效果不同,同樣的菜單對基因不同的人,效果應該也不會一樣甚至還會產生反效果。

 

更深入了解人類遺傳變異的啟示是,理想的個人化飲食,應該根據每個人的遺傳差異打造,並不存在一體適用的菜單另一方面,要設計更好的個人化飲食,勢必需要對各種遺傳與表現間的關係,有更全面的了解;這也是本文提到這些,看似缺乏實用性的人類遺傳學研究,除了學術以外,潛在的應用價值。

 

 

文 / 寒波

 

參考文獻:


1. Fumagalli, M., Moltke, I., Grarup, N., Racimo, F., Bjerregaard, P., Jørgensen, M. E., … & Christensen, C. (2015). Greenlandic Inuit show genetic signatures of diet and climate adaptation. Science, 349(6254), 1343-1347.


2. 內建適應北極酷寒的基因?


3. Kothapalli, K. S., Ye, K., Gadgil, M. S., Carlson, S. E., O’Brien, K. O., Zhang, J. Y., … & Joshi, K. S. (2016). Positive selection on a regulatory insertion-deletion polymorphism in FADS2 influences apparent endogenous synthesis of arachidonic acid. Molecular biology and evolution, msw049.


4. Mathieson, I., Lazaridis, I., Rohland, N., Mallick, S., Patterson, N., Roodenberg, S. A., … & Sirak, K. (2015). Genome-wide patterns of selection in 230 ancient Eurasians. Nature, 528(7583), 499-503.


5. Buckley, M. T., Racimo, F., Allentoft, M. E., Jensen, M. K., Jonsson, A., Huang, H., … & Jørgensen, M. E. (2017). Selection in Europeans on fatty acid desaturases associated with dietary changes. Molecular biology and evolution.


6. Amorim, C. E. G., Nunes, K., Meyer, D., Comas, D., Bortolini, M. C., Salzano, F. M., & Hünemeier, T. (2017). Genetic signature of natural selection in first Americans. Proceedings of the National Academy of Sciences, 114(9), 2195-2199.

 

 

文章來源 : 基因線上

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