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菠菜的神秘力量

2023-04-21史军

科学大众·小诺贝尔 2023年4期
关键词:菠菜骨关节炎线粒体

菠菜是一种绿色蔬菜,原产地为波斯(伊朗的古名),在唐朝时被引进我国种植。菠菜含有丰富的营养成分,如纤维素、维生素、叶酸以及含量很高的矿物元素铁、镁等,是一种营养价值很高的蔬菜。

史军,中科院植物学博士、“玉米实验室”创始人、儿童科普图书策划人、中国植物学会科普工作委员会成员、中国科普作家协会会员、系列科普视频《植物有话说》《一点植物学》主創,同时担任《影响世界的中国植物》《水果传》《风味人间》等多个纪录片的科学顾问,著有《植物塑造的人类史》《中国食物·水果史话》《植物学家的锅略大于银河系》《花花草草和大树, 我有问题想问你》。

使人更有力气

同学们看过动画片《大力水手》吗?大力水手每当遇到困难时,就猛吃菠菜罐头,结果力气大增,一举排除万难,击溃敌人。菠菜真的有这么神奇的力量吗?

告诉你,《大力水手》没有骗人哟! 1982 年,科学家发现菠菜中含有的蜕化类固醇可以帮助人们变得更有力气。2019 年,德国柏林大学的一项研究发现,菠菜中所含的蜕皮甾酮与类固醇有相似的作用,能够增强人的运动表现。也就是说,菠菜确实能增强体力。

不过, 菠菜中的蜕化类固醇含量较少,新鲜菠菜中也只有0.005%~0.08%,无法让我们像大力水手一样秒变“超人” 。菠菜虽然不能让我们变成“超人”,但是确实可以促进肌肉生长、提高肌肉能力。菠菜当中含有的脂肪酸和叶酸能为我们的肌肉合成提供一定的能量,叶酸还能加快身体的血液循环。

有望治疗骨关节炎

不久前,浙江大学医学院附属邵逸夫医院的研究团队通过细胞膜伪装包封的方式,巧妙地将菠菜的类囊体移植到哺乳动物细胞,实现特异性供应能量,并在退行性骨关节炎疾病的治疗应用中得以验证,相关研究成果发表在《自然》杂志上。简而言之,菠菜能治疗骨关节炎。

听到这个好消息,同学们是不是立马想把菠菜推荐给患有骨关节炎疾病的家人?事情并没有大家想的那么简单哟!单靠吃菠菜,是无法解决骨关节炎问题的!

同学们知道软骨细胞为什么会坏死吗?之前有过诸多论点,异常生物力、遗传因素、细胞老化与凋亡、局部炎性因子、自由基及蛋白酶等,都被认为与骨关节炎有关系。但是,就没人往能量供给和线粒体上想,因为之前大家都认为软骨细胞生活在缺氧环境中,这里没有血管、淋巴管,能有专门进行有氧呼吸的线粒体啥事儿呢?但是,近年来,越来越多的研究显示,那就是细胞中的线粒体出了问题。

线粒体是干什么的呢?我们吃下去的食物,经过消化道消化吸收,进入血液,被输送到不同细胞中。在这里,有很大一部分有机物如糖、氨基酸和脂肪要被转化为能量,线粒体就是燃烧这些有机物、产生能量的工厂。类似火力发电厂,通过燃烧煤炭或者天然气来产生电力这种现代城市的通用能量。

细胞里的通用能量不是电,而是三磷酸腺苷(ATP),这是所有生命活动最直接的能量来源。与此同时,线粒体还会生产烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸(NADPH)。这是细胞内需要的还原剂和氢供体,是各种生物合成必备的原料。

动物和植物的细胞中都有线粒体,也都参与细胞最基本的活动——有氧呼吸,以获取必要的能量。在几乎所有动物细胞中,生命活动所需的ATP 都是由线粒体提供的,当然包括人体细胞。

可想而知,线粒体一旦出现问题,细胞将面临“拉闸断电”的风险。而现有的研究也表明,骨关节炎确实与这个问题直接相关。

好了,既然问题已经找到了,直接修复出问题的线粒体不就可以了吗?但是,这个思路说起来容易,做起来很难。这就好比要在一个本来就没有能源供给的城市里进行大规模建设,这无异于痴人说梦。

科学家另辟蹊径,从菠菜中找到了解决方案。需要注意,在生物体内能产生ATP的不仅仅是线粒体,还有叶绿体。如果说前者是火电站,那后者就是光伏电站。并且叶绿体中的类囊体就像是光伏发电的太阳能电池,它们可以直接将光能转化为ATP。

可问题又来了——怎么才能把植物的类囊体转移到人体细胞中,并且还让它们正常工作呢?在正常情况下,植物类囊体这种异物一定会被人体的免疫系统发现并清理掉。

研究团队想了一个好办法,从菠菜叶绿体中提取出类囊体,然后把动物细胞膜包裹在菠菜的类囊体表面。动物细胞就会认为这个“组合套装”是同类了,不仅不会排斥,还会把这些包装好的类囊体吞下去。进入细胞之后,脱去外壳的类囊体就可以干活了。只要给予特定的光线照射,它们就能产生足量的ATP 和NADPH,这样就解决了细胞能量供给的问题,也就解决了软骨细胞坏死的问题,当然也就解决了骨关节炎这个大麻烦。

但是,目前研究仍然处于实验室研究阶段,想应用到临床,还需要大量的药物设计工作和临床试验。

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