0

0
0

文字

分享

0
0
0

那些熬夜欠下的債

高 至輝
・2015/02/19 ・2145字 ・閱讀時間約 4 分鐘

文 / 圖:高至輝東京大學醫學系研究所神經生理學教室博士生

過年守夜,不管是打麻將打電動還是嗑瓜子看電視,都是農曆年讓人難忘的經驗。但一直以來,「晚睡傷身體」的說法甚至不用專家提醒,家中長輩都可以有一套對於睡眠不足如何傷身的見解。但是在寧靜的夜晚遭受到各種現代科技入侵之後,熬夜有時候像是種難以避免的宿命。

圖:熬夜對研究者來說像是難以避免的宿命。
圖:熬夜對研究者來說像是難以避免的宿命。

儘管在熬夜之後,每個人所感受到的自覺症狀各自不同,但在代謝觀點的科學研究已經指出:睡眠剝奪(sleep deprivation)會使體重增重 [1,2],進而提昇肥胖 [3, 4]、代謝疾病 [5] 、甚至心血管疾病 [6]等風險。關於這些代謝異常成因的說法目前並不統一,但是確實也有研究指出在睡眠不足的人身上有找到醣類代謝以及內分泌系統的紊亂 [7]。

甚至在基因表現層面,與晝夜節律有關的生理時鐘(circadian clock)、睡眠恆定性(sleep homeostasis)、氧化壓力(oxidative stress)、以及代謝(metabolic)相關基因(註1)的正常表現都因睡眠剝奪受到了干擾 [8]。另一方面,近年來許多實驗也證實了各種代謝與生理時鐘的關聯性 [9-12],進一步增加了我們對睡眠如何導致代謝失衡的認識。

這樣一來,坊間普遍將睡眠不足的傷害歸咎於生理時鐘的紊亂的說法,倒也不算是空穴來風。此外,一項關於睡眠剝奪對於中樞神經影響的研究也顯示,睡眠對於移除代謝廢棄物有重大的影響 [13]。總和來看,要維持身體正常的代謝機能以及有效的移除代謝廢棄物都需要仰賴充足的睡眠。

 

一項賓州大學的研究基於先前的發現,分別以大鼠(rat)與人類當做對象,比對歷經5天的睡眠剝奪前後血液成分的差異 [14]。結果在大鼠身上找到了38種在睡眠剝奪後濃度提昇的代謝物,其中約一半是脂質類;同樣地,在人類身上所找到的特異代謝物中,脂質或脂肪酸類也是主要的成員,這些現象或許可以回應於先前研究指出:受生理時鐘影響的代謝基因當中,大部分與脂質代謝有關的見解 [10,11]。

另外這些在大鼠身上找到的脂質當中,更有7種磷脂質(phospholipid)屬於漿磷脂(plasmalogens),這類脂質的產生與氧化壓力(oxidative stress)的上升程度有關,顯示缺乏睡眠的個體可能暴露在氧化壓力上風的風險之中。除此之外他們還有發現一些神經傳導物質,以及腸道代謝產物的含量也有顯著的增加。

這項實驗的另一項主要貢獻,在於找到人類與大鼠歷經睡眠剝奪後,有兩種共通的代謝物質在血液當中含量都有顯著提昇,分別是草酸(oxalic acid)和二醯基甘油36:3(diacylglycerol 36:3)。草酸是食物消化後的產物,主要是來自於植物的維生素C或特定胺基酸的降解。二醯基甘油是三醯基甘油(triacylglycerol)的前軀物,人體的脂肪大多是以三醯基甘油的狀態儲存在細胞裡。本實驗的第一作者的Aalim M. Weljie認為,這兩種共通分子應可作為一種可定量的生物標記(biomarker),應用在往後與睡眠相關的各種研究。除此之外,既然睡眠剝奪的人和大鼠在代謝上有共通的結果,也顯示在大鼠身上有關睡眠剝奪相關機制的研究,未來也有可能應用在人類的臨床研究或治療方法開發上 [15]。

 

主導研究的Amita Sehgal更進一步表示,這項研究也回應了先前睡眠有助於身體修復的說法,因此睡眠可能和代謝廢棄物的排除或是重整周邊組織的抗氧化機制的平衡有關。而換個角度來說,睡眠不足也可能讓個體代謝偏向有害的氧化狀態(oxidative metabolic state)[15]。

儘管這項實驗並沒有對睡眠影響代謝的機制提出更確切的解釋,但根據血液樣本中代謝物含量的改變,指出睡眠不足在短期之內即可造成體內脂質代謝失調、氧化壓力上升、以及神經傳導物質代謝改變的諸多不良影響。這些結果不僅呼應了先前的研究,也再次提醒人們疲勞感只是表面上的一項警訊,不僅是睡眠不足所造成的唯一結果。

我們在熬夜之後,透過一杯咖啡或是一罐營養飲料或許可以提神醒腦,卻顯然無法挽回因為熬夜造成的種種代謝紊亂的事實。或許我們可以期待有一天能夠將這些代謝上的失調一網打盡的「免睏」問世,然而睡眠不足所造成的影響牽連甚廣,成功率只能說是未知數。當前最中肯建議大概是:好好睡上一覺吧!

 

註1. 該論文提出睡眠不足時表現受到影響的代謝相關基因分別為:編碼葡萄糖載體蛋白(glucose transporter gene)的SLC2A3 以及SLC2A5基因,編碼調節食慾與相關身理現象的荷爾蒙ghrelin與obestatin的GHRL基因,以及編碼負責調節膽固醇及磷脂質載體蛋白的ABCA1基因。

 

參考資料:

  1. Spaeth AM, Dinges DF, Goel N (2013) Effects of experimental sleep restriction on weight gain, caloric intake, and meal timing in healthy adults. Sleep 36(7):981–990.
  2. Markwald RR, et al. (2013) Impact of insufficient sleep on total daily energy expenditure, food intake, and weight gain. Proc Natl Acad Sci USA 110(14):5695–5700.
  3. Singh M, Drake CL, Roehrs T, Hudgel DW, Roth T (2005) The association between obesity and short sleep duration: A population-based study. J Clin Sleep Med 1(4):357–363.
  4. Di Milia L, Vandelanotte C, Duncan MJ (2013) The association between short sleep and obesity after controlling for demographic, lifestyle, work and health related factors. Sleep Med 14(4):319–323.
  5. Schmid SM, Hallschmid M, Schultes B (2014) The metabolic burden of sleep loss. Lancet Diabetes Endocrinol 3(1):52–62.
  6. Ayas NT, et al. (2003) A prospective study of sleep duration and coronary heart disease in women. Arch Intern Med 163(2):205–209.
  7. Spiegel K, Leproult R, Van Cauter E (1999) Impact of sleep debt on metabolic and endocrine function. Lancet 354(9188):1435–1439.
  8. Möller-Levet CS, et al. (2013) Effects of insufficient sleep on circadian rhythmicity and expression amplitude of the human blood transcriptome. Proc Natl Acad Sci USA 110(12):E1132–E1141.
  9. Kasukawa T, et al. (2012) Human blood metabolite timetable indicates internal body time. Proc Natl Acad Sci USA 109(37):15036–15041.
  10. Chua EC-P, et al. (2013) Extensive diversity in circadian regulation of plasma lipids and evidence for different circadian metabolic phenotypes in humans. Proc Natl Acad Sci USA 110(35):14468–14473.
  11. Dallmann R, Viola AU, Tarokh L, Cajochen C, Brown SA (2012) The human circadian metabolome. Proc Natl Acad Sci USA 109(7):2625–2629.
  12. Xie L, et al. (2013) Sleep drives metabolite clearance from the adult brain. Science 342(6156):373–377.
  13. Ang JE, et al. (2012) Identification of human plasma metabolites exhibiting time-ofday variation using an untargeted liquid chromatography-mass spectrometry metabolomics approach. Chronobiol Int 29(7):868–881.
  14. Weljie, et al.(2015) Oxalic acid and diacylglycerol 36:3 are cross-species markers of sleep debt. Proc Natl Acad Sci USA S .Published online February 9 2015 doi:10.1073/pnas.1417432112
  15. Common Biomarkers of Sleep Debt Found in Humans and Rats. NeuroscienceNews [February 12, 2015]

 

文章難易度
高 至輝
9 篇文章 ・ 0 位粉絲
東京大學醫學系研究科特任研究員。大學主修化學,從碩士轉攻結蛋白質構生物學,其後飛往日本攻讀神經生理學,畢業後留在日本繼續探索有關神經迴路形成的機制。私底下屬有跡可循的雜食性,對於理解各種人文或科學概念的發展進程充滿興趣。

3

6
1

文字

分享

3
6
1

更人道及環保的肉類來源?——淺談「實驗室裡養的鮭魚片」

九姨_96
・2021/09/25 ・2832字 ・閱讀時間約 5 分鐘

那是個典型的炎熱的加州夏日,我剛剛從阿拉斯加釣鮭魚回來。這次的釣魚之行跟之前比不算成功,我的嚮導說,外海的商業漁船過度捕撈及氣候的變化,現在越來越少鮭魚回到河裡,他們擔心未來的魚只會越來越少。非常應景的,我一回來就訪談了一家在舊金山叫 Wildtype 的生物新創公司,他們成功在實驗室生產出鮭魚片。

這個公司是由心臟科醫師/細胞生物學家 Aryé Elfenbein 及耶魯商學院的 Justin Kolbeck 共同創立的。之所以成立這個公司,原因是 Aryé 在醫學領域見識到了,細胞全能性所帶來的可能,也看到了目前海洋及河川污然及過度捕撈的現況。而 Justin 則是因為在阿富汗的經歷,親身體驗過 food insecurity 這件事情有多麽嚴重,進而思考是否有辦法讓資源匱乏的地區也能夠獲得新鮮的食物。

在這樣的前提之下,讓他們重新思考,是否人類真的需要透過動物才能獲取肉?於是,他們在 2019 年一同成立了 Wildtype 這間公司,希望在這海洋、河川資源逐漸匱乏、到處都是塑膠微粒、重金屬的環境下,可以提供一個更永續、更安全、更人道的方式來獲取肉。

而當他們決定這個目標後,他們開始思考要往哪個方向去做,而最後選擇鮭魚主要有三個考量:第一,鮭魚是世界第二大的消費魚種,若能生產鮭魚,對於減少濫捕的會有顯著助益;第二,身為心臟科醫師的 Aryé 認為若要生產商品,也希望將世界帶到比較健康的方向去。富含 Omega-3 的鮭魚,將對大眾的健康更有助益;第三,鮭魚目前市場價格約在每磅 8 美元,比起每磅 1 美元的雞肉,鮭魚的市場價格能提供他們更多的研發空間。

Justin Kolbeck 與 Aryé Elfenbein。圖/作者提供

用「啤酒槽」養出鮭魚細胞?

美國人吃鮭魚,其實只有魚側面的兩塊菲力,其他的部分包括魚頭及內臟,大約有五成的魚體都會在處理後丟棄。於是 Aryé 與 Justin 思考,是否可以生產需要的部位就好?

答案是肯定的,而且其實製作起來更可行,生產魚片還是比生產魚頭來的單純很多。

實驗室鮭魚有兩個主要步驟,第一步在生物反應器(bioreactor)放大細胞數量。就像啤酒發酵槽,在生物反應器裡面放入細胞生長所需的最佳營養,並透過不間斷的打氣循環,讓細胞在裡面懸浮生長。

這個過程,細胞數量通常呈指數性的生長,短短幾週可以生長到萬倍之多。不過有一點要非常注意,整個細胞培養的過程必須是無菌狀態。如若不然,即使只是一個細菌、一顆黴菌孢子,在這麽營養的生長環境之下,也會跟著目標細胞一起被放大數萬倍。

像啤酒發酵槽的「生物反應器」。圖/Wildtype

第二步是讓細胞在支架裡生長。這裡他們利用植物纖維製作出支架,將細胞循軌跡生長,進而成為漂亮的魚片。不過我很好奇,那個鮭魚肉典型的白色紋理是怎麼做到的?Aryé 說那是脂肪細胞。

簡單來說,在生物反應器生長的這群細胞,就像是幹細胞一樣,尚未分化成不同功能的細胞[註1]。他們發現,透過改變支架的軟硬程度,及調整培養基的成分,可以誘導尚未分化的鮭魚細胞,分化成肌肉細胞或脂肪細胞,進而產生橘白相間的鮭魚肉。

培養出的魚肉品質如何?味道好嗎?

由於這個產品從收穫到包裝幾乎沒有時間差,我很好奇這個魚肉到底味道如何?一般市場買到的魚,即使處理得非常快速,還是跟現釣的相去甚遠,魚腮、黏液、內臟、血液,都會帶有腥味。Aryé 笑著說,沒錯啊就像現釣。

現在人其實非常少能接觸到極新鮮的魚,所以大家習慣的魚其實都是有點魚味的。所以他們在試吃的過程,很多人的反應都是他們的魚肉沒有味道,因此後來他們還特別去研究,增加一點空氣接觸,讓肉熟成一下,產生魚味。

關於保存期限,Aryé 表示,由於魚肉是在無菌狀態下生產的,所以非常非常耐放。他們目前還沒有做過完整的儲藏性實驗,但合作的廚師把他們的魚肉(未拆封狀態)放在冰箱一個月之後,吃起來還是超級新鮮。

甚至放置在室溫之下,目前的結果顯示幾天之內都不會腐敗。雖然仍需要更進一步的實驗,但如果結果屬實,短期運輸就能不需要冷鏈,除了降低運輸成本,也可以運送到冷鏈不發達的地區。

用鮭魚細胞培養的鮭魚片。圖/Wildtype

根據一篇 2019 年的訪問[註3],因為結構的問題,這個魚肉產品煮完會散掉,因此只能生食,在我看來這樣可能會降低消費者的購買興趣。Aryé 表示這點已經克服,只需要多培養一些時間,讓細胞間的結構比較扎實,就可以正常烹煮了。所以他們的產品現在可以做各種烹調法,不再局限於生食而已。同時,他們也正在規劃試吃間(tasting room),之後有進一步消息會再行公告。

潛在的吃素市場

我在進行這個訪問之前,先在我的個人臉書做了市調,結果反應最熱烈的是吃素的朋友。除了天生吃肉會過敏、一輩子要吃素的族群以外,很多人吃素是因為抱持著不殺生、不剝削動物、環境保護的原則。

雖然還有一些道德性的思考需要去界定到底吃鮭魚細胞算不算殺生,但普遍吃素的朋友都會願意去嘗試這樣的商品,並非常期待這樣的商品能夠趕快出現在市場上。

目前 Wildtype 的鮭魚,仍在小量生產的試驗階段,所以價格還是很高。目前做一盤六片的鮭魚握壽司,要價 50-100 美金。但他們很有信心,在持續的研發跟改良之後,他們最終希望售價可以降到一磅 10 美金左右,讓消費者可以在 Trader Joe’s(美國的平價超市)之類的商店輕鬆購買。

人造鮭魚還算是「魚」嗎?

目前 Wildtype 尚未拿到 FDA 核准上市的認證,因為這是一個非常嶄新的產品,法規和食品標準都尚未成形。但 Aryé 透露目前的溝通都算順利,他們被要求提供的資料及數據都算合情合理。

我繼續問,那這樣的商品可以被標示為鮭魚嗎?他說這個問題也在討論之中,但應該不會直接就寫鮭魚肉,畢竟和傳統捕撈的鮭魚不同,而且他們也希望告訴消費者這是鮭魚細胞製作而成,並不是源自於傳統的鮭魚。

但根據耶魯消費者中心的市調[註3],由於這個概念太新了,無論是「實驗室鮭魚」、「人造鮭魚」、「人工培養鮭魚」等等,目前並沒有一個名詞可以讓消費者馬上理解。

所以 Aryé 覺得最後可能會像 Impossible burger 那樣,在商品名稱下直接加一個描述句「使用植物製成的漢堡」。而他們公司希望可以在商品名稱 Wildtype salmon 之下,標註「本產品使用鮭魚細胞並在食物加工場域製作」。

最後,他也補充一個很有趣的點:根據他們內部的市調,成人消費者對於這個新概念很難理解,但五歲小孩們卻都能馬上領會。可見以人工培養鮭魚細胞對於下個世代而言是很自然的事。

文獻資料

  1. Wild Type’s Cell-Based Salmon Costs $200, But Not For Long
  2. Allan, S. J., De Bank, P. A., & Ellis, M. J. (2019). Bioprocess design considerations for cultured meat production with a focus on the expansion bioreactor. Frontiers in Sustainable Food Systems, 3. 44-44.
  3. Labeling the future: ______ salmon

所有討論 3
九姨_96
9 篇文章 ・ 2 位粉絲
九姨(Joy),留美園藝博士,副修食品。 現為加州最大草莓苗圃公司研究員。 閒暇時後喜歡做菜和寫文章,並刊載於個人粉專 Joy’s wild garden。
網站更新隱私權聲明
本網站使用 cookie 及其他相關技術分析以確保使用者獲得最佳體驗,通過我們的網站,您確認並同意本網站的隱私權政策更新,了解最新隱私權政策