“闯祸”的辣椒为何受科学家青睐

刘耀文

“某地人不怕辣”“某地人辣不怕”……对于舌尖上的中国而言，吃辣的程度大致分为微辣、中辣、特辣。不过没想到，食物竟会因太辣被“封杀”——前段时间，丹麦要求召回韩国某食品公司旗下的超辣火鸡面，原因是其辣椒含量高容易导致食物中毒；德国也因有人食用魔鬼辣椒薯片中毒去世，对该食品实施了禁售。

然而在科学界，辣椒含有的辣椒素一直是个“香饽饽”，相关研究还曾获得2021年的诺贝尔奖。今年，我国科学家对辣椒素的生物合成进化机制又有了新突破。那么，辣椒素对于人体究竟有害还是有益？研究辣椒素、推动其高产有何科学意义？

研究辣椒素为何能获诺贝尔奖

大家常说食有“五味”：酸、甜、苦、辣、咸。其实从现代科学的角度来看，五味并非都是味觉，其中的“辣”实际上是种痛觉。一个简单的道理，如果手不小心沾上了辣椒会觉得“辣得疼”，而手是没有味觉器官的。

味道的产生源自舌头上分布的味觉受体，可以将食物的味道变为神经冲动信号传递给大脑。自2000年苦觉受体和2001年甜觉受体被发现以来，科学研究已经发现了“酸甜苦咸鲜”5种味觉受体，但并没有“辣”对应的味觉受体。

通常，辣椒给人的第一感觉是“热”，适当吃点身子暖洋洋的，还会出汗，如果吃得太辣了，就会触到辣的感觉本质：痛觉。

既然辣是一种痛觉，且与针刺这类明显刺激带来的痛觉不大一样，那么负责感知辣的机制是什么呢？研究人员对辣椒进行研究，找到了其中负责辣的具体成分——辣椒素（化学式是C18H27NO3）。接下来，需要探究到底是什么样的基因帮助人体识别辣椒素并产生相应的痛觉？这个难度不小，毕竟机体的基因那么多，细胞种类也很多。

研究人员首先找到了对辣椒素不敏感的细胞，然后构建起一个庞大的基因DNA文库，再将这些基因导入这个对痛觉不敏感的细胞，看到底哪个基因可以让这个细胞对辣椒素敏感起来。经过一系列筛选并测试了16000多个DNA片段后，研究人员终于找到了基因TRPV1。这是一个新的离子通道，能够识别伤害性刺激。也就是说，当细胞接触到辣椒素时，TRPV1会被激活，产生的电信号沿着伤害性通过神经传送给大脑。而对于这类伤害，大脑有一套固定策略，统统将其解读为“痛觉”，于是，人就感觉到了辣椒素带来的痛。因取得这项突出的研究成果，美国科学家戴维·朱利叶斯获得了2021年诺贝尔生理学或医学奖。

其实，感知辣椒素的TRPV1还有另一个特点，那就是它还会被超过43℃的热激活，属于痛/热双重通道。当人接触辣椒素的时候，TRPV1对温度的感受阈值有所下降，37℃的正常体温也可以同时激活它，于是痛觉和热觉联合起来给大脑传递伤害信号，结果令人同时感受到痛和热。

研究辣椒素最终获得诺贝尔奖的荣誉，主要是因为科学家揭示了人体感知温度、疼痛的分子机制，为理解人体触觉感知提供了重要的科学依据，还为开发新的止痛药物提供了理论基础。因此，研究辣椒素不仅在科学上具有重要意义，对于人类健康和医学发展也有深远影响。

“中毒”实为人体自保过度的反应

解读了“辣椒为什么会辣”，就可以来探讨“为什么辣椒会导致中毒”的问题了。

既然辣椒素受体TRPV1利用的是人体的伤害性神经通路，那么，当人体接触辣椒素以后，自然就会有一系列被伤害的表现。以消化系统为例，无论是口腔还是胃肠道，辣椒素都会刺激这些部位的黏膜，而机体自然产生的“对策”最典型的就是炎症反应，比如，扩大血液通过性来让相应的免疫成分通过，表现在身体上就是局部充血，严重时会出现过敏性休克。

同时，辣椒素刺激下的TRPV1会让机体发热，于是人感受到高温、灼热。为了应对这种现象，大脑会开启降温过程，通过让血管扩张、血流加速、出汗增加来散热，这就是吃辣后会脸红、出汗的原因。其他部位如眼睛、鼻子等接触到挥发的辣椒素也会产生类似的反应。为了清除辣椒素，眼泪、鼻涕这类清洁物质会大量分泌，形成“一把鼻涕一把泪”。

此外，超出自身承受能力的辣椒素刺激所带来的疼痛，会激发机体的一系列反应，如胃部不适、痉挛乃至严重的肠胃伤害等。机体为了应对，可能分泌更多的液体来稀释辣椒素以减轻伤害，快速将其排出去，结果就会出现辣椒性腹泻。

综上，这些反应本质上都是机体对辣椒素刺激产生的一种自我保护，可以理解为跟中毒很像，也可以理解为这就是中毒。毕竟中毒的本质就是进入人体的物质与人体组织发生反应而引起的暂时或者持久性损害。

只是很多情况下，辣椒素引起的不适并没有那么严重，再加上人体有强大的代谢能力，所以不用担心辣椒素会引起慢性中毒。但如果远远超出身体能承受的辣度刺激，引发机体严重反应，就可能发展为急性中毒。这也是丹麦和德国此次下禁令的缘故，因为所涉几款食物主打的就是超辣甚至魔鬼辣。此前，法国也曾经下架过一款号称“世界最辣的薯片”，因为不少年轻人跟风尝试这些食物甚至发起所谓的“挑战”，由此引发的急性中毒、过敏性休克等问题不得不防。

多学科解析人类食辣的原因

厄瓜多尔、巴拿马、秘鲁、巴哈马和委内瑞拉等地的考古遗址中均被发掘出辣椒的淀粉化石，时间大约为六千年前，证明当地人很早就开始人工种植并食用驯化的辣椒。随着大航海时代的开启，辣椒从美洲走向世界，成为世界性的饮食。

如今，每天全世界大约有三分之一的人都在吃辣，这种又辣又痛的刺激，让他们欲罢不能。为什么这么多人爱吃辣呢？到目前为止，还没有获得统一的答案，不同领域的科学家对此各有见解：

进化领域的研究者从适应的角度指出，由于辣椒可以带来热感，所以对寒冷地区的人有御寒的作用；

微生物领域的研究者认为辣椒有杀菌作用，因此可以用于温度较高地区食物的杀菌保鲜，这是生活在气温高地区的人偏好吃辣的主要原因；

从事基因研究的人称，吃辣可能与基因有关，2012年发表在《生理学与行为》上的一项来自双胞胎的研究指出，吃辣行为中遗传因素占了相当比例，为18%-58%，即吃辣的喜好有遗传倾向；

心理学专家则用心理学上的“良性自虐”理论来予以解释，简单来说就是人在感知那些被认为负面的事却发现危险并没有那么严重时，这种反差会带来愉悦感；

神经学研究更指出，辣椒素本来就能够刺激大脑分泌内啡肽，让人产生愉悦感。

无论是哪种解释，都在一定程度上揭示了人们对辣的喜爱有很多深层次的原因，而根本原因尚难以达成一致。

辣椒素具有较高医药科研价值

不过，科学家重点关注的并不是吃辣的喜好，而是辣椒素的科研价值与应用前景，尤其是对于医药领域而言。

前面提到，辣椒素是通过TRPV1来传递痛觉的，这个发现其实隐藏着很大的用途。当辣椒素激活细胞的TRPV1受体后，机体感知到辣会迅速释放大量的神经肽因子来应对辣椒素，带来疼痛及灼热感，但这也消耗了神经肽，毕竟机体产生神经肽是需要时间的。试想一下，如果再有疼痛来袭，神经就不能很好地感知这种痛觉了，岂不是意味着人反而感觉不太疼或不疼了呢？相当于辣椒素通过这种方式实现了镇痛。目前，已经有利用辣椒素研发出的药剂用于缓解各种神经痛疾病，临床效果反馈不错。

其次，辣椒素具有抑菌效果，能够对一些有害微生物如大肠杆菌、金黄色葡萄球菌、假单胞菌等产生较强的抑制效果。还有研究发现，辣椒素对于可导致胃炎的幽门螺杆菌有一定的抑制效果。

此外，辣椒素还有一定的抗癌效果。有研究指出，吃辛辣食物的人患消化道癌症的风险比不吃辣的人更低。同时，辣椒素对防治食管癌和降血脂也有一定作用。

正因如此，辣椒素既在食品领域中大显身手，又有可观的医药价值，还能在农业领域派上用场。

科学家攻关生物合成助“高产”

近些年来，如何得到更多的辣椒素一直是研究者关心的课题。

其实，辣椒素是辣椒的一种自我防护。自然界中有许多昆虫以植物为食，它们啃食辣椒会导致真菌等病原体入侵造成植株感染而致病。因此，辣椒进化出辣椒素这种对昆虫、病菌有毒的成分来保护自己，如同烟草中的尼古丁本来是为保护烟草而生的。

想要得到更多的辣椒素，一种办法是多种植辣椒，另一种办法就是让辣椒产生更多辣椒素。很显然，后者是研究者努力攻克的重点难题。

一些科学家的研究目标聚焦于辣椒素的生物合成，其核心技术是基因。

今年，我国科学家团队对辣椒素的生物合成进化机制进行了研究。他们首先是组建了端粒到端粒的无缺口辣椒基因组，因为有了基因组才能研究基因。接下来，研究人员找到了一年生栽培辣椒和不产辣椒素的野生辣椒，基于二者的基因信息，通过分子钟的方式来计算辣椒素合成通路的进化时间节点。研究发现，大概在1300万年前到500万年前，辣椒开始进化出合成辣椒素的能力。为了探究辣椒素的生物合成机制，研究人员还寻找到辣椒素合成酶这种关键基因的信息，为进一步利用和改造辣椒素生物合成提供了可能性。

当然，光是改造辣椒还不够，辣椒的产量太低了，一公顷辣椒种植面积的产量不到3吨，辣椒素的总量有限。因此，科学家又有了新想法。很多人可能不知道，辣椒属于茄科，与茄子、番茄“同门”。但相比之下，番茄的产量可就大多了。于是，科学家就琢磨：既然辣椒能产辣椒素，那番茄可不可以？来自巴西的研究人员梳理了辣椒素的生物合成机制，并比较了辣椒和番茄这两种茄科作物的相似性后认为，通过CRISPR/Cas9等基因编辑技术改造番茄，让番茄表达辣椒素是完全有可能的，或许在不久的将来，就会出现辣味西红柿。

目前，世界上对辣椒素的生物合成研究有很多，既有改变辣椒本身的辣椒素表达，让辣椒素能够在诸如叶片之类的部位产生的思路，也有拓展更多作物表达辣椒素的想法。尽管还没有比较成熟的研究成果问世，但是在现代基因编辑技术的加持下，这种可能性无疑会越来越大。

最后友情提醒一下，虽然辣椒素的益处不少，科学研究也颇有前景，但如果希望从吃辣椒的过程中获益，还是要谨慎些，毕竟每个人对辣的耐受不同，不是谁都能享受这种“辣并快乐着”。

（作者为中国科学院西南生物多样性中心生物学博士）

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