一项新的科学综述揭示了咖啡中最有效化合物背后的分子网络，展示了这种日常饮品如何通过协调的抗氧化、抗炎和神经保护作用降低疾病风险。
研究：将咖啡从经验性饮料转变为靶向营养干预：咖啡核心功能性成分对慢性疾病的影响。图片来源：mariaeleman/Shutterstock.com
科学家们进行了一项系统性综述，旨在建立分子理论基础，将咖啡重新定位为靶向营养干预手段，而非经验性饮料。研究结果发表在《营养学前沿》上。
咖啡：一种全球广受欢迎的饮品
咖啡是一种源自咖啡属(Coffea)植物加工果实的流行饮品。科学家已将咖啡的使用追溯至15世纪也门苏菲派修道院，并强调其在"食药同源"概念中的相关性，即食物同时具有营养和药用功能。
全球咖啡产业持续表现出强劲增长，年咖啡豆产量超过1000万吨。商业咖啡种植主要涉及小果咖啡(Coffea arabica L.，阿拉比卡)、利比里亚咖啡(Coffea liberica Hiern，利比里卡)和中果咖啡(Coffea canephora Pierre ex A. Froehner，罗布斯塔)。阿拉比卡约占全球市场份额的70%，主要因其苦味低且香气复杂。
多项研究将咖啡描述为一种化学成分复杂的饮品，富含生物活性化合物。生(未烘焙)咖啡豆主要含有碳水化合物、脂质和蛋白质，还包括少量含氮化合物、矿物质和酸酯物质。
咖啡豆烘焙过程也会产生多种化合物，如类黑精，这由美拉德反应和热解驱动。例如，烘焙后碳水化合物和含氮化合物的含量减少，而脂质含量增加。值得注意的是，烘焙过程中形成的类黑精可能占烘焙豆质量的四分之一，反映了广泛的化学转化。
咖啡的功能化学
科学家已将咖啡的生物活性化合物广泛分为四大类：生物碱(如咖啡因、葫芦巴碱)、多酚(如绿原酸)、二萜(如咖啡醇)和美拉德反应产物(类黑精)。这些化合物通过协同和拮抗机制相互作用，形成多维调控网络，带来多样化的健康益处。
研究强调，理解这些网络层面的相互作用至关重要，因为仅关注单一化合物不能准确反映咖啡在实际消费条件下的行为。
生物活性化合物
与咖啡中生物活性化合物相关的机制及其治疗效果如下所述。
生物碱：
咖啡因是一种甲基黄嘌呤衍生物，是一种高度稳定的生物碱，主要通过肝脏中的P450 1A2(CYP1A2)代谢。这种生物碱的生理功能主要来自对腺苷A1/A2A受体的竞争性拮抗和对磷酸二酯酶4/5(PDE4/5)活性的特异性抑制。通过这些机制，咖啡因在γ-氨基丁酸A型(GABA_A)受体上充当低亲和力苯二氮䓬位点拮抗剂，在降低癫痫发作阈值方面起着关键作用。
分子研究表明咖啡因具有神经保护作用。它作为中枢神经系统(CNS)刺激剂，可能通过拮抗腺苷A2A受体(A2AR)来增强认知功能并降低帕金森病(PD)风险。然而，增加咖啡因摄入可能会增加睡眠障碍和焦虑。
多项研究表明咖啡因具有抗炎、神经保护、抗肥胖和抗糖尿病作用。该综述还引用了人类队列证据，表明含咖啡因的咖啡(而非脱咖啡因咖啡)与降低神经退行性疾病风险有强烈关联。
多项体外研究、动物模型和分子对接分析表明，葫芦巴碱通过包括减轻氧化应激、抑制乙酰胆碱和抑制神经炎症等机制，对阿尔茨海默病(AD)、帕金森病(PD)和抑郁症等神经退行性疾病具有潜在作用。
多酚：
绿原酸(CGAs)是羟基肉桂酸衍生物，是咖啡中最丰富的多酚。这些多酚是咖啡抗氧化和代谢调节特性的关键贡献者。从机理上看，大量存在的CGA——5-O-咖啡酰奎宁酸(5-CQA)——激活核因子红系2相关因子2(Nrf2)通路以抑制氧化应激，并抑制α-葡萄糖苷酶以调节餐后血糖。
一杯典型的咖啡含有约27至121毫克的CGAs。这些生物活性化合物与血糖调节、抗炎作用和神经保护相关。烘焙会显著降解CGAs，浅度烘焙比深度烘焙保留更多的CGAs。
二萜：
咖啡醇和咖啡豆醇是咖啡油中大量存在的呋喃二萜。它们的生理效应在很大程度上取决于冲泡方法。例如，滤纸过滤技术会去除大量二萜类物质，而未经过滤的冲泡技术(如法式压滤壶)则保留全部含量。
二萜表现出矛盾的生物活性。它会引发低密度脂蛋白(LDL)胆固醇水平升高，可能增加心血管疾病风险，同时诱导谷胱甘肽S-转移酶(GST)发挥抗癌活性。二萜还表现出肝保护和抗炎特性。
美拉德反应产物：
在咖啡烘焙过程中，美拉德反应产生一系列复杂化合物，包括类黑精。这些化合物具有富含呋喃和吡咯环的分子结构，负责其金属离子螯合能力和脂质过氧化抑制活性。
然而，美拉德反应也会产生有害化合物，如丙烯酰胺(2A类致癌物)。在深度烘焙咖啡中发现的丙烯酰胺浓度更高，具有神经毒性和致癌作用。
尽管丙烯酰胺水平可以测量，但来自咖啡的典型膳食暴露仍低于大多数监管关注阈值。
咖啡的复杂性
咖啡含有多种化学物质，它们相互协作、相互对抗或按顺序作用，影响多个分子靶点。通过这些相互作用，咖啡有助于调节氧化应激、炎症、新陈代谢和神经保护。大量流行病学证据将适度咖啡消费与2型糖尿病、阿尔茨海默病、帕金森病和心血管疾病风险降低联系起来。
目前对咖啡的药理学研究往往支离破碎，专注于单一成分而忽视多种化合物之间的相互作用。这导致了三个主要研究局限：过度强调单一化合物而非多组分协同作用，对次要生物活性成分的调查有限，以及过度依赖缺乏人体转化验证的体外或啮齿动物模型。
通过绘制CGAs、咖啡因及相关化合物的靶点网络，研究人员将能够阐明咖啡多靶点调控的生物学基础。这种综合方法将支持对咖啡作为功能性食品的更整体看法，并为其健康益处提供理论基础。
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