ACS子刊:科学家首次发现,高温烹饪造成的食物DNA热损伤,会被食用者吸收,可能存在遗传风险

奇点糕发现,最近大家都在讨论“白人饭”,主打的就是一个方便快捷不费劲儿,尤其是高温天气里,做饭吃饭都不必流汗!当然也有朋友接受不了,不经过一番煎炒烹炸的食物怎么能算正经饭呢?

煎炒烹炸确实能够激发食物的香气和人的食欲,什么红烧肉啦炸鸡啦,不过大家都知道,过多的热量摄入可能对体重和代谢健康不利,而且高温烹制的红肉等含有杂环胺等致癌物质,因此为了健康,应该控制它们的摄入量。

最近,美国化学学会旗下官方期刊ACS Central Science上刊登了一项新的研究[1],斯坦福大学领导的研究团队发现,高温烹制会对食物的DNA造成热损伤,DNA的四种碱基都存在水解和氧化损伤,使用含有受损DNA的水喂养小鼠后,被小鼠的小肠绒毛上皮细胞摄取,通过补救合成途径整合入细胞DNA,促进细胞DNA双链断裂。

这是一种此前未被发现的,高温烹饪方式可能导致遗传风险的潜在机制。

ACS子刊:科学家首次发现,高温烹饪造成的食物DNA热损伤,会被食用者吸收,可能存在遗传风险

此前对红肉和油炸食物对健康影响的机制研究多集中在可以与DNA发生反应的小分子代谢物上,例如多环芳烃和杂环胺,在食物烹饪过程中以痕量水平产生,在食用时被生物活化成烷基化DNA的反应性物质,导致损伤和突变的积累[2]。

然而,很少有研究关注高温烹饪对食物自身DNA的影响。食物DNA损伤研究较少的部分原因可能是通常认为摄入的DNA不太可能被细胞吸收以产生影响,但哺乳动物研究[3,4]显示,口服后的DNA会迅速水解和片段化,在胰液和肠液核酸酶的作用下转化为2’-脱氧核苷酸,主要是5’-单磷酸盐。

另外,在细胞膜中,2’-脱氧核苷 5’-磷酸盐能够被肠磷酸酶去磷酸化,产生的游离核苷可被吸收到细胞内,并参与核苷酸补救合成途径(又称再利用途径,适应于生物体的需要,将已分解的生物体的一部分物质加以利用,再次进行该物质的生物合成的一个途径)。也就是说,如果受损的2’-脱氧核苷通过补救合成途径被吸收并整合到细胞DNA中,可能直接影响食用者DNA。

由此,研究人员开展了这项研究,希望回答三个问题:高温烹饪对食物DNA造成了多大程度的损伤?受损的DNA有多少会被细胞消化并整合入细胞DNA?细胞暴露于受损的2’-脱氧核苷是否会引起DNA损伤修复反应或染色体损伤?

ACS子刊:科学家首次发现,高温烹饪造成的食物DNA热损伤,会被食用者吸收,可能存在遗传风险

此前研究和这次研究的发现

让我们来看看他们都发现了些什么。

研究人员选择了牛肉碎(80%的瘦肉)、猪肉碎(80%的瘦肉)和土豆片,煮沸20分钟或用烤箱烤15分钟(220℃),从烹饪的实验组和未处理的对照组中分别提取DNA进行比较。他们发现,肉类的DNA损伤相比土豆更多,烤箱的高温烹饪比煮沸的低温烹饪产生的DNA损伤更多。

从绝对值上来看,两种最常见的损伤形式是2’-脱氧尿苷(dU,核苷酸中胞嘧啶变为尿嘧啶)和8羟基脱氧鸟苷(8-oxo-dG,鸟嘌呤氧化),烤完后分别增加了10倍和3.5倍。与对照水平相比,dU和8,5′-环嘌呤-2′-脱氧核苷增加最为显著,烤完后,肉类中的dU水平达到约300碱基每百万核苷酸,dU具有遗传毒性,会损伤基因功能,促进突变,导致细胞向无法自控地复制的癌细胞发展。

ACS子刊:科学家首次发现,高温烹饪造成的食物DNA热损伤,会被食用者吸收,可能存在遗传风险

牛肉、猪肉和土豆经过烹饪后的dU和8-oxo-dG损伤的差异

研究人员利用他们开发的一种可以标记受损DNA位点的荧光分子,在细胞培养基中观察到了受损的2’-脱氧核苷被细胞摄取可以诱导线粒体和基因组DNA损伤。

他们又进一步使用小鼠进行了体内实验,将dU掺在水中给小鼠口服一周(每天2mg/200μL),与对照组相比,dU组小鼠小肠基因组DNA(gDNA)中dU水平显著大幅增加,十二指肠和空肠中最高可达到2000 dU/百万gDNA,相当于15倍和3.5倍的增加。喂食dU没有增加8-oxo-dG的水平,表明喂食dU没有导致dG的氧化,因此,dU组小鼠gDNA中dU水平增加是受损DNA整合引起的,而不是间接诱导活性氧(ROS)。

ACS子刊:科学家首次发现,高温烹饪造成的食物DNA热损伤,会被食用者吸收,可能存在遗传风险

喂食dU后,肠道中除结肠外各段gDNA中dU水平均增加

dU组小鼠小肠绒毛上皮细胞中双链断裂的水平明显高于对照组,而喂食dU的一种典型前体物质dC的小鼠则没有这种差异,表明核苷酸池的不平衡不是主要原因。因此,饮食中的dU可能是在食用后背小肠绒毛上皮细胞吸收,进入细胞内补救合成途径,整合入细胞DNA的。

总的来说,这项研究提出,高温烹饪造成的食物的DNA损伤可能也是潜在的疾病风险因素,对食用者的基因组DNA具有直接影响,不需要与DNA发生反应,这种机制和此前发现的杂环胺等小分子物质的影响是独立的。

不过,研究人员表示,这一研究还处于早期阶段,还需要后续研究以巩固毒理学和病理学机制,以及将研究范围扩大到典型的人类饮食中长期低水平的热损伤DNA,而非概念验证研究中所使用的的高水平。

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参考文献:

[1] Jun Y W, Kant M, Coskun E, et al. Possible Genetic Risks from Heat-Damaged DNA in Food[J]. ACS Central Science, 2023.

[2] Colvin M E, Hatch F T, Felton J S. Chemical and biological factors affecting mutagen potency[J]. Mutation Research/Fundamental and Molecular Mechanisms of Mutagenesis, 1998, 400(1-2): 479-492.

[3] Jonas D A, Elmadfa I, Engel K H, et al. Safety considerations of DNA in food[J]. Annals of Nutrition and Metabolism, 2001, 45(6): 235-254.

[4] Carver J D, Walker W A. The role of nucleotides in human nutrition[J]. The Journal of Nutritional Biochemistry, 1995, 6(2): 58-72.

来自: 奇点网

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