营养成分表只写150种,食物里其实藏着13万种分子

营养成分表只写150种,食物里其实藏着13万种分子

科学健康

数据源:Quanta Magazine + PMC

拿起超市里的燕麦奶或全麦面包,背面总贴着一张营养成分表。我们习惯逐行清点:能量、蛋白质、脂肪、碳水化合物与钠。如果配方更丰富,顶多再添上钙、铁或维生素 C。

大众熟悉的健康教育建立在这张表格上。算好卡路里并补齐维生素,似乎就掌握了一顿饭对身体的影响。但全球主流营养学数据库追踪的核心化学成分,翻来覆去只有大约 150 种。

餐盘里的真实世界比这张纸复杂得多。在科学播客《The Joy of Why》最新节目中,网络科学学者阿尔伯特-拉斯洛·巴拉巴西(Albert-László Barabási)给出了一个反差。他的实验室统计发现,人类食物中已知的化学分子超过 13.5 万种。我们每天吃下的绝大多数成分,在教科书里根本没有名字。

包装袋印着150种成分,饭碗里其实盛着13万种分子

教科书列出的 150 种成分没有出错。热量维持生存,蛋白质构建肌肉,维生素预防坏血病。这些基础营养素是生命运行的底线,也是过去一个世纪人类战胜营养不良的功臣。

但这 150 种分子只占食物化学成分的冰山一角。如果把食物分子比作夜色中的地图,传统营养学只是照亮了几条主干道。剩下的整片黑暗大陆,被巴拉巴西称为营养学的暗物质。

为了绘制这片暗物质,他的团队启动了食物组(Foodome,食物中所含全部化学分子的集合)项目。五年前,数据库里记录的非营养分子只有约 2 万种。随着多个公共化学数据库的整合与扩充,这个数字迅速膨胀到 13.5 万种。

这笔庞大数据带来了一个新视角。在美国前十位致死疾病中,遗传基因只能解释 10% 到 20% 的患病风险。剩下的大头来自生活环境,而环境里最重的一块就是饮食。巴拉巴西直接指出,食物就是那个长久被忽视的房间大猩猩。

需要厘清的是,这 13.5 万种分子并不等于神奇药方。它们绝大多数的具体生理功能,目前尚未被科研人员逐一解析。只要它们每天成群结队进入肠胃,人体就不可能只按 150 种营养素的旧逻辑运转。

把人体蛋白质画成网络,疾病其实聚在同一个街区

研究食物的巴拉巴西,最初并不是生物学家。早在 1990 年代,他研究的是互联网网页、电网线路与好莱坞演员的合作关系。他发现无论万维网还是人际圈,万物互联的模式惊人一致。

真实网络从不是随机连线的。网络中存在少数枢纽(hub,网络中被连接最多的节点)。新节点偏爱依附老巨头,这种规律被称为优先连接(preferential attachment,新节点更倾向于连接那些已经拥有大量连接的老节点)。这一机制让少数节点积累起不成比例的庞大链接。

1999 年他在旧金山发表演讲。台下还是研究生的拉里·佩奇,正在散发第一批谷歌文化衫。当时九成八的网页只有几个链接,谷歌却早已坐拥数亿条连线。

随后,他把这套几何学工具搬进了微观生命。细胞里约 1.9 万种人类蛋白质之间,存在超过 35 万条物理结合关系。这张巨大的生命线路图,被称为蛋白质互作组(interactome,细胞内所有蛋白质相互结合的完整网络)。

当科研人员把致病基因标在这张网络上时,反直觉的图景出现了。同一种疾病的相关基因并没有随机散落,而是挤在同一片区域。这种聚集现象被称为疾病模块(disease module,在蛋白互作网络里集中在某一小片街区的基因群)。

巴拉巴西常用纽约地图来做类比。把人体细胞看作曼哈顿。精神疾病基因聚在时代广场,代谢疾病集中在华尔街,哮喘相关基因扎堆在华盛顿广场。看病找靶点,等于在特定街区排查电路故障。

分子在细胞膜内外穿行流动 图:分子在细胞膜内外穿行流动。来源:Chanelle Nibbelink for Quanta Magazine

洋葱携带四万个防御基因,植物分子更像微型药群

我们餐盘里的几十万种生化分子究竟从何而来?答案藏在植物的演化史里。动物遇到天敌可以拔腿就跑,扎根泥土的植物却无处可逃。

为了抵御强光、干旱与食草动物,植物把精力花在化学武器上。一颗普通的洋葱拥有约 4 万个基因,是人类的两倍。某些开花植物甚至多达 15 万个。庞大的基因库,支撑起精密的次生代谢工厂。

洋葱里的槲皮素、绿茶里的儿茶素、浆果里的花青素,都属于多酚类(polyphenol,植物为了自我防御而合成的化学物质)。它们进入消化道后,身体不拿它们当柴烧,也不拿它们当零件。它们不提供热量,却能在血液中穿梭并结合蛋白质。

现代制药工业里,八成以上的药物不敢直接触碰核心致病蛋白。重要蛋白往往身兼数职,强行阻断会引发严重副作用。植物分子采取了另一套策略。它们更像数千种微量调控剂,在下游同时轻推网络里的不同支路。

食物分子覆盖全身半数蛋白,营养学暗物质浮出水面

这种调控网络的规模超出了很多人的预期。《新英格兰医学杂志》在 2025 年刊登了一篇重磅综述。巴拉巴西与哈佛医学院团队指出了惊人事实。食物中已知结合目标的化学分子,覆盖了人类约一半的蛋白质。

人类互作组网络里记录了 18659 个关键蛋白。其中多达 8997 个,能与食物分子产生物理结合。研究人员进一步梳理结构发现,大约 2000 种食物分子的化学骨架,与目前药房里已上市的合成药物高度重合。

人类蛋白质互作网络与食物分子调控节点分布 图:人类蛋白质互作网络与食物分子调控节点分布。来源:Menichetti et al., NEJM 2025 / PMC

网络医学不是停留在纸面上的计算模型。以常用类风湿关节炎药物阿达木单抗为例,这剂明星药一年花费约 9 万美元,且通常只有三四成患者见效。患者往往要忍痛试药 6 个月,才能确认自己是否属于那幸运的少数人。

巴拉巴西创立的诊断公司通过血液检测 16 个生物标志物,提前预判药物反应。这项检测直接帮患者免去半年的无效试错与高昂支出。网络思维在临床药物上跑通的逻辑,如今正被平行迁移至每天的餐盘。

放下卡路里计算器,用网络视角重新看待一日三餐

面对复杂的生化网络,大众熟悉的抗氧化概念显得有些粗糙。市面上的保健品广告喜欢把蔬果简化为吸附海绵,掩盖了生命系统深层的协同机制。多酚分子的真正角色更接近微调药群,而非粗暴的化学中和剂。

民间常提倡的吃彩虹原则,因此获得了坚实的网络生物学依据。紫色甘蓝的花青素、红色番茄的番茄红素、黄色柑橘的类黄酮,背后是植物在漫长演化中打造的独特化学库。丰富食谱的意义,在于给细胞网络送去更多维度的调控开关。

只算热量和维生素,容易让人把进食降级为给机器加油。每顿饭吃下去的上万种非营养分子,时刻都在悄悄微调体内半数蛋白质。走出 150 种成分的思维孤岛,我们才能看清食物与身体之间交织的精密网络。

参考链接:

  • Quanta Magazine《The Joy of Why》播客专访
  • Barabási 实验室 Foodome 项目
  • 《新英格兰医学杂志》综述(PMC)