健康细菌对一氧化氮生成的重要影响

正在饮用蔬菜奶昔的男性

概要一览 -

  • 虽然您的身体可以利用氨基酸 L-精氨酸,在内皮细胞内部生成一氧化氮,但最重要的来源还是膳食硝酸盐,肠道细菌可绕过经典的 L-精氨酸通道,将硝酸盐转化为亚硝酸盐,然后又将亚硝酸盐转化为一氧化氮
  • 一氧化氮可通过扩展血管来促进内皮功能并改善心脏健康,同时还有助于维持生理平衡,抑制炎症,促进血管生成,也就是形成新的健康的血管
  • 一氧化氮还可以保护您的线粒体健康,促进免疫功能,并且其本身还具有强大的抗菌潜力。多项体外试验发现,一氧化氮可在短短一小时内杀死大部分肠内病原菌
  • 在现代饮食中,硝酸盐既存在于富含硝酸盐的植物性食品中,也存在于经过加工的肉类中。植物性食物中的硝酸盐会促进一氧化氮的生成,但经过加工的肉类会促使硝酸盐转化为致癌的 N-亚硝基化合物
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作者:Mercola 医生

一氧化氮 (NO) 是储存在血管内皮中的可溶性气体。它具有多种非同寻常的健康益处,但对于这种气体如何在您体内生成,目前还存在诸多疑问。虽然您的身体能够以天然方式在内皮细胞内部生成一氧化氮,但最重要的来源实际上是来自新鲜蔬菜的膳食硝酸盐,肠道细菌可绕过经典的 L-精氨酸通道,将硝酸盐转化为亚硝酸盐,然后又将亚硝酸盐转化为一氧化氮。

研究还显示,由细菌产生的亚硝酸盐对于一氧化氮体内平衡具有重要甚至可能是决定性的作用。这个月早些时候在《细胞代谢》(Cell Metabolism) 期刊发表的一篇文章《硝酸盐在健康和疾病中的代谢作用》(The Metabolic Effects of Dietary Nitrate in Health and Disease) 解释道:

"[一氧化氮]由 L-精氨酸和氧通过一氧化氮合酶而产生,它是一种参与心血管和代谢调节的多效信号分子。最近,人们发现了这种自由基形成的另一种途径。

来自膳食和内生来源的无机阴离子硝酸盐 (NO3) 和亚硝酸盐 (NO2) 通过一个血液和组织内看似共生的口腔细菌和宿主酶参与的过程,产生一氧化氮生物活性······硝酸盐之所以具有有益代谢作用,潜在机制包括······线粒体呼吸的相互作用、关键代谢调节途径的激活以及氧化应激的减少。

一氧化氮的健康益处

一氧化氮可通过扩张血管来 改善血流并降低血压,从而起到促进内皮功能并改善心脏健康的作用。血液流动加快,使得重要的氧气和营养物质在身体各处自由流动,同时还可以更有效地清除废物和二氧化碳。

重要的是,一氧化氮可以进入缺氧区,也就是需要氧的部位,而您的心脏和大脑都需要消耗大量氧。

研究发现,一氧化氮可通过促进身体运动皮质(痴呆症早期经常受到影响的大脑部位)的氧化作用,改善大脑神经可塑性。 一氧化氮还有助于稀释血液,降低其黏度,从而减少血小板聚集。

一氧化氮还可以预防导致心脏病或中风的血液凝块的形成。除此以外,它还可以:

发挥保护线粒体健康的作用。骨骼肌仅由大约 1% 到 2% 的线粒体组成,但即便是这样,骨骼肌也有赖于线粒体产生的能量来维持日常活动。您在锻炼之后会感觉肌肉酸痛,是因为您的肌肉耗尽了氧分,此时您的身体会通过在血液中释放一氧化氮来进行补偿,从而扩张血管,令其更容易输送氧分。

这也是剧烈、短促的运动之所以如此高效的其中一个原因——它可以大幅增加一氧化氮的生成。在您锻炼时,只需短短 90 秒就可以让血管消耗储存的一氧化氮,并开始生成更多的一氧化氮。

因此,您务必要为身体提供生成一氧化氮所需要的原材料,同样重要的是,您还必须定期进行释放一氧化氮的高强度运动,比如一氧化氮转储锻炼,它可以:

促进免疫系统功能,让您的身体更好地抵御外来病原体。一氧化氮本身就具有强大的抗菌潜力。多项体外试验发现,一氧化氮可在短短一小时内杀死大部分肠内病原菌。结核分支杆菌、沙门氏菌和志贺氏杆菌都很容易被一氧化氮杀死。

有助于维持生理体内平衡。例如,在您的肠道内,一氧化氮可调节黏膜血流、肠道运动和黏液的厚度。一氧化氮对于活性氧的体内平衡同样具有重要作用,而活性氧又可能给代谢通道带来显著影响。

有助于抑制炎症,在微血管尤其是毛细血管中,一氧化氮和生长因子协同作用,有助于促进血管生成,也就是形成新的、健康的血管。

强调一氧化氮重要性的科学发现寥寥无几

当我在医学院读书时,一氧化氮根本不在医学研究范围内。自 1980 年发现以来 ,一氧化氮已经严重挑战并刷新了我们对人类生物学和病理学的理解。虽然早在 1772 年,约瑟夫·普里斯特利 (Joseph Priestly) 就发现了一氧化氮,但直到 1980 年,生物化学家罗伯特·佛契哥特 (Robert Furchgott) 才发现内皮细胞释放了一种内皮衍生舒张因子 (EDRF),它具有放松血管平滑肌的作用。

1998 年,由于发现了一氧化氮在心血管系统中作为信号分子,他与路易斯·伊格纳罗 (Louis J. Ignarro) 博士和费瑞·慕拉德 (Ferid Murad) 医生一共获得了诺贝尔生理或医学奖。 1986 年,佛契哥特和药理学家伊格纳罗 (Ignarro) 各自得出了相同的结论——EDRF 实际就是普里斯特利曾经发现的一氧化氮。

时至今日,世界上共有超过 160,000 篇详细介绍一氧化氮生理学和病理学原理的论文。下面就概括了其中一些重要观点:

在人体内,一氧化氮由三种主要的一氧化氮合成酶 (NOS) 生成:内皮型一氧化氮合酶 (eNOS)、神经元型一氧化氮合酶 (nNOS) 以及诱生型一氧化氮合酶 (iNOS)。eNOS 在血管内皮形成,通常与有益的生物反应有关,而 nNOS 和 iNOS 则可能产生毒性效应。iNOS 可通过促炎性细胞因子,随时在多个组织内形成。与其他 NOS 酶不同的是,它不受细胞内钙变化的调节。

一氧化氮并非只是单纯的信号分子。理解一氧化氮的交流方式,就会发现为什么它在生物生命中发挥着如此之多的生理作用。有一点很重要,一氧化氮的局部浓度并不是唯一的决定因素;它也可以通过更微妙的方式传递信息,并且一氧化氮还可以自如地穿过细胞膜,从而让它可以反复分布于细胞内外。

但是,一氧化氮只能在很近的距离内扩散,它的作用仅限于里生产源最近的少数细胞。这意味着,如果一氧化氮在肠道内形成,它将不能给中枢神经系统带来影响,因此,您务必要刺激身体的各个系统生成一氧化氮。

虽然一氧化氮具有多种益处,但它也是一种自由基,一旦与超氧化物结合,就会形成您体内危害最大的活性分子——过氧亚硝酸盐。在我看来,这是人体内最具破坏性的活性分子,它会给您的 DNA、细胞膜和蛋白质造成严重的氧化损伤。这种情况通常出现在接触危险的电磁场 (EMF) 之时。

一氧化氮的大部分有益作用都来自于它刺激可溶性鸟苷酸环化酶的能力,从而形成 cGMP,并进一步刺激 cGMP 依赖性蛋白激酶,或者来自于它对亚硝基化蛋白半胱氨酸残基的作用。

应用一氧化氮的治疗作用的其中一个例子,就是脉冲电磁场疗法,或简称 PEMF。自 20 世纪 70 年代以来,它一直是骨折不愈合的常规治疗方法。很有可能在这种情况下,增加一氧化氮可增加 cGMP 合成并激活蛋白激酶 G,从而刺激造骨细胞和骨骼生长。

我们现在相信,为什么 PEMF 安全而 EMF 却危害健康,在很大程度上取决于频率。PEMF 的频率通常是 100 Hz,而危险的 EMF 的频率通常在 2000 Hz 以上甚至可能达到千兆赫。

膳食硝酸盐给健康带来的有益影响可媲美一氧化氮

考虑到硝酸盐可以促进一氧化氮的生成,因此,膳食硝酸盐具有媲美一氧化氮的健康影响,包括降低血压、改善内皮功能、提高运动表现、逆转代谢综合征以及具有抗糖尿病作用,这一点也就不足为奇了。事实上,研究已经发现膳食纤维可以逆转小鼠的代谢综合征,同时改善老鼠的胰岛血流和胰岛素分泌。

在传统医学中,医生会使用硝酸盐来治疗心绞痛和充血性心力衰竭,研究发现,一杯甜菜根汁与处方硝酸盐有同样的作用。 生甜菜富含硝酸盐,研究显示,它可在短短数小时内,将血压降低平均 4 到 5 点。

另一项研究发现,每台饮用 8 盎司甜菜汁,坚持一周,即可将血压降低近 8 点,它的效果甚至要优于降血压药物。一些研究还发现,甜菜可将运动过程中的耐力表现提高 16%,这主要是由于一氧化氮的生成增加。

亚硝酸盐不再是人们避之不及的罪犯

过去,亚硝酸盐被普遍认为是致癌物质,而无论它来自哪里,如何生成。到今天,我们已经知道这种观点不正确,我将在下一部分详述。一篇 2006 年发表的论文《一氧化氮生物学中的亚硝酸盐》(Nitrite in Nitric Oxide Biology) 解释道:

所有生命都需要含氮化合物。亚硝酸盐是一种天然存在于自然界和生物体内的化合物。多年来,亚硝酸盐的药理学地位经历了令人惊讶的蜕变,从可能在胃内生成致癌亚硝胺的饱受诟病的成分,变成了缺氧时可释放保护剂(一氧化氮)的救命药物。

亚硝酸盐作为哺乳动物体内的血管舒张成分,已经接受了长达 125 年的研究,并且我们都已经知道,它是有机硝酸盐代谢的副产品。生理学领域近期重新发现了亚硝酸盐的部分血管扩张作用,再加上另外一些新发现,使亚硝酸盐成为生物学的基本分子。

一直到最近,亚硝酸盐都被认为是内源性一氧化氮合成的一种惰性氧化分解产物,但在过去几年,科学研究已经开始重点关注在血液循环中将亚硝酸盐还原成一氧化氮,将其作为低氧血管舒张的可能机制。亚硝酸盐已经演变为一种内源性信号分子及基因表达的调节因子,它不仅可以作为诊断标记物,还可以作为心血管疾病的潜在治疗手段。

膳食硝酸盐 101

《细胞代谢》(Cell Metabolism) 期刊发表的《硝酸盐在健康和疾病中的代谢作用》(Metabolic Effects of Dietary Nitrate in Health and Disease) 一文解释道:膳食的相对作用,可以媲美一氧化氮合酶生成的内源性一氧化氮给人体内硝酸盐总储量带来的影响,但如果能够适度增加蔬菜食用量(每天 200 克绿叶蔬菜),那么,膳食来源将发挥主导作用。

在现代饮食中,硝酸盐既存在于富含硝酸盐的植物性食品中,也存在于经过加工的肉类中。但这其中只有一种来源有益健康。另一种则是众所周知的致癌物质,魔鬼隐藏在细节之中,因为您的身体会根据硝酸盐的不同来源进行不同的处理。

在拒绝过程中,膳食硝酸盐会被口腔细菌转化为亚硝酸盐。一旦亚硝酸盐被吞下并接触到胃酸,就可能转化为两种成分:有益健康的一氧化氮,或者致癌的 N-亚硝基化合物,如亚硝胺。很多因素都可能影响这个转化过程:

1. 其中一个因素是亚硝酸盐是否与蛋白质和血红素(一种含铁化合物,是血液中血红蛋白分子的组成部分)结合。正是这个因素使得加工肉类危害健康。

实际上,加工肉类和香烟及石棉一样,都属于 1 类致癌物。根据针对 7000 多项临床研究进行的回顾,世界癌症研究基金会得出结论:加工肉类没有所谓的安全下限,您应该完全避免,以减少癌症风险。

正如英国雷丁大学食品和营养科学教授 Gunter Kuhnle 解释:加工肉类之所以很容易形成 N-亚硝基化合物,是因为它们含有亚硝酸盐以及肉类中的蛋白质。肉类中的血红素会帮助将亚硝酸盐转化为 N-亚硝基化合物。

2. 膳食硝酸盐也很容易在加热之后转化为致癌的亚硝胺,而烹制和加工肉类都需要经历高温。大部分植物性食物通常不会在高温下烹煮或油炸,这就可以降低产生有害物质的可能性。

3. 植物含有抗氧化剂(比如维生素 C 和多酚),可以阻止有害亚硝胺的形成。这些化合物的存在,都有助于确保亚硝酸盐在进入胃部之后会转化为有益健康的一氧化氮,而不是危害健康的 N-亚硝基化合物。

4. 肠道细菌的组成也具有一定影响。研究表明,有益细菌可以帮助分解亚硝胺,而有害细菌则会增加亚硝胺的生成。

富含健康膳食硝酸盐的食物

富含健康膳食硝酸盐的食物

总而言之,富含硝酸盐的饮食可以给健康带来非常神奇的有益影响,但前提是,这些硝酸盐必须来自植物。以下就是硝酸盐含量最丰富的 10 种植物性食物:

植物来源 每 100 克的硝酸盐含量

芝麻菜

480 毫克 (mg)

大黄

281 mg

香菜

247 mg

黄油叶莴苣

200 mg

春季蔬菜什锦沙拉

188 mg

罗勒

183 mg

甜菜

177 mg

橡叶莴苣

155 mg

瑞士甜菜

151 mg

红甜菜

110 mg

使用大蒜也可以通过经典 L-精氨酸通道,促进一氧化氮的生成。虽然大蒜的硝酸盐含量较低,但它可以增加一氧化氮合酶,如果存在维生素 B2 和维生素 B3 等辅助因子,就可以将 L-精氨酸转化为一氧化氮。

甜菜在上面的名单中排名靠后,一旦经过发酵,就可能极大地促进一氧化氮地生成。每 100 克发酵甜菜就含有多达 2,000 至 3,000 毫克硝酸盐,正因为如此,我经常会在每天饮用的奶昔中加入发酵的甜菜粉。

自制的腌甜菜比商业制作的腌甜菜含有更多的硝酸盐,这是由于加工方法的不同。至少有一项研究已经发现,商业发酵食物中添加的糖会稀释最终成品的硝酸盐含量。

如何通过膳食硝酸盐生成一氧化氮的更多资讯

近年来,研究人员对膳食硝酸盐进行了更为深入的研究,发现它给人类健康带来的影响,远比我们之前认为的更重要,这在很大程度上都是由于它们给一氧化氮生成带来的影响。2015 年在《公共科学图书馆期刊》(Plos One) 发表的一篇论文解释道:

······硝酸盐会首先转化为亚硝酸盐,随后转化为氨。使用硝酸盐培养的 L-鼠李糖、L-嗜酸乳杆菌和 B-长婴儿双歧杆菌菌株给培养菌的亚硝酸盐和氨水平带来的变化非常小。但一旦提供外源性亚硝酸盐,无论是否加入硝酸盐,都会立即形成一氧化氮气体。

细菌产生乳酸会引起中等的酸化,而这种酸化反过来又会通过非酶性亚硝酸还原产生一氧化氮。对比之下,即便在 pH 为中性的情况下,亚硝酸盐也被大肠杆菌转化为了一氧化氮。我们认为,细菌将硝酸盐还原为氨,以及肠道内相关一氧化氮的形成,可能是所有哺乳动物硝酸盐/亚硝酸盐/一氧化氮代谢的一个重要方面,也是微生物与饮食和健康产生关联的另一种方式。

换言之,膳食硝酸盐和各种肠道细菌之间似乎存在着非常密切的关系。硝酸盐/亚硝酸盐/一氧化氮代谢链,以及肠道细菌的影响,都可以总结为:

1. 第 1 步,乳酸菌等有益细菌将硝酸盐还原味亚硝酸盐,后者成为一氧化氮的基质

2. 第 2 步就是将亚硝酸盐转化为一氧化氮,这可以通过多个不同的过程实现,这些过程均与益生菌无关,包括如下:

胃或肠道局部的酸化作用

其他能够将亚硝酸盐脱氮形成一氧化氮的有益细菌

具有过氧化物酶活性的肠道粘膜细胞

富含硝酸盐的食物加上益生菌,可以带来最大的好处

当您补充乳酸菌等益生菌,同时摄取膳食硝酸盐时,您体内的一氧化氮水平就会增加,但只有第一步(将硝酸盐还原为亚硝酸盐)是益生菌发挥作用的直接结果。

相反,在人体之外,比如在发酵过程中,益生菌可以推动整个过程,首先将硝酸盐还原为亚硝酸盐,然后通过发酵过程本身产生的乳酸产生一氧化氮。

虽然这些过程听起来错综复杂,难以理解,但其中的关键信息就是:如果您想要支持一氧化氮通道并促进一氧化氮生成,将益生菌与富含硝酸盐的植物性食物相结合是实现这个目标的最佳方式,而同时含有这两种成分的补充剂也将具有更显著的效果。

或者,如果您正在服用发酵甜菜粉或其他一氧化氮补充剂,以提高运动表现和/或大脑健康,您不妨也考虑加入优质益生菌,同时服用这些补充剂。

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