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本視頻錄製於 2018 年 06 月 21 日，之前未整理演講圖文實錄，今天我們特別對此作了安排，以饗讀者。
辛鳳姣，中國農業科學院農產品加工研究所研究員，食品酶工程創新團隊首席科學家。
入選中國農業科學院“青年英才計劃”。長期從事酶的晶體結構、功能及調控機制研究，相關成果分別發表在 Nature（第二作者，影響因子 42.351）和 Cell Research（第一作者，影響因子 11.981）上。
此外，作為主要負責人，對絲裂原活化蛋白激酶信號通路中的重要蛋白質激酶 p38α 的調控機制也進行了一定研究，相關成果發表在 Science China Life Sciences（第一作者，影響因子 2.024）上。
（以下是圖文實錄）
大家晚上好，我是中國農業科學院農產品加工研究所的辛鳳姣，也是一名奮鬥在食品領域的結構生物學工作者。今天很高興，能有機會來跟大家分享一下我的一些經歷，以及從我的角度所看到的腸道中的酶世界。
最近有句話特別流行，叫 “不忘初心”。那首先我來跟大家分享一下我的初心。
高中時，我得了一次急性肺炎，在住院的半個月期間裡，我得到了非常多、非常專業也非常友好的醫護人員的悉心照料。那個時候，我希望自己將來也能做一名醫生，治病救人。
高考填志願的時候，我所選擇的都是跟醫學或藥學相關的專業。後來我被吉林大學藥物製劑專業錄取，我也對自己的初心進行一定修正，希望能通過自己的努力研發出一種新藥，治病救人。
從清華大學博士畢業以後，我來到了中國農業科學院農產品加工研究所工作。隨著對食品科學的深入理解，我逐漸意識到，無論是作為一名醫生，或者開發一種新藥，都是對已病的治療，也就是對已經發生的病症的治療。
但是食品，卻可以幫助我們從源頭去調理身體體質，提高免疫力，幫助我們去防治未病。因此我也對我的初心進行了進一步修正，希望能將我以前學到的生化與分子生物學、結構生物學乃至藥劑學相關的知識，運用到食品科學研究裡，去做好的食品科學，去做好食品。
就在這樣的一個動機下，也在研究所的大力支持下，我在加工所開始搭建起了自己的結構生物學平臺、生化與分子生物學平臺，和我的團隊夥伴們一起開展了腸道菌群對我們食物的酶學轉化機制的相關研究。
在這個過程當中，我也越發地理解了古人的“上醫治未病”以及“民以食為天”這樣的箴言。
俗話說得好：“人是鐵，飯是鋼，一頓不吃餓得慌” 。由此可見，食品和我們的生活真是息息相關。我們先來做一個簡單的計算，如果按照我們每個人每天吃 1000 克食物，生活 70 年來計算的話，那麼我們一個人一生大概要消耗掉 25.55 噸的食物。
那這麼多的食物，我們的腸道是如何去進行有效消化的呢？
首先通過我們的口腔咀嚼以及胃腸道蠕動所進行的物理性消化，其次通過人體消化腺所分泌的消化液進行的化學性消化。
這兩點都是我們所熟知的、已經寫進教科書多年的知識。近年來，隨著我們對腸道微生物研究的深入，我認為應該再加一點，那便是以前被我們所忽略掉的腸道微生物對食品的轉化。
那腸道微生物是如何轉化食品的呢？
有句古話說得好，叫“工欲善其事，必先利其器！”腸道微生物如果想有效地消化食品，它也必須先磨練好自己的武器，將自己武裝到牙齒——那酶就是微生物的牙齒。
當菌群遇到自己喜歡的食物的時候，它便會迅速地調整，調動自身的酶，去精準地、高效地咬住食物，並且對其進行消化以及轉換。除了滿足菌群自身對美食的需求的同時，它也為它的菌群兄弟以及最友好的朋友——我們人體，提供了更多容易吸收以及功能強的營養成分。
酶的功能如此強大，那酶到底是什麼呢？酶是由活細胞產生的一種特殊有機物，其中絕大部分是蛋白質。
酶有三個基本特性。
首先，由於絕大部分酶是蛋白質，所以其對環境有敏感性。當遇到不適的酸、鹼和溫度等條件，酶的活力會降低，甚至是失活。
第二，酶具有非常高效的催化活性。
我們生化教科書當中給了一個非常直觀、也非常形象的例子。在我們的消化道當中，如果沒有酶的存在，那麼如果我們想消化一頓簡單的午餐大概需要 50 年的時間。但是在酶的幫助下，我們消化一頓飯可能在幾個小時內便已經進行完全了。
第三，酶具有高度專一性。這也是其能精確地識別底物，並催化反應的一個基本前提。因此我們通常也把酶和它的底物比喻成 “鎖和鑰匙”，用於形容其對底物的精準識別和對反應催化的這樣的一個嚴格性。
在生活裡邊，酶看不見，也摸不著。但是其催化的反應效果卻是可觀和可感的。
早在 1773 年，意大利科學家斯帕蘭扎尼將肉塊放入到一個小巧的金屬籠子裡，然後給鷹吃進去，過一段時間以後，把這個小籠子取出，發現肉不見了。
當時他就推測：在我們的胃當中，一定有某種能催化、消化肉的這種特殊的物質。當時他並不知道，這就是酶。
在我們生活當中，我們在吃饅頭或米飯等這些主食的時候，我們也經常會感覺到：誒？越嚼越甜！其實這是我們口腔當中的唾液澱粉酶將食品的澱粉轉化成糖的結果。
酶是不是就真的看不見，摸不著呢？當然不是。
結構生物學就像一枚超級放大鏡，它可以將我們看不見的酶分子放大到原子水平。在結構生物學的幫助下，我們可以從本質上去理解我們腸道中酶和食物相互作用關係。
腸道中的酶主要是由兩部分構成，一部分來源於我們宿主——也就是我們人體自身的基因組所編碼的酶；另外一部分呢，就是腸道菌群所編碼的酶，而這一部分酶可能是佔有更大的一個比例。
今天，我們也主要來探討一下腸道菌群的酶與食物的 “鎖鑰” 關係。我將從食品中非常重要的三類成分（多糖、蛋白以及化合物）裡，分別選擇一個非常具有代表性的例子來跟大家分享。
中國居民平衡膳食寶塔推薦，我們每天要攝入大量的蔬菜類、水果類以及谷薯類食物。這些植物源食品當中含有一類非常複雜但是對我們人體又非常重要的，比如說具有調節免疫力、降血糖功能的一些活性多糖成分——也就是果膠。
果膠按照其主鏈和側鏈的不同，通常我們將其分為四類——同型半乳糖醛酸聚糖、鼠李半乳糖醛酸聚糖 I 和 II、以及木糖半乳糖醛酸聚糖。其中鼠李半乳糖醛酸聚糖 II（RGII）的組成和結構最為複雜，其降解機制也一直是困擾人們的一個難題。
從結構上我們可以看出，RGII 中含有 13 種多糖、21 種糖苷鍵和 5 種不同的側鏈。可想而知，如果想要實現 RGII 的有效降解，它需要很多種酶的協同作用才能完成。我們腸道的菌群雖然長得很小，但是其作用卻非常強大。
Harry J Gilbert 的研究組發現，僅多形擬桿菌的一株菌便可調動自身的酶，去實現 RGII 的有效水解。當然了，這些酶裡邊大部分仍然是按照一把鑰匙開一把鎖去精確地識別專一位點。
但是也有一些酶，它進化在同一個多肽鏈當中，含有兩個不同的催化結構域，可以去識別兩個不同的位點，催化兩種不同的糖苷鍵反應。以 BT1020 為例，它可以同時催化一條側鏈上相鄰近的兩個不同糖苷鍵的水解。
那麼從結構上來看，這個 BT1020 的一條多肽鏈當中有兩個在空間上相對獨立的催化結構域，這就像人的雙手相對獨立，我們可以分別去抓起不同的物質。
更形象一點說，這就像金庸武俠小說裡面，周伯通的雙手左右互搏術“我左手畫方，右手畫圓”，雙手使用的是不同的武功招式。但是當面臨敵人的時候，雙手共同去進攻，卻可以發揮以一敵二這樣的一個強大效果。
再如 BT0996，這個酶也同樣含有兩個不同的催化結構域。更有意思的是它不僅含有葡萄糖醛酸酶的活力，可以水解側鏈上的 β-1,4-糖苷鍵；還具有阿拉伯呋喃糖苷酶的活力，可以水解 B 側鏈上的 β-2,1-糖苷鍵。
雖然這一條多肽鏈上有兩個不同的催化結構域，但是每一個催化結構域和它的底物識別之間呢，仍然是遵循“一把鑰匙開一把鎖”的原則。
我們從結構上去仔細看一下，通過解析酶和底物複合體的這樣一個晶體結構，我們可以看到，底物會精確地結合在酶上這樣的一個漏斗狀底物結合口袋當中，這也是其精準識別進而去實現精準催化的這樣的一個結構基礎。
多形擬桿菌為了高效地利用 RGII 這個多糖，也可謂使盡了渾身解數，它共啟動了 3 個多糖利用位點，轉錄出 40 多種水解酶。在這樣一副靈活、 高效而非常鋒利的酶這個牙齒作用下，最終實現了 RGII 的有效水解。
那除了多糖，蛋白質是我們食品當中另一類非常重要的成分，穀氨酸作為組成蛋白質的一個基礎結構元件之一，幾乎存在於我們所有的食品當中。
而我們日常生活中所常見的食品增鮮劑——味精，或者說是雞精，它的主要成分其實就是穀氨酸的鈉鹽形式——穀氨酸鈉。
雖然早在 1987 年，聯合國糧農組織和世界衛生組織便已經宣佈取消對味精的食用限量，確認了其是一種安全可靠的食品添加劑，但是相信在座的各位以及大家的親朋好友，仍有很多人對味精避之不及或者是敬而遠之。其實穀氨酸在我們機體的蛋白質循環或者說代謝過程當中，起到了非常重要的這樣的一個作用。
再有研究顯示：穀氨酸在我們的腸道中的時候，便已經開啟了它的轉化之旅。在我們腸道中的多形擬桿菌所編碼的穀氨酸脫羧酶的作用下，穀氨酸可以被轉化成一種健腦、益智、抗癲癇等具有重要生理功能的一種抑制性神經遞質——γ 氨基丁酸。
因此，從它的生理功能以及從腸道菌群對它的轉化角度來講，適量地食用穀氨酸或者說是味精，其實對我們的身體是有益的。
這裡，我也強調一點，也是提醒廣大消費者，任何時候脫離劑量去談毒性都是不科學的。所以請大家不要輕易地去相信網上或者是
微信朋友圈裡流傳“某某物質有毒”、“某某食品致癌”等這樣的博人眼球的不實報道。
現在呢，我們已經進入了一個大健康的時代，隨著我們對營養健康的關注，我們對食品當中的活性化合物也越來越重視。
以茶為例，茶是世界三大無酒精飲料之一，在我國有了 4000 多年的歷史。長期飲茶對我們的身體非常有益，它具有降血脂等多種生理功能，但是在沒有菌群的作用下，茶當中的多酚又是不能發揮作用的。
在茶裡面含有多種茶多酚，比如說茶皂素、茶黃素等等。這些多酚類物質在我們腸道中的利用率其實非常低，90% 以上可以直接到達結腸。
那這個時候，腸道菌群又發揮它的功能了。
它通過自己編碼的酯酶、葡糖苷酶以及去甲基轉移酶對其側鏈進行修飾或轉化，將其變成更小分子的酚酸、短鏈脂肪酸等代謝產物。而這些代謝產物中的一部分便可以透過腸黏膜進入我們的血液循環，通過這樣的一個機制呢，最終提高了其生物利用度。
我們的食品當中含有各種各樣的活性化合物。但是由於其結構不同、組成不同，那麼腸道菌群對它的轉化能力、轉化產物的生物活性以及生物利用度都各不相同。這也需要我們具體問題具體分析。
從以上三個案例的分享當中呢，我們也可以看到，腸道菌群在我們的食物轉化過程當中發揮了非常重要的作用。
比如說，在腸道菌群的幫助下，我們可以去消化食物當中非常難消化的多糖物質；可以幫助我們把蛋白質的組成成分——氨基酸轉化成具有更高活性或者其他活性的代謝產物；可以幫助我們提高食品當中活性化合物的生物利用度等等。
那麼在這個過程當中，菌群的牙齒則功不可沒。
在我們人體經常處在一個非常複雜的內外環境當中，我們經常會受到各種各樣因素的困擾。其中食物、菌群以及酶這三個因素，它們就像一個鐵三角一樣，穩定地相互作用，相互扶持，共同地為我們的營養與健康保駕護航。
現在有很多科學家和企業已經開始了基於腸道菌群這樣的一個精準營養（精準醫療）的治療、相關的研究或者說是轉化的探索。
但是從我的這個角度來看，由於酶具有非常高效的催化活性以及高度的專一性，因此它可以非常高效且精確地去識別底物並且催化其反應。
因此我們針對於腸道中的酶去最終實現精準營養或者是精準醫療，可能會是一個新的選擇和發展方向，那這也是我們團隊的主攻方向之一。
今天呢，我站在 “腸·道” 的舞臺上，來尋找同道中人，希望將來有機會能和在座的各位以及屏幕前的各位在這些方面取得合作，為營養健康事業貢獻我們的一小份力量。
最後，作為一名年輕的科研工作者，我想說：食養天下，健康中國，我們任重道遠！
謝謝大家的聆聽！
（全文結束）
聯繫人：胡瀟航
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