畢達哥拉斯的禁忌與背後的生物學故事

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筆者高中的時候讀羅素寫的《西方哲學史》，知道有個叫畢達哥拉斯的古希臘哲人，一方面他在數學方面為後世做出了很多貢獻，另一方面，他又建立了一種宗教，「主要的教義是靈魂的輪迴和吃豆子的罪惡性」（羅素《西方哲學史》語）。

靈魂的輪迴這倒是像是個宗教團體會有的教義，但是吃豆子的罪惡性是什麼鬼？

筆者後來進了大學，主修了生物，才明白畢達哥拉斯主張禁食豆子背後是有一個挺有意思的生物學故事。

首先我們要明白一個事情，畢達哥拉斯禁止食用的豆子是蠶豆（Vicia faba）。蠶豆中含有蠶豆嘧啶葡萄糖苷和伴蠶豆嘧啶葡萄糖苷兩類化合物，通過氧化反應會產生過氧化氫，過氧化氫是強氧化劑，其過度積累會使得血紅蛋白氧化和變性，而血紅蛋白是紅細胞的重要組成部分，血紅蛋白的氧化和變性會導致紅細胞的消亡，從而造成溶血性貧血。

看到這裡，你會問了，蠶豆，超市有賣的，也吃過，然而並沒有出現這麼可怕的事情啊。的確，普通人沒有這麼脆弱。從前文我們可以知道造成吃蠶豆有風險的原因是吃蠶豆之後會代謝產生過氧化氫，這個東西的過量積累會使細胞處於氧化應激狀態，但是正常人的體內是有代謝途徑可以解除過氧化氫的毒性的，比如戊糖磷酸途徑。

圖1.戊糖磷酸途徑

這時候對生化有所了解的讀者也許會想到，畢達哥拉斯也許有某種代謝酶的缺乏，導致其不能很好的進行戊糖磷酸途徑的代謝，於是一吃豆子就會中毒。有極大的可能性就是這樣，而且這個關鍵的代謝酶就是圖中所示的G6PDD——葡萄糖-6-磷酸脫氫酶（也有記為G6PDH）。

圖2G6PDH的三維結構

葡萄糖-6-磷酸脫氫酶是比較常見的酶缺乏，影響世界範圍內的4億多人。它屬於X連鎖的遺傳缺陷，影響的人群多達為世界範圍內的4億多人。如圖5，我們可以看見，在畢達哥拉斯活動的地中海區域，這種遺傳缺陷也是廣泛存在的。

圖3.G6PDH基因定位

圖4.G6PDH基因共有13個外顯子（編碼區域），該圖展示了其外顯子區域所有常見的突變位點的分布。圖中符號的具體含義請看參考文獻2.

圖5.全世界G6PDH缺陷的分布。

在這裡，我們需要注意的是紅細胞沒有核酸和線粒體，代謝能力弱，只有戊糖磷酸途徑可以解除紅細胞中過氧化氫的毒性，所以對於有葡萄糖-6-磷酸脫氫酶的人來說，吃豆子的造成的傷害真的挺嚴重的。

我們有一個問題，G6PDH基因的突變會產生有缺陷蛋白質，屬於典型的有害突變，而攜帶G6PDH基因的突變人群分布的如此廣泛，如此之多，為什麼這種突變沒有被自然選擇所淘汰呢。

我們從G6PDH缺陷的全球分布可以找到一種解釋，G6PDH缺陷的人群主要集中於瘧疾高發區域，非洲，南亞，地中海區域，中東，南美。而且蠶豆收穫的季節與蚊子滋生的季節還有一定的相關相關性。瘧疾的病原體是瘧原蟲，瘧原蟲會通過蚊蟲叮咬進入人的血液中，入侵人的紅細胞，在紅細胞內生長，發育，繁殖。而消化蠶豆，可以使紅細胞置於應激狀態下，尤其是那些G6PDH缺陷型的人群，應激狀態下的細胞很容易誘發一些導致細胞死亡的通路，隨著紅細胞的死亡，寄居在其中的瘧原蟲也就隨著死亡了。於是這就達到了一種抗瘧疾的效果。

通過這個案例，給我們這麼一些啟示，基因組確實可以告訴我們許多關於疾病的知識，我們可以從基因組中的突變來找到一些疾病的致病原因，為一些習俗找到解釋。此外，一些引起蛋白質功能缺陷的蛋白質缺陷的突變與其他性狀之間存在複雜的相互作用，也許這些突變具有其他的補償優勢，因而沒有通過自然選擇從群體中消失。在精準醫療到來的時代，我們必須要考慮這一點。

參考文獻：

1. B Russel,History of western philosophyn(2nd edn.), Allen and Unwin, London (1965)

哲學史名著，裡面有對畢達哥拉斯學術以及生平的簡介。

2. Cappellini, Maria Domenica, and G.nFiorelli. "Glucose-6-phosphate dehydrogenase deficiency." The lancetn371.9606 (2008): 64-74.

著名醫學雜誌《柳葉刀》上關於G6PDH缺陷的詳細而全面的介紹文章。本文中所引用的圖片均出自該文章