維生素的故事(三):維生素C 到底是在身體怎麼作用的?

在20世紀50年代後期開始,很多生物化學的新研究工具的運用,讓我們開始了解代謝。其中一部分就是能確定維生素C在身體內的實際重要作用,這有助於解釋這些缺乏維生素後,讓身體發生症狀的原因。例如在1962年,通過摻入使用氚化版本的Hydroxyproline,透過放射性同位素的追蹤與分析,Stone and Meister兩位科學家發現,維生素C是被用作通過肽基脯氨酰羥化酶的原料之一,催化膠原蛋白的Proline變成Hydroxyproline。這種氨基酸上面的修飾反應,對於正確的膠原蛋白的立體結構折疊,至關重要。因此,缺乏維生素C,會導致血管和骨骼中形成結構以及功能性有問題的膠原蛋白,這是造成嚴重的骨和血管相關症狀的主要原因。

另外,因為維生素C也是共同參與其他化學合成,包括多巴胺這個重要的神經傳導物質、以及肉毒鹼這個有助於線粒體正常作用的成分。所以,缺乏維生素C,導致多巴胺、肉毒鹼這兩種化合物缺乏,這個可以解釋缺乏維生素C的壞血病,引起的神經功能障礙和倦怠症狀。

如今,壞血病並不像過去那樣普遍,,主要是因為食材的保存、取得更便宜、安全。但是,也並不是完全沒有。只是通常變成亞健康疾病,由完全缺乏變成攝取不足,發生在有不健康飲食習慣的人群中。

這主要也是源自於維生素C,在20世紀變成一個非常流行的營養補充品,不是因為它在預防壞血病方面的作用,而是因為它有效的“抗氧化”功能。也就是我們常聽到的自由基,或稱作活性氧或ROS(Reactive oxygen species,例如過氧化氫和超氧化物離子)的產生,會對生物體內所有分子有害,而類似維生素C的抗氧化能力,能夠增強對抗自由基的能力。

一般消費者,主要是基於以下的假設,才大量補充這類抗氧化劑的:抗氧化的化合物能夠與危險的自由基發生中和反應,藉此保持人體的健康。事實上,真的是如此嗎?這可是一個很大的誤解,人們普遍存在的一種誤解,認為抗氧化劑總是有益的、氧化及自由基總是有害的,事實上它們是非常複雜,是整個生物體內複雜系統的一部分,無論是氧化或者抗氧化,都不可或缺,才能確保細胞正常運作。

我們只能說:維生素C是公認最“生理無毒”的抗氧化劑之一,因為它是如此有效:它能與許多不同種類的自由基反應。另一方面,無論如何,由於維生素C在細胞內,有我們上面討論過的,不可或缺的作用。

所以,維生素C,無論是抗氧化劑,還是一個重要生化反應的重要材料,保留其生物合成,應該是一種演化中物競天擇的選擇性優勢?如果這個是假設,那為什麼人類會失去這種自己生成維生素C的能力?

與人類一樣,其他無法合成維生素C的動物,當然勢必得要在其他來源中,找到它們的供應,通常會是植物來源,即使肉類也有些具備維生素C。

經常食用新鮮蔬菜、水果的人,能夠避免缺乏維生素C的後果。在人類飲食中能取得維生素C,可以解釋為什麼我們的沒辦法合成維生素的祖先沒有滅絕,他們發現這是對古龍內酯氧化酶基因突變的有效補償(前面提過可以合成維生素C的基因)。

不過,這樣的突變一定是劣勢嗎?有些生化學家推測,這種突變可能同時存在一些優勢,導致這個突變,在人類血統中持續存在並傳播。例如,由於由古洛糖酸內酯氧化酶催化的反應的產物之一是過氧化氫,是一種很強的自由基。就有一個科學家:哈利韋爾在2001年提出,生物合成維生素C的損失平衡生產的“成本”,因為生產一種維生素C分子的優點,將同時被產生自由基的缺點平衡掉(Halliwell 2001)。

除此之外,我們還可以來討論幾個有趣的假設:

Grano和De Tullio根據Knowles等人的研究提出了另一個假設。 2003年,諾爾斯等人。研究表明,維生素C可調節一種稱為缺氧誘導因子1α(HIF1α)的關鍵應激誘導轉錄因子,這種蛋白質在被激活後可調節數百種與壓力相關的基因的表達。值得注意的是,HIF1α的激活,除了發生在缺乏足夠的氧氣,也會發生在缺乏足夠維生素C供應的情況下。因此,Grano和De Tullio提出,失去維生素C生物合成的生物體具有一個優勢:人體或許可以根據膳食攝入維生素C來精細調節HIF1α的活化(Grano&De Tullio 2007)。當維生素C供應充足時,HIF轉錄因子活性低於維生素C缺乏症。 換句話說,缺這可以是我們人體一種偵測營養衝不充足的一種機制。

以上是有一些證據的合理假設,不過當然還可以有第三種、第四種,不同的可能性。

接下來,我想要轉換我們的焦點,去看看維生素C在皮膚中的作用。

首先,我們的全身各個部位,都需要維生素C,我們的皮膚也不例外,一般來說含量大概是表皮每100公克組織含有0.006~0.064克;真皮每100公克組織含有0.003~0.013克。主要當然是透過身體的循環系統,到達皮膚的。那麼既然我們確定皮膚是需要維生素C了,我們的第一個問題,應該就是:那把維生素C擦在皮膚上,皮膚可以直接吸收嗎?還是只是擦爽的?

的確,維生素C,是可通過擦在皮膚後,被吸收到表皮層,不過其效率,取決於皮膚上使用的配方,用錯了幾乎沒有效果。主要的原因是因為:維生素C作為水溶性極好並且帶電分子,會被我們皮膚表層的天然物理屏障嚴重排斥,根據研究,只有當pH值低於4,並且維生素C真的作為維生素C存在時才有機會被皮膚吸收。

因為維生素C有許多種衍生物,例如維生素C鈣,這個就完全沒有機會被皮膚吸收。不過,即使真的能配置出來能被皮膚吸收的維生素C,在這樣極端的酸性水溶液之下,這是否會導致皮膚角質層受損?衍生更多的問題?

並且,還得克服產品保存中,維生素C會不會被氧化掉的問題?氧化後的維生素C,效果就大打折扣了。

其他也有已知的許多類似的研究在開發中,例如將維生素C包覆在脂肪球中,也就是所謂的微脂粒(Liposome or Micelle)。或者改造維生素C的化學結構,讓維生素C比較脂溶性。這些都用不同的方法證明過,的確有效增加從皮膚表面滲透吸收成功的效率。

但是,套用一句我大學時藥理學老師的經典名言,這兩天翻書出來找資料時看到的:如果可以靠一顆芭樂解決的事情,幹嘛要去弄一顆藥丸出來?

維生素C在皮膚中的重要作用:促進膠原蛋白的形成促進膠原蛋白的形成,我們在前文提過,維生素C對膠原蛋白的立體結構有重要的影響,沒有維生素C膠原蛋白的結構就不對,蛋白質的結構不對,功能就通通都害了了囉。更威的是,維生素C,它還可以促進膠原蛋白相關的基因表達。在皮膚中,膠原蛋白的形成主要由真皮中的纖維母細胞(Fivroblast)當作生產工廠生產出來,然後很多膠原蛋白,形成一個網狀結構,也就是我們說的基底膜和真皮膠原基質,就這麼產生了膠原蛋白羥化酶對維生素C的依賴性已在許多體外成纖維細胞研究中得到證實,當缺乏維生素C時,不只有膠原蛋白的總合成減少,膠原蛋白連結再一起的量也大幅減少。

維生素C在皮膚中的第二個重要作用:清除自由基和處理有毒氧化劑。

維生素C是一種有效的抗氧化劑,可以中和和去除自由基以及氧化劑,例如環境污染物和紫外線照射後產生的自由基。這種功能似乎在表皮中特別重要,,因為環境中的傷害讓皮膚容易累積許多自由基。維生素C集中在皮膚中就是個有效的自由基對抗者。然而,維生素C只是抗氧化劑武器庫中的一個重要武器而已,光只有維生素C是不夠的,還需要許多東西的參與,包括酶防禦(過氧化氫酶,穀胱甘肽過氧化物酶和超氧化物歧化酶)以及其他非酶防禦劑(維生素E,穀胱甘肽,尿酸和其他推定的抗氧化劑,如類胡蘿蔔素)。大多數用於確定抗氧化劑防止皮膚氧化損傷的能力的干預研究都使用了這些化合物的混合物。當維生素C與維生素E聯合使用時,維生素C在減少對皮膚的氧化損傷,似乎特別有效。這與其作為氧化維生素E的已知功能一致,從而有效地再循環這種重要的脂溶性自由基清除劑,並且減少對細胞膜結構的氧化損傷。

維生素C在皮膚中的第三個重要作用:抑制皮膚中的黑素生成。

維生素C衍生物,包括鎂磷酸鹽維生素C衍生物,已被證明可以降低培養的黑素細胞和體內黑色素的合成。這種活性是由於其能夠干擾酪氨酸酶的作用,而酪氨酸酶是黑素生成中的重要關鍵。維生素C,對黑色素生成的抑制,目前主要的假設是:認為維生素C能夠減少酪氨酸酶作用,不過其他機制也還是可能的[96]。 這類的研究,也被用來在醫療上,用做降低黑素生成的藥劑,用於治療諸如melisma、老年斑等病症中的皮膚色素沉著過度。

維生素C在皮膚中的第四個重要作用:維生素C也是皮膚中重要的訊息傳導關鍵之一。

與細胞信號傳導途徑的相互作用體外研究清楚地表明,維生素C可以在角質形成細胞的分化中起作用。 例如,維生素C在器官型培養模型中增強了大鼠表皮角質形成細胞的分化,角質層的超微結構明顯改善,伴隨著增強的屏障功能。 不過這部分的研究,還沒有非常明確,但是簡單的說,維生素C對於角質的形成,以及角質的健康,應該是有重要影響的。

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