乳糖不耐症的亞洲人為什麼特別多?從喝牛奶的歷史談起

之前我們寫了一篇有關乳糖不耐症的文章後,引起不少人的迴響,因為亞洲人(包含台灣人)有乳糖不耐症的人真的非常多。但也有聰明的網友進一步問了個問題:為什麼乳糖酶缺乏很少出現在歐洲人身上,但亞洲人卻有相當高比例的人有這問題呢?

為了解答這個問題,團隊的專家們挖了一大堆資料,這篇文章會從人類喝牛奶的歷史開始談起,並從這個角度思考牛奶對人類是不是個好食物?以及人類為什麼會發展出乳糖酶缺乏和乳糖酶續存的可能原因。

打從牛奶成為人們日常生活裡的常見的選項之後,對於這個食物的各種正反論調也跟著流傳出來,像是牛奶有荷爾蒙、喝牛奶補不到鈣反而容易骨質流失…等等,其中最簡單有力的說法是「牛奶是給小牛喝的,人不應該跟小牛搶食物」,這個論點的出發點是「牛奶本來就是母牛專門分泌出來給小牛的食物,就像母乳是媽媽給寶寶的食物一樣,因此營養組成不適合人類吃,吃了反而對身體有害」。不過有關的迷思,例如「喝牛奶沒辦法補鈣」,請看〈再製起司吃太多反而補不到鈣?〉這篇文章,我們就提到鈣與磷之間的關係,問題在於磷攝取,而不是單純把矛頭指向牛奶。

「牛奶是給小牛喝」這說法厲害的點在於它聽起來相當符合直覺,而且實際上,新生兒還真的不能直接喝牛奶。再搭上有些人對牛奶過敏和成年人乳糖酶缺乏盛行的現象,這說法就更顯得有那麼一回事,但事情真有那麼單純嗎? 如果這說法是對的,那隔壁棚的駱駝奶、羊奶、馬奶又是怎麼一回事呢?沒道理牛的奶不行,其他動物的奶可以吧!

關於這個問題,大多通常都會從牛奶營養組成的角度出發,不過這次我們打算從下列三個面向來和大家一起思考:

  1. 古老典籍或是神話故事裡牛奶是什麼樣的角色。
  2. 人類喝牛奶的歷史。人類實際上已經喝多久的牛奶了呢?
  3. 演化適應可能讓部分人群成人後依然能消化乳糖。

 

牛奶在古老書籍與神話中的角色

從各個時代的書籍或傳說的內容,我們可以窺見不同時空背景人們的生活樣貌。例如用什麼方式移動?平常的娛樂是什麼?還有常吃哪些東西?牛奶也是常出現在一些古代的典籍或是神話故事裡的食物,總是以好的形象出現,能滋養生命,更是具有神性的食物。

如果牛奶在古代人眼裡是個糟糕的食物,那麼在書籍或神話裡的牛奶應該不太會以好的樣貌出現。另外,從牛奶在各種不同年代書籍或神話都摻了一角,可略知牛奶在很久很久以前就已經是人們生活的一部分了。底下舉幾個神話或古書上的例子:

  • 《梨俱吠陀》第 10 卷 – 牛奶與奶油,最初的液體:當眾神以第一個人類獻祭時,春天是融化的奶油,夏天是柴火,秋天是祭品。他們替那出生於太古之初的人抹油,獻祭在禾捆上⋯⋯在那次全牲祭之後,他們收集了一粒粒奶油,創造出天空中、森林裡和村莊內的生物⋯⋯牛由此誕生,綿羊與山羊也是由此誕生。
  • 北歐神話:在北歐神話裡最早誕生在這個世界上的生物是一頭母牛,名字叫做歐德姆布拉( Audhumla ),另一個和牠一起出現的生物是霜巨人的祖先,尤彌爾。尤彌爾可是喝著母牛的乳汁才活下來喔。如果祂沒喝牛奶,漫威就沒有洛基這個梗可以用了。
  • 〈出埃及記 3:8 〉:我下來是要救他們脫離埃及人的手,領他們出了那地,到美好寬闊流奶與蜜之⋯
  • 〈約伯記 10:10 〉:你不是倒出我來好像奶、使我凝結如同奶餅(乳酪)嗎?
  • 本草綱目:牛乳性平,補血脈、益心、長肌肉、令人身體康強潤澤、面目光悅,誌不衰

 

人類哪個時候開始喝其他動物的乳汁?

從流傳下來的神話或是古書的內容,我們可以推測牛奶很早就出現在人們的飲食裡,並且被視為一種好的營養來源。但光是靠這些文獻紀錄,也只能大概知道在某個地方、某個時期的人類有喝牛奶或吃乳製品的習慣,但想要「確定」人類到底是從哪個時候開始接觸牛奶與乳製品,就要從別的方式找答案啦!

距離今日一萬年前後,在新石器時代期間,人類已經開始馴養動物並且栽種農作物,此後人類的飲食有了劇烈的改變,有些地方的人開始喝起了牛奶,穀物成為主要的能量來源。馴養動物除了能取得牠們肉、皮外,也能利用牠們的勞動力來幫助耕種或運輸。

就文明的演變來看,人類可能在一萬多年前就已經開始養牛,並可能開始喝牠們的乳汁,只是現在還不確定人類到底是在哪個時間點開始做這件事情?不過,根據最新的考古發現的直接證據顯示人類至少在七千年前就已經在喝牛奶了( Ref. 2, 3, 4 )!

一個人類至少喝七千年的食物,最近幾十年間,卻開始有說法認為牛奶是對人類有害的食物,好像哪邊怪怪的呴?

有個說法是認為會不會有乳糖不耐的問題,可能和這個族群有沒有喝牛奶的習慣有關。歐洲、中東,與非洲等地區是目前知道最早開始有酪農的地方,可能因為長期接觸牛乳與乳製品的關係,來自這些地方的人們剛好也比較少有乳糖不耐症的情形,反之,東方人一直以來都沒有喝牛奶的習慣,乳糖不耐症的情形也相當的普遍。

複習一下,乳糖是一種雙醣,食入含有乳糖的食物後,小腸中的乳糖酶會把食物中乳糖分解成半乳糖葡萄糖這兩種單醣,才能被小腸粘膜吸收。如果乳糖沒辦法在小腸被順利分解吸收,就會繼續被送進大腸系統,由大腸中的特定可以消化乳糖的細菌繼續接力消化,導致脹氣、腹瀉等問題。

但到底是什麼原因,讓那些酪農區的人乳糖酶能在成年後依然繼續產生呢? 讓我們深入基因去看看發生了什麼事情吧!

 

乳糖不耐症怎麼來的?乳糖酶的續存性可能是重點

人類在距今約一萬年前開始進入農業時代,不過呀,如果你玩過文明帝國或世紀帝國,就會知道不同玩家進入下個文明的時間點是不同的,比如說 A 玩家還在舊石器時代,但 B 玩家卻飛快發展到新石器時代。

在真實的世界也是如此,地球上各個地區的文明發展速度並不相同,即便是 21 世紀的今日,還是有過著採集狩獵生活的人群在。

 

各族群接觸新食物的時間點不同

各地文明發展進度不同的概念,跟接下來要講的內容有關係喔!為什麼會這麼說呢? 主要是因為較早進入農業時代的文明,就會比較早接觸農業時代的食物,像是澱粉含量多的榖物,或者開始吃含有乳糖的牛奶以及乳製品(乳酪)。理論上剛進入新石器時代的人們,消化上適應的是舊石器時代的飲食組成,因此理論上,一開始應該也不太能適應新的飲食型態,包含消化大量的澱粉,或者是消化乳製品。

面對食物組成型態的巨大改變,人類為了能利用這些食物的營養,體內(基因)可能也悄悄的發生一些變化,越早進入農業的文明,理論上有越多的時間去適應新的飲食型態。另外值得注意的是,不是每個民族進入農業時代,都會開始喝牛奶或是大量攝取乳製品。例如中國人種田養牛,但就是不太喝牛奶。

 

人類接觸新食物的演化適應

人類是怎麼適應新食物的呢?我們先不講牛奶,從大家更熟悉的富含澱粉的穀類食物為例子吧!研究發現飲食裡有較多澱粉食物的族群,編碼唾液澱粉酵素的基因 AMY1 重複次數較多;反之,飲食中較少澱粉食物的族群, AMY1 重複次數較少。 AMY1 數目越多的人,唾液的澱粉酵素活性較高,就更能處理富含澱粉的食物( Ref. 5 )。像 AMY1 這類基因重複出現的情形叫做拷貝數變異( Copy-number variation ,簡稱 CNV )。

面對澱粉食物的攝取量增加,人類是以增加 AMY1 基因數目的方式適應;當面對的是牛奶這個食物時,就換招數啦!人類在還沒把腦筋動到其他動物乳汁前,寶寶離乳之後的生命期裡,飲食裡面幾乎很難再接觸到乳糖,或許是再也用不到的關係,隨著年齡的增加,乳糖酶的製造就會越來越少。

但當人們開始有動物的乳汁可以喝的時候,正常斷奶時間後的消化乳糖壓力就會出現。為了在正常斷奶後,甚至是成人後仍然能夠消化乳糖,關閉乳糖酶表現的需求也就出現了。這種成人還有乳糖酶的情形稱為乳糖酶續存性( Lactase persistence )。

根據目前的研究,身體能繼續利用乳糖的方法有三種:

  1. 延遲表觀遺傳關閉乳糖酶生成
  2. 產生突變來避免表觀遺傳的關閉,或強化乳糖酶的基因表現
  3. 缺乏乳糖酶會讓乳糖成為腸道微生物的食物,細菌代謝之後的產物也能供人體利用。

這三種方法並不是單獨發生,通常是共同發揮作用。

話說,什麼是表觀遺傳( epigenetics )呢?簡單來說就是在不改變 DNA 序列的情況下,去影響基因表現,就以乳糖酶來說,人類成長到一定階段不再需要製造了,就用某種不改變乳糖酶基因的方法,來關閉乳糖酶基因的作用。這個好處是,由於乳糖酶的基因沒有改變,因此下一代依然保有正常的乳糖酶基因,還是能製造乳糖酶,不然你的孩子就會無法消化母奶了。但隨著子代的年齡增加,同樣關閉乳糖酶表現的戲碼,就會再來一次。

你可能會想為什麼要特地把乳糖酶給關掉,留著應該也沒差吧?這是個好問題。但細胞製造任何分子都是要付出代價,人類的小腸細胞要做乳糖酶,要先把它的前身 Preprolactase 給做出來,這是一個由 1,927 個胺基酸構成的分子( Ref. 6 )。在人類開始養牛喝奶之前,孩子斷奶後就沒什麼機會再用到乳糖酶了,因此理論上,把拿來製作乳糖酶的胺基酸省下來,其實是相當聰明,而且省資源的生存策略喔!

但某些人種到底為什麼有較高比率可以持續消化乳糖呢?底下是一些有關基因的研究。

 

亞洲人為什麼常有乳糖不耐?從基因的角度思考

由歷史演化角度看乳糖不耐的原因科學家們已經在北歐、中東與中非地區,找出好幾個造成乳糖酶續存性的突變,這些地區的人有相當高比率的人成年後,小腸依然能正常分泌乳糖酶( Ref. 2 )。為什麼會這樣呢?或許是這些地方是目前所知,世界上最早有酪農的地方,人們很早就接觸牛奶,而且很快就適應牛奶與乳製品。(不過推測一開始的時候,那裡的人們應該也是邊喝牛奶邊肚子痛吧。)

前面提到歐洲、中東與中非地區人們的基因發生突變之後,成人還是能正常分泌乳糖酶爽爽喝牛奶,但這是什麼樣的突變呢?首先要介紹一個新名詞 — 單核苷酸多態性( Single Nucleotide Polymorphism ,簡稱 SNP ),DNA 是由 ATCG 四個核鹼基排列組成, SNP 指的是 DNA 單一個核鹼基改變了,例如本來是 A 被換成 G ,或 C 變成 T ,被替換掉之後基因表現發生了變化。( PS:其實澱粉酶除了拷貝數重複外,也有 SNP 的變異。)

歐洲與非洲人身上的乳糖續存性很可能是一種 SNP 突變造成的結果,變異的位置是 rs4988235 ,鹼基是 C 表示野生型, T 是突變型( Ref. 7 )。研究發現在這些人身上發現帶有突變型是很普遍的情形( Ref. 4 )。 rs4988235 是什麼意思呢? 這是一種用來代表特定 SNP 位置的編碼方式,全名是 Rs Numbers ,簡稱 Rsid 。

rs4988235 位在 MCM6 基因上,先不用管這基因的用途,只要知道它上面有兩個 SNP ( rs4988235 是其中一個)可能影響乳糖酶基因 LCT 的表現。那東方人身上的 rs498235 會是什麼樣子呢?

 

從基因看亞洲人的乳糖不耐症

2017 年有一篇發表在《 The Journal of nutrition 》或許能提供一些線索,該研究主要在探討 rs4988235 基因型和血中維生素 D 濃度之間的關係,分析了 1,495 位男女的血液,並分析血中維生素 D 濃度和 rs4988235 的基因型。結果發現約 32% 的白種人( 720 人)、 99% 東亞人( 506 人)、 74% 南亞人( 160 人),和 59%其他人種( 109 人)帶有與乳糖不耐症有關的野生基因型,而這些人和帶有突變基因型的人相比,血中的維生素D 濃度也比較低( Ref. 8 )。

等等,乳糖不耐症跟血中維生素D 的濃度有什麼關係呢? 事情是這樣子的,美國那邊的牛奶通常會額外添加維生素D,同時也是他們飲食中主要的維生素D 來源。那些患有乳糖不耐症的人通常會少喝或不喝牛奶,因此可能是缺乏維生素D 的高危險群。所以透過檢測血中的維生素D 濃度,就可以推估這個人到底有沒有在喝牛奶了。

此外,並不是所有的乳糖酶續存性都是因為 rs4988235 突變才帶來的能力,不同地方的人可能是別的位置突變而獲得乳糖酶續存性,例如藏族成人也能繼續喝牛奶,但研究發現相關的 SNP 位置跟歐洲那邊的人不同( Ref. 9 )。

在這個許多人喝牛奶的世界裡,確實是有人喝了沒事,但有人喝了有事(乳糖不耐),嚴重一點人可能還很有事(過敏)。但現在對於牛奶的批評,大多是把視野侷限在那些喝了有事的人身上,然後放大到全體,再說這個食物根本不是人能吃的東西。

然而,根據目前的科學研究,或許只是有些人的身體還沒適應牛奶這個食物而已。就像身處在台灣的我們,牛奶成為日常飲食的時間其實不到一百年呢!不像歐洲人有幾百甚至幾千年的歲月來演化適應,因此對台灣人來說,有相當比例的人喝牛奶會出現不適,其實是很正常的事情。理論上經過更長時間的演化,可能將來的台灣人乳糖不耐的比率會下降。

但有些人可能會說,啊我就是不想適應行不行?當然可以,畢竟牛奶提供的營養,也是能從其他食物獲取。但事實上,牛奶就是飲食中的一種食物,也是優質的蛋白質以及鈣質來源,理論上沒有不好,就只是看一個人適不適合而已。如果你喝了牛奶會過敏,那當然就是要避免,若是乳糖不耐,有不少人慢慢喝,一段時間之後就會改善。但如果是喝了完全沒問題的人,適量攝取牛奶會是不錯的營養來源。看完這篇,有沒有覺得看似平淡無奇的牛奶,跟人類的歷史和演化關係其實非常有趣呢!也歡迎你分享這些知識給身邊的人喔!

 

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Reference

  1. 邱文寶, & 林慧珍. (2009). 食物與廚藝: 奶, 蛋, 肉, 魚. 臺北: 大家.(原書: McGee, Harold [2004]. On Food And Cooking: The Science and Lore of the Kitchen: Simon & Schuster.)
  2. Blanchard, C. (2017). A history into genetic and epigenetic evolution of food tolerance: how humanity rapidly evolved by drinking milk and eating wheat. Current opinion in allergy and clinical immunology, 17(6), 460-464.
  3. Evershed, R. P., Payne, S., Sherratt, A. G., Copley, M. S., Coolidge, J., Urem-Kotsu, D., … Burton, M. M. (2008). Earliest date for milk use in the Near East and southeastern Europe linked to cattle herding. Nature, 455(7212), 528–531. doi:10.1038/nature07180
  4. Dunne, J., Evershed, R., Salque, M., Cramp, L., Bruni, S., Ryan, K., … Lernia, S. (2012). First dairying in green Saharan Africa in the fifth millennium bc . Nature, 486(7403), 390. doi:10.1038/nature11186
  5. Perry, G. H., Dominy, N. J., Claw, K. G., Lee, A. S., Fiegler, H., Redon, R., … & Carter, N. P. (2007). Diet and the evolution of human amylase gene copy number variation. Nature genetics, 39(10), 1256.
  6. Mantei, N., Villa, M., Enzler, T., Wacker, H., Boll, W., James, P., … & Semenza, G. (1988). Complete primary structure of human and rabbit lactase‐phlorizin hydrolase: implications for biosynthesis, membrane anchoring and evolution of the enzyme. The EMBO journal, 7(9), 2705-2713.
  7. SNPedia – rs4988235
  8. Alharbi, O., & El-Sohemy, A. (2017). Lactose Intolerance (LCT-13910C> T) Genotype Is Associated with Plasma 25-Hydroxyvitamin D Concentrations in Caucasians: A Mendelian Randomization Study, 2. The Journal of nutrition, 147(6), 1063-1069.
  9. Peng, M. S., He, J. D., Zhu, C. L., Wu, S. F., Jin, J. Q., & Zhang, Y. P. (2012). Lactase persistence may have an independent origin in Tibetan populations from Tibet, China. Journal of human genetics, 57(6), 394.
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